无线校园网设计.doc

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1、河南工业职业技术学院毕业设计任务书类别：网络规划 专 业：计算机网络技术 班 级: 网络0702 姓 名：张冬兴 毕业设计题目：无线校园网设计指导教师及联系方式：赵建超（15903775388） 负责人签字：摘要 随着校园网的的不断普及，无线网络成为了有线网络的有益补充。根据学校目前的有线校园网络和校区环境布局的情况，确定室内、楼宇间、操场等无线覆盖区内的AP最佳定位，对实训楼、图书馆和操场等有线盲区分别进行无线AP的接入覆盖。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,人们对移动IP接入的需求迅速增长.无线局域网WLAN作为有线以太网的延伸,一定程度上满足了这种需求。无线

2、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,如果将其应用划分为室内和室外的话,室内应用包括大型办公室,车间,会议室,证券市场,体育馆,会展中心,飞机场,医院,等;室外应用包括城市建筑群间通信,学校校园网络,工矿企业厂区自动化控制与管理网络,银行金融证

3、券城区网,军事,公安流动网等。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。关键字：无线局域网,无线接入技术，有线网络，AP目录第一章 无线网络概述51.1 前言51.2 无线局域网的优势61.3无线校园网在教育中的发展与应用71.4 主要研究方向10第二章 无线网络接入技术112.1 WiMAX即全球微波接入互操作性。112.2 WIFI(Wireless Fidelity)即无线保真122.2.1 IEEE 802.11122.2.2 IEEE

4、802.a132.2.3 IEEE802.llb132.2.4 IEEE802.ll14.2.5 IEEE802.ll162.3 3G即第三代移动通信技术。212.3.1 3G技术简介212.3.2 主流技术-CDMA2000212.3.3 主流技术-WCDMA222.3.4主流技术-TD-SCDMA222.4 LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目232.4.1 LTE的主要技术特征：232.4.2 LTE的网络结构和核心技术24第三章无线校园网硬件选择与配置253.1 概述253.1.1 WLAN 的工作机制263.1.2 WLAN 的基本配置项273.2 无线网络

5、设备选购283.2.1 无线网卡283.2.2 无线AP313.2.3 无线控制器343.2.4 无线网桥393.2.5 无线路由器443.3 无线网络设备的配置463.3.1 无线网卡的安装463.3.2“AP零配置”在无线校园网的部署473.3.3 WX5002不同SSID不同VLAN功能的配置52第四章 无线校园网络设计584.1 河南工业职业技术学院校园网络现状分析584.2 校园网存在的问题584.3 无线校园网设计分析594.3.1 设计原则594.3.2 设计方案604.3.3 网络拓扑设计604.4 无线校园网的实施614.4.1、办公楼WLAN覆盖解决方案614.4.2、图文

6、信息楼WLAN覆盖解决方案624.4.3、无线校园网室外WLAN覆盖解决方案634.4.4、配置统一的VLAN管理64第五章 无线网络的安全部署655.1无线局域网的安全认证665.1.1 开放认证665.1.2共享密钥认证675.2无线局域网的加密技术675.2.1选择无线局域网安全策略的原则685.2.2和改进方法69第一章 无线网络概述1.1 前言国教育和科研计算机网CERNET在2005年5月27日举行的2005中国无线校园网建设与发展论坛上宣布，将利用在下一代互联网上的领先优势，联合各大厂商，通过贷款方式打造300所笔记本大学的宏伟计划，2005年将优先建设100所无线校园网及笔记本

7、大学。无线局域网（Wireless Local Area Network）是指去除了传统网络中的网络传输线缆，利用微波等无线技术进行信息传递的局域网。无线局域网是90年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段。随着计算机技术与通信技术的日渐发达，无线网络的应用范围也越来越广。作为与有线网络的相互补充相得益彰的新型技术，无线网络发展至今日，技术已日渐成熟。在我国，越来越多的学校开始在校园中构建和铺设无线网络。无线校园网络的快速发展与应用，将对学校的教学模式、教学理念及教学管理产生深远

8、的影响，也将对学校教师、学生的学习、生活方式产生积极影响。1.2 无线局域网的优势与有线校园网相比，无线校园网具有很人的优势：(1)移动性强。无线校园网吸引人的一个特点是移动性用户可以在教室、办公室、实验室、图书馆之间自由移动并和网络保持持续连接。并且传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到数50km。无线网络中的终端通过无线方式进行通信，在任何地方都能提供实时的信息服务，摆脱了线缆的束缚，增强了可移动性。同时，无线局域网不仅支持移动终端之间的通信，还允许无线设备接入有线网络。在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆（粗缆）时被限制在500m，即使采用单模光纤也只能达到3km，而无线局域网中两个站

9、点间的距离，目前可达到50km。受环境条件的限制小，摆脱了线缆的约束，师生在校园内可以直接使用带有WLAN接口的终端设备“随时随地”访问校园网和互联网。(2).灵活性高。无线网组网灵活，易于扩展，能满足具体的应用和安装需要，系统结构可以适用于小数量用户的对等网络，也可以适用于几千名移动用户的完整基础网络。可以以一种独立于有线网络的形式存在，在需要时可以随时建立临时网络，而不依赖有线骨干网。在无线局域网中增加或减少移动主机都是相当容易的，增加无线接入点就可以增大用户数量和覆盖范围，并且允许在较大范围内进行漫游。(3)投资回报快。在许多情况下，安装一个无线网络比常规的有线网络要便宜，特别是现在许多

10、高校有多个校区，校区如果通过光纤连接的话，费用相当高，而通过无线网络则可以节约一部分费用。并且在两个不同大楼内的计算机联网时，楼间的电缆价格昂贵，有时还受施工和其他方面的限制，而无线网络可以提供一个简单直接的解决方案；从长远考虑，单位改组、内部调整、人才更变、新配办公室、新增办公大楼、加强部分职能等，节省大量资金。相对于有线网络，无线局域网的安装工作非常简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽，它的组建、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。同时，无线网络设备可以随办公环境的变化而轻松转移和布置，有效提高设备的利用率并保护用户的设备投资。(4)传输速率高，码分多址

11、能力强。无线网络的速度可达108M，可支持300个用户连接，且易于扩展，以适应更大量的读者需求。(5)可靠性强。有线网络线路由于金属接头生锈、渗水、人为地意外地切断或者网络的联接不良而造成中断，线路失效，可能破坏网络的数据交换，检查问题往往需要很长时间。而无线网络则不存在这些问题。同时，无线网络不易受自然环境、地形及灾害影响。(6). 维护成本低。由于后期维护方便，维护成本比有线网络可减少50左右，而且对于经常移动、增加和变更的动态环境，无线网络的长远投资收益就更加明显。同时，无线网络设备可以随办公环境的变化而轻松转移和布置，有效的提高了设备的利用率。(7)便于教学。校园无线网络能提供对整个校

12、园网用户的无线上网服务，通过无线网络师生可以在学校任何地方很方便地连入校园网，进行信息的查询，并且马上可以得到数字化的全文信息，方便地进行学习。以一节体育课为例，我们可以在学校体育场任何位置通过无线网络查找到相关的信息，并进行精确的内容检索，然后，利用这些内容进行教学。1.3无线校园网在教育中的发展与应用无线校园网的建立发展不断地改变我们学生老师的日常学习生活各个方面都有典型的应用比如:(1)提供教学无线网络。通过无线校园网络覆盖教学楼及些校内公共课教学环境，如计算机公共机房、电教楼公共教室等。为广大师生提供了一个更为有效的网络互动平台，加强了学习生活的交流，同时为学生在教室内的自习提供一个方

13、便的查询资料的网络环境。(2)提供图书馆无线网络。通过无线校园网覆盖整个图书馆内所有的区域，教师和学生可以很方便地利用无线网络使用图书馆提供的各种数字化服务，能够了解查阅各类信息知识。(3)提供行政办公网络。通过无线校园网覆盖学校的各系、院办公楼和行政办公区，通过对办公区域提供无线网络，提高了各职能部门的效率，满足了教职员工的在线查询能力，大大提高了各职能部门的服务质量。(4)提供教工、学生宿舍网络。在部分的教工宿舍和大部分的校内宿舍提供了无线局域网无限覆盖，满足了教工和学生临时上网的要求。(5)无线应急系统。在出现需要突发性大规模网络服务要求的场合，提供临时性的无线网络服务，满足用户对网络的

14、需求。校园信息化建设一直是高质量、高效率教学办公的保障，随着802.11g无线局域网技术和无线产品的成熟，无线网络的应用将会为网络化学习、教学开创新的应用模式； 利用无线网络实现校内信息的发布、共享、传递，推进教学及管理信息化，拓展学生的知识面。而有线网络只能提供师生们固定的、有限的网络信息点，随着时代的进步，笔记本电脑的普及，师生们希望不仅仅是在实验室才能将他们的计算机连上网络，而在校园的草坪上、宿舍区、学术报告厅里、图书馆的任何一个角落都能将他们的笔记本电脑随时随地、随心所欲的联入校园网或Internet、不愿再受有线的束缚。WLAN技术的出现，学校采用无线组建校园网，学生们不仅可以在宿舍

15、和实验室固定的地方上网 ，还可以在课堂上、图书馆、自习室也能很方便的接入，甚至根据自己的合理时间安排，在学校宽阔空旷的花园草坪上上网查阅学习资料。在考试前夕更可以减少实验室、图书馆等可以有线园区上网的压力，改进学校的学习环境，提高了学生的学习效率与成绩。所以，对于学校来说，一方面教学的互动性增强了，另一方面，教学的信息量大大增加了；在课堂上，学生不再仅仅是被动的听者，也是互动教育的参与者，学生可以用自己的资料来参与教学，同时这些数据可随时共享，在课堂上现场做演示，并允许老师和同学们共享文件。回到宿舍，学生也不再为找网络接口而发愁，躺在宿舍的床上既可用笔记本无线上网，享受最前沿科技带来的便捷和乐

16、趣，周末期间可在多个宿舍之间自由共享文件进行学习探讨、学术交流、音乐视频点播等自由娱乐。1.4 主要研究方向鉴于当前大多数学校已经拥有的有线网络，只能提供有限而固定的网络信息点，无法满足学校师生随时随地共享教育网络资源的需要，难以布线区域网络建设的需要、利用网络提高教学效率的需要、以及信息化建设中降低成本和保护投资的要求等，本文研究的主要目标就是通过设计一个无线网络，对学校现有有线网络进行拓展和完善，找到问题解决的途径。在本次论文过程中，主要深入研究分析了无线局域网相关安全技术措施，探索了安全无线局域网在无线校园网络中基本应用，运用多种安全技术，结合河南工业职业技术学院无线校园建设的需求，提出

17、了一个安全无线校园网的解决方案。本次校园网的设备绝大部分采用杭州华三公司的设备，他们的无线校园网解决方案在全国都很出名，是一个不错的选择。第二章 无线网络接入技术2.1 WiMAX即全球微波接入互操作性。 WiMAX全称World Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种空中接口标准。 WiMAX系统主要有两个技术标准，一个是指满足固定宽带无线接入的WiMAX80216d标准，另一个是满足固定和移动的宽带无线接入技术WiMAX80216e标准。

18、 作为线缆和xDSL的无线扩展技术，802.16a规范于2003年1月29日被IEEE通过。这是一种全新的宽带FWA技术，是为解决宽带接入最后一公里的问题而设计的。在亚洲，目前xDSL是WiMAX在最后一公里接入市场主要的竞争对手，因此，通常也将WiMAX称为无线DSL。 实现更远的传输距离：WiMAX所能实现的50km的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。 提供更高速的宽带接入。据悉，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。 提

19、供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。 提供多媒体通信服务。由于WiMAX较Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。 2.2 WIFI(Wireless Fidelity)即无线保真目前，WLAN的推广和认证工作主要由产业标准组织WiFi（Wireless Fidelity,无线保真）联盟完成，所以WLAN技术常常被称之为WiFi。WLAN通过空气发送和接收数据，工作在2.4GHz5.8GHz频段。用户可以在W

20、LAN覆盖范围内任意地点以无线方式连接到网络上。根据目前普遍采用的技术，WLAN的数据传输速率可以达到54Mbps，传输距离可以远至20KM以上，可以基本满足目前网络资源的无线传输需求。WLAN技术目前的四种标准： IEEE 802.11协议、蓝牙（Bluetooth）、HomeRF和红外线（Infrared）。2.2.1 IEEE 802.11 1990年IEEE(国际电气电子工程师协会)802标准化委员会成立IEEE802.n无线局域网标准工作组，主要研究无线设备和网络发展的全球标准，该组织于1997年6月颁布的 IEEE802.n标准是第一代无线局域网标准之一，IEEE802.11作在2

21、.4GHz的ISM即工业，科学和医用开放频段，支持IMbps和ZMbps的数据传输速率。无线局域网只涉及OSI/RM模型中的数据链路层与物理层两层协议(如图2.3所示)，没有复杂的中转、路由等网络控制，网络结构也相对简单。根据局域网的特点，数据链路层又可进一步划分为逻辑链路控制层(LLG)与媒体访问控制层(MAC)，各层中无线局域网相关的协议簇如图1一2所示。IEEE802.u协议定义了物理层(PHY)和媒体访问控制层规范，物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，允许无线局域网及无线设备制造商建立互操作网络设备。为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地争用信道，有线局域网媒体访

22、问控制中采用了CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)协议，由于无线局域网征冲突检测较困难，无线局域网媒体访问控制中使用CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突防止)协议，CSMA/CA通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。2.2.2 IEEE802.a IEEE802.a工作在SGHzU一Nll频带，从而避开了拥挤的2.4GHz频段，所以相对802.llb来说几乎是没有干扰。物理层速率可达54MbPs，传输层可达25Mbps，基本上满足现行局域网绝大多数应用的速度要求，采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术;可提供25MbP

23、s的无线ATM接口、10MbPs以太网无线帧结构接口和 TDD/TDMA的空中接口，支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。IEEESO2.lla在使用频率的选择和数据传输速率上都优于IEEE802.llb，不过其不兼容IEEE802.llb、空中接力不好、点对点连接很不经济，不适合小型设备，另外由于技术成本过高，缺乏价格竞争力，经济规模始终无法扩大，加上SGHz并非免费频段，在部分地区面临频谱管制的问题，市场销售情况一直不理想。相比而言，业界非常看好IEEE802.llb。2.2.3 IEEE802.llb IEEE802.llb工作于开放的2.4GHz频

24、段，支持最高11MbPs的传输带宽，无需直线传播。其实际的传输速率在5砒Ps左右，与普通的 10Base一T规格有线局域网处于同一水平。使用动态速率转换，传输速率可因环境干扰或传输距离而变化，可将数据传输速率降低为5.SMbps、ZMbps和IMbps。且当工作在ZMbps、IMbps速率时可向下兼容IEEE802.11。IEEE802.llb的使用范围在室外为300米，在办公环境中则最长为100米，信号传输不受墙壁的阻挡。使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。而随着网络应用中视频、语音等关键数据传输需求越来越多，速率问题将会成为 802.llb进一

25、步发展的主要障碍。目前，借助于先进的调制解调技术，IEEE802.llb产品完全可以提供高达22MbPs和44MbPs的传输速率，成为无线产品市场的新宠。此外802.llb在安全问题也不容忽视，目前主要通过WEP加密协议来弥补这一缺陷，不过IEEE已经出台了一个标准802.Hi来专门解决WLAN中的安全问题。IEEE802.llb+是一个非正式的标准，称为增强型IEEE802.llb，与IEEE802.llb完全兼容，只是采用了特殊的数据调制技术，所以，能够实现高达22MbPs的通讯速率，比IEEE802.llb标准快一倍。同时，由于IEEE802.llb+产品在价格上与IEEE802.llb

26、相差无几，因此，具有很好的市场前景。2.2.4 IEEE802.llIEEE802.11工作组近年来开始定义新的物理层标准IEEE802.11。与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11草案有以下两个特点：在24GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s以上；能够与IEEE802.11的Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长了IEEE80211b产品的使用寿命，降低了用户的投资。2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11

27、草案，该标准成为人们关注的新焦点。IEEE 802.11g在现行WLAN技术中的优势还是相当明显的。OFDM技术具备的高数据率和极强的多路径冗余能力，使得遵循802.11g协议技术的无线设备能够实现高数据率传输和远距离地域覆盖。OFDM缓解信号衰耗 。 在当今WLAN应用中，OFDM被认为是最佳波形技术。众所周知，对WLAN设备设计者来说，要解决的最大难题是多路径传输中的信号衰耗问题。在室内环境，信号可从多个方向抵达天线。由于每条传输路径的距离不一样最大可达数百英尺（近百米），因而不同信号从发送器到接收器会有特定的时间延迟和相移，这会造成信号严重失真。信号带宽中一些频率干涉使信号增强；而有些频

28、率产生相消干涉，使得特定频率的信号减弱，甚至有可能消失。 在室内环境下，载波经由不同延迟路径到达接收天线会导致信号“溢出”。多路径引发的信号间冲突（ISI）会引发严重的信号失真；更有甚者，在单一信号周期内失真情况会不一样。IEEE 802.11b协议技术采用波形称为补充代码键控（CCK），调制实质是单载波正交相移键控（QPSK），因而也存在多路径延迟问题。802.11b 采用信道均衡技术解决多路径引发的ISI问题，但要增加信号中继，而且其中复杂的均衡器设计会影响到系统性能。 相对于单载波系统，OFDM系统不采用补偿办法来消除多路径引发的ISI问题。OFDM脉冲具备保护间隔，可将其视为包含冗余信

29、息的信号前缀，在接收器一方可丢弃而不影响正常的信号解码。设置此保护间隔为OFDM系统的最重要特性。保护间隔比一般延迟路径的时间都要长，802.11 a/g为800纳秒，接收器很容易在信号内容中识别并将其舍弃。而且，OFDM原来应用于802.11a系统中，“移植”到2.4GHz频段将有利于保持与传统802.11b设备间的兼容性。 802.11 WLAN系统采用的主要信道共享机制为CSMA/CA（载波监听多路接入/冲突检测），即“会话前监听”机制。其中每个节点负责监听传输，它处于基本服务集（BSS）中，服务集包含一个接入点（AP）和所有相关客户端。这就引发一个问题，802.11b无线信号将无法监听

30、到采用OFDM的802.11g信号。 802.11g采用所有802.11信号都能识别的传统RTS/CTS（请求发送/允许发送）应答方式解决了这一问题。在802.11网中，所有节点应在AP接收范围内，但有可能无法相互识别，这时采用RTS-CTS机制能明显减少冲突。802.11g正是采用这类机制实现与802.11b间的互操作。运用RTS/CTS机制，802.11g AP能对传统无线设备进行监控，如果没有发现传统802.11b设备，则舍弃RTS/CTS信号，吞吐率随之提高。 远距离地域覆盖 。如上所述，OFDM波形技术特别适合于室内WLAN应用。从物理学角度来说，传输距离跟波长是成正比的，因而采用工

31、作于2.4GHz频段（波长较长）的OFDM技术，传输距离比工作于5GHz（波长较短）频段的类似系统要远。当然这是在自由空间的情形，在应用于室内如家庭或办公室时，情况会略有不同，但低频率仍有传输距离优势。从无线频率传输角度看，可将任何物体量化为具备特定波长。但在多数室内WLAN应用系统中，大部分无线信号得穿透墙壁，并绕过家具或其它障碍物。.2.5 IEEE802.ll802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。主要的物理层技术涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、Short GI等技术,从而将物理层吞吐提高到600Mbps。如果仅仅提高物理层的速率，而没

32、有对空口访问等MAC协议层的优化，802.11n的物理层优化将无从发挥。就好比即使建了很宽的马路，但是车流的调度管理如果跟不上，仍然会出现拥堵和低效。所以802.11n对MAC采用了Block确认、帧聚合等技术，大大提高MAC层的效率。802.11n对用户应用的另一个重要收益是无线覆盖的改善。由于采用了多天线技术，无线信号(对应同一条空间流)将通过多条路径从发射端到接收端，从而提供了分集效应。在接收端采用一定方法对多个天线收到信号进行处理，就可以明显改善接收端的SNR，即使在接受端较远时，也能获得较好的信号质量，从而间接提高了信号的覆盖范围。其典型的技术包括了MRC等。除了吞吐和覆盖的改善，1

33、1n技术还有一个重要的功能就是要兼容传统的802.11 a/b/g，以保护用户已有的投资。802.11n的关键技术：(1).MIMO：MIMO是802.11n物理层的核心，指的是一个系统采用多个天线进行无线信号的收发。它是当今无线最热门的技术，无论是3G、IEEE 802.16e WIMAX，还是802.11n，都把MIMO列入射频的关键技术。图1 MIMO架构通过多条通道，并发传递多条空间流，可以成倍提高系统吞吐。通过多条通道，无线信号通过多条路径从发射端到达接收端多个接收天线。由于经过多条路径传播，每条路径一般不会同时衰减严重，采用某种算法把这些多个信号进行综合计算，可以改善接收端的SNR

34、。需要注意的是，这里是同一条流在多个路径上传递了多份，并不能够提高吞吐。在MRC部分将有更多说明。(2)SDM：当基于MIMO同时传递多条独立空间流(spatial streams)，如下图中的空间流X1,X2，时，将成倍地提高系统的吞吐。图2 通过MIMO传递多条空间流MIMO系统支持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。如发送天线数量为3,而接收天线数量为2，则支持的空间流为2。MIMO/SDM系统一般用“发射天线数量接收天线数量”表示。如上图为2*2 MIMO/SDM系统。显然，增加天线可以提高MIMO支持的空间流数。但是综合成本、实效等多方面因素，目前业界的WLAN AP都普遍

35、采用33的模式。MIMO/SDM是在发射端和接收端之间，通过存在的多条路径(通道)来同时传播多条流。有意思的事情出现了：一直以来，无线技术(如OFMD)总是企图克服多径效应的影响，而MIMO恰恰是在利用多径来传输数据图3 MIMO利用多径传输数据(3)MIMO-OFDM：在室内等典型应用环境下，由于多径效应的影响，信号在接收侧很容易发生(ISI)，从而导致高误码率。OFDM调制技术是将一个物理信道划分为多个子载体(sub-carrier),将高速率的数据流调制成多个较低速率的子数据流，通过这些子载体进行通讯，从而减少ISI机会，提高物理层吞吐。OFDM在802.11a/g时代已经成熟使用，到了

36、802.11n时代，它将MIMO支持的子载体从52个提高到56个。需要注意的是，无论802.11a/g，还是802.11n，它们都使用了4个子载体作为pilot子载体，而这些子载体并不用于数据的传递。所以802.11n MIMO将物理速率从传统的54Mbps提高到了58.5 Mbps(即54*52/48)。(4). FEC (Forward Error Correction) ：按照无线通信的基本原理，为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递，发射端将把信息进行编码并携带冗余信息，以提高系统的纠错能力，使接收端能够恢复原始信息。802.11n所采用的QAM-64的编码机制可以将编码率(有

37、效信息和整个编码的比率)从3/4 提高到5/6。所以，对于一条空间流，在MIMO-OFDM基础之上，物理速率从58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4)。(5). Short Guard Interval (GI) ：由于多径效应的影响，信息符号(Information Symbol)将通过多条路径传递，可能会发生彼此碰撞，导致ISI干扰。为此，802.11a/g标准要求在发送信息符号时，必须保证在信息符号之间存在800 ns的时间间隔，这个间隔被称为Guard Interval (GI)。802.11n仍然使用缺省使用800 ns GI。当多径效应不是很严重时，用户可以将该

38、间隔配置为400，对于一条空间流，可以将吞吐提高近10%，即从65Mbps提高到72.2 Mbps。对于多径效应较明显的环境，不建议使用Short Guard Interval (GI)。(6). 40MHz绑定技术：这个技术最为直观：对于无线技术，提高所用频谱的宽度，可以最为直接地提高吞吐。就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提高。传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提高吞吐。需要注意的是：对于一条空间流，并不是仅仅将吞吐从72.2 Mbps提高到144.4(即72.22 )Mbps。对于20MHz频宽，为

39、了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104(522)提高到108。按照72.2*2*108/104进行计算，所得到的吞吐能力达到了150Mbps。(7). MCS (Modulation Coding Scheme)：在802.11a/b/g时代，配置AP工作的速率非常简单，只要指定特定radio类型(802.11a/b/g)所使用的速率集，速率范围从1Mbps到54Mbps,一共有12种可能的物理速率。到了802.11n时代，由于物理速率依赖于调制方法、编码率、空间流数量、是否40MHz绑定等多个因素。

40、这些影响吞吐的因素组合在一起，将产生非常多的物理速率供选择使用。比如基于Short GI,40MHz绑定等技术，在4条空间流的条件下，物理速率可以达到600Mbps(即4*150)。为此，802.11n提出了MCS的概念。MCS可以理解为这些影响速率因素的完整组合，每种组合用整数来唯一标示。对于AP，MCS普遍支持的范围为0-15。8. MRC (Maximal-Ratio Combining)：MRC和吞吐提高没有任何关系，它的目的是改善接收端的信号质量。基本原理是：对于来自发射端的同一个信号，由于在接收端使用多天线接收，那么这个信号将经过多条路径(多个天线)被接收端所接收。多个路径质量同时

41、差的几率非常小，一般地，总有一条路径的信号较好。那么在接收端可以使用某种算法，对这些各接收路径上的信号进行加权汇总(显然，信号最好的路径分配最高的权重)，实现接收端的信号改善。当多条路径上信号都不太好时，仍然通过MRC技术获得较好的接收信号。2.3 3G即第三代移动通信技术。 2.3.1 3G技术简介 国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件2000年国际移动通讯计划(简称IMT-2000)。为了提供3G服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2

42、Mbps(兆字节每秒)、384kbps(千字节每秒)以及144kbps的传输速度3G标准组织主要由3GPP、3GPP2组成，以CDMA码分多址技术为核心。其中TD-SCDMA、WCDMA由3GPP负责具体标准化工作；而CDMA2000由3GPP2负责具体标准化工作2.3.2 主流技术-CDMA2000 CDMA2000是由IS-95A/B标准演进而来的第三代移动通信标准，由3GPP2负责具体标准化工作。目前CDMA2000有由3GPP2制定的Release 0、A、B、C和D五个支持CDMA2000 1X及其增强型技术的版本，以及由EIA/TIA发布的支持CDMA2000 1X EV-DO的I

43、S-856和IS-856A标准。 CDMA2000 1x EV-DO定位于Internet的无线延伸，能以较少的网络和频谱资源（在1.25MHz标准载波中）支持平均速率为：(1)静止或慢速移动：1.03Mbps（无分集）和 1.4Mbps（分集接收）(2)中高速移动：700Kbps（无分集）和 1.03Mbps（分集接收）(3)其峰值速率可达2.4Mbps，而且在IS-856版本A中可支持高达3.1M的峰值速率。2.3.3 主流技术-WCDMAWCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Re

44、lease 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。 W-CDMA2（宽带码分多址）是一个ITU(国际电信联盟)标准，它是从码分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz.基于Release 99/ Release 4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象

45、、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。2.3.4主流技术-TD-SCDMATD-SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达304km。TD-SCDMA的无线传输方案综合了FDMA，TDMA和CDMA

46、等基本传输方法。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵活性，TD-SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网络，如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里，计划让TD-SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳

47、频谱效率，可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。2.4 LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。2.4.1 LTE的主要技术特征：(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3-4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2-3倍。(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。(4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务