第9章无线城域网接入技术

第9章无线城域网接入技术9.1无线城域网概述城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）泛指运营商在城市及郊区范围内提供多种业务的所有网络，它的传输媒介主要采用光缆，通过各类网关实现语音、数据图像、多媒体、IP接入和各种增值业务及智能业务，并与各运营商长途网和PSTN互通的本地综合业务网络。无线城域网（WirelessMetropolitanAreaNetwork,WMAN）是指以无线方式构成的城域网，提供面向互联网的高速连接。WMAN既可以使用无线电波也可以使用红外光波来传送数据，提供给用户以高速访问Internet的无线访问网络带宽。

9.1.1无线城域网的形成9.1.2WiMAX论坛

IEEE802.16工作组主要针对无线城域网的物理层和MAC层指定规范和标准。为了形成一个可运营的网络，IEEE802.16技术必然需要其他部分的支撑，所以类似于WiFi联盟的WiMAX（WorldInteroperabilityforMicrowaveAcess）论坛应运而生，从此WiMAX成为了IEEE802.16的代名词。无线城域网的推出是为了满足日益增长的宽带无线接入(BroadbandWirelessAccess,BWA)市场需求。WiMAX论坛的目标：1.促进和推动全球WiMAX部署。2.使WiMAX服务成为宽带无线的选择平台，主导世界市场份额。3.发布一个高性能终端对终端的IP网络构架，支持固定、便携和移动用户。4.确保WiMAX论坛认证产品能够赢得全球服务提供商的信赖。5.发展基于IEEE802.16和ETSI互通的WiMAX模式，服务于全球市场。6.通过提供新颖的有竞争力的应用和服务模式来扩大用户需求。7.促进良性的知识产权政策。

WiMAX论坛现有7个工作组，涉及将WiMAX论坛所认证的产品推广到市场需要重点关注的多个领域。1.认证工作组(CWG)2.技术工作组（TWG）3.频谱工作组（RWG）4.市场工作组（MWG）5.需求工作组（SPWG）6.应用工作组（AWG）7.网络工作组（NWG）WiMAX论坛的工作组：9.2802.16标准

9.2.1802.16标准及其演进表9-1IEEE802.16相关标准体系标准描述状态802.16-2001固定宽带无线接入系统的空中接口过期802.16.2-2001固定宽带无线接入系统共存标准过期802.16c-2002系统概况(10-66GHz)过期802.16a-2003物理层和MAC层定义(2–11GHz)过期P802.16b免许可频率(项目已退出)撤销P802.16d为2-11GHz的维护和系统配置文件(项目合并到802.16-2004)已被合并802.16-2004空中接口固定宽带无线接入系统(汇总802.16-2001,802.16a,802.16c和P802.16d)过期P802.16.2a2–11GHz和23.5–43.5GHz共存(项目合并到802.16.2-2004)过期802.16.2-2004固定宽带无线接入系统共存标准(合并802.16.2-2001和P802.16.2a)当前在用802.16f-2005802.16-2004的管理信息库(MIB)过期802.16-2004/Cor1-2005更正固定业务(与802.16e-2005共同出版)过期802.16e-2005综合固定与移动业务在许可频段的物理与MAC层过期802.16k-2007MAC桥接，用来弥合802.16(IEEE802.1D项目的修订)当前在用802.16g-2007管理平面的程序和服务已被合并P802.16i移动管理信息库(项目合并到802.16-2009)已被合并802.16-2009固定和移动宽带无线接入系统的空中接口(合并802.16-2004,802.16-2004/Cor1,802.16e,802.16f,802.16g和P802.16i)当前在用802.16j-2009多跳中继当前在用802.16h-2010为免授权经营共存机制的改进当前在用P802.16m-2011数据传输速率为100Mbit/s(移动)及1Gbit/s(固定)的先进空中接口。也被称为移动WiMAX版本2或者高级无线城域网(WirelessMAN-Advanced).针对4G系统上实现的ITU-RIMT-Advanced的要求。当前在用P802.16n-2010更高的可用性网络在修订中P802.16p-2010为进一步支持机对机应用在修订中P802.16Rev3-2011修改IEEE802.16标准，包括P802.16h，P802.16j和P802.16m在修订中9.2.2WiMAX/802.16系统结构

WiMAX/802.16网络体系如图9-1所示，包括：核心网、用户基站（SS）、基站（BS）、中继站（RS）、用户终端设备（TE）和网管。图9-1WiMAX网络体系结构

（1）核心网：WiMAX连接的核心网通常为传统交换网或Internet。WiMAX提供核心网与基站间的连接接口，但WiMAX系统并不包括核心网。（2）基站：基站提供用户基站与核心网间的连接，通常采用扇形/定向天线或全向天线，可提供灵活的子信道部署与配置功能，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。（3）用户基站：属于基站的一种，提供基站与用户终端设备间的中继连接，通常采用固定天线，并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采用动态自适应信号调制模式。（4）中继站：在点对点体系结构中，接力站通常用于提高基站的覆盖能力，也就是说充当一个基站和若干个用户基站（或用户终端设备）间信息的中继站。中继站面向用户侧的下行频率可以与面向基站的上行频率相同，当然也可以采用不同的频率。（5）用户终端设备：WiMAX系统定义用户终端设备与基站间的连接接口，提供用户终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于WiMAX系统。（6）网管：用于监视和控制网络内所有的基站和用户基站，提供查询、状态监控、软件下载、系统参数配置等功能。WiMAX/802.16端对端的参考模型图9-2非漫游模式端对端参考模型功能逻辑组，包括:移动用户台(MSS)、接入网（ASN）、连接服务网络（CSN）应用服务提供商（ASP）网络。图9-3漫游模式端对端参考模型

图9-3主要增加了CSN之间的R5参考点。WiMAX/802.16网络实体1.接入网BS用于处理IEEE802.16空中接口，包括BS和SS两种；ASNGW主要处理到CSN的接口功能和ASN的管理。图9-4ASN参考模型2.连接服务网络连接服务器网络（CSN）可以由路由器、AAA代理或服务器、用户数据库、因特网网关设备等组成。CSN主要功能：因特网接入，为用户会话连接，给终端分配IP地址；AAA代理或者服务器，用户计费以及结算；基于用户系统参数的QoS及许可控制；ASN之间的移动性管理，ASN和CSN之间的隧道建立和管理；WiMAX服务，如基于位置的服务、组播服务等。WiMAX/802.16网络接口图9-5WiMAX网络开放接口接口R1至R5为网络工作组初步确定了在Release1规范中定义的开放接口，接口R6至R8为后续版本中考虑开放的接口。（1）R1：MSS与ASN之间的接口，可能包含管理平面的功能。（2）R2：MSS与CSN之间的逻辑接口，提供鉴权、业务授权和IP主机配置等服务。此外，可能还包含管理和承载平面的移动性管理。（3）R3：ASN和CSN之间互操作的接口，包括一系列控制和承载平面的协议。（4）R4：用于处理ASNGW间移动性相关的一系列控制和承载平面协议。（5）R5：拜访CSN与归属CSN之间互操作的一系列控制和承载平面协议。（6）R6：BS和ASNGW间的互操作接口，属于ASN内的接口，由一系列控制和承载平面协议构成。（7）R7：该接口属于ASNGW内部接口，图9-5中没有标注，具体定义还在讨论之中。（8）R8：BS之间的接口，用于快速无缝切换功能，由一系列控制和承载平面协议组成。9.2.3业务及QoS定义了四种业务类型，并对每种业务类型的带宽请求方式进行了规定（优先级从高到底）：

（1）主动授权业务（UGS）

（2）实时轮询业务（rtPS）

（3）非实时轮询业务（nrtPS）

（4）尽力而为（BE）业务9.2.4协议模型图9-6IEEE802.16空中接口协议栈模型9.3802.16的物理层9.3.1802.16物理层的分类WMAN-SC物理层2．WMAN-SCa物理层3．WMAN-OFDM物理层4.WMAN-OFDMA物理层5.WirelessHUMAN物理层9.3.2802.16物理层的关键技术1.双工复用方式

WiMAX系统物理层支持时分双工（TimeDivisionDuplex，TDD）方式、频分双工（FrequencyDivisionDuplex，FDD）方式。TDD上行和下行的传输使用同一频带的双工方式，需要根据时间进行切换，物理层的时隙被分为发送和接收两部分。其技术特点有：不需要成对的频率，能使用各种频率资源。上下行链路业务可以不平均分配。上下行工作于同一频率，电波传播的对称特性使之便于使用智能天线等新技术，达到提高性能，降低成本的目的。传输不连续，切换传输方向需要时间和控制，为避免传输发生冲突，上下行链路需要一个协商传输与时序的过程，为避免发生传输错误，需要设置一个保护时间来保护传输信号符合传输时延的要求。FDD上行和下行的传输使用分离的两个对称的频带的双工方式，系统需根据对称性频带进行划分。其技术特点有：需要成对的频率，在分离的两个对称的频带上进行发送和接收，上下行频带之间需要有190MHz的频率间隔。支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在非对称的分组交换（互联网）工作时，频谱利用率则大大降低（由于低上行负载，造成频谱利用率降低约40%）。2.载波带宽IEEE802.16并未规定具体的载波带宽，系统可以采用从1.25MHz一20MHz之间的带宽。3.OFDM和OFDMA（1）正交频分复用OFDMOFDM是一种多载波数字调制技术。它的基本思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相干带宽，因此可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术相对于一般的多载波传输技术不同之处在于它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，则可以从混叠的子载波中分离出数据信号。OFDM的优点：①频谱利用率很高。②抗多径干扰与频率选择性衰落能力强。③采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率。④通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。⑤基于离散傅立叶变换(DFT)的OFDM有快速算法，OFDM采用快速傅里叶变换(FFT)和逆快速傅里叶变换(IFFT)来实现调制和解调，易用数字信号处理器(DSP)实现。OFDM的缺点：①对频偏和相位噪声敏感。②峰均功率比(PAPR)大，导致发送端放大器功率效率较低。③自适应的调制技术使系统复杂度有所增加。（2）正交频分复用多址OFDMAOFDMA和OFDM的本质原理是一致的，与之不同的是，它可以指定每个用户使用OFDM所有子载波中的一个(或一组)。OFDMA将整个频带划分成更小的单位，多个用户可以同时使用整个频带，并且它的分配机制非常灵活，可以根据用户业务量的大小动态分配子载波的数量，不同的子载波上使用的调制方式和发射功率也可以不同。在OFDMA系统中，用户仅仅使用所有的子载波中的一部分，如果同一个帧内的用户的定时偏差和频率偏差足够小，则系统内就不会存在小区内的干扰，比码分系统更有优势。4.自适应调制802.16可以根据不同的调制方式和纠错编码方法组合成多种发送方案，系统可以根据信道状况的好坏以及传输的需求，选择一个合适的传输方案。5.多天线技术MIMO技术在基站和移动台两端都使用多元天线阵列，抑制信道衰落，大幅度提高信道容量和覆盖范围。MIMO技术的核心思想是空时信号处理，处理的方式大致分为发射分集和空间复用两类。其中发射分集指的是在不同的天线上发射承载相同信息的信号，当然，信号的形式可以不同，这样做的目的是充分利用空间资源，提高信道的可靠性。使用多天线技术具有以下优势:（1）阵列增益（2）分集增益（3）共信道干扰消除9.4802.16的MAC层MAC层分成三个子层:汇聚子层(ConvergenceSublayer，CS)、公共部分子层(CommonPartSublayer，CPS)、安全子层(PrivacySubayer，PS)。物理层PSCPSCSMAC层图9-7MAC层结构CS：该层根据提供服务的不同，提供不同的功能。对于IEEE802.16来说，能提供的服务包括数字音频/视频广播、数字电话、异步传输模式ATM、因特网接入、电话网络中无线中继和帧中继等。CPS：CPS是MAC的核心部分，主要功能包括系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护等。PS：提供基站和用户站之间的保密性，它包括两个部分:一是加密封装协议，负责空中传输的分组数据的加密，二是密钥管理协议，负责基站到用户站之间密钥的安全发放。9.4.1MAC层的技术特点1.连接

当高层网络数据包进入WiMAX系统后，经过汇聚子层分类操作将包映射到不同的连接上。每个连接代表着不同的服务类型、带宽等参数，连接的建立是业务通信实现QoS的前提。2.QoS

WiMAX系统的MAC层最大的特色是定义了比较完整的，基于连接的服务质量机制，这种机制将高层数据映射为单个连接，并用一个16bit的CID唯一标识，除此之外，这种机制针对每个连接分别设置不同的服务质量参数，包括速率、时延和延迟抖动等等。表9-2WiMAX5种等级服务QoS等级服务缩略语定义典型应用非请求的带宽分配业务UnsolicitedGrantServiceUGS周期性产生固定包长的实时业务T1/E1传输实时轮询业务Real-timePollingServicertPS周期性产生可变包长的实时业务MPEGVideo扩展的实时轮询业务ExtendedReal-timePollingServiceertPS周期性产生可变包长的实时业务，rtPS业务的一种扩展，对实时性要求很高VoIP非实时轮询业务Non-real-timePollingServicenrtPS延迟容忍的数据流，包括可变大小的数据包，有最低数据速率要求FTP尽力而为BestEffortBE没有最低服务水平需求的非实时数据流，在资源允许的前提下处理HTTP3.安全性

为了保证信息传输的安全性，802.16在MAC层中定义了一个安全子层来实现对密钥的分配管理和数据的加密。安全子层位于物理层之上，属于MAC层的最低一个子层。它的加密协议主要是以电缆调制传输技术DOCSISBPI+中的密钥管理协议为基础，加密子层主要可以分为数据包加密封装协议和密钥管理(PKM)协议两部分。9.4.2汇聚子层（CS）汇聚子层CS层是MAC的最高层，主要功能是从上层接收数据包并封装成为特定MAC数据包传送到公共部分子层相应的接口点。CS层主要完成以下功能:（1）接收来自上层的协议数据单元PDU。（2）对所接收的上层PDU进行分类。（3）根据分类对接收的PDU进行处理。（4）将处理后生成的CSPDU送往合适的MACSAP。（5）接收来自对等实体中特定业务汇聚子层的CSPDU。CS分类功能

图9-8分类匹配与映射示意图分类就是在MAC对等实体间将一个MACSDU映射到一个特定传输连接上的过程。在将一个MACSDU映射到一个传输连接时，同时创建了与该连接的服务流特性的关联。

CS报头压缩功能

为了节省无线链路资源，提高带宽利用率，IEEE802.16协议定义了PHS(PayloadHeaderSuppression)机制，对净荷报头的重复部分进行压缩，对等实体再将其恢复。图9-9MACSDU格式

一条PHS规则包括以下5个参数：（1）头压缩区域（PayloadHeaderSuppressionField，PHSF），解压缩时根据该字段将数据包首部还原；（2）头压缩索引（PayloadHeaderSuppressionIndex，PHSI），用以对应唯一的头压缩规则；（3）头压缩掩码（PayloadHeaderSuppressionMask，PHSM），用以决定压缩报头中那些字节；（4）头压缩区域长度（PayloadHeaderSuppressionSize，PHSS），指明报头中压缩字节的长度；（5）头压缩检验标识（PayloadHeaderSuppressionValid，PHSV），用以确定对数据头进行压缩还是不压缩。1.PHS操作图9-10PHS操作图9-11使用过滤功能的PHS操作2.PHS信令PHS需要建立以下3个对象：（1）服务流；（2）分类器；（3）PHS规则；

9.4.3公共部分子层（MACCPS）

MACCPS支持的网络结构

1．PMP模式PMP模式是一种集中式的网络结构,一个BS对应于多个SS。BS负责上行和下行带宽资源分配，每帧的分配结果体现在下行映射(DL-MAP)和上行映射(UL-MAP)结构中。SS根据DL-MAP和UL-MAP的规定接收和发送数据/管理信令。（1）PMP模式下的帧结构图9-12TDD模式下OFDM帧结构图9-13FDD模式下OFDM帧结构（2）PMP模式下的调度机制SSSSSSSSSSSSSSBS图9-14PMP模式下的调度示意图

2．Mesh模式Mesh模式与PMP最大的不同在于除了BS与SS之间能够直接通信外，SS之间也可以通过多跳的方式实现多点到多点之间的无线连接。（1）Mesh模式下的帧结构图9-15Mesh模式下帧结构（2）Mesh模式下的调度机制

IEEE802.16-2004标准中定义了Mesh模式下的两种调度方式：集中式调度和分布式调度。BS

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS图9-16集中式调度示意图BSSSSSSSSSSSSSSS图9-17分布式调度示意图请求节点目标节点请求确认回复图9-18三次握手示意图IEEE802.16-2004Mesh模式中的分布式调度采用请求、答复、确认三次握手的方式来建立发送数据前的连接。

MACCPS的功能

1.寻址与连接

MAC层是基于连接的，每个连接都由一个16位的连接标识符CID来区分。每个CID标识一个具有某种QoS的业务六流。CID是WiMAX面向连接的核心，其主要功能：（1）标识不同的连接；（2）连接请求，如带宽请求；（3）关联相应的业务流。在SS初始化过程中，上行和下行方向都会建立三个不同的管理连接，用于发送和接收控制管理消息。这三种连接反映了BS和SS之间不同的管理业务的服务质量，他们分别为基本连接(Basicconnection)、主要管理连接(Primarymanagementconnection)和次要管理连接(Secondarymanagementconnection)。（1）基本连接:用于在BS和SS之间交换短的、时延敏感的MAC管理消息。（2）主要管理连接:用于在BS和SS之间传递较长的、可以容忍一定时延的MAC管理消息。（3）次要管理连接:只用于可以被管理的SS与BS传递基于标准(如DHCP、TFTP、SNMP)的管理消息，通常这些消息也是对时延不敏感的。2．PDU成帧与传输图9-19PDU报文格式

图9-20通用MAC头部格式字段比特数描述HT1头部类型，必须设置为0。EC1加密控制，EC=1，加密；，EC=0，不加密。type6子头部和载荷类型，可包含mesh子头部，分片子头部，封包子头部等。EKS2密钥序列。CI1CRC指示。LEN11包括头部在内的整个MACPDU的长度。CID16传送该MACPDU对应的连接标识符。HCS8头部校验序列。表9-3通用MAC头部各字段含义图9-21带宽请求头部格式表9-4带宽请求头部各字段含义字段比特数描述HT1头部类型，必须设置为1。EC1EC必须设置为0，不加密。type3指示带宽请求类型：“000”请求增加带宽，“001”请求总带宽。BR19指示SS向BS申请的字节数，该数字中不含任何物理层附加头部。CID16表示一个SS向BS的带宽请求连接。HCS8头部校验序列。通用MAC头部Type字段的位描述5指示mesh子头部的有无；1表示有，0表示无。4指示ARQ响应载荷的有无；1表示有，0表示无。3指示可扩展类型；即有否拼装或分片子头部的扩展。1表示有，0表示无。用于无ARQ的连接。2指示分片子头部的有无；1表示有，0表示无。1指示拼装子头部的有无；1表示有，0表示无。0下行链路，快速反馈分配子报头；上行链路，授权管理子报头。1表示有，0表示无。表9-5MAC子头部类型描述

系统在形成MACPDU之后的操作是将一个或多个PDU通过级联、分片、打包等方式组成一个完整的MAC帧，并通过服务访问点传递给下层进行传输。

级联：在WiMAX系统中，多个MACPDU可以连在一起，一并发往接收端，由于每个PDU都是通过其所包含的CID来唯一标识的，因此接收端的对应MAC实体可以将接收到的多个MACPDU解封并重新组装，得到的MACSDU送到相对应的MACSAP。MAC管理消息、用户数据以及带宽请求的MACPDU都可以被级联在一起进行发送。

分片：分片是将多个MACSDU分成一个或多个MACPDU的过程，这一操作使得WiMAX系统可以高效地使用有限的带宽。一个PDU在传输过程中是否分片是在连接被创建的时候决定的，每个分片在整个SDU中的位置可以通过分片子报头中的分片控制域(FC)知道。

打包：与分片相反，打包是将多个SDU并入一个PDU中进行传输。打包通过连接的属性来指出当前连接所承载的是定长分组还是变长分组。另外，是否进行打包操作完全由发送端决定。3.对PHY的支持

（1）双工方式

MAC层协议可以支持物理层采用不同的双工模式:时分双工(TDD)方式或频分双工(FDD)方式。（2）链路映射管理消息下行链路映射消息(DL-MAP)定义了突发模式的物理层下行链路间隔的使用情况，SS根据该消息来接收下行链路上的信息。在PMP系统中，DL-MAP消息只能由BS以广播方式发送给各SS。上行链路映射消息(UL-MAP)消息根据突发相对于分配开始时间(AllocationStartTime)的偏移定义了上行传输间隔的使用，通过一系列的信息元素(IE)来表示。IE有以下几种:①RequestIE:通过RequestIE，BS指定了一个上行间隔用来为上行数据的传输申请带宽，与该IE指定的CID类型相一致的SS可以在这个间隔内发送带宽请求。对于任何一个分配的上行链路发送间隔，SS可以决定是用于发送数据或请求，也可以在数据中捎带请求。此时，PDU的传输应采用带宽请求头的格式。②InitialRangingIE:在UL-MAP消息中要提供一个发送间隔来允许新SS进行初始测距，BS通过InitialRangingIE来指定一个间隔用于SS进入网络。在这个间隔发送的数据包应使用初始测距请求管理消息(RNG-REQ)的格式，间隔的大小应为最大传输时延加上RNG-REQ消息的传输时间。③DataGrantBurstTypeIE:该IE为SS提供发送一个或多个上行PDU的时间间隔。提供这些IE可以是响应SS的带宽请求，或者是基于一种管理的策略为一个特定的SS提供一定的带宽，比如单播轮询机制。④EndofmapIE:位于IE列表的最后，是所有IE结束的标志，用于决定最后一个间隔的长度。⑤GapIE:表示上行链路传输结束，SS不应该在该IE期间发送数据。（3）映射相关和同步不论是FDD还是TDD方式，DL-MAP总是用来指示本帧下行的开始，UL-MAP最小用于指示本帧上行的开始，最大用于指示下一帧上行的开始。

4.进入网络和初始化SS的初始化整个过程可分为以下阶段:

（1）SS首先要搜索可用信道，以获取物理层的同步。一旦物理层达到同步，SS将搜索广播消息以获得上行信道和下行信道控制参数。（2）MAC层搜索DL一MAP消息以实现MAC层的同步。（3）初始测距。（4）完成测距后，SS发送SBC-REQ(SS基本功能请求)消息告知BS其支持的调制级别、编码方案和速率等基本能力，BS根据自身能力选择支持的部分并返回SBC-RSP(SS基本功能响应)消息响应。（5）BS和SS之间进行鉴权和密钥交换。（6）成功鉴权后，将进行注册过程。（7）建立IP连接。（8）完成上述操作后，BS发送DSA-REQ(动态服务添加请求)消息为SS的预留服务流建立连接，SS则以DSA-RSP(动态服务添加响应)消息进行响应。

9.4.4MAC安全子层安全子层主要提供鉴权，密钥交换以及加密功能。安全子层主要包括了两个协议：数据加密封装协议(EncapsulationProtocol)

和密钥管理协议PKM(PrivacyKeyManagement)。数据加密封装协议负责加密接入固定BWA网络的分组数据，定义了加密和鉴权算法，以及这些算法在MACPDU分组数据中的应用规则。加密只针对MACPDU中的负荷部分，MAC头不被加密，MAC层中的所有管理信息在传输过程中也不被加密。PKM负责从BS到SS之间密钥的安全分发、SS和BS之间密钥数据的同步以及业务接入的鉴权。通过使用基于数字证书的认证方式，进一步加强了PKM的安全性能。PKM采用服务器/客户机模型，SS作为客户端来请求密钥，BS作为服务器端响应SS的请求并授权给SS唯一的密钥。PKM支持周期性地重新授权及密钥更新机制，PKM使用X.509数字证书（IETFRFC3280）、RSA（Rivest-Shamir-Adlemanpublic-keysystem）公钥加密算法和强对称算法进行BS与SS之间的密钥交换。通过使用基于数字证书的认证方式，进一步加强了PKM的安全性能。

9.5WiMAX技术与其他技术比较

9.5.1宽带无线接入背景通信市场正在呈现出话音业务移动化，数据业务宽带化的发展趋势；无线化和宽带化是电信网络接入层发展的总趋势；在以ITU和3GPP/3GPP2引领的蜂窝移动通信从3G到E3G，再走向B3G/4G的演进道路上，3G、WiMAX、WIFI、LTE等各种无线技术竞争中互相借鉴和学习，技术不断完善，网络安全性实用性不断增强。丰富的市场终端支持：支持WIFI、WIMAX的无线网络的笔记本电脑，手机终端，移动MP3，移动电视等，整个产业链已逐渐成熟。

9.5.2无线宽带接入技术WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMi-crowaveAccess）即全球微波接入互操作性。WiMAX的另一个名字是802.16。WIFI(WirelessFidelity)即无线保真，目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。3G（3rdGeneration）第三代移动通信，目前分为TD-SCDMA，WCDMA,CDMA2000三种。LTE（LongTermEvolution）长期演进。LTE也被通俗的称为3.9G，被视作从3G向4G演进的主流技术。9.5.33G技术概述3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。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)。CDMA2000CDMA2000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Release0、A、B、C和D五个支持CDMA20001X及其增强型技术的版本，以及由EIA/TIA发布的支持CDMA20001XEV-DO的IS-856和IS-856A标准。

CDMA20001xEV-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：静止或慢速移动：1.03Mbps（无分集）和1.4Mbps（分集接收）。中高速移动：700Kbps（无分集）和1.03Mbps（分集接收）。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。WCDMAWCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSMMAP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Release99、Release4、Release5、Release6等版本。

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Release99/Release4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。TD-SCDMATD-SCDMA(TimeDivision-SynchronizationCodeDivisionMultipleAccess)的中文含义为时分同步码分多址接入。TD-SCDMA从2001年3月开始，正式写入3GPP的Release4版本。目前TD-SCDMA已有Release4、Release5、Release6等版本。

TD-SCDMA采用不需成对频率的TDD双工模式以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式，使用1.28Mcps的低码片速率，扩频带宽为1.6MHz。

3G各主流技术的比较项目WCDMACDMA2000TD-SCDMA核心网基于GSM-MAP基于ANSI-41基于GSM-MAP双工方式FDDFDDTDD双向信道带宽（MHz）102.51.6码片速率（Mcps）3.841.22881.28帧长（ms）10ms可变10ms（分两个5ms子帧）基站同步异步（同步可选）同步同步功率控制（Hz）开环＋快速闭环1500开环＋快速闭环800开环＋慢速闭环200表9-63G三大技术比较3G主流技术的优势漫游能力：良好的全球漫游能力。目前全球大部分国家已经开通3G网络，其中80%运营商选择WCDMA和20%运营商选择CDMA2000。良好的全球漫游能力有利于与其他运营商的合作和吸引高端用户。安全性：3G采用了很多种加密技术，保证通话和数据的安全，不管是话音还是数据都具备很强的保密性，通过多层的协议控制，数据在网络中可以非常安全的传输。

技术成熟度：3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算，传播模型预算，以及计算机仿真等。商业模式：商业运作模式成熟，3G网络得到众多设备商、终端制造商、内容提供商支持，具备一个非常全的产业链。

3G网络发展存在问题（1）资金投入大覆盖范围有限。大规模的3G网络建设需要耗费巨资，而国外运营商由于种种原因没有投入足够的资金进行全覆盖的网络建设。（2）3G技术标准的版本仍不断演进，由于害怕与以后新的标准在漫游和兼容性等方面出现问题，各大运营商仍在综合评估以现有技术进行网络建设的合理规模。缺乏重量级应用，市场需求并不明朗。（3）在3G业务对用户没有足够吸引力的情况下，用户更不愿意花高价购买3G终端，因此终端的补贴也成为各运营商的主要市场策略之一。除此之外，市场上可供用户选择的3G终端仍十分有限，而前景较好的3G类业务如视频电话、网络游戏等对终端的要求都很高，3G终端的完备性目前仍无法充分满足这些要求。9.5.4WiMAX技术概述WiMAX全称WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess(全球微波接入互操作性)是一项基于IEEE802.16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WiMAX802．16d标准，另一个是满足固定和移动的宽带无线接入技术WiMAX802．16e标准。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。WiMAX技术优势WiMAX具有以下技术优势:（1）实现更远的传输距离。（2）提供更高速的宽带接入。（3）提供优良的最后一公里网络接入服务。（4）提供多媒体通信服务。WiMAX市场定位和发展瓶颈

802.16e的定位——按照802.16e设定的目标，它是一种移动的宽带无线接入技术，可以实现用户在车速移动状态下的宽带接入并接入IP核心网，主要面向用户提供宽带数据业务，也可以提供语音业务。工作在2～6GHz，基站覆盖范围一般为几公里，可采用FDD或FDD工作方式，核心技术为OFDM和OFDMA，用户群主要为个人用户。WiMAX理想的市场定位应该是高速数据在固定、便携和低速移动中的应用。从技术的定位上讲，WiMAX更适合用于城域网建设的“最后一公里”无线接入部分，尤其是对于新兴的运营商更为合适。WiMAX技术分为固定和移动两部分，因此运营商在市场定位上会面临选择：如果选择提供固定宽带接入，那么市场规模会比较有限；如果立足于移动业务，在运营模式、终端支持、组网方式方面都存在很多挑战，同时也将面临来自3G、E3G技术的竞争。标准制定方面,802.16e标准化工作正在进行，除空中接口标准尚未完成以外，802.16还存在一个问题就是缺乏网络规范、标准体系不完善。802.16仅仅规范了基站和移动台之间的空中接口，没有规定基站和基站之间，基站和网络侧的协议。在切换、移动性管理（寻呼）和终端状态管理（激活和休眠的转换）等与蜂窝组网有关的方面，还不够成熟，需要进一步完善。频率方面,目前已经认可的是3.4～3.8GHz许可证频率（ETSI，国际MMDS）和5.725～5.85GHz免许可证频率。很多国家允许使用更高的频率，将其当作5GHz免许可证频段的一部分，但由于其穿透力差，使用这些频率的WiMAX系统不可能和LTE竞争。9.5.5WiFi技术概述WiFi的全称是WirelessFidelity，无线保真技术。与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。802.11b采用2.4GHz的频段，可支持11Mbps的共享接入速率；802.11a采用5GHz的频段，其速率高达54Mbps；正在等待批准的IEEE802.11n，其速率高达300Mbps，目前部分厂商已经投入市场应用。802.11g其实是一种混合标准，既能适应802.11b标准，又符合802.11a标准，其速率高达54Mbps，它比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。正在等待批准的IEEE802.11n，其速率高达300Mbps，目前部分厂商已经投入市场应用。WiFi技术优势

WiFi技术具有以下优势：（1）WiFi是由AP(AccessPoint)和无线网卡组成的无线局域网络。组网简单，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。（2）应用灵活，能灵活胜任只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络。（3）丰富的终端支持，经济节约，厂商进入该领域的门槛比较低。WIFI组网的成本低廉。（4）提供漫游服务，能提供有线网络无法提供的漫游特性，方便用户使用。WiFi市场定位和发展瓶颈制约WiFi技术发展有以下几个方面：（1）数据传输速率有限。虽然WiFi技术最高数据传输速率标称可达11～54Mbit/s，但系统开销会使应用层速率减少50%左右。（2）无线电波间存在相互影响的现象，特别是同频段、同技术设备之间将存在明显影响。在多运营商环境中，不同AP(AccessPoint)间的频率干扰会使数据传输速率明显降低，在有三个运营商同时运营的环境中不能实现多用户的同时高速数据业务。（3）无线电波在传播中根据障碍物不同将发生折射、反射、衍射、信号无法穿透等情况，其质量和信号的稳定性都不如有线接入方式。（4）WiFi实现规模覆盖的最大的缺陷在于需要密集的有线传输资源。3G/WiMAX基站的覆盖范围比WiFiAP覆盖范围大数十到上百倍。（5）WiFi技术本身不支持移动性，即便IEEE802.11s可能会对WiFiMESH的移动性进行增强，最多也只能支持步行的移动速度。而3G和WiMAX都支持120km/h以上的移动性。（6）WiFi空中接口没有QoS保障机制，只支持BestEffort业务，适用于WEB浏览、FTP下载以及收发Email等；语音通信、视频传输等业务的QoS很难得到保障。9.5.6LTE技术简介3GPP组织于2004年12月正式成立了LTE（LongTermEvolution）研究项目。LTE的制定出发点是保证3GPP未来十年的竞争力，从性能、功能、成本上得到全面提升。相对于3GPPR6