企业无线局域网的规划设计

毕业设计（论文）任务书学生姓名 学号 指导教师 职称高级工程师 学院 专业 网络工程 题目名称 企业无线局域网的规划设计 任务与要求进入 21 世纪，人类进入了网络信息化时代，从日常生活、学习到科学研究再到人们的行为和思维无不打下了信息时代的烙印。借助无处不在的无线和有线网络，人们之间的沟通变得更方便、更快捷。随着无线局域网技术和无线产品的成熟，无线网络为企业网的建设提出了新的可行的思路。本课题要求学生深刻理解无线局域网的技术原理，了解无线网络的特点和应用范围，认真分析有线无线组网的案例。撰写论文，模拟一个企业环境，设计一个稳定可靠、易于管理、安全方便的企业网。开始日期 2010 年 1 月 5 日 完成日期 2010 年 5 月 25 日 院长（签字） 2010 年 月 日 注：本任务书一式两份，一份交学院，一份学生自己保存。摘 要随着以太网的广泛应用，因特网的日益普及，以及移动终端的不断增加，人们日常的生活、办公对移动 IP 接入的需求迅速增长。无线局域网WLAN（Wireless Local Area Network ）作为有线以太网的延伸，一定程度上满足了这种需求。无线局域网采用射频技术构成局域网络,是一种便利的数据传输系统。由于无线局域网设备一般工作于免授权频段，在频段的使用上无需高昂的许可费用，加之 WLAN 技术的日趋成熟，使得 WLAN 的应用已经从单纯的有线网络的延伸拓展开来，成为小区尤其是热点地区重要的高速无线数据接入手段之一，应用潜力巨大。同时 WLAN 的先期部署将促进移动数据业务需求的增长和相关业务应用的成熟。 今天，无线局域网的应用范围已经非常广泛，尤其是企业，随着人们对移动办公、高速工作效率的需求，使用无线网络必不可少。 可以预见，凭借无线接入技术本身具有的应用灵活、安装速度快、建设周期短等优势，以及地理应用环境的无限制特性，WLAN 必将作为一种高速无线数据接入手段与有线网络一起，构成灵活、高效、完善的宽带网络。关键词： 无线局域网 WLAN 技术原理 WLAN 的规划设计ABSTRACTWith the extensive application of Ethernet, the increasing popularity of the Internet, and mobile terminals continue to increase, people daily life, office mobile IP access on the rapidly growing demand. Wireless LAN WLAN (Wireless Local Area Network) as an extension of wired Ethernet, to a certain extent to meet this demand. Wireless Local Area Network constitutes a local area network using radio frequency technology, is a convenient data transmission system. As wireless LAN devices generally work in the unlicensed bands, in the band without the use of high license fees, combined with WLAN technology has matured, making WLAN applications has grown from a simple extension of wired networks open up, become especially hot cell region is an important means of high-speed wireless data access, application potential. The early deployment of WLAN will also promote the growth of demand for mobile data services and related business applications mature. Today, wireless local area network has a very wide range of applications, particularly in business, as people move office, the demand for high efficiency, the use of wireless networks is essential. Can be expected, with wireless access technology itself is the application of a flexible, quick installation, short construction period, advantages, and application environment of unlimited geographic features, WLAN will as a high-speed wireless data access tools, together with the wired network, constitute a flexible, efficient, improve the broadband network.Keywords: WLAN WLAN technology WLAN planning and design principles目 录第一章 绪 论 .11.1 无线局域网的概述 .11.1.1 概念 .11.1.2 采用非专用频段 .21.2 无线局域网的特点 .3第二章 无线局域网的技术原理 .72.1 无线局域网的标准 .72.1.1 IEEE802.11 .72.1.1.1 IEEE802.11b .82.1.1.2 IEEE802.11a .82.1.1.3 IEEE802.11g .82.1.1.4 IEEE802.11n .92.1.2 IEEE802.11e 协议 .92.1.2.1 概述 .92.1.2.2 IEEE802.11MAC 协议 .92.1.2.3 IEEE802.11e 的 EDCF 机制 .102.2 无线局域网的关键技术 .102.2.1 IEEE802.11 无线局域网的物理层关键技术 .12 2.2.1.1 DSSS 调制技术 .112.2.1.2 PBCC 调制技术 .112.2.1.3 OFDM 技术 .112.2.1.4 MIMO+OFDM 技术 .132.2.2 无线局域网的数据链路层关键技术 .152.2.2.1 无线局域网的 MAC 子层工作方式 .162.3 无线局域网的主要设备和拓扑结构 .202.3.1 主要设备介绍 .202.3.2 拓扑结构 .222.4 无线局域网的应用 .282.5 企业无线局域网组建的建议 .31第三章 需求分析 .333.1 企业情景介绍 .333.2 需求分析 .33第四章 解决方案 .354.1 网络现状 .354.2 无线网络信号覆盖要求分析与设计 .364.3 采用多 AP 微蜂窝无线覆盖 .374.4 具体接入点规划图 .374.4.1 楼宇内部的接入点规划 .384.4.2 户外楼宇间照射规划与部署 .384.4.3 户外公共场所照射规划与部署 .394.5 无线网络结构规划 .394.6 用户安全接入认证规划 .404.7 方案总结 .42第五章 结束语 .435.1 关于无线技术可能的创新与不足 .435.1.1 不足 .435.1.2 创新 .435.2 总 结 .44致 谢 语 .45参考文献 .47第一章 绪 论1.1 无线局域网的概述在 20 世纪，计算机和互联网在处理与传输数据上起到了革命性的作用。现在，无处不在、无时不在的无线技术将会使 21 世纪成为以无线网格为标志的第二个信息世纪。随着社会经济迅速发展，互联网与无线通信技术的融合，人们对网络的认识与要求也随之变高。高速率，高性能和兼容性已成为人们的普遍要求，对随时随地进行通信和信息服务的需求变得迫切。现有的有线网络在某种程度上已不能满足需求，因此，无处不在的网络终端，以个人为主，无线化、智能化的移动通信以及快捷方便的无线接入，无线互联等众多适应当前需求的新概念和新产品应运而生。无线局域网的诞生，使人们摆脱了网线的束缚，使随时随地的上网成为了时尚，让人们充分的感受了无线带来的自由和魅力！并且随着无线网络技术的不断发展和完善、覆盖范围的不断扩大，无线网络的应用将会成为未来网络的技术主流。如今每一天大约有 30 万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量目前已经超过 3 亿。这些包括教育、企业、政务、金融、证卷、医疗、机场、油田等各行各业相关人士，他们使用无线技术的方式和他们自身的工作一样都在不断地更新。无线技术，一个本世纪全球最有发展潜力的技术领域，一个给各种移动终端带来巨大发展机遇的技术已逐渐深入人们的工作和生活之中。1.1.1 概念无线局域网（wireless local-area network,WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用 IEEE802.11b,IEEE802.11a,IEEE802.11g 等标准组成的网络，其传输数据速率达到中高（254Mbps）,传输距离中等。它具有传统局域网技术(如以太网和令牌环)的所有特性和优点，却没有电线或电缆的限制(如图 1.1)。图 1.1 无线网一般而言，凡是采用无线传输的计算机局域网都可以称为无线局域网。具体的说，以无线电波、激光、红外线等来代替有线局域网中的部分或全部传输媒介便构成了无线局域网。而就应用层面来讲，它与有线网络的用途完全一样，两者的最大区别在于传输媒介的不同。无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充和延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。它利用射频（radio frequency,RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙壁里，而且可以随需移动或变化。它使用无线信道来接入网络，为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段，并成为宽带接入的有效手段之一。因此，无线局域网可以达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。1.1.2 采用非专用频段尽管各类无线网络所遵循的标准和规范有所不同，但就其传输方式来看则不外乎两种：无线电波方式和红外线方式。其中，红外线传输方式是目前应用最广泛的一种无线网技术。从图 1.2 可看出，红外线辐射的电磁频谱在可见光和微波之间。利用红外线进行通信的网络通过空气传输数据，红外线系统使用相当高的频率作为传输数据机制。作为一种无线网的传输方式，红外线传输的最大优点是不受无线电的干扰，而且红外线的使用也不会被国家无线电管理委员会加以限制。但红外线传输方式的传输质量受距离的影响非常大，并且红外线对非透明物体的穿透性也非常差，这就导致了红外线传输技术与计算机无线网的“主角地位”无缘。相比之下，无线电波传输方式有线主干网的应用广泛的多了。ExtremelyLowVeeryLowlowAudioMediumHigh VeryHighSuperHighUltraHighInfrared红外线 Visible可见光 紫外线 X射线AM 广播 短波广播 FM 广播电视蜂窝电话（840MHz）NPCS(1.9GHz)红外无线局域网902928MHz26MHz2.42.4835GHz83.5MHz(IEEE802.11)5GHz(IEEE802.11)HyperLAN HyperLAN2图 1.2 无线局域网采用非专用频段从图 1.2 可以看出，无线电波分为许多频段，其中有的分配给广播、电视或移动电话使用，这些频段的使用需要经过各个国家的无线电管理委员会批准。而无线局域网一般选择的是 ISM 频段，ISM 频段又分为工业（902928MHz） 、科学研究（2.42.4835MHz）和医疗（5.7255.850MHz）三个频段由美国联邦通信委员会（federal communications commision,FCC）分配的不必许可证的无线电频段（功率不能超过 1W） 。使用 IEEE802.11 的客户端设备不需要任何无线许可，换言之，无线局域网的组建无须有关部门的批准。这项政策使各大公司和终端用户需要获得 FCC 许可证就可以生产和使用无线产品，从而促进了 WLAN 技术的发展和应用。除了 ISM 频段外，在美国，FCC 还划定了 3 个 UNII（unlicensed national information infrastructure）都位于 5GHz，带宽为 100MHz。5GHzUNII 频段由3 个独立带宽为 100Mhz 的频段组成，分别称为低、中、高频段，主要用于IEEE802.11a 的相关产品。1.2 无线局域网的特点为什么选择无线局域网技术？也就是说，采用无线局域网有什么好处？原因在于它目前有以太网的传输速率（现已达到 108Mbps）。此外，无线高速 IEEE标准也简化了网络管理与技术支持部门的工作流程，并确保具有与其他基于 IEEE标准的无线产品的互操作能力。无线局域网技术具有经济和自由配置所需设备的特点，特别适合于无法预测变化与发展的应用环境中。一些常用的无线网络应用包括以下三点。（1） 便携式计算：能够将资源安排到所需的地方，而无需要求每台计算机或每个办公室之间的硬线连接。利用无线局域网，可以从任何一间教室或办公室通过一条硬线连接到无线访问点，从而通过无线局域网的适配器为多个 PC 设备提供网络访问能力。（2） 灵活、移动的 Internet 访问能力：对众多试图提供独特的 Internet与电子邮件访问能力的公司来说，传统的有线技术具有很大的费用制约性，而采用无线网络就不必有这些顾虑，并能够向职员提供公司内的移动网络访问能力。（3） 集成化的远程站点与设备：无线技术能够用来连接以太网的网络硬件，提供对远程站点与用户快速、经济的集成。我们只需花费少量的挖沟铺设电缆的费用或者每月支付一定的使用费用，就能够利用该技术提供视线内连接（最远连接 25 英里内的天线），或者替代连接各建筑物间的 T1 硬连接。无线的点到点或单点到多点连接，不仅能够服务于办公室、仓库、咖啡馆甚至图书馆等公用设施，而且还可支持全社区信息和教学网络。无线技术还能够使多个公司不必使用电缆或专用线路，共享一条连接到 Internet 的高速链路。更快的 Internet 访问速度增强了公司的能力，极大地降低了租用线路的再发生费用，从而带来巨大的经济效益。利用无线网桥你能够向用户提供将远程站点接入单一局域网的经济合体的解决方案，并能够避免向高速公路、铁路、河道等有线连接时所面临的种种阻碍。没有许可申请要求，没有通行权问题，也没有租用线路的再发生费用，无线网桥的费用将远远低于 T1 线路或光纤电缆。另外，它还具有方便安装和配置的特点，可在一天之内安装完毕。无线局域网可以作为传统有线网的延伸，在某些环境中还可以替代传统的有线网络。对比于传统的有线网络，无线局域网的显著特点包括： 移动性：在大楼和园区内局域网用户不管在什么地方都可以实时的访问信息。 安装便捷：无线局域网的安装工作简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽。它的安装时间只是安装有线网络时间的零头。 覆盖范围广：在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而无线局域网的通信范围，不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到几十公里。 经济节约：由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，所以往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。WLAN 不受布线接点位置的限制，具有传统局域网无法比拟的灵活性，可以避免或减少以上情况的发生。 易于扩展：WLAN 有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，WLAN 就能胜任从只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游”（Roaming）等有线网络无法提供的特性。 传输速率高：WLAN 的数据传输速率现在已经能够达到 11Mbit/s，传输距离可远至 20km 以上。应用到正交频分复用（ OFDM）技术的 WLAN，甚至可以达到 54Mbit/s。此外，无线局域网的抗干扰性强、网络保密性好。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。第二章 无线局域网的技术原理2.1 无线局域网的标准2.1.1 IEEE802.11IEEE802.11 是 IEEE 最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到 2Mb/s。由于 IEEE802.11 在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了 IEEE802.11b 和 IEEE802.11a 两个新标准。三者之间技术上的主要差别在于 MAC 子层和物理层。此外还出现了最新 802.11g。1997 年 IEEE802.11 标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE802.11 标准定义了单一的 MAC 层和多样的物理层，其物理层标准主要有 IEEE802.11b,a 和 g。表 2.1 三种不同的 IEEE802.11 扩展标准802.11b 802.11a 802.11g标准批准时间 1999 年 9 月 1999 年 9 月 2003 年 6 月每个子信道最大的数据速率 11Mbps 54Mbps 54Mbps调制方式 CCK OFDM OFDM 和 CCK每个子信道的数据速率1，2，5.5，11Mbps6,9,12,18,24,36,48,54MbpsCCK: 1，2，5.5，11MbpsOFDM: 6,9,12,18,24,36,48,54Mbps工作频段 2.42.4835GHz5.155.35GHz5.7255.825GHz2.42.4835GHz可用频宽 83.5MHz 300MHz 83.5MHz不重叠的子信道 3 12 32.1.1.1 IEEE802.11b 1999 年 9 月正式通过的 IEEE802.11b 标准是 IEEE802.11 协议标准的扩展。它可以支持最高 11Mbps 的数据速率，运行在 2.4GHz 的 ISM 频段上，采用的调制技术是 CCK。但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK 调制方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高，这对于现有的码片来说比较困难；对于接收端的 RAKE 接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求 RAKE 接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。2.1.1.2 IEEE802.11a IEEE802.11a 工作 5GHz 频段上，使用 OFDM 调制技术可支持 54Mbps 的传输速率。802.11a 与 802.11b 两个标准都存在着各自的优缺点，802.11b 的优势在于价格低廉,但速率较低（最高 11Mbps） ；而 802.11a 优势在于传输速率快（最高54Mbps）且受干扰少，但价格相对较高。另外，11a 与 11b 工作在不同的频段上,不能工作在同一 AP 的网络里，因此 11a 与 11b 互不兼容。 2.1.1.3 IEEE802.11g 为了解决上述问题，为了进一步推动无线局域网的发展，2003 年 7 月 802.11工作组批准了 802.11g 标准，新的标准终于浮出水面成为人们对无线局域网关注的焦点。IEEE802.11 工作组开始定义新的物理层标准 IEEE802.11g。该草案与以前的 802.11 协议标准相比有以下两个特点：其在 2.4G 频段使用 OFDM 调制技术，使数据传输速率提高到 20Mbps 以上；IEEE802.11g 标准能够与 802.11b 的 WIFI系统互相连通，共存在同一 AP 的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的WLAN 系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了 IEEE802.11b 产品的使用寿命，降低用户的投资。2.1.1.4 IEEE802.11n IEEE 已经成立 802.11n 工作小组，以制定一项新的高速无线局域网标准802.11n。802.11n 工作小组是由高吞吐量研究小组发展而来的，由 802.11g 工作小组主席 Matthew B. Shoemaker 担任主席一职。该工作小组计划在 2003 年 9 月召开首次会议。 IEEE802.11n 计划将 WLAN 的传输速率从 802.11a 和 802.11g 的 54Mbps 增加至 108Mbps 以上，最高速率可达 320Mbps，成为 802.11b、802.11a、802.11g 之后的另一场重头戏。和以往地 802.11 标准不同，802.11n 协议为双频工作模式（包含 2.4GHz 和 5GHz 两个工作频段） 。这样 11n 保障了与以往的 802.11a b, g标准兼容。 IEEE802.11n 计划采用 MIMO 与 OFDM 相结合，使传输速率成倍提高。另外，天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里（并且能够保障 100Mbps 的传输速率） 。IEEE802.11n 标准全面改进了 802.11 标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升 MAC 层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能。 2.1.2 IEEE802.11e 协议2.1.2.1 概述 随着用户的增多，有线网络中提出的业务要求，如视频、语音等实时业务在WLAN 中也将得到满足。这些实时业务要求 WLAN 的 MAC 层能够提供可靠的分组传输，传输时延低且抖动小。为此，IEEE 802.11 工作组的媒体访问控制(MACMedium Access Control)改进任务组(即 E 任务组)着手对目前 802.11 MAC 协议进行改进，使其可以支持具有 QoS(Quality of Service)要求的应用。 2.1.2.2 IEEE802.11MAC 协议 普通的 802.11 无线局域网 MAC 层有两种通讯方式，一种叫分布式协同式（DCF） ，另一种叫点协同式。分布式协同（DCF）基于具有冲突检测的载波侦听多路存取方法(CSMA/CA)，无线设备发送数据前，先探测一下线路的忙闲状态，如果空闲，则立即发送数据，并同时检测有无数据碰撞发生。这一方法能协调多个用户对共享链路的访问，避免出现因争抢线路而谁也无法通信的情况。它对所有用户都一视同仁，在共享通讯介质时没有任何优先级的规定。 点协同方式（PCF）是指无线接入点设备周期性地发出信号测试帧，通过该测试帧与各无线设备就网络识别、网络管理参数等进行交互。测试帧之间的时间段被分成竞争时间段和无竞争时间段，无线设备可以在无竞争时间段发送数据。由于这种通讯方式无法预先估计传输时间，因此，与分布式协同相比，目前用得还比较少。 2.1.2.3 IEEE802.11e 的 EDCF 机制 无论是分布式协同还是点协同，它们都没有对数据源和数据类型进行区分。因此，IEEE 对分布式协同和点协同在 QoS 的支持功能方面进行增补，通过设置优先级，既保证大带宽应用的通讯质量，又能够向下兼容普通 802.11 设备。 对分布式协同（DCF）的修订标准称为增强型分布式协同（EDCF） 。增强型分布式协同（EDCF）把流量按设备的不同分成 8 类，也就是 8 个优先级。当线路空闲时，无线设备在发送数据前必须等待一个约定的时间，这个时间称为“给定帧间时隙”(AIFS)，其长短由其流量的优先级决定：优先级越高，这个时间就越短。不难看出，优先级高的流量的传输延迟比优先级低的流量小得多。为了避免冲突，在 8 个优先级之外还有一个额外的控制参数，称为竞争窗口，实际上也是一个时间段，其长短由一个不断递减的随机数决定。哪个设备的竞争窗口第一个减到零，哪个设备就可以发送数据，其它设备只好等待下一个线路空闲时段，但决定竞争窗口大小的随机数接着从上次的剩余值减起。对点协同的改良称为混和协同(HCF)，混和查询控制器在竞争时段探测线路情况，确定发送数据的起始时刻，并争取最大的数据传输时间。 2.2 无线局域网的关键技术随着无线局域网技术的应用日渐广泛，用户对数据传输速率的要求越来越高。但是在室内，这个较为复杂的电磁环境中，多经效应、频率选择性衰落和其他干扰源的存在使的实现无线信道中的高速数据传输比有线信道中困难，WLAN 需要采用合适的调制技术。 IEEE802.11 无线局域网络是一种能支持较高数据传输速率（1-54Mbit/s） ，采用微蜂窝，微微蜂窝结构的自主管理的计算机局域网络。其关键技术大致有三种：DSSS、CCK 技术，和 PBCC，和 OFDM。每种技术皆有其特点，目前，扩频调制技术正成为主流，而 OFDM 技术由于其优越的传输性能成为人们关注的新焦点。2.2.1 IEEE802.11 无线局域网的物理层关键技术2.2.1.1 DSSS 调制技术 基于 DSSS 的调制技术有三种。最初 IEEE802.11 标准制定在 1Mbps 数据速率下采用 DBPSK。如提供 2Mbps 的数据速率。要采用 DQPSK，这种方法每次处理两个比特码元，成为双比特。第三种是基于 CCK 的 QPSK，是 11b 标准采用的基本数据调制方式。它采用了补码序列与直序列扩频技术，是一种单载波调制技术，通过 PSK 方式传输数据，传输速率分为 1，2,5.5 和 11Mbps。CCK 通过与接收端的Rake 接收机配合使用，能够在高效率的传输数据的同时有效的克服多径效应。IEEE802.11b 使用了 CCK 调制技术来提高数据传输速率，最高可达 11Mbps。但是传输速率超过 11Mbps，CCK 为了对抗多径干扰，需要更复杂的均衡及调制，实现起来非常困难。因此，802.11 工作组，为了推动无线局域网的发展，又引入新的调制技术。2.2.1.2 PBCC 调制技术 PBCC 调制技术是由 TI 公司提出的，已作为 802.11g 的可选项被采纳。PBCC也是单载波调制，但它与 CCK 不同，它使用了更多复杂的信号星座图。PBCC 采用8PSK，而 CCK 使用 BPSK/QPSK；另外 PBCC 使用了卷积码，而 CCK 使用区块码。因此，它们的解调过程是十分不同的。PBCC 可以完成更高速率的数据传输，其传输速率为 11，22 和 33Mbps。2.2.1.3 OFDM 技术OFDM 技术是一种无线环境下的高速多载波传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而 OFDM 技术的主要思想：就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，从而有效的抑制无线信道的时间弥散所带来的 ISI。这样就减少了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过插入循环前缀的方式消除ISI 的不利影响。 由于在 OFDM 系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。 （如图 2.1所示）在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用 IFFT 和 FFT 方法来实现，随着大规模集成电路技术与 DSP 技术的发展，IFFT 和 FFT 都是非常容易实现的。FFT 的引入，大大降低了 OFDM 的实现复杂性，提升了系统的性能。 （如图 2.2 所示 OFDM 发送接收机系统结构）(图 2.1) FDM 信号与 OFDM 信号频谱比较(图 2.2) OFDM 系统结构框图无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。因此无论从用户高速数据传输业务的需求，还是从无线通信自身来考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而 OFDM 容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。 由于无线信道存在频率选择性，所有的子信道不会同时处于比较深的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，从而提升系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波，因此OFDM 系统在某种程度上抵抗这种干扰。另外，同单载波系统相比，OFDM 还存在一些缺点，易受频率偏差的影响，存在较高的 PAR。 OFDM 技术有非常广阔的发展前景，已成为第 4 带移动通信的核心技术。IEEE802.11a g 标准为了支持高速数据传输都采用了 OFDM 调制技术。目前，OFDM结合时空编码、分集、干扰（包括符号间干扰 ISI 和邻道干扰 ICI）抑制以及智能天线技术，最大程度的提高物理层的可靠性。如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术，可以使其性能进一步优化。 2.2.1.4 MIMO+OFDM 技术 MIMO 技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。它可以定义为发送端和接收端之间存在多个独立信道，也就是说天线单元之间存在充分的间隔，因此消除了天线间信号的相关性，提高信号的链路性能增加了数据吞吐量。 (图 2.3) MIMO 系统原理框图现代信息论表明：对于发射天线数为 N，接收天线数为 M 的多入多出（MIMO）系统，假定信道为独立的瑞利衰落信道，并设 N、M 很大，则信道容量C 近似为公式 (2.1)2/log,minBMC（其中 B 为信号带宽， 为接收端平均信噪比，min(M,N)为 M，N 的较小者） 。 上式表明，MIMO 技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。研究表明，在瑞利衰落信道环境下，OFDM 系统非常适合使用 MIMO 技术来提高容量。采用多输入多输出（MIMO）系统是提高频谱效率的有效方法。我们知道，多径衰落是影响通信质量的主要因素，但 MIMO 系统却能有效地利用多径的影响来提高系统容量。系统容量是干扰受限的，不能通过增加发射功率来提高系统容量。而采用 MIMO 结构不需要增加发射功率就能获得很高的系统容量。因此将MIMO 技术与 OFDM 技术相结合是下一代无线局域网发展的趋势。MIMO+OFDM 技术是通过在 OFDM 传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量，是联合 OFDM 和 MIMO 而得到的一种新技术。它利用了时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多经的容限大大增加。图 2.4 和图 2.5 分别采用 MIMO+OFDM 技术系统发送、接收方案框图。从图中可以看出，MIMO+OFDM 系统有 Nt 个发送天线、Nr 个接收天线。在发送端和接收端各设置多重天线，可以提高空间分集效应，克服电波衰落的不良影响。这里安排了恰当的多付天线提供多个空间信道，不会全部同时受到衰落。输入的比特流经串行变换分为多个分支，每个分支都进行 OFDM 处理，即经过编码、JI（交织） 、正交幅度调制（QAM）映射、插入导频信号、IFFT 变换、加循环前缀等过程，再经过天线发送到无线信道中。接收端进行与发射端相反的信号处理过程，例如去除循环前缀、FFT 变换、解码等，同时通过信道估计、定时、同步、MIMO 检测等技术完全恢复原来的比特流。串 并编码编码JIJIQAM映射QAM映射插入导频插入导频IFFTIFFT加CP加CPTX1TXNt1NtSt(0)Si(Ne-1)Sn(0)Sn(Ne-1)图 2.4 MIMO+OFDM 系统发送方案框图检测解码FFTFFT去CP去CP时频同步RXRX信道估计x y r图 2.5 MIMO+OFDM 系统接收方案框图2.2.2 无线局域网的数据链路层关键技术在 OSI 参考模型中，数据链路层（Data link Sub-layer）位于第二层为，通用的标准定义将该层分为两个子层：介质访问控制子层 (Media Access Control)， 简称 MAC 子层，负责控制与连接物理层的物理介质。逻辑链路控制子层 (Logical Link Control Sub-layer) ，简称 LLC 子层，负责将数据正确的发送到物理层。介质访问控制（MAC）作为局域网的关键技术之一,完全决定局域网的网络性能（诸如吞吐性能与迟延性能）等等。而无线局域网（WLAN）由于其传输介质以及移动性等特点，采用与有线局域网有所区别的 MAC 协议。 图 2.6 MAC 发送数据流程 图 2.7 MAC 接收数据流程 当发送数据时，MAC 层要完成以下任务：首先它按规则从 LLC 层接收数据，然后执行媒体访问规程，查看网络是否可以发送；一旦网络可以发送，它将给数据附加上一些控制信息，把数据及控制信息以规定的格式（一般称做帧）送往物理层。 当接收数据时，MAC 层要完成以下任务：首先它从物理层接收到数据帧并检查数据帧中的控制信息，从而判断是否发生传输错误。如数据正确，则去掉控制信息后把其送至 LLC 层。2.2.2.1 无线局域网的 MAC 子层工作方式无线局域网中 MAC 子层所对应的标准为 IEEE 802.11，IEEE 802.11 MAC 综合了两种工作方式:：分布控制(DCF)和中心控制(PCF)两种工作方式：1 分布控制方式 (DCF)，类似 CDMA/CD，利用载波监听机制，适用于分布式网络，传输具有突发性和随机性的普通分组数据, 支持无竞争型实时业务及竞争型非实时业务。2 中心控制方式(PCF)，建立在 DCF 工作方式之上并且仅支持竞争型非实时业务,适用于具备中央控制器的网络。 分布控制方式(DCF)DCF 机制是 MAC 层中最基本的媒体接入控制机制。DCF 机制基于CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance 载波监听多址接入 /碰撞避免) , 并以RTS/CTS 消息交换机制作为辅助的介质访问方式1 CSMA/CA 协议CSMA 作为随机竞争类 MAC 协议，算法简单而且性能丰富，所以在实际局域网的使用中得到了广泛的应用。但是在无线局域网中，由于无线传输媒体固有的特性及移动性的影响，无线局域网的 MAC 在差错控制、解决隐藏终端等方面存在应有别于有线局域网。因此无线局域网与有线局域网所采用的 CSMA 具备一定的差异。无线局域网采用 CSMA/CA（CSMA/Collision Avoidance）协议，其与CSMA/CD 最大的不同点在于其采取避免冲突工作方式。与 CSMA/CD 不同，无线局域网介质访问控制(MAC)层采用的CSMA/CA（ CSMA/Collision Avoidance）协议，由于在 RF 传输网络中冲突检测比较困难，所以该协议用避免冲突检测代替 802.3 协议使用的冲突检测，采用冲突避免机制尽量减小冲突碰撞发生的概率，以提高网络吞吐性能与迟延性能。协议使用信道空闲评估(CCA)算法来决定信道是否空闲，通过测试天线能量和决定接收信号强度 RSSI 来完成。并且使用 RTS、CTS 和 ACK 帧减少冲突。数据加密与普通局域网的等同加密(WEP) 算法一样，使用 64 位密钥和 RC4 加密算法。2 CSMA/CA 工作过程：当发射端希望发送数据时，首先检测介质是否空闲，若是介质为空闲时，送出 RTS（Request To Send 请求发送） ，RTS 信号包括发射端的地址、接收端的地址、下一笔数据将持续发送的时间等信息，接收端收到 RTS 信号后，将响应短信号 CTS(Clear To Send)， CTS 信号上也 RTS 内记录的持续发送的时间，当发射端收到 CTS 包后，随即开始发送数据包，如图 2.8 所示，接收端收到数据包后，将以包内的 CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验 )的数值来检验包数据是否正确，若是检验结果正确时，接收端将响应 ACK 包，告知发射端数据已经被成功地接收。当发射端没有收到接收端的 ACK 包时，将认为包在传输过程中丢失，而一直重新发送包。 图 2.8 带 RTS/CTS 的 DCF 机制工作过程3 CSMA/CA 与 CSMA/CD 的区别 载波检测方式：因传输介质不同，CSMA/CD 与 CSMA/CA 的检测方式也不同。CSMA/CD 通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而 CSMA/CA 采用能量检测(ED)、载波检测(CS) 和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。 信道利用率比较：CSMA/CS 协议信道利用率低于 CSMA/CD 协议信道利用率。但是由于无线传输的特性，在无线局域网不能采用有线局域网的CSMA/CD 协议。信道利用率受传输距离和空旷程度的影响，当距离远或者有障碍物影响时会存在隐藏终端问题，降低信道利用率。 具体最高的信道利用率与传输速率有关。在 IEEE802.11无线局域网中，在 1Mbit/s 速率时最高信道利用率可到 90，而在 11Mbit/s 时最高信道利用率只有 6