WMAN 和 WWAN 概述

无线局域网范围通常较小，如考虑更长距离，如几公里、几十公里或更远，需要无线城域网或无线广域网技术。

无线城域网

无线城域网（WMAN）是以无线方式构建的城域网，提供高速的互联网接入，它是在 WLAN 的基础上发展而来的。WMAN 是为了满足宽带无线接入的市场需求，解决城域网的最后一公里接入问题，代替电缆、数字用户线和光纤等。WMAN 能有效解决有线方式无法覆盖地区的宽带接入问题，有较完备的 QoS 机制，可根据业务需要提供实时、非实时不同速率要求的数据传输服务，为居民和各类企业的宽带接入业务提供新的方案。

IEEE802.16 也称 WiMax(Worldwide interoperability for Microwave Access, 全球微波接入互操作性），以此标准为基础的无线城域网覆盖范围达几十公里，传输速率高，并提供灵活、经济、高效的组网方式，支持固定和移动的宽带无线接入方式。

无线广域网

无线广域网（WWAN）进一步扩展了传统的无线网络范围，是一种覆盖范围更大的无线网络，提供更方便和灵活的无线接入，目前典型的 WWAN 有卫星通信网络、蜂窝移动通信（2G/3G/4G）等系统。。用户能使用笔记本电脑、智能手机等移动设备在覆盖范围内灵活接入网络，进而访问因特网。
为提供高效的移动宽带无线接入，IEEE802 委员会成立了 802.20 工作组制定无线广域网移动宽带接入标准，但由于各技术和市场等原因，其标准制定和应用进展并不顺利。

IEEE 802.16(WiMax)标准

从 20 世纪 90 年代开始，宽带无线接入技术得到了快速发展，有本地多点分配和多信道多点分配技术，主要用于小型家庭办公、中小企业和城市商业中心等用户。但这一产业未能进一步发展壮大，一个重要原因就是没有统一的全球性宽带无线接入标准。1998 年 11 月，IEEE802 的宽带无线接入研究组成立，开始系列标准的制定。

工作特性

IEEE802.16 系统可工作在频分双工或时分双工模式，前者需成对频率，可灵活地动态调整上下行带宽。终端采用半双工频分方式，降低收发器的要求，减少成本。IEEE802.16 标准主要规定了两种调制方式，分别是单载波和 OFDM。

关键技术

信道编码技术

IEEE802.16 支持多种信道编码，可按不同业务的 QoS 和速率灵活选择合适的编码方式，不同的参数组合可提高频谱利用率。信道编码类型有以下 3 种：

链路自适应技术

多天线技术和安全

IEEE802.16 支持 MIMO 和自适应天线阵两种不同的多天线实现方式，WiMax和WiFi使用的认证加密方法相似，使用 3DES、AES 和 EAP 等。

协议体系结构

IEEE802.16 标准描述了一个点对多点的宽带无线接入系统的空中接口，包括 MAC 层和物理层。

MAC 层分为汇聚子层、公共部分子层和安全子层：

WiMax 工作场景

WiMax 系统组成

WiMax 系统通常由两部分组成：

WiMax 提供服务

WiMax 可提供两种形式的无线服务：

WiMax 应用场景

WiMax 的应用场景包括固定、游牧、便携、简单移动和自由移动。

IEEE802.20 标准

IEEE802.20 技术也称为 Mobile-Fi，最初由思科等厂商提出，此后不久在 IEEE802.16 工作组内成立专门的移动宽带无线接入研究小组。2002 年 11 月，IEEE802.20 工作组正式成立，其目标是规范工作于低于 3.5GHz 的许可频段的MBWA（Mobile Broadband Wireless Access, 移动宽带无线接入）系统物理层和 MAC 层的互操作性。

IEEE802.20 模型

IEEE802.20 标准内容主要包括无线信道模型、移动性管理及切换模型、分布式安全模型及所支持的业务模型。

无线信道模型

该模型采用 MIMO，对于单入单出（SISO）空间信道模型，主要考虑接收信号的信号功率分布和多普勒频移信息，而对基于多径衰落和多普勒频移的 MIMO，还需角扩展、功率方位谱、发送端和接收端的天线阵列相关性等信息。具体的 MIMO 模型主要有相关模型、射线跟踪模型和散射模型。

移动性管理及切换模型

如果移动节点（MN）与固定用户通信，则需家乡代理（HA）和外地代理（FA）共同参与。HA 和 FA 可以是驻留在基站路由器的专用通信模块，也可用另外的设备实现。移动站（MS）在不同基站间切换时，可采用先中断后切换和先切换后中断两种方式。MS 收到相邻基站的广播后，会侦听所有基站的无线信号并测量强度，寻找适合作为目标的相邻基站。

分布式安全模型

IEEE802.20 采用分布式安全模型来管理网络安全，相对于集中式安全模型而言，分布式安全模型中的各设备自身作为安全管理器，不依赖其他设备来实现信任功能，某一设备状态改变不影响其他设备间的密钥关系。

业务模型

随着各种移动终端设备的普及，移动通信业务的需求也在不断增长，主要是移动互联网业务，包括 WWW、FTP、E-mail、VoIP、视频会议、即时通信及其他各种应用等。

IEEE802.20 性能特性

IEEE802.20 的物理层以 OFDM 和 MIMO 为核心，挖掘时域、频域和空间域的资源，提高系统的频谱效率。而设计理念上，强调基于分组转发的纯 IP 架构处理突发性数据，与 3.5G（HSDPA、EV-DO)性能相当，IEEE802.20 在实现和部署成本上也具有较大优势。

IEEE 802.20 协议栈

IEEE802.20 协议模型分为数据链路层和物理层。

数据链路层分为 MAC 子层和 MAC 管理子层。

物理层由 PLCP 子层、PMD 子层和 PHY 管理子层组成。

系统引入了 IPv6 支持移动性，在网络控制的切换中，网络决定移动节点的连接点。在移动节点控制的切换中，网络决定了新连接点，并与该点建立连接。

蜂窝移动通信

IEEE802.16 无线城域网和 IEEE802.20 无线广域网都是由最初IEEE802.3技术发展而来的，秉承了计算机网络的特征。蜂窝移动通信技则是在 ITU 的传统电信领域内，由最初的电话网络逐步发展而来。

蜂窝移动通信原理

蜂窝移动通信系统将地理区域分割成许多蜂窝单元（小区），每个小区半径视用户分布密度为 1~10km 不等，每个小区由一个小功率发射基站为本小区内的用户服务。每一小区使用同一信道频率，相邻小区使用不同频率，相距较远的若干不相邻小区可复用同一频率（信号衰减消除了可能的冲突）。若干个相邻的小区组成一个无线区群，一个典型区群中包含 4/7/12 个小区，若干个相邻的无线区群构成一个服务区。

蜂窝移动通信的服务覆盖分为两种：

蜂窝移动通信主要技术

蜂窝移动通信目前主要有 2G、3G、4G、5G 技术，其中 5G 技术还在进一步演进。

5G 技术

第 5 代移动通信技术（5G）是 4G 技术的进一步延伸，目前正在研究中，之后其标准将会成熟并商用。5G 使用毫米波（30～300GHz）频带，其数据速率、带宽、覆盖面和连通性等将大幅增加，同时有效削减往返时延和能耗。

5G 网络将从传统以基站为中心转换到以用户为中心，为兼容已有 4G 网络，研究者也提出了混合和单独的 5G 网络架构。

空中接口方面，5G 将使用下一代智能天线，窄波束智能天线阵列可实现 SDMA（空分多址）。使用 SDN 以分离用户平面和控制平面，获取良好的敏捷性和弹性。还引入了C-RAN（云无线电接入网）来解决高数据率的增长需求。

WMAN 和 WWAN 的应用

参考资料

《无线网络技术教程(第3版)——原理、应用与实验》，金光、江先亮编著，清华大学出版社