WiMAX - 快速指南

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Wimax - 无线简介

无线是指使用无线电波作为介质而不是电线来传输信号。无线技术用于执行像关掉电视这样简单的任务，或者像在现场向销售人员提供来自自动化企业应用程序的信息这样复杂的任务。现在，无绳键盘和鼠标、PDA、寻呼机以及数字和移动电话已成为我们日常生活的一部分。

下面给出了无线通信系统对用户有吸引力的一些固有特征 -

• 移动性- 无线通信系统允许用户在办公桌之外访问信息并在任何地方开展业务，而无需有线连接。

• 可达性- 无线通信系统使人们能够保持联系并可达，无论他们在哪里操作。

• 简单性- 与有线网络相比，无线通信系统的部署简单快捷。初始设置成本可能有点高，但其他优势克服了高昂的成本。

• 可维护性- 在无线系统中，您不必花费太多成本和时间来维护网络设置。

• 漫游服务- 使用无线网络系统，您可以随时随地提供服务，包括火车、公共汽车、飞机等。

• 新服务- 无线通信系统提供短信和彩信等各种智能服务。

无线网络拓扑

设置无线网络基本上有三种方法 -

点对点桥接

如您所知，网桥用于连接两个网络。点对点网桥将具有不同网络的两座建筑物互连。例如，无线 LAN 网桥可以直接与以太网连接到特定接入点（如下图所示）。

点对多点桥接

此拓扑用于连接可能位于建筑物内不同楼层或跨建筑物的三个或更多 LAN（如下图所示）。

网状或自组织网络

该网络是一个独立的局域网，不连接到有线基础设施，并且其中所有站点都直接相互连接（如下图所示）。

无线技术

无线技术可以根据其范围以不同的方式进行分类。每种无线技术都旨在服务于特定的使用领域。每个使用段的要求基于各种变量，包括带宽需求、距离需求和功率。

无线广域网 (WWAN)

该网络使您能够通过无线广域网 (WWAN) 访问卡和 PDA 或笔记本电脑访问 Internet。

与移动电信技术的数据速率相比，这些网络提供了非常快的数据速度，并且它们的范围也很广泛。基于 CDMA 和 GSM 的蜂窝和移动网络是 WWAN 的良好示例。

无线个域网 (WPAN)

这些网络与 WWAN 非常相似，只是它们的范围非常有限。

无线局域网 (WLAN)

该网络使您能够通过无线局域网 (WLAN) 访问卡和 PDA 或笔记本电脑访问本地热点中的 Internet。

它是一种使用高频无线电波而不是电线在节点之间进行通信的局域网。

与移动电信技术的数据速率相比，这些网络提供非常快的数据速度，并且它们的范围非常有限。Wi-Fi 是最广泛和流行的 WLAN 技术示例。

无线城域网 (WMAN)

该网络使您能够通过无线区域网络 (WRAN) 访问互联网和多媒体流服务。

与移动电信技术以及其他无线网络的数据速率相比，这些网络提供了非常快的数据速度，并且它们的范围也很广泛。

无线网络问题

无线网络存在以下三个主要问题。

• 服务质量 (QoS) - 与通过有线服务的互联网不同，无线数据传输的主要问题之一是 QoS 不足。丢包和大气干扰是无线协议反复出现的问题。

• 安全风险- 这是通过无线网络传输数据的另一个主要问题。基本网络安全机制，例如服务集标识符（SSID）和无线等效隐私（WEP）；这些措施对于住宅和小型企业来说可能足够了，但对于需要更强安全性的实体来说却不够。

• 可到达范围- 通常，无线网络提供的范围约为 100 米或更小。范围是天线设计和功率的函数。如今，无线范围已扩展至数十英里，因此这不再是问题。

无线宽带接入 (WBA)

宽带无线是一种可实现高速无线连接的技​​术。它使用无线电波直接向潜在用户传输数据或从潜在用户接收数据。3G、Wi-Fi、WiMAX 和 UWB 等技术协同工作，以满足独特的客户需求。

WBA是由基站和用户设备组成的点对多点系统。基站不使用基站和用户之间的物理连接，而是使用室外天线向用户设备发送和接收高速数据和语音。

WBA 为有线宽带提供了有效的补充解决方案，该解决方案已获得全球大部分人口的认可。

什么是无线网络连接？

Wi-Fi 代表Wi reless Fidelity。Wi-Fi 基于 IEEE 802.11 系列标准，主要是一种局域网 (LAN) 技术，旨在提供室内宽带覆盖。

有关 Wi-Fi 的更多详细信息，请查看我们的Wi-Fi 教程。

WiMAX - 什么是 WiMAX？

WiMAX 是当今最热门的宽带无线技术之一。WiMAX 系统有望以经济的方式向住宅和企业客户提供宽带接入服务。

粗略地说，WiMax 是以太网的标准化无线版本，主要作为有线技术（例如电缆调制解调器、DSL 和 T1/E1 链路）的替代方案，为客户场所提供宽带接入。

更严格地说，WiMAX 是一个由领先的通信、组件和设备公司组成的行业贸易组织，旨在促进和认证符合 IEEE 802.16 和 ETSI HIPERMAN 标准的宽带无线接入设备的兼容性和互操作性。

WiMAX 的运行方式与 WiFi 类似，但速度更快、距离更远、用户数量更多。WiMAX甚至能够在有线基础设施难以到达的区域提供服务，并且能够克服传统有线基础设施的物理限制。

WiMAX 成立于 2001 年 4 月，当时正值最初的 10-66 GHz IEEE 802.16 规范发布之际。WiMAX 是 802.16，正如 WiFi 联盟是 802.11。

WiMAX 是

• 全球微波接入互操作性的缩写。

• 基于无线城域网技术。

• 一种针对在大范围内提供以 IP 为中心的服务而优化的无线技术。

• 用于构建替代和互补宽带网络的可扩展无线平台。

• 表示按照 IEEE 802.16 或兼容标准构建的设备具有互操作性的认证。IEEE 802.16 工作组制定了解决两种类型使用模型的标准 -

  • 固定使用模型 (IEEE 802.16-2004)。
  • 便携式使用模型 (IEEE 802.16e)。

什么是 802.16a？

WiMAX 是一个非常简单的术语，人们倾向于将其用于 802.16 标准和技术本身，尽管严格来说它仅适用于满足 WiMAX 论坛制定的特定一致性标准的系统。

2-11 GHz 的 802.16a 标准是一种无线城域网 (MAN) 技术，可为固定、便携式和移动设备提供宽带无线连接。

它可用于将 802.11 热点连接到互联网，提供园区连接，并为最后一英里宽带接入提供有线和 DSL 的无线替代方案。

WiMax 速度和范围

WiMAX 预计最初将为固定和便携式应用提供高达约 40 Mbps 的每个无线通道容量，具体取决于所选的特定技术配置，足以支持数百家具有 T-1 速度连接的企业和数千家具有 DSL 速度连接的住宅。WiMAX 可以支持语音和视频以及互联网数据。

WiMax 的开发目的是为建筑物提供无线宽带接入，无论是与现有的有线网络竞争，还是在目前没有服务的农村或人口稀少的地区单独使用。它还可用于将 WLAN 热点连接到互联网。WiMAX 还旨在为移动设备提供宽带连接。它的速度不会像这些固定应用中那么快，但预计在 3 公里的蜂窝覆盖区域内可提供约 15 Mbps 的容量。

借助 WiMAX，用户可以真正摆脱当今的互联网接入安排，并能够以宽带速度上网，几乎可以在 MetroZone 内的任何地方进行上网。

WiMAX 可能部署在各种频段：2.3GHz、2.5GHz、3.5GHz 和 5.8GHz

为什么选择 WiMax？

• WiMAX可以满足多种接入需求。潜在的应用包括扩展宽带功能以拉近用户的距离，填补电缆、DSL 和 T1 服务、WiFi 和蜂窝回程的空白，提供从光纤到路边的最后 100 米接入，并为服务提供商提供另一种经济高效的选择支持宽带服务。

• WiMAX 可以支持非常高的带宽解决方案，其中需要使用现有基础设施进行大频谱部署（即 >10 MHz），从而降低成本，同时提供支持全方位高价值多媒体服务所需的带宽。

• WiMAX 能够帮助服务提供商应对因不断增长的客户需求而面临的许多挑战，而无需放弃现有的基础设施投资，因为它能够跨各种网络类型无缝互操作。

• WiMAX 可以为从实时延迟敏感的 IP 语音 (VoIP) 到实时流视频和非实时下载等应用提供广域覆盖和服务质量功能，确保用户获得他们想要的性能。期望所有类型的通信。

• WiMAX 是一种基于 IP 的无线宽带技术，可以集成到广域第三代 (3G) 移动以及无线和有线网络中，使其成为随时随地无缝宽带接入解决方案的一部分。

最终，WiMAX 旨在通过 WiMAX 和 CDMA 标准（称为 4G）的潜在组合，成为 3G 移动电话演进的下一步。

WiMAX 目标

标准本身不足以实现大规模采用。WiMAX 已经挺身而出，帮助解决采用障碍，例如互操作性和部署成本。WiMAX 将定义和进行互操作性测试，并在测试成功完成后为供应商系统贴上“WiMAX Certified™”标签，从而帮助点燃无线城域网行业的活力。

WiMAX 与 Wi-Fi 比较

WiMAX 类似于 Wi-Fi 无线标准，但规模更大、速度更快。游牧版本将使支持 WiMAX 的设​​备在大范围内保持连接，就像今天的手机一样。我们可以根据以下因素将其与Wi-Fi进行比较。

IEEE 标准

Wi-Fi 基于 IEEE 802.11 标准，而 WiMAX 基于 IEEE 802.16。然而，两者都是 IEEE 标准。

范围

Wi-Fi 通常提供数百英尺的本地网络接入，速度高达 54 Mbps，单个 WiMAX 天线的覆盖范围预计可达 40 英里，速度可达 70 Mbps 或更高。因此，WiMAX 可以提供服务本地 Wi-Fi 网络所需的底层互联网连接。

可扩展性

Wi-Fi 适用于 LAN 应用，用户规模从 1 到 10 个，每个 CPE 设备有一个订阅者。固定信道大小 (20MHz)。

WiMAX 旨在高效支持一到数百个消费者驻地设备 (CPE)，每个 CPE 背后的用户数量不受限制。灵活的通道大小从 1.5MHz 到 20MHz。

比特率

Wi-Fi 的工作速率为 2.7 bps/Hz，在 20 MHz 信道中峰值速率可达 54 Mbps。

WiMAX 的工作速率为 5 bps/Hz，在 20 MHz 信道中峰值速率可达 100 Mbps。

服务质量

Wi-Fi 不保证任何 QoS，但 WiMax 将为您提供多种级别的 QoS。

因此，WiMAX 可以提供服务本地 Wi-Fi 网络所需的底层互联网连接。Wi-Fi 无法提供无处不在的宽带，而 WiMAX 则可以。

比较表

WiMAX - 显着特点

WiMAX 是一种无线宽带解决方案，提供丰富的功能，在部署选项和潜在服务产品方面具有很大的灵活性。一些值得强调的更显着的特征如下 -

两种服务

WiMAX 可以提供两种形式的无线服务 -

• 非视距服务是一种 WiFi 服务。您计算机上的小天线连接到 WiMAX 塔。在此模式下，WiMAX 使用较低的频率范围 - 2 GHz 至 11 GHz（类似于 WiFi）。

• 视线服务，固定碟形天线从屋顶或杆子直接指向 WiMAX 塔。视线连接更强大、更稳定，因此能够以更少的错误发送大量数据。视距传输使用更高的频率，范围可能达到 66 GHz。

基于 OFDM 的物理层

WiMAX 物理层 (PHY) 基于正交频分复用，该方案具有良好的抗多径性，并允许 WiMAX 在非视距条件下运行。

非常高的峰值数据速率

WiMAX 能够支持非常高的峰值数据速率。事实上，当使用 20MHz 宽频谱运行时，峰值 PHY 数据速率可高达 74Mbps。

更典型地，使用采用下行链路与上行链路比率为3:1的TDD方案操作的10MHz频谱，下行链路和上行链路的峰值PHY数据速率分别约为25Mbps和6.7Mbps。

可扩展的带宽和数据速率支持

WiMAX 具有可扩展的物理层架构，可根据可用信道带宽轻松扩展数据速率。

例如，WiMAX系统可以根据信道带宽是1.25MHz、5MHz还是10MHz分别使用128、512或1,048位FFT（快速傅立叶变换）。这种缩放可以动态地完成以支持用户在可能具有不同带宽分配的不同网络之间漫游。

自适应调制和编码 (AMC)

WiMAX 支持多种调制和前向纠错 (FEC) 编码方案，并允许根据信道条件按每个用户和每个帧更改该方案。

AMC 是一种在时变通道中最大化吞吐量的有效机制。

链路层重传

WiMAX 支持链路层的自动重传请求 (ARQ)，以实现需要增强可靠性的连接。支持 ARQ 的连接要求接收方确认每个传输的数据包；未确认的数据包被假定为丢失并被重新传输。

支持TDD和FDD

IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e-2005支持时分双工和频分双工以及半双工FDD，从而实现低成本的系统实施。

WiMAX 使用 OFDM

移动WiMAX 使用正交频分多址(OFDM) 作为多址技术，从而可以为不同的用户分配不同的OFDM 音调子集。

灵活动态的每用户资源分配

上行链路和下行链路资源分配均由基站中的调度器控制。使用突发 TDM 方案，根据需要在多个用户之间共享容量。

支持先进的天线技术

WiMAX 解决方案在物理层设计中内置了许多钩子，允许使用多天线技术，例如波束成形、空时编码和空间复用。

服务质量支持

WiMAX MAC层具有面向连接的架构，旨在支持各种应用，包括语音和多媒体服务。

除了尽力数据流量之外，WiMAX 系统还支持恒定比特率、可变比特率、实时和非实时流量。

WiMAX MAC 旨在支持大量用户，每个终端有多个连接，每个连接都有自己的 QoS 要求。

强大的安全性

WiMAX 使用高级加密标准 (AES) 支持强加密，并具有强大的隐私和密钥管理协议。

该系统还提供基于可扩展身份验证协议 (EAP)的非常灵活的身份验证架构，该架构允许使用各种用户凭据，包括用户名/密码、数字证书和智能卡。

支持移动性

该系统的移动 WiMAX 变体具有支持延迟容忍全移动应用（例如 VoIP）安全无缝切换的机制。

基于IP的架构

WiMAX 论坛定义了基于全IP 平台的参考网络架构。所有端到端服务均通过 IP 架构交付，该架构依赖于基于 IP 的协议来实现端到端传输、QoS、会话管理、安全性和移动性。

WiMAX - 构建模块

WiMAX 系统由两个主要部分组成 -

• WiMAX 基站。
• WiMAX 接收器。

WiMAX基站

WiMAX 基站由室内电子设备和概念类似于手机塔的 WiMAX 塔组成。WiMAX 基站可以覆盖半径达 6 英里的广阔区域。覆盖范围内的任何无线设备都可以访问互联网。

WiMAX 基站将使用标准中定义的 MAC 层，这是一种通用接口，使网络可以互操作，并根据用户的需求在基本实时的基础上为用户分配上行链路和下行链路带宽。

每个基站在称为小区的区域提供无线覆盖。理论上，小区的最大半径为 50 公里或 30 英里，但实际考虑将其限制为约 10 公里或 6 英里。

WiMAX接收器

WiMAX 接收器可能有一个单独的天线，也可能是一个独立的盒子或位于笔记本电脑、计算机或任何其他设备中的 PCMCIA 卡。这也称为客户端设备 (CPE)。

WiMAX基站类似于接入WiFi网络中的无线接入点，但覆盖范围更大。

回程

WiMAX 塔站可以使用高带宽有线连接（例如 T3 线路）直接连接到互联网。它还可以使用视距微波链路连接到另一个 WiMAX 塔。

回程既指从接入点返回基站的连接，也指从基站到核心网的连接。

可以使用高速回程微波链路将多个基站相互连接。这还允许 WiMAX 用户从一个基站覆盖区域漫游到另一个基站覆盖区域，类似于手机的漫游。

WiMAX - 参考网络模型

IEEE 802.16e-2005标准提供了WiMAX的空中接口，但没有定义完整的端到端WiMAX网络。WiMAX 论坛的网络工作组 (NWG) 负责开发 WiMAX 的端到端网络要求、架构和协议，使用 IEEE 802.16e-2005 作为空中接口。

WiMAX NWG 开发了一个网络参考模型，作为 WiMAX 部署的架构框架，并确保各种 WiMAX 设备和运营商之间的互操作性。

该网络参考模型设想了一个支持固定、游牧和移动部署的统一网络架构，并且基于IP服务模型。下面是基于 IP 的 WiMAX 网络架构的简化说明。整个网络在逻辑上可以分为三个部分 -

• 最终用户用来访问网络的移动站 (MS)。

• 接入服务网络（ASN），由一个或多个基站和一个或多个ASN网关构成边缘的无线接入网络。

• 连接服务网络（CSN），提供IP连接和所有IP核心网络功能。

WiMAX 论坛 NWG 开发的网络参考模型定义了许多功能实体以及这些实体之间的接口。下图展示了一些比较重要的功能实体。

• 基站 (BS) - BS 负责向 MS 提供空中接口。BS 的附加功能可能包括微移动管理功能，例如切换触发和隧道建立、无线电资源管理、QoS 策略实施、流量分类、DHCP（动态主机控制协议）代理、密钥管理、会话管理和组播组管理。

• 接入服务网络网关 (ASN-GW) - ASN 网关通常充当 ASN 内的第 2 层流量聚合点。可能是 ASN 网关一部分的附加功能包括 ASN 内位置管理和寻呼、无线电资源管理和准入控制、用户配置文件缓存和加密密钥、AAA 客户端功能、与基站的移动隧道的建立和管理、QoS 和策略实施、移动 IP 的外地代理功能以及到选定 CSN 的路由。

• 连接服务网络 (CSN) - CSN 提供与 Internet、ASP、其他公共网络和企业网络的连接。CSN 归 NSP 所有，包括支持设备、用户和特定服务身份验证的 AAA 服务器。CSN 还提供针对每个用户的 QoS 和安全策略管理。CSN还负责IP地址管理、支持不同NSP之间的漫游、ASN之间的位置管理以及ASN之间的移动性和漫游。

WiMAX架构框架允许在构建物理实体时灵活分解和/或组合功能实体。例如，ASN可以被分解为基站收发器(BST)、基站控制器(BSC)和ASNGW，类似于BTS、BSC和服务GPRS支持节点(SGSN)的GSM模型。

WiMAX - 技术

WiMAX 是一项基于 IEEE 802.16 规范的技术，可替代电缆和 DSL 提供最后一英里无线宽带接入。WiMAX网络的设计基于以下主要原则 -

• 频谱- 能够部署在许可和非许可频谱中。

• 拓扑- 支持不同的无线接入网络 (RAN) 拓扑。

• 互通- 独立的 RAN 架构，可实现与 WiFi、3GPP 和 3GPP2 网络以及现有 IP 运营商核心网络的无缝集成和互通。

• IP 连接- 支持客户端和应用程序服务器中 IPv4 和 IPv6 网络互连的混合。

• 移动管理——将固定接入扩展到移动和宽带多媒体服务交付的可能性。

WiMAX定义了两种MAC系统配置文件：基本ATM和基本IP。他们还定义了两个主要 PHY 系统配置文件：用于（美国部署）10.66 GHz 范围的 25 MHz 宽通道，以及用于（欧洲部署）10.66 GHz 范围的 28 MHz 宽通道。

WiMAX 物理层和 MAC 层将在本教程的不同章节中进行解释。

WiMAX 技术工作组正在为 IEEE 802.16a 和 HiperMan 标准定义 MAC 和 PHY 系统配置文件。MAC 配置文件包括用于无线 MAN（许可）和无线 HUMAN（免许可）的基于 IP 的版本。

IEEE 标准 802.16 旨在发展为一套基于通用 MAC 协议的 WMAN 空中接口标准，但物理层规范取决于使用频谱和相关法规。

WiMAX 框架基于几个核心原则 -

• 支持不同的 RAN 拓扑。

• 定义明确的接口可实现 802.16 RAN 架构独立性，同时实现与 WiFi、3GPP3 和 3GPP2 网络的无缝集成和互通。

• 利用 IETF 定义的开放 IP 技术，使用通用现成 (COTS) 设备构建可扩展的全 IP 802.16 接入网络。

• 支持 IPv4 和 IPv6 客户端和应用程序服务器，建议在基础设施中使用 IPv6。

• 功能可扩展性，支持未来向完全移动性的迁移和丰富宽带多媒体的交付。

WiMAX - 物理层

WiMAX物理层基于正交频分复用。OFDM 是实现高速数据、视频和多媒体通信的首选传输方案，并被各种商业宽带系统使用，包括 DSL、Wi-Fi、手持数字视频广播 (DVB-H) 和 MediaFLO ，除了WiMAX。

OFDM 是一种优雅且高效的方案，适用于非视距或多路径无线电环境中的高数据速率传输。

WiMAX 中的自适应调制和编码

WiMAX 支持多种调制和编码方案，并允许根据信道条件在每个链路上逐个突发地改变该方案。使用信道质量反馈指示符，移动设备可以向基站提供关于下行链路信道质量的反馈。对于上行链路，基站可以基于接收到的信号质量来估计信道质量。

下表提供了 WiMAX 支持的各种调制和编码方案的列表 -

PHY 层数据速率

由于 WiMAX 的物理层非常灵活，因此数据速率性能会根据操作参数而变化。对物理层数据速率有重大影响的参数是信道带宽以及所使用的调制和编码方案。其他参数，例如子信道数量、OFDM 保护时间和过采样率，也会产生影响。

以下是各种通道带宽下的 PHY 层数据速率以及调制和编码方案。

WiMAX - OFDM 基​​础知识

OFDM 属于称为多载波调制的传输方案系列，其基于将给定的高比特率数据流划分为多个并行的较低比特率流并在单独的载波（通常称为子载波或音调）上调制每个流的思想。

多载波调制方案通过使符号时间足够大来消除或最小化符号间干扰 (ISI)，以使信道引起的延迟只占符号持续时间的一小部分（通常小于 10%）。

因此，在符号持续时间较小的高数据速率系统中，与数据速率成反比地将数据流分割成许多并行流会增加每个流的符号持续时间，使得延迟扩展仅为符号持续时间。

OFDM是多载波调制的一种频谱高效版本，其中子载波的选择使得它们在符号持续时间内彼此正交，从而避免需要使用非重叠子载波信道来消除载波间干扰。

为了完全消除ISI，在OFDM符号之间使用保护间隔。通过使保护间隔大于预期的多径延迟扩展，可以完全消除 ISI。然而，添加保护间隔意味着功率浪费和带宽效率降低。

WiMAX - MAC 层

IEEE 802.16 MAC 专为点对多点宽带无线接入应用而设计。WiMAX MAC 层的主要任务是在较高传输层和物理层之间提供接口。

MAC 层从上层获取数据包，这些数据包称为 MAC 服务数据单元 (MSDU)，并将它们组织成 MAC 协议数据单元 (MPDU)，以便通过空中传输。对于接收到的传输，MAC 层执行相反的操作。

IEEE 802.16-2004 和 IEEE 802.16e-2005 MAC 设计包括一个汇聚子层，可以与各种高层协议（例如 ATM TDM 语音、以太网、IP 和任何未知的未来协议）接口。

802.16 MAC 专为点对多点 (PMP) 应用而设计，基于具有冲突避免功能的冲突感知多路访问 (CSMA/CA)。

MAC 包含多种功能，适合不同移动速率下的各种应用，例如：

• 用于 MAC 层安全的隐私密钥管理 (PKM)。PKM 版本 2 包含对可扩展身份验证协议 (EAP) 的支持。

• 广播和多播支持。

• 可管理性原语。

• 高速切换和移动管理原语。

• 三种电源管理级别：正常运行、睡眠和空闲。

• 标头抑制、打包和分段可有效利用频谱。

• 五个服务类别，主动授权服务（UGS）、实时轮询服务（rtPS）、非实时轮询服务（nrtPS）、尽力服务（BE）和扩展实时可变速率（ERT-VR）服务。

这些功能与可扩展 OFDMA 的固有优势相结合，使 802.16 适用于高速数据和突发或同步 IP 多媒体应用。

对 QoS 的支持是 WiMAX MAC 层设计的基本部分。WiMAX 借鉴了 DOCSIS 电缆调制解调器标准的 QoS 设计背后的一些基本思想。

强大的 QoS 控制是通过使用面向连接的 MAC 架构实现的，其中所有下行链路和上行链路连接均由服务 BS 控制。

WiMAX还定义了服务流的概念。服务流是具有一组特定 QoS 参数的单向数据包流，并由服务流标识符(SFID)标识。

WiMAX - 移动支持

WiMAX 设想了四种与移动性相关的使用场景 -

• 游牧- 允许用户使用固定用户站并从不同的连接点重新连接。

• 便携式- 向便携式设备（例如 PC 卡）提供游牧访问，并期望尽最大努力进行切换。

• 简单的移动性- 用户可以以高达 60 公里/小时的速度移动，并在切换期间短暂中断（少于 1 秒）。

• 完全移动性- 支持高达 120 公里/小时的移动性和无缝切换（小于 50 毫秒的延迟和 < 1% 的数据包丢失）。

WiMAX 网络最初可能会部署用于固定和游牧应用，然后随着时间的推移演进以支持可移植性和完全移动性。

IEEE 802.16e-2005 标准定义了支持移动性管理的框架。具体而言，该标准定义了用于在用户站活动时从一个基站的覆盖范围移动到另一基站的覆盖范围或在空闲时从一个寻呼组移动到另一个寻呼组时跟踪用户站的信令机制。

该标准还提供了一些协议，可以将正在进行的连接从一个基站无缝切换到另一个基站。

该标准还提供了一些协议，可以将正在进行的连接从一个基站无缝切换到另一个基站。WiMAX 论坛使用了 IEEE 802.16e-2005 中定义的框架，在端到端网络架构框架内进一步开发移动性管理。该架构还支持使用移动IP 的IP 层移动性。

WiMAX - 安全功能

WiMAX 系统在设计之初就考虑到了强大的安全性。该标准包括确保用户数据隐私并通过额外的移动协议优化来防止未经授权的访问的最先进方法。

安全性由 WiMAX MAC 内的隐私子层处理。WiMAX 安全的关键方面如下：

支持隐私

用户数据使用经过验证的稳健性加密方案进行加密，以提供隐私。支持 AES（高级加密标准）和 3DES（三重数据加密标准）。

用于导出密码的 128 位或 256 位密钥是在身份验证阶段生成的，并定期刷新以提供额外的保护。

设备/用户身份验证

WiMAX 提供了一种灵活的方法来验证用户站和用户，以防止未经授权的使用。身份验证框架基于互联网工程任务组 (IETF) EAP，它支持各种凭据，例如用户名/密码、数字证书和智能卡。

WiMAX 终端设备带有内置的 X.509 数字证书，其中包含其公钥和 MAC 地址。WiMAX 运营商可以使用证书进行设备身份验证，并使用用户名/密码或智能卡身份验证来进行用户身份验证。

灵活的密钥管理协议

隐私和密钥管理协议版本 2 (PKMv2) 用于安全地将密钥材料从基站传输到移动站，定期重新授权和刷新密钥。

控制消息的保护

通过使用消息摘要方案（例如基于 AES 的 CMAC 或基于 MD5 的 HMAC）来保护无线控制消息的完整性。

支持快速切换

为了支持快速切换，WiMAX 允许 MS 使用特定目标 BS 的预认证来促进加速重新进入。

支持三向握手方案，以优化重新验证机制以支持快速切换，同时防止任何中间人攻击。

WiMAX - IEEE 标准

IEEE 802.16（固定宽带无线接入系统空中接口），也称为 IEEE WirelessMAN 空中接口，是城域网中固定、便携式和移动 BWA 的新兴标准套件。

这些标准由 IEEE 802.16 工作组发布，最初涵盖 10.66 GHz 无线电频谱中的无线本地环路 (WLL) 技术，后来通过修订项目扩展到包括 2 至 11 GHz 的许可和非许可频谱。

WiMAX 目前包括 802.16-2004 和 802.16e。802.16-2004 利用 OFDM 以一种循环技术的时分方式为多个用户提供服务，但速度非常快，以便用户感觉他们始终在发送/接收。802.16e 利用 OFDMA，通过为每个用户分配音调组，可以同时为多个用户提供服务。

以下是与 WiMAX 相关的各种 IEEE 802.16 标准的图表。

注：BWA的IEEE 802.16标准为不同供应商的设备之间的互操作性提供了可能性，这与以前的BWA行业形成鲜明对比，在该行业中，高价格的专有产品在市场上占主导地位。

WiMAX - WiMAX 论坛™

一个名为 WiMAX Forum™ 的非营利组织成立于 2001 年，旨在协调标准、测试和认证不同制造商设备之间的互操作性。

WiMAX Forum™ 由设备和组件供应商组成，旨在通过帮助确保 BWA 设备的兼容性和互操作性来支持 IEEE 802.16 BWA 系统，从而通过芯片级实施降低成本。

WiMAX Forum™ 正在做 WiFi 联盟为无线 LAN 和 IEEE 802.11 所做的事情。WiMAX Forum Certified™ 产品遵循 IEEE 802.16 标准，与大多数可用的专有解决方案相比，可提供更高的带宽、更低的成本和更广泛的服务功能。

WiMAX Forum™ 正在致力于建立一个基线协议，允许来自多个供应商的设备和装置进行互操作，并提供来自不同供应商的设备和装置的选择。

WiMAX论坛成员

WiMAX Forum™ 拥有来自设备制造商、半导体供应商和服务提供商的 400 多名会员，最近还向内容提供商开放了会员资格。一些著名的成员包括阿尔卡特、AT&T、富士通、英特尔、北电、摩托罗拉、SBC 和西门子。

WiMAX - 总结

我们在本教程中仅介绍了 WiMAX 的基础知识。有大量优秀的参考资料供您参考，成为 WiMAX 大师。请查看本教程的 WiMAX 有用资源章节，了解有关 WiMAX 的更多信息。

以下是我们在本教程中讨论的要点的快速回顾 -

• WiMAX 基于 IEEE 802.16 组织定义的非常灵活且强大的空中接口。

• WiMAX 类似于 Wi-Fi 无线标准，但规模更大、速度更快。

• WiMAX 物理层基于 OFDM，这是一种克服多径失真的优雅而有效的技术。

• 物理层支持多种先进技术来提高链路层的可靠性。这些技术包括强大的纠错编码，包括 Turbo 编码和 LDPC、混合 ARQ 和天线阵列。

• WiMAX 支持多种先进的信号处理技术，以提高整体系统容量。这些技术包括自适应调制和编码、空间复用和多用户分集。

• WiMAX具有非常灵活的MAC层，可以容纳多种流量类型，包括语音、视频和多媒体，并提供强大的QoS。

• WiMAX 标准内置了强大的安全功能，例如强加密和相互验证。

• WiMAX 定义了灵活的全IP 网络架构，允许利用IP 的所有优势。

• WiMAX 提供非常高的频谱效率，特别是在使用高阶 MIMO 解决方案时。

WiMAX Forum™ 是一家行业领先的非营利性公司，其成立目的是促进和认证宽带无线产品的兼容性和互操作性。

WiMAX Forum Certified™ 产品基于单一全球标准 IEEE 802.16，可在全球范围内实现完全互操作性。

下一步是什么？

IEEE 802.16 产品正处于商业开发的最后阶段，初步试验部署已经开始。因此，请做好迎接新的无线革命阶段的准备。

您可能有兴趣了解有关 WiMAX 的更多信息。因此，请查看WiMAX 有用资源。

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