CN1568031A - 基于无线局域网的无线蜂窝数据系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线局域网无线蜂窝数据系统，包括：接入控制器和工作于不同频点且工作带宽小于20兆的三个以上接入点，所述接入点与接入控制器相连；该系统还包括：工作带宽小于20兆的用户终端，所述用户终端与接入点无线连接，认证授权计费服务器以及从各种设备收集管理信息并进行监控的网管系统，所述接入控制器进一步包括接入控制中心和接入服务器，其中，接入控制中心与认证授权计费服务器和接入点相连，网管系统与接入服务器相连。本发明还同时公开了一种基于无线局域网无线蜂窝数据系统的实现方法，采用本发明的系统或方法可在组网过程中降低成本、增加可用频点，从而使用户能随时随地的接入网络，且实现简单、操作方便、性能可靠。

Description

基于无线局域网的无线蜂窝数据系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及无线蜂窝数据网络的组网技术，特别是指基于无线局域网的无线蜂窝数据系统及其实现方法。

背景技术

无线局域网是一种遵循国际电气和电子工程师协会(IEEE)802.11协议、以电磁波作为传输媒介的局域网。IEEE 802.11协议包括两个物理层标准：802.11a和802.11b，它们的工作频段分别为2.4G和5G，支持的最高物理接口速率分别为11Mbps和54Mbps。802.11a和802.11b采用相同的媒体接入控制协议(MAC)。

无线局域网主要由插入无线局域网卡的终端和接入点组成。终端和接入点在媒体接入控制协议控制下，分享同一信道。多个终端可以组成无中心点的对等(Adhoc)模式，也可以和接入点组成中心点转发的基础设施(Infrastructure)模式，并通过接入点与有线网络互联，图1示出了一种基础设施模式的无线局域网的基本结构。其中，虚线部分表示无线连接，实线部分表示有线连接。

无线局域网结构简单，成本低廉，近两年在国内外都得到了迅速的发展。但无线局域网最初是针对室内、小范围应用环境而设计的，因此覆盖范围小，抗干扰能力弱。目前接入点和终端一般都采用全向天线，在规定的发射功率下，室内只能覆盖30米左右，室外覆盖100米左右。目前，无线局域网大多只在室内热点地区或者家庭等小范围使用，其较小的覆盖范围和较弱的抗干扰性限制了无线局域网的进一步发展。

蜂窝组网理论是由美国贝尔实验室提出的一种构造移动通信网的方法，其目的是解决常规移动通信系统频谱匮乏、容量小、服务质量差及频谱利用率低等问题。蜂窝组网理论为移动通信技术的发展和新一代多功能设备的产生奠定了基础。蜂窝组网的要点如下：

1)蜂窝小区覆盖和小功率发射。蜂窝组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，成为蜂窝小区。一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量用户。

2)频率复用。蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，成为频率复用。频率复用大大缓解了频率资源紧缺的矛盾，大大地增加了用户数目或系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可用频率，这是实现无限系统容量的极好方法。

为了实施频率复用，使有限的频率资源最大程度地充分利用，同时又能有效控制同频道工作小区之间的干扰，发展了许多复用图样。这种图样必须满足相邻单元中，同频的小区距离相等，且为最大。

满足以上条件的图样小区数，也就是复用频率数，N是有限值，并且满足公式：N＝a²+ab＝b²，其中，a和b分别为相邻同频小区间的二维距离。由上式可以得算出可取的N值，可参见表1所示。

a	1	0	1	0	2	1	0	2	1	0	3	2
													b	1	2	2	3	2	3	4	3	4	5	3	4
N	3	4	7	9	12	13	16	19	21	25	27	28

                                        表1

图2(a)～2(f)列出了几种常用的复用图样。

假设小区的半径为r，则两个最近同频小区距离D和r之比k称为同频复用比。k和复用频率数N之间有以下关系：

$k=\sqrt{3N}$

由此可见，复用频率数越多，同频小区之间距离越远，抗同频干扰的性能也就越好。

由于无线局域网结构简单，成本低廉，但覆盖范围小，抗干扰能力弱，目前只能在室内热点地区以及家庭等小范围使用，这样就大大削弱了无线的″随时、随地使用″的优点，大多数消费者不愿意花高额的费用仅在有限的区域内使用无线数据业务。因此，人们希望通过对现有无线局域网技术进行改进，扩大其覆盖范围，并组建成能连续广覆盖的蜂窝网络。

但是，尚未有人利用无线局域网组建广范围连续覆盖的蜂窝网络，主要原因是存在影响组网的两个关键性问题：WLAN覆盖范围过小以及可用频点太少。这样，在组建蜂窝网络时，如果接入点覆盖范围过小，则覆盖同样面积地区，需要的接入点就多，组网成本就会相当高昂，体现不了无线局域网成本低廉的优势。另外，目前应用最为广泛的无线局域网标准——802.11b的工作带宽是20兆，而在其工作频段上，只有3～4个互相不重叠的频点。也就是说，如果用802.11b无线局域网组蜂窝网，只有3～4个频点可用，无法保证用户随时、随地接入。由于实际地理环境复杂，而且无线局域网抗干扰能力弱及其特殊的接入控制方式，理论证明3～4个频点组建蜂窝网络是远远不够。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于无线局域网的无线蜂窝数据系统使其成本低廉、可用频点增加，从而保证用户随时、随地接入系统。

本发明的另一个目的是提供一种基于无线局域网的无线蜂窝数据系统的实现方法，使其在组网过程中，成本低、可用频点多、从而使用户能随时、随地的接入系统。

一种基于无线局域网的无线蜂窝数据系统包括：

至少一个接入控制器和工作于不同频点且工作带宽小于20兆的三个以上接入点，所述接入点与自身所属的接入控制器相连。

该系统进一步包括：

工作带宽小于20兆的用户终端，所述用户终端与接入点通过无线连接。

所述小于20兆的工作带宽为10兆、或5兆、或2.5兆、或1.25兆。

该系统进一步包括：认证授权计费服务器，所述接入控制器进一步包括接入控制中心和接入服务器，所述接入控制中心分别与所述认证授权计费服务器和所述接入点相连。

该系统进一步包括：收集各种网络设备管理信息并进行监控的网管系统，所述接入控制器进一步包括接入控制中心和接入服务器，所述网管系统与所述接入服务器相连。

一种基于无线局域网无线蜂窝数据系统的实现方法包括：

a.选用三个以上工作于不同频点且工作带宽小于20兆的接入点；

b.采用步骤a所选的接入点与至少一个接入控制器连接组建无线蜂窝数据系统。

所述工作带宽小于20兆的接入点是通过降低接入点的硬件时钟频率来实现。

本发明通过降低无线局域网的工作带宽，从而提高接入点覆盖范围，使无线局域网的可用频点增加，从而使无线局域网原来的热点覆盖转变为蜂窝覆盖方式，组建蜂窝无线数据网络。本发明只需对接入点和用户终端的工作带宽作出改进，开发难度小，实现简单，建网成本低。并且在接入点组成蜂窝网络后，保证了无线系统的连续覆盖，从而更大地方便了用户的使用，真正做到了让用户“随时、随地接入”。由于接入点和无线网卡改动不大，因此其高层业务平台可以利用现有运营的无线局域网络业务平台，既保护了现有投资，也为该蜂窝网络和现有无线局域网融合创造了条件。

附图说明

图1现有技术中无线局域网的组网结构示意图；

图2为蜂窝网络几种覆盖图样示意图；

图3为本发明的基于无线局域网的蜂窝网络组网示意图；

图4为本发明具体实施例组建的蜂窝网络图样示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：通过降低无线局域网的工作带宽，提高接入点的覆盖范围，使无线局域网的可用频点增加，从而使无线局域网原来的热点覆盖转变为蜂窝覆盖方式，最终组建成蜂窝无线数据网络。

参见图3所示，本发明的基于无线局域网的无线蜂窝数据系统至少包括工作于不同频点且工作带宽小于20兆的三个以上接入点，以及一个或多个接入控制器(AC)，AC可进一步分为接入控制中心和接入服务器。在此基础上本发明的系统还可以进一步增加具有无线网卡且工作带宽小于20兆的用户终端、认证授权计费服务器和网管系统。其中，接入控制中心管理多个接入点，它和接入服务器、认证服务器配合对用户接入进行认证并控制，同时提供用户接入计费信息。网管系统从各种设备收集管理信息并进行监控。接入点通过多种有线或无线方式接入数据网络，并通过数据网络互连。数据网络提供用户认证、计费、IP地址分配、网络管理等与网络运营和管理相关的业务。这些业务的平台可以和现有的无线局域网业务平台一致。该蜂窝网络还可以通过数据网络和网关同其他蜂窝网络互连。

在实际组建蜂窝网的过程中，先选取三个以上支持不同频点且工作带宽小于20兆的接入点，如此，在实际应用中所体现出的效果就是降低了整个网络的带宽，进而增加了无线局域网的可用频点并扩展了无线局域网的覆盖范围。选定接入点后，再将接入点和一个或多个接入控制器共同组建蜂窝网，组网的方法完全采用现有技术中组建蜂窝的技术。然后，可根据需求在所组建的蜂窝网络中增加认证授权计费服务器和网管系统等等辅助的网络设备。

采用上述系统和方法组建出的蜂窝网络由紧密相连的多个小区组成，每个小区由一个接入点和多个装备无线网卡的终端组成。无线网卡和接入点采用同现有无线局域网标准一致的物理层技术和媒体接入层技术。即采用相同的调制方式，相同的编码方式，相同的物理帧和MAC帧格式，相同的数据包交互序列，同样采用基于载波侦听的接入控制技术等等。与现有无线局域网标准主要不同点在于，无线网卡和接入点的工作带宽比标准规定的20/22兆带宽小得多。考虑到技术成熟度，以及用户数据速率的需求，10兆、5兆、2.5兆和1.25兆是比较合适的几种带宽。由于采用的带宽比标准的无线局域网带宽小，所以接入点覆盖面积大，可用频点增加，最终组建蜂窝无线数据网络。

本发明蜂窝无线数据网络中的所有小区按规定的图样复用N个频率。下面以7个频点为例来说明一下频率复用，图4即为N＝7的复用图样，图中用1、2、3...7表示7个不同的互相不重叠的频点。终端接入时，可以自动寻找合适的接入点接入。在移动过程中，终端可以在多个小区间自动切换。

本发明的系统克服了无线局域网覆盖小，抗干扰能力弱，只能在热点地区覆盖的缺点，能在广大地区连续覆盖，更加方便无线数据用户的使用。具体的说，根据无线传播原理，在相同发射功率，相同调制方式、编码方式下，减小带宽可以显著提高传播距离。因此，本发明降低接入点工作带宽后，在相同工作频段下，可用的不重叠频点增多。比如，原来20兆带宽只有3个频点，由于系统工作带宽与可用频点成反比，所以如果带宽降为5兆，则可用频点变为12个。频点增多后，蜂窝组网才成为可能。并且，由于工作带宽减小，接入点覆盖距离增加，相应地在大范围内使用的接入点数目就可以减少，进而使蜂窝组网成本减小。并且，接入点组成蜂窝网络后，保证了连续覆盖，从而更大地方便了用户的使用，真正做到了让用户“随时、随地接入”。

另外，接入点和无线网卡的物理层技术和MAC层技术基本保持不变，仅通过技术手段，降低带宽，如通过降低硬件时钟频率来实现，因此开发难度小，实现简单，同时保持了原有无线局域网物理层技术和MAC层的先进性，能提供较高的可以和现有无线接入手段，如GPRS相比拟的数据速率。而且，由于接入点和无线网卡改动不大，因此其高层业务平台可以利用现有运营的无线局域网络业务平台，这样既保护了现有投资，也为该蜂窝网络和现有无线局域网融合创造了条件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种基于无线局域网无线蜂窝数据系统，其特征在于，该系统包括：

至少一个接入控制器和工作于不同频点且工作带宽小于20兆的三个以上接入点，所述接入点与自身所属的接入控制器相连。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：

工作带宽小于20兆的用户终端，所述用户终端与接入点通过无线连接。

3、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述小于20兆的工作带宽为10兆、或5兆、或2.5兆、或1.25兆。

4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：认证授权计费服务器，所述接入控制器进一步包括接入控制中心和接入服务器，所述接入控制中心分别与所述认证授权计费服务器和所述接入点相连。

5、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：收集各种网络设备管理信息并进行监控的网管系统，所述接入控制器进一步包括接入控制中心和接入服务器，所述网管系统与所述接入服务器相连。

6、一种基于无线局域网无线蜂窝数据系统的实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.选用三个以上工作于不同频点且工作带宽小于20兆的接入点；

b.采用步骤a所选的接入点与至少一个接入控制器连接组建无线蜂窝数据系统。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述工作带宽小于20兆的接入点是通过降低接入点的硬件时钟频率来实现。

Images