CN102427385A - 备份式WiFi光载无线交换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种备份式WiFi光载无线交换系统，包括：近端单元；通过光纤链路与近端单元连接的远端节点；及与远端节点电性连接的辐射天线。近端单元包括控制器、主接入点、备份接入点、射频开关、收发分离单元及第一光电/电光转换单元。远端节点包括通过光纤链路与近端单元的第一光电/电光转换单元电性连接的第二光电/电光转换单元、与第二光电/电光转换单元连接的功率放大器及低噪声放大器及同时与功率放大器及低噪声放大器连接的双工器，双工器与辐射天线连接。控制器控制射频开关接通主接入点，断开备份接入点，从而使主接入点的WiFi射频信号通过光纤链路传输到远端节点。
Description
【技术领域】
本发明涉及无线网络通信领域，尤其涉及一种无线交换系统，更具体地涉及一种备份式WiFi光载无线交换系统。
【背景技术】
借助光载无线技术，即，通过光纤传输WiFi射频信号，可以实现将WiFi射频信号通过光纤有线方式覆盖到200米～5000米的范围。同时由于WiFi接入点集中在中心控制室，以及远端节点功能单元的简化，使WiFi的接入控制、认证和管理都集中在控制中心，有效提高了系统的可靠性、安全性和灵活性。
WiFi接入点在长时间运行过程中不可避免地会出现死机、设备无法接入无线网络等问题。一旦出现问题，同时没有被及时发现，则会严重影响用户的网络使用质量。为此需要及时发现存在故障的接入点，并做出相应的处理。然而，在现有技术中，目前尚未有效的发现机制及快速恢复接入点正常工作状态的技术。换句话说，现有的WiFi光载无线交换系统无法有效解决上述问题。
因此，有必要提供一种改进的WiFi光载无线交换系统，从而可以克服上述现有技术中存在的弊端。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能够无中断地维持接入点正常工作状态的备份式WiFi光载无线交换系统。
为实现该目的，本发明采用如下技术方案：
一种备份式WiFi光载无线交换系统，包括：近端单元(100)；
通过光纤链路(107)与近端单元(100)连接的远端节点(110)；及
与所述远端节点(110)电性连接的辐射天线(115)。
所述近端单元(100)包括控制器(101)、主接入点(102)、备份接入点(103)、射频开关(104)、收发分离单元(105)及第一光电/电光转换单元(106)。
所述远端节点(110)包括通过上述光纤链路(107)与所述近端单元(100)的第一光电/电光转换单元(106)电性连接的第二光电/电光转换单元(111)、同时与所述第二光电/电光转换单元(111)连接的功率放大器(113)及低噪声放大器(112)及同时与所述功率放大器(113)及低噪声放大器(112)连接的双工器(114)，所述双工器(114)与所述辐射天线(115)连接。
所述控制器(101)设置成控制所述射频开关(104)接通主接入点(102)，同时断开备份接入点(103)，从而使主接入点(102)的WiFi射频信号通过所述光纤链路(107)传输到所述远端节点(110)，进而提供无线网络信号覆盖；所述控制器同时设置成读取主接入点(102)的工作数据和状态，当检测到主接入点(102)工作异常时，输出控制指令，控制射频开关(104)接通备份接入点(103)，断开主接入点(102)，从而使得备份接入点(103)的WiFi射频信号通过光纤链路(107)传输到远端节点(110)，代替了主接入点(102)，进而以无缝方式提供了无线网络信号覆盖。
与现有技术相比，本发明具备如下优点：
由于在WiFi光载无线交换系统中，对接入点进行了备份，或者说在WiFi光载无线交换系统中采用了性能及参数相同的主接入点及备份接入点，因此，一旦其中一个接入点(比如主接入点)出现故障，则WiFi光载无线交换系统会将信号切换至另一个接入点(比如备份接入点)，从而有效维持接入点的正常运行，进而确保用户的网络使用不会中断。
【附图说明】
图1为根据本发明一个实施例的备份式WiFi光载无线交换系统的系统原理框图；
图1a为图1所示备份式WiFi光载无线交换系统的控制器101的原理框图；
图2为图1所示备份式WiFi光载无线交换系统的射频开关104的原理框图；
图3为图1所示备份式WiFi光载无线交换系统的收发分离单元105的原理框图；
图4为图1所示备份式WiFi光载无线交换系统的双工器的原理框图；
图5展示了图1-4所示备份式WiFi光载无线交换系统的运行方框图。
【具体实施方式】
概括而言，本发明提供一种采用了两个接入点的WiFi光载无线交换系统，或者称之为备份式WiFi光载无线交换系统。具体地说，在该系统中，采用了性能及参数相同的主接入点及备份接入点。当主接入点出现故障时，WiFi光载无线交换系统会将信号切换至备份接入点，从而确保提供给用户的网络信号不会中断，进而有效维持接入点的正常运行，最终提供了稳定的无线网络信号覆盖。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
参考图1，根据本发明的一个实施例，一种备份式WiFi光载无线交换系统包括近端单元100、通过光纤链路107与所述近端单元100连接的远端节点110及与所述远端节点110电性连接的辐射天线115。
所述近端单元100包括控制器101、主接入点102、备份接入点103、射频开关104、收发分离单元105及第一光电/电光转换单元106。
所述远端节点110包括通过上述光纤链路107与所述近端单元100的第一光电/电光转换单元106电性连接的第二光电/电光转换单元111、同时与所述第二光电/电光转换单元111连接的功率放大器113及低噪声放大器112及同时与所述功率放大器113及低噪声放大器112连接的双工器114。所述双工器114与所述辐射天线115连接。
在初始情况下，所述控制器101控制射频开关104接通主接入点102，同时断开备份接入点103，从而使主接入点102的WiFi射频信号通过所述光纤链路107传输到所述远端节点110，进而提供无线网络信号覆盖。
所述控制器101读取主接入点102的工作数据和状态，当检测到主接入点102工作异常时，输出控制指令，控制射频开关104接通备份接入点103，断开主接入点102，从而使得备份接入点103的WiFi射频信号通过光纤链路107传输到远端节点110，代替了主接入点102，进而以无缝方式提供了无线网络信号覆盖。由于备份接入点103与主接入点102具有相同的SSID(网络名)、认证密码、工作频道、工作模式等参数，因此无线覆盖区域的无线接入设备会自动连接到备份接入点103上，而无需重新配置无线接入设备的参数，从而实现了WiFi无线接入点的自动备份功能。
所述第一光电/电光转换单元106由电/光转换单元1062和光/电转换单元1064构成，两者分别用于完成将收发分离单元105输出的下行模拟射频信号转换成光信号，通过光纤链路107传送至远端节点110；以及将远端节点110传送来的光信号转换成上行模拟射频信号，输出至收发分离单元105的上行信号输入端。
优选地，参考图1a，所述控制器101包括互相连接的微处理器1012、内存储器1016、外存储器1011、网络接口1018及输入输出接口1014。所述控制器101通过网络接口1018对主接入点102和备份接入点103进行配置、获取主接入点102和/或备份接入点103的工作数据；控制器101通过输入输出接口1014控制射频开关104的开关状态，完成主接入点102和备份接入点103之间的切换。
所述主接入点102和备份接入点103具有一致的功能和参数配置，两者用于提供WiFi无线信号源，提供无线网络接入。
所述射频开关104为电子单刀双掷开关，用于模拟射频信号的切换，即，用于在主接入点102和备份接入点103之间切换信号。
所述收发分离单元105用于将WiFi射频信号的发射信号(下行信号)和接收信号(上行信号)实现分离，从而实现信号收发双工。
所述远端节点110的第二光电/电光转换单元111与所述近端单元100的第一光电/电光转换单元106具有相同的结构和功能，其包括光电转换单元1112及电光转换单元1114。需要注意的是：所述第一光电/电光转换单元106中的电/光转换单元1062与第二光电/电光转换单元111中的光/电转换单元1112通过其中一个光纤链路107连接；而所述第一光电/电光转换单元106中的光/电转换单元1064则与所述第二光电/电光转换单元111中的电/光转换单元1114通过另一个光纤链路107连接。
低噪声放大器112用于实现对接收的模拟射频信号(上行信号)的低噪声放大，并与第二光电/电光转换单元111的电/光转换单元1114电性连接。
所述功率放大器113与第二光电/电光转换单元111的光/电转换单元1112相连，用于实现发射的模拟射频信号(下行信号)的功率放大。
所述双工器114用于实现信号的收发双工，实现单天线收发射频信号。
所述辐射天线115工作在2.4GHz频段，用于收发WiFi无线射频信号。
当系统工作时，控制器101设置好主接入点102和备份接入点103的基本参数，主接入点102和备份接入点103具有相同的SSID(网络名)、认证密码、工作频道、工作模式等配置参数。
所述网络接口1018的IP地址与主接入点102和备份接入点103的IP地址处于同一网段；所述输入输出接口1014用于输出开关控制信号，控制射频开关104的开关状态。
在本发明的一个实施例中，控制器101采用SNMP协议获取主接入点102和备份接入点103的状态和参数，以及复位有故障的接入点。在本发明的一个实施例中，功率放大器(PA)113输出射频功率100mW。在本发明的一个实施例中，低噪声放大器(LNA)112的放大倍数为30dB。优选地，上述第一及第二光电/电光转换单元的光/电转换单元或电/光转换单元的信号带宽被约束为1600MHz～2700MHz之间的任意数值。光纤端口的光纤为单模光纤。
图2展示了射频开关104的原理框图。如图所示，所述射频开关104包括控制接口201、驱动电路202以及四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4。
所述控制接口201用于接收控制器101的控制信号；所述驱动电路202将控制接口201接收到的控制信号进行处理，然后产生两个反向的控制信号，以便分别控制两组开关管Q1、Q4和Q2、Q3的工作状态。
此外，所述射频开关104有四个外接信号端口：控制信号输入端Ct1、第一信道ChA、第二信道ChB及输出端Cx。
控制信号输入端Ct1连接控制器101的输入输出接口1014。控制器101通过控制信号输入端Ct1控制射频开关104的开关状态。
第一信道ChA、第二信道ChB分别连接主接入点102和备份接入点103。
输出端Cx连接收发分离单元105。
当控制信号输入端Ct1状态为“1”时(高电平)，控制器101驱动电路202产生控制信号，使Q2、Q3闭合，Q1、Q4断开，第一信道ChA与输出端Cx连通，而第二信道ChB与输出端Cx断开，主接入点102的射频信号通过后续的光纤链路107传输到远端节点110，从而提供远端的WiFi无线信号覆盖；
当控制信号输入端Ct1状态为“0”(低电平)时，控制器101驱动电路202产生控制信号，使Q2、Q3断开，Q1、Q4闭合，第二信道ChB与输出端Cx连通，而第一信道ChA与输出端Cx断开，此时备份接入点103的射频信号通过后续的另一个光纤链路107传输到远端节点110，进而提供远端的WiFi无线信号覆盖。
此外，无论输出端Cx端接通第一信道ChA还是第二信道端ChB，每个信道端口都匹配有50欧的负载。
图3为收发分离单元105的原理框图。如图所示，所述收发分离单元105包括互相连接的射频功率探测电路301、整形电路302、驱动电路303及4个开关管Q5、Q8、Q6及Q7。此外，所述收发分离单元105具有输入端Cx1、上行端Rx1及下行端Tx1。
所述射频功率探测电路301探测输入端Cx1的发射功率并产生探测信号，探测信号经整形电路302和驱动电路303之后输出两个反向的控制信号，分别控制开关管Q5、Q8和Q6、Q7的状态。
当图1所示的主接入点102或备份接入点103不工作或输入端Cx1端处于信号接收状态时，驱动电路303输出两个反向控制信号，使开关管Q6和Q7闭合，Q5和Q8断开，输入端Cx1和上行端Rx1接通；
当输入端Cx1端发射信号(下行)时，射频功率探测电路301输出的探测信号，经整形电路302和驱动电路303，输出两个反向控制信号，使开关管Q5和Q8闭合，Q6和Q7断开，输入端Cx1端和下行端Tx1接通。
依照图3所示的收发分离的具体电路，即可实现收发分离的功能。同时无论输入端Cx1接通发射端Tx1还是接收端Rx1，每个端口都匹配50欧的负载。
图4为双工器114的原理框图。如图所示，所述双工器114由射频功率探测电路401、整形电路402、驱动电路403以及开关管Q9、Q10、Q11、Q12构成。此外，所述双工器114具有发射端Tx2、接收端Rx2及公共端Cx2。
所述射频功率探测电路401探测发射Tx2的发射功率并且输出微弱电信号。所述整形电路402用于对射频功率探测电路401输出的微弱电信号进行放大、整形和滤波。所述驱动电路403用于对放大、整形和滤波的信号进行再次放大和调理，从而输出两个反向信号，分别控制Q9、Q12和Q10、Q11两组开关管的导通和截止。
当双工器114不工作，即发射端Tx2、接收端Rx2及公共端Cx2都没有信号通过时，开关管Q10和Q11闭合，Q9和Q12断开，公共端Cx2和接收端Rx2接通；
当接收信号，即公共端Cx2端接收信号时，驱动电路403输出两个反向控制信号，使开关管Q10和Q11闭合，Q9和Q12断开，公共端Cx2和接收端Rx2接通；
当发射信号，即发射端Tx2有下行(发射)信号时，射频功率探测电路401输出的探测信号，经整形电路402和驱动电路403，输出两个反向控制信号，使开关管Q9和Q12闭合，Q10和Q11断开，公共端Cx2和发射端Tx2接通。
本发明的双工器114过Q9、Q12和Q10、Q11两组开关管的导通和截止实现公共端Cx2收、发双工，同时无论开关接通发射端Tx2还是接收端Rx2，每个端口都匹配50欧的负载。
图5为上述备份式WiFi光载无线交换系统的工作流程图。
系统初始工作时(步骤801)，控制器101初始化主接入点102、备份接入点103和射频开关104的工作状态，包括各个接入点的参数设置(步骤802)。
接下来，所述控制器101开始监视主接入点102的工作状态，具体而言，所述控制器101判断主接入点102是否正常运行(步骤803)。当发现主接入点102的工作状态异常时，输出控制信号，控制射频开关104连接备份接入点103，由备份接入点103接替故障的主接入点102，提供远端的无线信号覆盖(步骤805)。
然后，整个流程进行到步骤806。在该步骤中，控制器101对有故障的主接入点102进行复位，以便试图修复主接入点。此后在步骤807中，所述控制器101判断所述主接入点102是否修复成功，如果成功，则将修复后的主接入点102视作备份接入点，并记录故障事件；如果无法修复故障成功，则所述控制器101发出故障报警信号，记录故障事件(步骤808)。
所述的主接入点102和备份接入点103为两个相同的WiFi接入点，工作在2.4GHz频段、802.11b/g模式。
所述射频开关104为半导体电子开关，在控制器101的控制下，实现主接入点102和备份接入点103的WiFi射频信号切换。
所述收发分离单元105用于将WiFi射频信号的发射信号(下行信号)和接收信号(上行信号)分离，实现收发双工。
所述主接入点102、备份接入点103、射频开关104、收发分离单元105、第一、第二光电/电光转换单元106、111及控制器101位于控制中心内，控制中心和远端节点通过200～5000米的光纤链路107连接。
所述控制器101通过网络接口1018配置主接入点102和备份接入点103，并且获取各个接入点的工作数据；所述控制器101通过输入输出接口1014控制射频开关104的开关状态，完成接入点的切换。
下面对本发明部分部件的运行过程进行简单概括。
系统初始工作时，控制器101设置好主接入点102和备份接入点103的基本参数，为保证接入点切换时，网络的稳定工作，主接入点102和备份接入点103的SSID(网络名)、认证密码、工作频道、工作模式等设置相同。
控制器101控制射频开关104接通主接入点102，断开备份接入点103，使主接入点102的WiFi射频信号通过光纤链路，传输到远端节点，提供无线覆盖。
控制器101读取主接入点102的工作数据和状态，当检测到主接入点102工作异常时，输出控制指令，控制射频开关104接通备份接入点103，断开主接入点102。备份接入点103的WiFi射频信号通过光纤链路传输到远端节点110，提供无线覆盖。由于备份接入点103与主接入点102具有相同的SSID(网络名)、认证密码、工作频道、工作模式等参数，无线覆盖区域的无线接入设备自动连接到备份接入点103上，无需重新配置无线接入设备的设置，从而实现了WiFi无线接入点的自动备份功能。
在本发明提供的备份式WiFi光载无线交换系统中，采用了性能及参数相同的主接入点及备份接入点。当主接入点出现故障时，WiFi光载无线交换系统会将信号切换至备份接入点，从而确保提供给用户的网络信号不会中断，进而有效维持接入点的正常运行，最终提供了稳定的无线网络信号覆盖。
因此，实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于包括：
近端单元(100)；
通过光纤链路(107)与近端单元(100)连接的远端节点(110)；及
与所述远端节点(110)电性连接的辐射天线(115)；
所述近端单元(100)包括控制器(101)、主接入点(102)、备份接入点(103)、射频开关(104)、收发分离单元(105)及第一光电/电光转换单元(106)；
所述远端节点(110)包括通过上述光纤链路(107)与所述近端单元(100)的第一光电/电光转换单元(106)电性连接的第二光电/电光转换单元(111)、同时与所述第二光电/电光转换单元(111)连接的功率放大器(113)及低噪声放大器(112)及同时与所述功率放大器(113)及低噪声放大器(112)连接的双工器(114)，所述双工器(114)与所述辐射天线(115)连接；
所述控制器(101)设置成控制所述射频开关(104)接通主接入点(102)，同时断开备份接入点(103)，从而使主接入点(102)的WiFi射频信号通过所述光纤链路(107)传输到所述远端节点(110)，进而提供无线网络信号覆盖；所述控制器同时设置成读取主接入点(102)的工作数据和状态，当检测到主接入点(102)工作异常时，输出控制指令，控制射频开关(104)接通备份接入点(103)，断开主接入点(102)，从而使得备份接入点(103)的WiFi射频信号通过光纤链路(107)传输到远端节点(110)，代替了主接入点(102)，进而以无缝方式提供了无线网络信号覆盖。
2.根据权利要求1所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述备份接入点(103)与主接入点(102)具有相同的网络名、认证密码、工作频道及工作模式。
3.根据权利要求1所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述第一光电/电光转换单元(106)由电/光转换单元(1062)和光/电转换单元(1064)构成；两者分别用于完成将收发分离单元(105)输出的下行模拟射频信号转换成光信号，通过光纤链路(107)传送至远端节点(110)；以及将远端节点(110)传送来的光信号转换成上行模拟射频信号，输出至收发分离单元(105)的上行信号输入端。
4.根据权利要求1所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述控制器(101)包括互相连接的微处理器(1012)、内存储器(1016)、外存储器(1011)、网络接口(1018)及输入输出接口(1014)；所述控制器(101)通过网络接口(1018)对主接入点(102)和备份接入点(103)进行配置、获取主接入点(102)和/或备份接入点(103)的工作数据；所述控制器(101)通过输入输出接口(1014)控制射频开关(104)的开关状态，完成主接入点(102)和备份接入点(103)之间的切换。
5.根据权利要求3所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述远端节点(110)的第二光电/电光转换单元(111)包括光电转换单元(1112)及电光转换单元(1114)；所述第一光电/电光转换单元(106)中的电/光转换单元(1062)与第二光电/电光转换单元(111)中的光/电转换单元(1112)通过其中一个光纤链路(107)连接；而所述第一光电/电光转换单元(106)中的光/电转换单元(1064)则与所述第二光电/电光转换单元(111)中的电/光转换单元(1114)通过另一个光纤链路(107)连接。
6.根据权利要求5所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述低噪声放大器(112)与第二光电/电光转换单元(111)的电/光转换单元(1114)电性连接；所述功率放大器(113)与第二光电/电光转换单元(111)的光/电转换单元(1112)相连。
7.根据权利要求1所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述射频开关(104)包括控制接口(201)、驱动电路(202)以及四个开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)；所述控制接口(201)用于接收控制器(101)的控制信号；所述驱动电路(202)将控制接口(201)接收到的控制信号进行处理，然后产生两个反向的控制信号，以便分别控制两组开关管(Q1、Q4)和(Q2、Q3)的工作状态；所述射频开关(104)有四个外接信号端口：控制信号输入端(Ctl)、第一信道、第二信道及输出端(Cx)；控制信号输入端(Ct1)连接控制器(101)的输入输出接口(1014)，控制器(101)通过控制信号输入端(Ct1)控制射频开关(104)的开关状态，第一信道、第二信道分别连接主接入点(102)和备份接入点(103)，输出端(Cx)连接收发分离单元(105)。
8.根据权利要求7所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述射频开关(104)设置成：
当控制信号输入端(Ct1)状态为“1”时，控制器(101)驱动电路(202)产生控制信号，使开关管(Q2、Q3)闭合，而开关管(Q1、Q4)断开，第一信道与输出端(Cx)连通，而第二信道与输出端(Cx)断开，主接入点(102)的射频信号通过后续的光纤链路(107)传输到远端节点(110)，从而提供远端的WiFi无线信号覆盖；
当控制信号输入端(Ct1)状态为“0”时，控制器(101)驱动电路(202)产生控制信号，使(Q2、Q3)断开，而开关管(Q1、Q4)闭合，第二信道与输出端(Cx)连通，而第一信道与输出端(Cx)断开，此时备份接入点(103)的射频信号通过后续的另一个光纤链路(107)传输到远端节点(110)，进而提供远端的WiFi无线信号覆盖。
9.根据权利要求1所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述收发分离单元(105)包括互相连接的射频功率探测电路(301)、整形电路(302)、驱动电路(303)及4个开关管(Q5、Q8、Q6、Q7)；所述收发分离单元(105)具有输入端(Cx1)、上行端(Rx1)及下行端(Tx1)；
所述射频功率探测电路(301)设置成探测输入端(Cx1)的发射功率并产生探测信号，探测信号经整形电路(302)和驱动电路(303)之后输出两个反向的控制信号，分别控制开关管(Q5、Q8)和开关管(Q6、Q7)的状态；
所述驱动电路(303)设置成：当主接入点(102)或备份接入点(103)不工作或输入端(Cx1)端处于信号接收状态时，驱动电路(303)输出两个反向控制信号，使开关管(Q6、Q7)闭合，开关管(Q5、Q8)断开，输入端(Cx1)和上行端Rx1接通；当输入端(Cx1)端发射信号时，射频功率探测电路(301)输出的探测信号，经整形电路(302)和驱动电路(303)，输出两个反向控制信号，使所述开关管(Q5、Q8)闭合，而所述开关管(Q6、Q7)断开，所述输入端(Cx1)端和下行端(Tx1)接通。
10.根据权利要求1所述的备份式WiFi光载无线交换系统，其特征在于：所述双工器(114)由射频功率探测电路(401)、整形电路(402)、驱动电路(403)以及开关管(Q9、Q10、Q11、Q12)构成；所述双工器(114)具有发射端(Tx2)、接收端(Rx2)及公共端(Cx2)；
所述射频功率探测电路(401)设置成探测发射(Tx2)的发射功率并且输出微弱电信号；
所述整形电路(402)设置成对射频功率探测电路(401)输出的微弱电信号进行放大、整形和滤波；
所述驱动电路(403)设置成对放大、整形和滤波的信号进行再次放大和调理，从而输出两个反向信号，分别控制两组开关管(Q9、Q12)、(Q10、Q11)的导通和截止。
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