一、概述

無線城域網(wǎng)絡（WMAN，Wireless Metropolitan Area Networks）與無線局域網(wǎng)絡（WLAN）相同，它們的概念都是源于計算機網(wǎng)絡。依據(jù)GB/T 2900.96《電工術(shù)語 計算機網(wǎng)絡技術(shù)》中的定義，城域網(wǎng)絡（MAN）是指連接于同一個都市里的局域網(wǎng)絡的網(wǎng)絡。而局域網(wǎng)絡（LAN）的定義是：位于用戶處所有線地理區(qū)域內(nèi)的計算機網(wǎng)絡。顯然，無線城域網(wǎng)絡（WMAN）應是指：數(shù)據(jù)的傳輸不使用導線的城域網(wǎng)絡。城域網(wǎng)絡（MAN）中定義的區(qū)域為“都市”，可理解為傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡中的本地網(wǎng)絡。

而現(xiàn)在人們常說的無線城域網(wǎng)絡（WMAN），多是指以寬帶無線接入技術(shù)（BWA，Broadband Wireless Access）為基礎的寬帶無線城域網(wǎng)絡（BWMAN），可實現(xiàn)固定終端用戶和移動終端用戶的寬帶業(yè)務接入。

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1、WMAN 與WiMAX

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）是指成立于2001年6月的專門論壇。該論壇是以寬帶無線接入技術(shù)（BWA）的設備生產(chǎn)商、部件供應商和應用服務商共同組建的非盈利組織，類似于WLAN技術(shù)的推廣組織Wi-Fi聯(lián)盟（WFA）。該論壇旨在對基于IEEE802.16標準的寬帶無線接入產(chǎn)品進行一致性和互操作性認證。WiMAX的目標在于通過確保寬帶無線接入設備之間的兼容和互操作性，促進基于IEEE 802.16標準的寬帶無線接入網(wǎng)絡的市場化和大規(guī)模部署。現(xiàn)在，WiMAX已成為IEEE 802.16標準的別稱，在WiMAX論壇的推動下，基于IEEE 802.16標準的WiMAX產(chǎn)品可快速進入市場。由于采用了WiMAX的技術(shù)（它也制定相應的規(guī)范），WiMAX技術(shù)具有投資少、建設快、傳輸速率高等一系列優(yōu)點，WiMAX技術(shù)理論上可以應用于廣域接入、企業(yè)寬帶接入、家庭最后一公里接入、熱點覆蓋、移動寬帶接入等所有寬帶接入市場。如同Wi-Fi對WLAN市場產(chǎn)生了巨大影響一樣，WiMAX極大地推動了無線寬帶接入（BWA）市場的增長。

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另外，基于IEEE 802.16e的WiMAX論壇制定的相關規(guī)范，在2007年被ITU接收認可，補充為IMT-2000的無線傳輸技術(shù)（RTT）的一種，也被ITU稱為無線城域網(wǎng)絡（WMAN）。

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2、WMAN 與IEEE 802.16

WMAN的BWA技術(shù)是基于IEEE 802.16系列標準。IEEE在1999年成立了IEEE 802.16工作組，來專門研究寬帶固定無線接入技術(shù)規(guī)范，目標就是要建立一個全球統(tǒng)一的寬帶無線接入標準。IEEE 802.16工作組的出現(xiàn)大大地推動了寬帶無線接入技術(shù)在全球的發(fā)展。

IEEE 802.16工作組從2002年4月8日正式發(fā)布第1個標準IEEE 802.16-2001（固定寬帶無線接入（FBWA），工作在10~66 GHz頻段，是屬于視距（LOS）傳播頻段）；陸續(xù)發(fā)布了IEEE 802.16a-2003（FBWA，工作在2~11 GHz頻段，是屬于非視距（NLOS）傳播頻段）、IEEE 802.16d（FBWA，工作在2~66 GHz頻段，整合于IEEE 802.16-2001和IEEE 802.16a-2003，后又被命名為IEEE 802.16-2004）。上述這些標準都屬于固定寬帶無線接入（FBWA），直到2005年又發(fā)布了IEEE 802.16e-2005，是工作在2~6 GHz頻段支持移動性的寬帶無線接入空中接口標準，其目的是為了實現(xiàn)既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案。后續(xù)IEEE 802.16由發(fā)布了一系列BWA（包括固定和移動性接入）的演進標準，包括高級空中接口、更高可靠性網(wǎng)絡等等。

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二、WMAN的體系結(jié)構(gòu)

無線城域網(wǎng)絡（WMAN）技術(shù)主要是基于IEEE 802.16e及相關系列標準的寬帶無線接入技術(shù)（BWA），IEEE 802.16e主要規(guī)定的是系統(tǒng)的空中接口規(guī)范，即網(wǎng)絡的媒體訪問控制（MAC）和物理層（PHY）規(guī)范。IEEE 802.16e是在IEEE 802.16d基礎上的標準演進，因此，WMAN可同時提供固定終端用戶和移動終端用戶的寬帶業(yè)務的接入。對于寬帶無線接入技術(shù)（BWA）主要是指寬帶無線多媒體系統(tǒng)（BWM），該系統(tǒng)是指同時支持通信、廣播業(yè)務傳輸?shù)?/span>BWA技術(shù)。

1、參考模型

WMAN的參考模型架構(gòu)如下圖1所示。物理層（PHY）提供無線鏈路信號的發(fā)送、接收和管理。具體包括數(shù)據(jù)的編碼/解碼、交織/解交織、調(diào)制/解調(diào)、映射/解映射等處理，并按照指定幀格式在RF載頻上發(fā)送和接收。MAC又分為三個子層，從下至上為：安全子層（SES）、公共部分子層（CPS）和網(wǎng)絡適配子層（NAS）。MAC提供上層數(shù)據(jù)到PHY的傳遞和無線鏈路的管理，NAS子層提供外部網(wǎng)絡數(shù)據(jù)到MAC的映射。CPS提供MAC的核心功能，包括系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接建立和連接維護。SES子層提供三元接入鑒別與授權(quán)（TAAA，Tri-element Access Authentication and Authorization）安全能力，包括TAAA的安全能力協(xié)商、TAAA鑒別、TAAA單播通信密鑰管理、TAAA組播通信密鑰管理和TAAA數(shù)據(jù)加解密功能

圖2-1：WMAN的參考模型架構(gòu)

2、WMAN的端到端的網(wǎng)絡架構(gòu)

IEEE 802.16為WMAN定義了端到端的網(wǎng)絡架構(gòu)，如下圖2-2所示。該架構(gòu)大體上把WMAN分為終端、接入服務網(wǎng)絡（ASN）和連接服務網(wǎng)絡（CSN）。WMAN終端包括固定終端、移動終端和便攜終端，統(tǒng)稱為用戶站（SS，Subscriber Station）。

圖2-2：WMAN的端到端的網(wǎng)絡架構(gòu)

接入服務網(wǎng)絡（ASN，Access Serving Network）為WMAN的終端用戶提供無線接入的一整套網(wǎng)絡功能集合，由一個或多個基站（BS）、一個或多個ASN網(wǎng)關組成。一個ASN可以由一個或多個CSN共享。其ASN主要功能詳見下表2-2；其中BS的主要功能為WMAN的終端用戶提供空中接口；ASN網(wǎng)關則用于ASN內(nèi)第二層業(yè)務匯聚點。連接服務網(wǎng)絡（CSN，Connectivity Serving Network）為WMAN的終端用戶提供IP連接服務的一整套網(wǎng)絡功能集合，其主要功能也列在下表2-2中。

表2-2：接入服務網(wǎng)絡（ASN）和連接服務網(wǎng)絡（CSN）的功能

三、WMAN的物理層技術(shù)

為了更好地使用帶寬，IEEE 802.16支持時分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）模式。IEEE 802.16標準中主要規(guī)定了兩種工作方式：單載波和正交頻分復用（OFDM）。固定無線接入（IEEE 802.16d）可使用的射頻頻率范圍為10~66 GHz；移動無線接入（IEEE 802.16e）可使用的射頻頻率范圍為2~11 GHz。

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四、WMAN的應用

由于WMAN網(wǎng)絡技術(shù)的特點，如既可支持固定終端接入由可支持移動性用戶終端接入、可供選用的射頻頻率范圍較寬、在城域范圍內(nèi)可實現(xiàn)50 km無線信號的傳輸距離、可提供的接入速度達70 Mb/s等，因此，WMAN網(wǎng)絡可組成各種應用網(wǎng)絡，WMAN理論上可以應用于廣域接入、企業(yè)寬帶接入、家庭最后一公里接入、熱點覆蓋、移動寬帶接入等所有寬帶接入市場。

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