王偉林 朱鳳榮 王建中

基于銅軸線纜的無線局域網(wǎng)研究與部署

王偉林1朱鳳榮1王建中2

隨著筆記本電腦普及，移動(dòng)辦公越來越流行，目前WLAN（無線局域網(wǎng):Wireless Local Area Network）技術(shù)正處在一個(gè)快速發(fā)展過程中，逐漸成為無線上網(wǎng)接入方式的主流，它是在一個(gè)有限地域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備的通信系統(tǒng)，可以作為有線局域網(wǎng)擴(kuò)展，也可以獨(dú)立作為有線局域網(wǎng)的替代設(shè)施，提供了很強(qiáng)的靈活組網(wǎng)方式。

圖1 WLAN over CATV原理

圖2 WLAN與CATV通過銅軸線纜傳輸

問題的提出

無線局域網(wǎng)產(chǎn)品最早來自于IEEE組織于1997年6月批準(zhǔn)的802.11標(biāo)準(zhǔn)。在隨后為了能提供更高的數(shù)據(jù)通信寬帶和更多的功能，使無線局域網(wǎng)得到更快速的發(fā)展，IEEE 組織新的工作組將802.11標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了擴(kuò)展和加強(qiáng)。目前主要應(yīng)用的無線局域網(wǎng)具體標(biāo)準(zhǔn)為802.11a/b/g/n，其中客戶端無線網(wǎng)卡使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)是工作于2.4GHZ頻率的802.11b/g。

樓宇內(nèi)部WLAN信號(hào)傳統(tǒng)覆蓋有以下三種方式：

1、在走廊集中安裝大量無線AP(Access Point：設(shè)備接入點(diǎn))，AP信號(hào)穿墻進(jìn)入房間實(shí)現(xiàn)覆蓋，這是最常用的方案。這種方案由于AP數(shù)量多且布置密集，導(dǎo)致系統(tǒng)自身干擾尤其是同頻干擾現(xiàn)象嚴(yán)重，美國Novarum公司針對(duì)Cisco、Aruba等幾家品牌AP進(jìn)行壓力測試，結(jié)果證實(shí)AP在大規(guī)模集中使用的情況下，不管是使用瘦AP還是胖AP，都解決不了同頻干擾的問題，在使用72臺(tái)筆記本電腦和15個(gè)AP的純數(shù)據(jù)測試中，Cisco和Aruba產(chǎn)品所提供的總吞吐量不到50Mbps，與預(yù)期的300Mbps總吞吐量相差甚遠(yuǎn)。

2、每個(gè)房間安裝一個(gè)小功率 AP，雖然解決房間內(nèi)信號(hào)覆蓋的問題，但是干擾問題卻更加突出，如果是WI-FI（Wireless Fidelity：無線上網(wǎng)技術(shù)）手持設(shè)備用戶，在相鄰幾個(gè)房間走動(dòng)的時(shí)候，信號(hào)會(huì)在幾個(gè)AP之間頻繁切換，給用戶網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性造成影響。

3、室外安裝大功率AP天線向室內(nèi)覆蓋。采用這種布置方式戶外開闊環(huán)境容易遭受外來 AP 的干擾，AP數(shù)量少造成系統(tǒng)總帶寬非常低，并且房間內(nèi)用戶WLAN接收信號(hào)質(zhì)量不高，房間內(nèi)靠近窗戶位置的接收信號(hào)才會(huì)好一些。

以上三種傳統(tǒng)類型無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋方式不能很好地將信號(hào)覆蓋到房間內(nèi)部供用戶穩(wěn)定使用。廣電網(wǎng)絡(luò)擁有非常豐富的銅軸電纜資源，SYV-75-5射頻銅軸電纜幾乎覆蓋所有的家庭，企業(yè)很多辦公樓宇在建設(shè)時(shí)期也布置了這種型號(hào)的銅軸電纜，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，有線電視網(wǎng)絡(luò)中銅軸電纜只適用于1GHz以下信號(hào)的傳輸，對(duì)于超出這個(gè)頻率范圍的信號(hào)，銅軸電纜衰減太大。然而，研究發(fā)現(xiàn)，在一定的應(yīng)用環(huán)境和條件下，與其它傳輸媒介/方式相比，銅軸電纜傳輸頻率高于1GHZ信號(hào)的優(yōu)勢依然十分突出。研究表明：SYV-75-5射頻銅軸電纜，即使在對(duì)于無線傳輸而言最理想的條件下（無障礙、無多路徑），當(dāng)傳輸距離小于60 米時(shí)，普通質(zhì)量的銅軸電纜對(duì)2.4GHz信號(hào)的傳輸性能優(yōu)于無線傳輸30dB 以上。如果再考慮墻壁、天花板等障礙物對(duì)無線傳輸損耗的影響（每層30cm 厚墻壁/天花板對(duì)2.4GHz信號(hào)的衰減增加20至25dB），當(dāng)傳輸距離小于60 米時(shí)，銅軸電纜對(duì)2.4GHz信號(hào)的傳輸性能優(yōu)勢可達(dá)50dB 以上。

方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院辦公樓、實(shí)訓(xùn)樓等樓宇，建設(shè)之初考慮以后可能會(huì)用到有線電視，樓宇內(nèi)部布置了銅軸線纜到每個(gè)房間，平均每四個(gè)房間使用一根CATV（有線電視：Community Antenna Television）銅軸線纜，總線經(jīng)CATV分支分配器分配信號(hào)，目前這些樓宇需要進(jìn)行WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋。新建的教師公寓，考慮給每個(gè)房間覆蓋WLAN與CATV信號(hào)。

隨著筆記本電腦普及，移動(dòng)辦公越來越流行，目前WLAN技術(shù)正處在一個(gè)快速發(fā)展過程中，逐漸成為無線上網(wǎng)接入方式的主流，它是在一個(gè)有限地域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備的通信系統(tǒng)，可以作為有線局域網(wǎng)擴(kuò)展，也可以獨(dú)立作為有線局域網(wǎng)的替代設(shè)施，提供了很強(qiáng)的靈活組網(wǎng)方式。

設(shè)計(jì)使用辦公樓、實(shí)訓(xùn)樓等現(xiàn)有CATV銅軸線纜傳輸WLAN無線信號(hào)，圖1所示。

AP 集中安裝在走廊或設(shè)備間，WLAN信號(hào)輸入到現(xiàn)有的 C A T V 線路，利用WLAN信號(hào)分支分配器，將WLAN信號(hào)通過 CATV 線路銅軸電纜在全屏蔽無干擾下直接輸送到每一房間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)優(yōu)質(zhì)無干擾無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。由于每個(gè)AP的無線信號(hào)在全屏蔽下通過 CATV 線路傳送，分配到相連幾個(gè)房間共享使用，加上 CATV線纜自然損耗，延伸到房間內(nèi)布的無線信號(hào)不會(huì)過強(qiáng)，不會(huì)穿越樓層房間給其他AP或無線用戶帶來干擾。相連4到8個(gè)房間在同一AP下有效工作和管理，沒有其他 AP強(qiáng)信號(hào)的入侵，不會(huì)在同一房間內(nèi)收到多個(gè) AP 信號(hào)，出現(xiàn)傳統(tǒng)覆蓋方式的“時(shí)斷時(shí)續(xù)，無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)頻繁切換”現(xiàn)象。

在新建的教師公寓，考慮每個(gè)房間既要有C A T V信號(hào)又要覆蓋W L A N信號(hào)，WLAN無線信號(hào)傳輸頻率主要為2.4GHZ（802.11b/g），CATV信號(hào)傳輸頻率范圍是1GHZ以下，CATV與WLAN信號(hào)處于不同頻帶范圍，WLAN 和 CATV 信號(hào)通過混合電路輸入到銅軸電纜。混合電路的工作原理是CATV信號(hào)經(jīng)過低通濾波電路、WI-FI信號(hào)經(jīng)過高通濾波電路之后，二者合并成一路CATV/WI-FI混合信號(hào)，混合信號(hào)經(jīng)過信號(hào)分支分配器通過布置的銅軸電纜在全屏蔽無干擾下直接輸送到房間內(nèi)，最后在每個(gè)房間內(nèi)安裝信號(hào)分離器，將兩種信號(hào)分開，來自不同端口銅軸電纜的CATV/WIFI混合信號(hào)，經(jīng)過低通和高通濾波饋送到相應(yīng)的CATV和WI-FI端口，實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)優(yōu)質(zhì)WLAN和CATV信號(hào)覆蓋，圖2所示。

通過銅軸電纜傳輸WLAN信號(hào)方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、頭端和用戶端都選用標(biāo)準(zhǔn)的WLAN產(chǎn)品，無需為廣電重新研發(fā)和生產(chǎn)專用產(chǎn)品，具有技術(shù)普及可行性。

2、成熟的WLAN與銅軸電纜兩種技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用，未改變WLAN的實(shí)質(zhì)，只是增強(qiáng)了WLAN的穿透能力，增加了無線網(wǎng)覆蓋范圍，安裝及維護(hù)簡單且運(yùn)營成本低。

3、對(duì)于已經(jīng)具有銅軸電纜的樓宇而言，采用該方案布置WLAN對(duì)樓宇影響小，施工簡單。

存在的問題與對(duì)策：

傳統(tǒng)的銅軸電纜分支分配器支持最高頻率只有1GHZ，WLAN信號(hào)不能通過，必須換成支持頻率范圍在2.4GHZ的專用分支分配器。

目前該方案已經(jīng)在南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師公寓和辦公樓區(qū)域全面實(shí)施應(yīng)用。該方案實(shí)施應(yīng)用以來，用戶反應(yīng)房間內(nèi)部上網(wǎng)穩(wěn)定性和上網(wǎng)速率高，信號(hào)在房間內(nèi)覆蓋均勻，該方案在學(xué)院辦公樓、實(shí)訓(xùn)樓等原先已經(jīng)布置CATV有線電視線纜情況下更容易實(shí)施，只需要更換信號(hào)分支分配器和房間內(nèi)部的有線電視模塊即可實(shí)現(xiàn)WLAN信號(hào)覆蓋。即解決了無線傳輸同頻干擾的問題，又充分利用現(xiàn)有有線電視線纜的寶貴資源。

（作者單位：1為南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2為武警江蘇總隊(duì)）