一、概述

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

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

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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（BWA）的設備生產商、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技術的推廣組織Wi-Fi聯盟（WFA）。該論壇旨在對基于IEEE802.16標準的寬帶無線接入產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絡的市場化和大規模部署。現在，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產品可快速進入市場。由于采用了WiMAX的技術（它也制定相應的規范），WiMAX技術具有投資少、建設快、傳輸速率高等一系列優點，WiMAX技術理論上可以應用于廣域接入、企業寬帶接入、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論壇制定的相關規范，在2007年被ITU接收認可，補充為IMT-2000的無線傳輸技術（RTT）的一種，也被ITU稱為無線城域網絡（WMAN）。

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2、WMAN 與IEEE 802.16

WMAN的BWA技術是基于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規范，目標就是要建立一個全球統一的寬帶無線接入標準。IEEE 802.16工作組的出現大大地推動了寬帶無線接入技術在全球的發展。

IEEE 802.16工作組從2002年4月8日正式發布第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）；陸續發布了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，其目的是為了實現既能提供高速數據業務又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案。后續IEEE 802.16由發布了一系列BWA（包括固定和移動性接入）的演進標準，包括高級空中接口、更高可靠性網絡等等。

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二、WMAN的體系結構

無線城域網絡（WMAN）技術主要是基于IEEE 802.16e及相關系列標準的寬帶無線接入技術（BWA），IEEE 802.16e主要規定的是系統的空中接口規范，即網絡的媒體訪問控制（MAC）和物理層（PHY）規范。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務的接入。對于寬帶無線接入技術（BWA）主要是指寬帶無線多媒體系統（BWM），該系統是指同時支持通信、廣播業務傳輸的BWA技術。

1、參考模型

WMAN的參考模型架構如下圖1所示。物理層（PHY）提供無線鏈路信號的發送、接收和管理。具體包括數據的編碼/解碼、交織/解交織、調制/解調、映射/解映射等處理，并按照指定幀格式在RF載頻上發送和接收。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）和網絡適配子層（NAS）。MAC提供上層數據到PHY的傳遞和無線鏈路的管理，NAS子層提供外部網絡數據到MAC的映射。CPS提供MAC的核心功能，包括系統接入、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（TAAA，Tri-element Access Authentication and Authorization）安全能力，包括TAAA的安全能力協商、TAAA鑒別、TAAA單播通信密鑰管理、TAAA組播通信密鑰管理和TAAA數據加解密功能

圖2-1：WMAN的參考模型架構

2、WMAN的端到端的網絡架構

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

圖2-2：WMAN的端到端的網絡架構

接入服務網絡（ASN，Access Serving Network）為WMAN的終端用戶提供無線接入的一整套網絡功能集合，由一個或多個基站（BS）、一個或多個ASN網關組成。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網關則用于ASN內第二層業務匯聚點。連接服務網絡（CSN，Connectivity Serving Network）為WMAN的終端用戶提供IP連接服務的一整套網絡功能集合，其主要功能也列在下表2-2中。

表2-2：接入服務網絡（ASN）和連接服務網絡（CSN）的功能

三、WMAN的物理層技術

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網絡技術的特點，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、在城域范圍內可實現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網絡可組成各種應用網絡，WMAN理論上可以應用于廣域接入、企業寬帶接入、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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