Wimax-quick-guide

WiMAX-ワイヤレスの概要

_ワイヤレス_は、ワイヤーではなく電波を媒体として信号を送信することを意味します。 ワイヤレステクノロジは、テレビのスイッチを切るだけの単純なタスクや、フィールドにいる間に自動化されたエンタープライズアプリケーションからの情報を営業部隊に提供するという複雑なタスクに使用されます。 現在、コードレスのキーボードとマウス、PDA、ポケットベル、デジタルおよび携帯電話は私たちの日常生活の一部となっています。

ワイヤレスデバイス

ユーザーにとって魅力的なワイヤレス通信システムの固有の特性のいくつかを以下に示します-

• 機動性-無線通信システムにより、ユーザーは自分の机を越えて情報にアクセスし、有線接続なしでどこからでもビジネスを行うことができます。
• 到達可能性-ワイヤレス通信システムにより、操作している場所に関係なく、人々は接続を維持し、到達可能になります。
• シンプル-無線通信システムは、有線ネットワークと比較して簡単かつ迅速に展開できます。 初期セットアップのコストは少し高くなる可能性がありますが、他の利点がその高いコストを克服します。
• 保守性-ワイヤレスシステムでは、ネットワークのセットアップを維持するためにあまり多くの費用と時間を費やす必要はありません。
• ローミングサービス-ワイヤレスネットワークシステムを使用すると、電車、バス、飛行機など、いつでもどこでもサービスを提供できます。
• 新しいサービス-ワイヤレス通信システムは、SMSやMMSなどのさまざまなスマートサービスを提供します。

ワイヤレスネットワークトポロジ

ワイヤレスネットワークをセットアップするには、基本的に3つの方法があります-

ポイントツーポイントブリッジ

ご存知のように、ブリッジは2つのネットワークを接続するために使用されます。 _ポイントツーポイントブリッジ_は、異なるネットワークを持つ2つの建物を相互接続します。 たとえば、ワイヤレスLANブリッジは、イーサネットネットワークと特定のアクセスポイントに直接接続できます（次の図を参照）。

ポイントツーポイントブリッジ

ポイントツーマルチポイントブリッジ

このトポロジは、建物内または建物全体の異なる階にある3つ以上のLANを接続するために使用されます（次の図を参照）。

ポイントツーマルチポートブリッジ

メッシュまたはアドホックネットワーク

このネットワークは、有線インフラストラクチャに接続されておらず、すべてのステーションが相互に直接接続されている独立したローカルエリアネットワークです（次の図を参照）。

メッシュネットワーク

ワイヤレステクノロジー

無線技術は、その範囲に応じてさまざまな方法で分類できます。 各ワイヤレステクノロジーは、特定の使用セグメントに対応するように設計されています。 各使用セグメントの要件は、帯域幅のニーズ、距離のニーズ、電力など、さまざまな変数に基づいています。

ワイヤレスワイドエリアネットワーク（WWAN）

このネットワークにより、ワイヤレスワイドエリアネットワーク（WWAN）アクセスカードとPDAまたはラップトップを介してインターネットにアクセスできます。

これらのネットワークは、移動体通信技術のデータレートと比較して非常に高速なデータ速度を提供し、その範囲も広範です。 CDMAおよびGSMに基づくセルラーおよびモバイルネットワークは、WWANの良い例です。

ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（WPAN）

これらのネットワークは、その範囲が非常に限られていることを除き、WWANと非常によく似ています。

ワイヤレスローカルエリアネットワーク（WLAN）

このネットワークを使用すると、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（WLAN）アクセスカードとPDAまたはラップトップを介して、ローカライズされたホットスポットでインターネットにアクセスできます。

これは、ノード間で通信するためにワイヤではなく高周波の電波を使用するローカルエリアネットワークの一種です。

これらのネットワークは、モバイル通信技術のデータレートと比較して非常に高速なデータ速度を提供し、その範囲は非常に限られています。 Wi-Fiは、WLANテクノロジーの最も広く普及した例です。

ワイヤレスメトロポリタンエリアネットワーク（WMAN）

このネットワークにより、ワイヤレスリージョンエリアネットワーク（WRAN）を介してインターネットおよびマルチメディアストリーミングサービスにアクセスできます。

これらのネットワークは、モバイル通信技術や他のワイヤレスネットワークのデータレートと比較して、非常に高速なデータ速度を提供し、その範囲も広範です。

ワイヤレスネットワークの問題

ワイヤレスネットワークには、次の3つの主要な問題があります。

• サービスの品質（QoS）-ワイヤレスデータ配信に関する主な懸念の1つは、有線サービスを介したインターネットとは異なり、QoSが不十分であることです。 失われたパケットと大気の干渉は、無線プロトコルの再発する問題です。
• セキュリティリスク-これは、ワイヤレスネットワークを介したデータ転送のもう1つの大きな問題です。 _Service Set Identifier（SSID）やWireless Equivalency Privacy（WEP）などの基本的なネットワークセキュリティ機構。
• 到達可能範囲-通常、無線ネットワークは約100メートル以下の範囲を提供します。 範囲はアンテナ設計と電力の関数です。 現在、ワイヤレスの範囲は数十マイルに拡張されているため、これはもう問題ではないはずです。

ワイヤレスブロードバンドアクセス（WBA）

ブロードバンドワイヤレスは、無線による高速接続を保証する技術です。 電波を使用して、必要なときに潜在的なユーザーと直接データを送受信します。 3G、Wi-Fi、WiMAX、UWBなどのテクノロジーが連携して、独自の顧客ニーズに対応します。

WBAは、基地局と加入者機器で構成されるポイントツーマルチポイントシステムです。 基地局と加入者間の物理的な接続を使用する代わりに、基地局は屋外アンテナを使用して、高速データおよび音声から加入者への機器を送受信します。

WBAは、有線ブロードバンドに対して効果的かつ補完的なソリューションを提供します。これは、人口の高い割合で世界的に認知されています。

Wi-Fiとは何ですか？

Wi-Fiは[。underline] #Wi＃* reless * [。underline] #Fi＃ delityを表します。 Wi-FiはIEEE 802.11ファミリーの標準に基づいており、主に建物内のブロードバンドカバレッジを提供するように設計されたローカルエリアネットワーク（LAN）テクノロジです。

Wi-Fiの詳細については、リンク：/wi-fi/index [Wi-Fiチュートリアル]をご覧ください。

WiMAX-WiMAXとは？

WiMAXは、今日最もホットなブロードバンドワイヤレステクノロジーの1つです。 WiMAXシステムは、家庭や企業の顧客に経済的な方法でブロードバンドアクセスサービスを提供することが期待されています。

大まかに言うと、WiMaxはイーサネットの標準化されたワイヤレスバージョンであり、主に有線技術（ケーブルモデム、DSL、T1/E1リンクなど）の代替として顧客の構内にブロードバンドアクセスを提供することを目的としています。

より厳密には、WiMAXは、IEEE 802.16およびETSI HIPERMAN標準に準拠するブロードバンドワイヤレスアクセス機器の互換性と相互運用性を促進および認証するために、大手通信、コンポーネント、および機器会社によって形成された業界貿易組織です。

WiMAXはWiFiと同様に動作しますが、より長い距離でより高速で、より多くのユーザーに対応します。 WiMAXには、有線インフラストラクチャが到達するのが困難なエリアでもサービスを提供する機能と、従来の有線インフラストラクチャの物理的な制限を克服する機能があります。

WiMAXは、元の10-66 GHz IEEE 802.16仕様の公開を見越して、2001年4月に設立されました。 Wi-Fi Allianceは802.11に対応しているため、WiMAXは802.16に対応しています。

WiMAXは

• Worldwide Interoperability for Microwave Access の頭字語。
• Wireless MANテクノロジーに基づいています。
• IP中心のサービスを広範囲に配信するために最適化されたワイヤレステクノロジー。
• 代替および補完的なブロードバンドネットワークを構築するためのスケーラブルなワイヤレスプラットフォーム。
• IEEE 802.16または互換規格に準拠して構築された機器の相互運用性を示す認証。 IEEE 802.16ワーキンググループは、2種類の使用モデルに対応する標準を開発しています-
• 固定使用モデル（IEEE 802.16-2004）。
• ポータブルな使用モデル（IEEE 802.16e）。

802.16aとは何ですか？

WiMAXは非常に簡単な用語なので、人々は802.16標準とテクノロジー自体に使用する傾向がありますが、厳密にはWiMAXフォーラムによって定められた特定の適合基準を満たすシステムにのみ適用されます。

2-11 GHzの802.16a標準は、固定、ポータブル、および遊牧民のデバイスにブロードバンドワイヤレス接続を提供するワイヤレスメトロポリタンエリアネットワーク（MAN）テクノロジーです。

802.11ホットスポットをインターネットに接続し、キャンパス接続を提供し、ラストマイルブロードバンドアクセス用のケーブルとDSLに代わるワイヤレスを提供するために使用できます。

WiMaxの速度と範囲

WiMAXは、選択された特定の技術構成に応じて、固定およびポータブルアプリケーションの両方で、最初にワイヤレスチャネルあたり最大約40 Mbpsの容量を提供し、T-1速度接続の数百の企業とDSL速度接続の数千の住宅をサポートする予定です。 WiMAXは、音声とビデオ、およびインターネットデータをサポートできます。

WiMaxは、既存の有線ネットワークと競合するか、現在利用されていない田舎や人口の少ない地域で単独で、建物にワイヤレスブロードバンドアクセスを提供するために開発されました。 また、WLANホットスポットをインターネットに接続するためにも使用できます。 WiMAXは、モバイルデバイスへのブロードバンド接続を提供することも目的としています。 これらの固定アプリケーションほど高速ではありませんが、3 kmのセルカバレッジエリアで約15 Mbpsの容量が期待されます。

WiMAXを使用すると、ユーザーは今日のインターネットアクセスの手配から本当に自由になり、MetroZone内のどこからでも好きな場所でブロードバンド速度でオンラインに接続できます。

WiMAXは、2.3 GHz、2.5 GHz、3.5 GHz、および5.8 GHzのさまざまなスペクトルバンドで展開される可能性があります。

WiMaxを選ぶ理由

• WiMAXは、さまざまなアクセスニーズを満たすことができます。 潜在的なアプリケーションには、ブロードバンド機能を拡張して加入者に近づける、ケーブル、DSLおよびT1サービス、WiFi、セルラーバックホールのギャップを埋める、ファイバーから縁石への最後の100メートルアクセスの提供、およびサービスプロバイダーに別の費用対効果の高いオプションの提供が含まれますブロードバンドサービスをサポートします。
• WiMAXは、大規模なスペクトル展開（つまり、 > 10 MHz）は、既存のインフラストラクチャを使用してコストを抑えながら、価値の高いマルチメディアサービスのすべてをサポートするために必要な帯域幅を提供することが望まれます。
• WiMAXは、サービスプロバイダーがさまざまなネットワークタイプでシームレスに相互運用できるため、既存のインフラストラクチャへの投資を破棄することなく、顧客の需要の増加により直面する多くの課題に対処できます。
• WiMAXは、リアルタイムの遅延に敏感なVoice-over-IP（VoIP）からリアルタイムのストリーミングビデオや非リアルタイムのダウンロードに至るまでのアプリケーションに、広域カバレッジとサービス品質機能を提供し、加入者が確実にパフォーマンスを得られるようにします。すべてのタイプの通信に期待します。
• IPベースのワイヤレスブロードバンドテクノロジーであるWiMAXは、広域第三世代（3G）モバイルネットワークとワイヤレスおよび有線ネットワークの両方に統合でき、いつでもどこでもシームレスなブロードバンドアクセスソリューションの一部になることができます。

最終的に、WiMAXは、4Gと呼ばれるWiMAXとCDMA標準の潜在的な組み合わせにより、3G携帯電話の進化における次のステップとして機能することを目的としています。

WiMAXの目標

標準だけでは、大量採用を可能にするのに十分ではありません。 WiMAXは、相互運用性や導入コストなど、採用の障壁を解決するために前進しました。 WiMAXは、相互運用性テストを定義および実施し、テストが正常に完了したらベンダーシステムに「WiMAX Certified™」ラベルを付けることで、ワイヤレスMAN業界の活性化を支援します。

WiMAXとWi-Fiの比較

WiMAXは、Wi-Fiとして知られるワイヤレス標準に似ていますが、はるかに大規模で高速です。 遊牧民版は、今日の携帯電話のように、WiMAX対応デバイスを広い領域に接続したままにします。 次の要因に基づいて、Wi-Fiと比較できます。

IEEE規格

Wi-FiはIEEE 802.11標準に基づいていますが、WiMAXはIEEE 802.16に基づいています。 ただし、どちらもIEEE標準です。

範囲

Wi-Fiは通常、最大54 Mbpsの速度で数百フィートのローカルネットワークアクセスを提供します。単一のWiMAXアンテナは、70 Mbps以上の速度で最大40マイルの範囲を持つと予想されます。 そのため、WiMAXは、ローカルWi-Fiネットワークのサービスに必要な基盤となるインターネット接続をもたらすことができます。

スケーラビリティ

Wi-FiはLANアプリケーションを対象としています。CPEデバイスごとに1人の加入者がいるため、ユーザーは1から10に拡大できます。 固定チャネルサイズ（20MHz）。

WiMAXは、各CPEの後ろに無制限の加入者がいる1から数百の消費者宅内機器（CPE）を効率的にサポートするように設計されています。 1.5MHz〜20MHzの柔軟なチャネルサイズ。

ビットレート

Wi-Fiは2.7 bps/Hzで動作し、20 MHzチャネルで最大54 Mbpsに達する可能性があります。

WiMAXは5 bps/Hzで動作し、20 MHzチャネルで最大100 Mbpsに達する可能性があります。

サービスの質

Wi-FiはQoSを保証しませんが、WiMaxはいくつかのレベルのQoSを提供します。

そのため、WiMAXは、ローカルWi-Fiネットワークのサービスに必要な基盤となるインターネット接続をもたらすことができます。 WiMAXは提供しますが、Wi-Fiはユビキタスブロードバンドを提供しません。

比較表

Freature	WiMax （802.16a） a	Wi-Fi （802.11b） a	Wi-Fi （802.11a/g） a
一次 応用 a	ブロードバンドワイヤレス アクセス	Wireless LAN	Wireless LAN
Frequency Band	Licensed/Unlicensed 2 Gから11 GHz	2.4 GHz ISM	2.4 GHz ISM (g) 5 GHz U-NII（a） a
チャネル 帯域幅 a	調整可能 1.25 Mから20 MHz	25 MHz	20 MHz
Half/Full Duplex	Full	Half	Half
Radio Technology	OFDM （256チャンネル） a	直接シーケンス スペクトラム拡散 a	OFDM （64チャンネル） a
帯域幅 効率	⇐5 bps/Hz	⇐0.44 bps/Hz	⇐2.7 bps/Hz
Modulation	BPSK, QPSK, 16、64、256-QAM	QPSK	BPSK, QPSK, 16-、64-QAM
FEC	Convolutional Code リードソロモン	None	Convolutional Code
Encryption	Mandatory- 3DES オプション-AES a	オプション-RC4 （802.11iのAES） a	オプション-RC4 （802.11iのAES）
Mobility	Mobile WiMax （802.16e）	In development	In development
Mesh	Yes	Vendor プロプライエタリ	Vendor Proprietary
Access Protocol	Request/Grant	CSMA/CA	CSMA/CA

WiMAX-主な機能

WiMAXは、展開オプションと潜在的なサービス提供の点で柔軟性に富んだ豊富な機能セットを提供するワイヤレスブロードバンドソリューションです。 ハイライトに値するより顕著な特徴のいくつかは次のとおりです-

2種類のサービス

WiMAXは、ワイヤレスサービスの2つの形式を提供できます-

• 非見通し-サービスはWiFiの一種のサービスです。 ここでは、コンピューターの小さなアンテナがWiMAXタワーに接続します。 このモードでは、WiMAXはより低い周波数範囲（2 GHz〜11 GHz（WiFiと同様））を使用します。
• 見通し線-固定ディッシュアンテナが屋上またはポールからWiMAXタワーをまっすぐに向けるサービス。 見通し線接続はより強力で安定しているため、エラーを少なくして大量のデータを送信できます。 見通し内伝送は、66 GHzに達する可能性のあるより高い周波数を使用します。

OFDMベースの物理層

WiMAX物理層（PHY）は、直交周波数分割多重方式に基づいています。この方式は、マルチパスに対する優れた耐性を提供し、WiMAXがNLOS条件で動作できるようにします。

非常に高いピークデータレート

WiMAXは、非常に高いピークデータレートをサポートできます。 実際、20MHzの広いスペクトルを使用して動作する場合、ピークPHYデータレートは74Mbpsに達する可能性があります。

より一般的には、3：1のダウンリンクとアップリンクの比率でTDDスキームを使用して動作する10MHzスペクトルを使用すると、ピークPHYデータレートは、ダウンリンクとアップリンクでそれぞれ約25Mbpsと6.7Mbpsです。

スケーラブルな帯域幅とデータレートのサポート

WiMAXにはスケーラブルな物理層アーキテクチャがあり、利用可能なチャネル帯域幅に合わせてデータレートを簡単に拡張できます。

たとえば、WiMAXシステムは、チャネル帯域幅がそれぞれ1.25MHz、5MHz、または10MHzであるかに基づいて、128、512、または1,048ビットのFFT（高速フーリエ変換）を使用できます。 このスケーリングは、帯域幅の割り当てが異なる可能性のあるさまざまなネットワークでのユーザーローミングをサポートするために動的に実行される場合があります。

適応変調とコーディング（AMC）

WiMAXは、多数の変調および前方誤り訂正（FEC）コーディングスキームをサポートし、チャネル条件に基づいてユーザーごとおよびフレームごとにスキームを変更できます。

AMCは、時変チャネルのスループットを最大化する効果的なメカニズムです。

リンク層の再送信

WiMAXは、信頼性の強化が必要な接続のリンク層で自動再送要求（ARQ）をサポートします。 ARQ対応の接続では、各送信パケットが受信者によって確認される必要があります。確認されていないパケットは失われたと見なされ、再送信されます。

TDDおよびFDDのサポート

IEEE 802.16-2004およびIEEE 802.16e-2005は、時分割二重化と周波数分割二重化の両方、および低コストのシステム実装を可能にする半二重FDDをサポートしています。

WiMAXはOFDMを使用

モバイルWiMAXは、直交周波数分割多元接続（OFDM）を多元接続技術として使用します。これにより、異なるユーザーにOFDMトーンの異なるサブセットを割り当てることができます。

ユーザーごとの柔軟かつ動的なリソース割り当て

アップリンクとダウンリンクの両方のリソース割り当ては、基地局のスケジューラによって制御されます。 容量は、バーストTDMスキームを使用して、要求ベースで複数のユーザー間で共有されます。

高度なアンテナ技術のサポート

WiMAXソリューションには、物理​​層設計に組み込まれた多数のフックがあり、ビームフォーミング、時空間符号化、空間多重化などの複数アンテナ技術を使用できます。

サービス品質のサポート

WiMAX MAC層には、音声やマルチメディアサービスなどのさまざまなアプリケーションをサポートするように設計された接続指向アーキテクチャがあります。

WiMAXシステムは、ベストエフォート型のデータトラフィックに加えて、固定ビットレート、可変ビットレート、リアルタイム、および非リアルタイムのトラフィックフローをサポートしています。

WiMAX MACは、端末ごとに複数の接続を持ち、それぞれが独自のQoS要件を持つ多数のユーザーをサポートするように設計されています。

堅牢なセキュリティ

WiMAXは、Advanced Encryption Standard（AES）を使用した強力な暗号化をサポートし、堅牢なプライバシーおよびキー管理プロトコルを備えています。

システムは、* Extensible Authentication Protocol（EAP）*に基づく非常に柔軟な認証アーキテクチャも提供します。これにより、ユーザー名/パスワード、デジタル証明書、スマートカードなどのさまざまなユーザー資格情報が可能になります。

モビリティのサポート

このシステムのモバイルWiMAXバリアントには、VoIPなどの遅延耐性のあるフルモビリティアプリケーション向けの安全でシームレスなハンドオーバーをサポートするメカニズムがあります。

IPベースのアーキテクチャ

WiMAXフォーラムは、オールIPプラットフォームに基づく参照ネットワークアーキテクチャを定義しています。 すべてのエンドツーエンドサービスは、エンドツーエンドのトランスポート、QoS、セッション管理、セキュリティ、およびモビリティのためにIPベースのプロトコルに依存するIPアーキテクチャを介して配信されます。

WiMAX-ビルディングブロック

WiMAXシステムは2つの主要部分で構成されています-

• WiMAXベースステーション。
• WiMAXレシーバー。

WiMAXベースステーション

WiMAX基地局は、屋内電子機器と、携帯電話の塔に似た概念のWiMAX塔で構成されています。 WiMAXベースステーションは、半径6マイルまでの非常に広いエリアをカバーできます。 カバレッジエリア内のすべてのワイヤレスデバイスは、インターネットにアクセスできます。

WiMAX基地局は、標準で定義されたMAC層を使用します。これは、ネットワークを相互運用可能にする共通インターフェースであり、必要に応じて、本質的にリアルタイムで加入者にアップリンクおよびダウンリンク帯域幅を割り当てます。

各基地局は、セルと呼ばれるエリア上で無線カバレッジを提供します。 理論的には、セルの最大半径は50 kmまたは30マイルですが、実際の考慮事項により、セルは約10 kmまたは6マイルに制限されます。

WiMAXレシーバー

WiMAXレシーバーには、個別のアンテナが搭載されている場合があります。また、ラップトップ、コンピューター、またはその他のデバイスにあるスタンドアロンボックスまたはPCMCIAカードを使用することもできます。 これは、顧客宅内機器（CPE）とも呼ばれます。

WiMAXベースステーションは、Wi-Fiネットワークのワイヤレスアクセスポイントにアクセスするのと似ていますが、カバレッジは大きくなります。

バックホール

WiMAXタワーステーションは、高帯域幅の有線接続（T3回線など）を使用してインターネットに直接接続できます。 また、見通し内のマイクロ波リンクを使用して別のWiMAXタワーに接続することもできます。

バックホールは、アクセスポイントからベースステーションへの接続と、ベースステーションからコアネットワークへの接続の両方を指します。

高速バックホールマイクロ波リンクを使用して、複数のベースステーションを相互に接続することができます。 これにより、携帯電話で有効になっているローミングと同様に、WiMAXサブスクライバーが1つの基地局のカバレッジエリアから別のカバレッジエリアにローミングすることもできます。

WiMAX-参照ネットワークモデル

IEEE 802.16e-2005規格はWiMAXのエアインターフェイスを提供しますが、完全なエンドツーエンドWiMAXネットワークを定義していません。 WiMAXフォーラムのネットワークワーキンググループ（NWG）は、無線インターフェースとしてIEEE 802.16e-2005を使用して、WiMAXのエンドツーエンドネットワーク要件、アーキテクチャ、およびプロトコルの開発を担当しています。

WiMAX NWGは、WiMAX展開のアーキテクチャフレームワークとして機能し、さまざまなWiMAX機器とオペレーター間の相互運用性を確保するために、ネットワーク参照モデルを開発しました。

ネットワーク参照モデルは、固定、遊牧、およびモバイル展開をサポートするための統合ネットワークアーキテクチャを想定しており、IPサービスモデルに基づいています。 以下は、IPベースのWiMAXネットワークアーキテクチャの簡略図です。 ネットワーク全体は、論理的に3つの部分に分けられます-

• エンドユーザーがネットワークにアクセスするために使用するモバイルステーション（MS）。
• アクセスサービスネットワーク（ASN）。1つ以上の基地局と、エッジで無線アクセスネットワークを形成する1つ以上のASNゲートウェイで構成されます。
• 接続サービスネットワーク（CSN）。IP接続とすべてのIPコアネットワーク機能を提供します。

WiMAX Forum NWGが開発したネットワーク参照モデルは、多数の機能エンティティとそれらのエンティティ間のインターフェイスを定義しています。 次の図は、より重要な機能エンティティの一部を示しています。

WiMAXリファレンスネットワーク

• ベースステーション（BS）-BSは、MSへのエアインターフェイスの提供を担当します。 BSの一部である可能性のある追加機能は、ハンドオフトリガーおよびトンネル確立、無線リソース管理、QoSポリシー適用、トラフィック分類、DHCP（動的ホスト制御プロトコル）プロキシ、キー管理、セッション管理などのマイクロモビリティ管理機能です。マルチキャストグループ管理。
• アクセスサービスネットワークゲートウェイ（ASN-GW）-ASNゲートウェイは通常、ASN内のレイヤー2トラフィック集約ポイントとして機能します。 ASNゲートウェイの一部である可能性がある追加機能には、ASN内の位置管理とページング、無線リソース管理、アドミッションコントロール、加入者プロファイルのキャッシュ、暗号化キー、AAAクライアント機能、確立、および基地局とのモビリティトンネルの管理が含まれます、QoSおよびポリシー施行、モバイルIPの外部エージェント機能、選択したCSNへのルーティング。
• 接続サービスネットワーク（CSN）-CSNは、インターネット、ASP、その他のパブリックネットワーク、および企業ネットワークへの接続を提供します。 CSNはNSPが所有し、デバイス、ユーザー、および特定のサービスの認証をサポートするAAAサーバーを含みます。 CSNは、QoSおよびセキュリティのユーザーごとのポリシー管理も提供します。 CSNは、IPアドレス管理、異なるNSP間のローミングのサポート、ASN間のロケーション管理、およびASN間のモビリティとローミングも担当します。

WiMAXアーキテクチャフレームワークにより、物理エンティティを構築するときに、機能エンティティの柔軟な分解および/または組み合わせが可能になります。 たとえば、ASNは、基地局トランシーバー（BST）、基地局コントローラー（BSC）、およびBTS、BSC、およびServing GPRS Support Node（SGSN）のGSMモデルに類似したASNGWに分解できます。

WiMAX-テクノロジー

WiMAXは、IEEE 802.16仕様に基づいた技術であり、ケーブルおよびDSLの代替としてラストマイルワイヤレスブロードバンドアクセスの配信を可能にします。 WiMAXネットワークの設計は、次の主要な原則に基づいています-

• スペクトル-ライセンスされたスペクトルとライセンスされていないスペクトルの両方に展開できます。
• トポロジ-さまざまな無線アクセスネットワーク（RAN）トポロジをサポートします。
• インターワーキング-WiFi、3GPPおよび3GPP2ネットワーク、および既存のIPオペレーターコアネットワークとのシームレスな統合およびインターワーキングを可能にする独立したRANアーキテクチャ。
• * IP接続*-クライアントおよびアプリケーションサーバーでのIPv4およびIPv6ネットワーク相互接続の混在をサポートします。
• モビリティ管理-モビリティおよびブロードバンドマルチメディアサービス配信への固定アクセスを拡張する可能性。

WiMAXは、基本的なATMと基本的なIPという2つのMACシステムプロファイルを定義しています。 また、2つのプライマリPHYシステムプロファイル、10.66 GHz範囲（米国展開）で使用する25 MHz幅のチャネル、および10.66 GHz範囲（ヨーロッパ展開）で使用する28 MHz幅のチャネルも定義しています。

WiMAXの物理層とMAC層については、このチュートリアルの別の章で説明しています。

WiMAX技術ワーキンググループは、IEEE 802.16aおよびHiperMan規格のMACおよびPHYシステムプロファイルを定義しています。 MACプロファイルには、ワイヤレスMAN（ライセンス済み）とワイヤレスHUMAN（ライセンス免除）の両方のIPベースのバージョンが含まれています。

IEEE標準802.16は、一般的なMACプロトコルに基づいたWMANのエアインターフェイス標準のセットとして発展するように設計されましたが、物理層の仕様は使用スペクトルと関連する規制に依存します。

WiMAXフレームワークは、いくつかのコア原則に基づいています-

• さまざまなRANトポロジのサポート。
• 明確に定義されたインターフェイスにより、802.16 RANアーキテクチャの独立性を実現し、WiFi、3GPP3、および3GPP2ネットワークとのシームレスな統合および相互作用を実現します。
• IETFで定義されたIPテクノロジーを活用して、共通の市販（COTS）機器を使用したスケーラブルなオールIP 802.16アクセスネットワークを構築します。
• IPv4およびIPv6クライアントとアプリケーションサーバーのサポート。インフラストラクチャでのIPv6の使用を推奨します。
• フルモビリティへの将来の移行とリッチブロードバンドマルチメディアの配信をサポートする機能拡張性。

WiMAX-物理層

WiMAX物理層は、直交周波数分割多重化に基づいています。 OFDMは、高速データ、ビデオ、およびマルチメディア通信を可能にするために選択される伝送方式であり、DSL、Wi-Fi、デジタルビデオブロードキャストハンドヘルド（DVB-H）、MediaFLOなど、さまざまな商用ブロードバンドシステムで使用されます。 、WiMAX以外。

OFDMは、見通し外またはマルチパス無線環境での高データレート伝送のためのエレガントで効率的なスキームです。

WiMAXの適応変調とコーディング

WiMAXはさまざまな変調方式とコーディング方式をサポートしており、チャネル条件に応じて、リンクごとにバーストごとに方式を変更できます。 チャネル品質フィードバックインジケータを使用して、モバイルは基地局にダウンリンクチャネル品質に関するフィードバックを提供できます。 アップリンクの場合、基地局は受信信号品質に基づいてチャネル品質を推定できます。

次の表は、WiMAXでサポートされているさまざまな変調方式とコーディング方式のリストです-

	Downlink	Uplink
Modulation	BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM; BPSK optional for OFDMA-PHY	BPSK, QPSK, 16 QAM; 64 QAM optional
Coding	Mandatory: convolutional codes at rate 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 オプション：レート1/2、2/3、3/4、5/6のたたみ込みターボコード。レート1/2、1/3、1/6、LDPC、OFDM-PHYのRSコードでの反復コード a	必須：レート1/2、2/3、3/4、5/6のたたみ込みコード オプション：レート1/2、2/3、3/4、5/6のたたみ込みターボコード。レート1/2、1/3、1/6、LDPCの繰り返しコード

PHY層のデータレート

WiMAXの物理層は非常に柔軟であるため、データレートのパフォーマンスは動作パラメーターによって異なります。 物理層のデータレートに大きな影響を与えるパラメーターは、チャネル帯域幅と使用される変調およびコーディングスキームです。 サブチャネルの数、OFDMガード時間、オーバーサンプリングレートなどの他のパラメーターも影響を及ぼします。

以下は、さまざまなチャネル帯域幅でのPHY層のデータレート、および変調とコーディングのスキームです。

WiMAXデータレート

WiMAX-OFDMの基本

OFDMは、マルチキャリア変調と呼ばれる伝送方式のファミリーに属します。これは、特定の高ビットレートデータストリームをいくつかの並列低ビットレートストリームに分割し、各ストリームをサブキャリアまたはトーンと呼ばれる別々のキャリアで変調するという考え方に基づいています。

マルチキャリア変調方式は、シンボル時間を十分に長くすることにより、シンボル間干渉（ISI）を排除または最小限に抑え、チャネル誘導遅延がシンボル持続時間のわずかな（通常は<10％）部分になるようにします。

したがって、シンボル期間が短い高データレートシステムでは、データストリームを多数の並列ストリームに分割するデータレートに反比例するため、各ストリームのシンボル期間が長くなり、遅延の広がりはごくわずかですシンボルの持続時間。

*OFDM* は、マルチキャリア変調のスペクトル効率の高いバージョンです。サブキャリアは、シンボル期間にわたってすべて互いに直交するように選択されるため、キャリア間干渉を排除するためにオーバーラップしないサブキャリアチャネルを持つ必要がなくなります。

ISIを完全に排除するために、OFDMシンボル間にガードインターバルが使用されます。 ガードインターバルを予想されるマルチパス遅延スプレッドよりも大きくすることにより、ISIを完全に排除できます。 ただし、ガードインターバルの追加は、電力の浪費と帯域幅効率の低下を意味します。

WiMAX-MACレイヤー

IEEE 802.16 MACは、ポイントツーマルチポイントブロードバンドワイヤレスアクセスアプリケーション用に設計されました。 WiMAX MACレイヤーの主なタスクは、上位トランスポートレイヤーと物理レイヤーの間にインターフェイスを提供することです。

MAC層は上位層からパケットを取得します。これらのパケットはMACサービスデータユニット（MSDU）と呼ばれ、無線で送信するためにMACプロトコルデータユニット（MPDU）に編成されます。 受信した送信の場合、MAC層は逆の処理を行います。

IEEE 802.16-2004およびIEEE 802.16e-2005 MAC設計には、ATM TDM音声、イーサネット、IP、および将来の未知のプロトコルなど、さまざまな上位層プロトコルとインターフェイスできるコンバージェンスサブレイヤーが含まれています。

802.16 MACは、ポイントツーマルチポイント（PMP）アプリケーション向けに設計されており、衝突回避（CSMA/CA）を備えた衝突検知多重アクセスに基づいています。

MACには、次のようなさまざまなモビリティレートでの広範なアプリケーションに適したいくつかの機能が組み込まれています-

• MACレイヤーセキュリティ用のプライバシーキー管理（PKM）。 PKMバージョン2には、拡張認証プロトコル（EAP）のサポートが組み込まれています。
• ブロードキャストおよびマルチキャストのサポート。
• 管理性プリミティブ。
• 高速ハンドオーバーおよびモビリティ管理プリミティブ。
• 3つの電源管理レベル、通常動作、スリープ、アイドル。
• スペクトルを効率的に使用するためのヘッダー抑制、パッキング、およびフラグメンテーション。
• 5つのサービスクラス、非請求許可サービス（UGS）、リアルタイムポーリングサービス（rtPS）、非リアルタイムポーリングサービス（nrtPS）、ベストエフォート（BE）、および拡張リアルタイム可変レート（ERT-VR）サービス。

これらの機能とスケーラブルなOFDMAの固有の利点を組み合わせることで、802.16を高速データおよびバーストまたはアイソクロナスIPマルチメディアアプリケーションに適したものにします。

QoSのサポートは、WiMAX MAC層設計の基本的な部分です。 WiMAXは、DOCSISケーブルモデム標準からQoS設計の背後にある基本的なアイデアの一部を借りています。

強力なQoS制御は、すべてのダウンリンクおよびアップリンク接続がサービングBSによって制御される接続指向のMACアーキテクチャを使用することにより実現されます。

WiMAXは、サービスフローの概念も定義しています。 サービスフローは、特定のQoSパラメータセットを持つ単一方向のパケットフローであり、service flow identifier（SFID）によって識別されます。

WiMAX-モビリティサポート

WiMAXは、4つのモビリティ関連の使用シナリオを想定しています-

• Nomadic -ユーザーは、固定加入者ステーションを使用して、別の接続ポイントから再接続できます。
• Portable -ベストエフォート型のハンドオーバーを期待して、PCカードなどのポータブルデバイスへの遊牧的アクセスが提供されます。
• シンプルなモビリティ-加入者はハンドオフ中に短時間の中断（1秒未満）で最大60 kmphの速度で移動できます。
• 完全なモビリティ-最大120 kmphのモビリティとシームレスなハンドオフ（待ち時間50ミリ秒未満、パケット損失<1％）がサポートされています。

WiMAXネットワークは、最初は固定および遊牧アプリケーション向けに展開され、その後、時間の経過とともに完全なモビリティへの移植性をサポートするように進化する可能性があります。

IEEE 802.16e-2005標準は、モビリティ管理をサポートするためのフレームワークを定義しています。 特に、この規格は、アクティブ時に基地局のカバレッジ範囲から別の基地局に移動するとき、またはアイドル時にページンググループから別のページンググループに移動するときに、加入者局を追跡するためのシグナリングメカニズムを定義しています。

この規格には、進行中の接続をある基地局から別の基地局にシームレスにハンドオーバーできるプロトコルもあります。

この規格には、進行中の接続をある基地局から別の基地局にシームレスにハンドオーバーできるプロトコルもあります。 WiMAXフォーラムは、IEEE 802.16e-2005で定義されたフレームワークを使用して、エンドツーエンドのネットワークアーキテクチャフレームワーク内でモビリティ管理をさらに開発しました。 このアーキテクチャは、モバイルIPを使用したIPレイヤーモビリティもサポートしています。

WiMAX-セキュリティ機能

WiMAXシステムは、堅牢なセキュリティを念頭に置いて最初から設計されました。 この標準には、ユーザーデータのプライバシーを確​​保し、モビリティのための追加のプロトコル最適化により不正アクセスを防止するための最新の方法が含まれています。

セキュリティは、WiMAX MAC内のプライバシーサブレイヤーによって処理されます。 WiMAXセキュリティの重要な側面は次のとおりです-

プライバシーのサポート

プライバシーを確​​保するために、実証済みの堅牢性を備えた暗号化スキームを使用してユーザーデータが暗号化されます。 AES（Advanced Encryption Standard）と3DES（Triple Data Encryption Standard）の両方がサポートされています。

暗号の導出に使用される128ビットまたは256ビットのキーは、認証段階で生成され、追加の保護のために定期的に更新されます。

デバイス/ユーザー認証

WiMAXは、加入者ステーションとユーザーを認証して、不正使用を防ぐための柔軟な手段を提供します。 認証フレームワークは、IETF（Internet Engineering Task Force）EAPに基づいており、ユーザー名/パスワード、デジタル証明書、スマートカードなどのさまざまな資格情報をサポートしています。

WiMAX端末デバイスには、公開キーとMACアドレスを含む組み込みのX.509デジタル証明書が付属しています。 WiMAXオペレーターは、デバイス認証に証明書を使用し、ユーザー認証にその上にユーザー名/パスワードまたはスマートカード認証を使用できます。

柔軟なキー管理プロトコル

プライバシーおよびキー管理プロトコルバージョン2（PKMv2）は、キーマテリアルをベースステーションからモバイルステーションに安全に転送し、定期的にキーを再認証および更新するために使用されます。

制御メッセージの保護

無線制御メッセージの整合性は、AESベースのCMACやMD5ベースのHMACなどのメッセージダイジェストスキームを使用して保護されます。

高速ハンドオーバーのサポート

高速ハンドオーバーをサポートするために、WiMAXでは、MSが特定のターゲットBSで事前認証を使用して再入力を加速できるようにします。

再認証メカニズムを最適化して高速ハンドオーバーをサポートすると同時に、中間者攻撃を防止するために、3ウェイハンドシェイクスキームがサポートされています。

WiMAX-IEEE規格

IEEE 802.16、_IEEE WirelessMANエアインターフェースとしても知られる_固定ブロードバンドワイヤレスアクセスシステム用のエアインターフェース_は、MANの固定、ポータブル、およびモバイルBWAの新しい標準スイートです。

これらの標準は、元々10.66 GHz無線スペクトルのワイヤレスローカルループ（WLL）テクノロジーを対象としていたIEEE 802.16ワークグループによって発行されました。

WiMAX傘には、現在802.16-2004および802.16eが含まれています。 802.16-2004は、OFDMを使用して、ラウンドロビン技術のように複数のユーザーに時分割でサービスを提供しますが、ユーザーが常に送受信しているという認識を持つように非常に迅速に行います。 802.16eはOFDMAを利用し、_tones_のセットを各ユーザーに割り当てることにより、複数のユーザーに同時にサービスを提供できます。

以下は、WiMAXに関連するさまざまなIEEE 802.16標準のチャートです。

WiMAX IEEE規格

注-BWAのIEEE 802.16標準は、異なるベンダーの機器間の相互運用性の可能性を提供します。これは、高価格の独自製品が市場で支配的である以前のBWA業界とは対照的です。

WiMAX-WiMAXForum™

WiMAX Forum™と呼ばれる非営利組織は、さまざまなメーカーの機器間の相互運用性を標準化、テスト、および認証することを目的として、2001年に設立されました。

WiMAX Forum™は、BWA機器の互換性と相互運用性を確保することによりIEEE 802.16 BWAシステムをサポートするために機器およびコンポーネントのサプライヤーによって形成され、チップレベルの実装によりコストを削減します。

WiMAX Forum™は、無線LANおよびIEEE 802.11に対してWiFi Allianceが行ったことを行っています。 WiMAX Forum Certified™製品はIEEE 802.16標準に準拠しており、利用可能なほとんどの独自ソリューションよりも高い帯域幅、低コスト、幅広いサービス機能を提供します。

WiMAX Forum™は、複数のベンダーの機器とデバイスが相互運用できるようにするベースラインプロトコルの設定に取り組んでおり、さまざまなサプライヤーの機器とデバイスの選択肢も提供しています。

WiMAXForumのメンバー

WiMAX Forum™には、機器メーカー、半導体サプライヤー、およびサービスプロバイダーの400人以上のメンバーがいます。最近、コンテンツプロバイダーのメンバーシップが開設されました。 著名なメンバーには、アルカテル、AT＆T、富士通、インテル、ノーテル、モトローラ、SBC、シーメンスなどがあります。

WiMAX-まとめ

このチュートリアルでは、WiMAXの非常に基本的なことだけを説明しました。 WiMAXのマスターになるために参照すべき優れた参考資料が豊富にあります。 WiMAXの詳細については、このチュートリアルのWiMAXの有用なリソースの章を参照してください。

ここでは、このチュートリアルで説明したポイントの簡単な要約です-

• WiMAXは、IEEE 802.16グループによって定義された非常に柔軟で堅牢なエアインターフェイスに基づいています。
• WiMAXは、Wi-Fiとして知られるワイヤレス標準に似ていますが、はるかに大規模で高速です。
• WiMAX物理層は、マルチパス歪みを克服するためのエレガントで効果的な手法であるOFDMに基づいています。
• 物理層は、リンク層の信頼性を高めるためのいくつかの高度な技術をサポートしています。 これらの手法には、ターボコーディングとLDPC、ハイブリッドARQ、アンテナアレイなどの強力なエラー修正コーディングが含まれます。
• WiMAXは、システム全体の容量を改善するために、多くの高度な信号処理技術をサポートしています。 これらの手法には、適応変調とコーディング、空間多重化、マルチユーザーダイバーシティが含まれます。
• WiMAXには、音声、ビデオ、マルチメディアなどのさまざまなトラフィックタイプに対応できる非常に柔軟なMACレイヤーがあり、強力なQoSを提供します。
• 強力な暗号化や相互認証などの堅牢なセキュリティ機能は、WiMAX標準に組み込まれています。
• WiMAXは、IPのすべての利点を活用できる、柔軟なオールIPベースのネットワークアーキテクチャを定義しています。
• WiMAXは、特に高次のMIMOソリューションを使用する場合、非常に高いスペクトル効率を提供します。

WiMAX Forum™は、ブロードバンドワイヤレス製品の互換性と相互運用性を促進および認定するために設立された、業界主導の非営利団体です。

WiMAX Forum Certified™製品は、単一のグローバル標準IEEE 802.16に基づいており、世界中で完全な相互運用性を実現しています。

次は何ですか？

IEEE 802.16製品は商業開発の最終段階にあり、最初のトライアル展開がすでに進行中です。 新しいワイヤレス革命の段階に備えましょう。

WiMAXについてもっと知りたいと思うかもしれません。 リンクを確認してください：/wimax/wimax_useful_resources [WiMAX役立つリソース。]

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WiMAX-便利な頭字語

Acronym	Description
AAA	Authentication, Authorization, and Accounting
AAS	Advanced Antenna Systems
ADSL	Asymmetric Digital Subscriber Loop
AES	Advanced Encryption Standard
ARQ	Automatic Repeat Request
ASN	Access Services Network
ASP	Application Service Provider
BPSK	Binary Phase Shift Keying
BWA	Broadband Wireless Access
CCK	Complementary Coded Keying
CLEC	Competitive Local Exchange Carrier
CIR	Committed Information Rate
CSMA/CA	Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
CSMA/CD	Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (Ethernet)
DCF	Distributed Control Function
DES	Digital Encryption Standard
DSL	Digital Subscriber Line
DSSS	Direct Sequence Spread Spectrum
EDCA	Enhanced Distributed Control Access
ETSI	European Telecommunications Standards Institute
ED-VO	Enhanced Version-Data Only (Data Optimized)
FCC	Federal Communications Commission
FDD	Frequency Division Duplex
FDX	Full Duplex
FEC	Forward Error Correction
FHSS	Frequency Hopping Spread Spectrum
Hz	Hertz (Prefix Kilo = Thousands, Mega = Millions, Giga = Billions)
HARQ	Hybrid-ARQ
HIPERMAN	High-Performance Metropolitan Area Network
HUMAN	High-speed Unlicensed Metropolitan Area Network
IEEE	Institute of Electrical and Electronic Engineers
IETF	Internet Engineering Task Force
ILEC	Incumbent Local Exchange Carrier
ISDN	Integrated Services Digital Network
ISM	Industrial, Scientific, and Medical
ITU	International Telecommunications Union
LAN	Local Area Network
LR	Location Register
LS	Least Squares
MAC	Media Access Control
MBS	Multicast Broadcast Service
MIMO	Multiple Input-Multiple Output
MMDS	Multi-channel Multipoint Distribution Service
MMS	Multimedia Messaging Service
MPDU	MAC Protocol Data Unit
MS	Mobile Station
MS	Mobile Station
NLOS	Non-Line-of-Sight
NWG	Network Working Group
OFDM	Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PCF	Point Control Function
PoP	Point of presence
x-QAM	x-level Quadrature Amplitude Modulation
QoS	Quality of Service
QPSK	Quadrature Phase Shift Keying
RC4	Ron.s Code-4
SIM	Subscriber Identity Module
SONET	Synchronous Optical Network Interface
TDD	Time Division Duplex
TKIP	Temporal Key Integrity Protocol
U-NII	Unlicensed National Information Infrastructure
VoIP	Voice over IP
VPN	Virtual Private Network
WEP	Wired Equivalent Privacy
Wi-Fi	Wireless Fidelity
WiMax	Worldwide Interoperability for Microwave Access
WISP	Wireless Internet Service Provider
WLAN	Wireless LAN
WMAN	Wireless Metropolitan Area Network
WME	Wi-Fi Multimedia Extensions
WPA	Wi-Fi Protected Access
WRAN	Wireless Regional Area Network
WSM	Wi-Fi Scheduled Multimedia
WPA	Wi-Fi Protected Access
ZF	Zero Forcing