WiMAX-クイックガイド

無線とは、有線の代わりに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ーは、テレビの電源を切るような単純なタスクから、現場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ような複雑なタスクに使用されます。現在、コードレスキーボードとマウス、PDA、ポケットベル、デジタル電話と携帯電話は私たちの日常生活の一部になっています。

ユーザーにとって魅力的な無線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。

Mobility −ワイヤレス通信システムにより、ユーザーはデスク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。
Reachability −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。
Simplicity−無線通信システムは、ケーブルネットワークと比較して簡単かつ迅速に導入できます。初期設定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。
Maintainability −ワイヤレスシステムでは、ネットワーク設定を維持するために多くのコストと時間を費やす必要はありません。
Roaming Services −無線ネットワークシステムを使用して、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。
New Services −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設定するには、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有する二つの建物を相互接続します。たとえば、無線LANブリッジは、イーサネットネットワークと直接特定のアクセスポイントに接続できます（次の図を参照）。

ポイントツーマルチポイントブリッジ

このトポロジは、建物内の異なるフロアまたは建物全体に配置されている可能性のある3つ以上のLANを接続するために使用されます（次の画像を参照）。

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）。

ワイヤレステクノロジー

ワイヤレステクノロジーは、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）

このネットワークを使用すると、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、その範囲も広範囲です。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、範囲が非常に限られていることを除けば、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電波を使用するタイプのローカルエリアネットワークです。

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ている例です。

ワイヤレスメトロポリタンエリアネットワーク（WMAN）

このネットワークを使用すると、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、移動体通信技術や他の無線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、その範囲も広範囲です。

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。

Quality of Service (QoS)−ワイヤレスデータ配信に関する主な懸念事項の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が不十分であるということです。パケットの損失と大気の干渉は、ワイヤレスプロトコルで繰り返し発生する問題です。
Security Risk−これは、ワイヤレスネットワークを介したデータ転送に関するもう1つの大きな問題です。サービスセット識別子（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メカニズム。これらの対策は、住宅や中小企業には十分かもしれませんが、より強力なセキュリティを必要とする事業体には不十分です。
Reachable Range−通常、ワイヤレスネットワークは約100メートル以下の範囲を提供します。範囲はアンテナの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、これはもはや問題にはならないはずです。

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約束する技術です。電波を使用して、潜在的なユーザーとの間で必要なときに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、お客様固有の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。基地局と加入者との間の物理的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する。

WBAは、人口の高い割合で世界的に認識されるようになった有線ブロードバンドに対して、効果的で補完的なソリューションを提供します。

Wi-Fiとは何ですか？

Wi-Fiは Wireless Fiデリティ。Wi-Fiは、IEEE 802.11ファミリ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キング（LAN）テクノロジです。

Wi-Fiの詳細については、Wi-Fiチュートリアルをご覧ください。

WiMAXは、今日最も注目されている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、経済的な方法で住宅および企業の顧客に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。

大まかに言えば、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、主にワイヤテクノロジー（ケーブルモデム、DSL、T1 / E1リンクなど）の代替として顧客宅内への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定するために、主要な通信、コンポーネント、および機器企業によって形成された業界団体です。

WiMAXはWiFiと同様に動作しますが、より長い距離でより多くのユーザーに対してより高速で動作します。WiMAXには、有線インフラストラクチャが到達するのが難しい領域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。WiFi Allianceが802.11に対してであるように、WiMAXは802.16に対してです。

WiMAXは

の頭字語 Worldwide Interoperability for Microwave Access。
ワイヤレスMANテクノロジーに基づいています。
広域にIP中心のサービスを提供するために最適化されたワイヤレステクノロジー。
代替の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。
IEEE802.16または互換性のある規格に基づい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）。
- ポータブル使用モデル（IEEE802.16e）。

802.16aとは何ですか？

WiMAXは非常に簡単な用語であるため、802.16の標準やテクノロジ自体に使用され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およびDSLのワイヤレス代替手段を提供するために使用できます。

WiMaxの速度と範囲

WiMAXは、選択した特定の技術構成に応じて、ワイヤレスチャネルごとに最初に最大約40 Mbpsの容量を提供し、T-1速度接続を備えた数百の企業とDSL速度接続を備えた数千の住宅をサポートするのに十分であると予想されます。。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、現在サービスが提供されていない農村部や人口の少ない地域で単独で、建物への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、モバイルデバイスに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、3kmのセルカバレッジエリアで約15Mbps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取り決めから解放され、MetroZone内のほぼどこからでもブロードバンド速度でオンラインに接続できるようになります。

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

なぜWiMaxなのか？

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までの最後の100メートルのアクセスを提供する、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を提供するなどがあります。ブロードバンドサービスのサポート。
WiMAXは、既存のインフラストラクチャを使用して大規模なスペクトル展開（つまり、> 10 MHz）が必要な非常に高帯域幅のソリューションをサポートし、コストを抑えながら、高価値のマルチメディアサービスの全範囲をサポートするために必要な帯域幅を提供します。
WiMAXは、さまざまなネットワークタイプ間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って直面する多くの課題にサービスプロバイダーが対応できるように支援します。
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、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発揮できるようにします。すべてのタイプの通信を期待します。
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3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るため、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規格の潜在的な組み合わせを通じて、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「WiMAXCertified™」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は、Wi-Fiと呼ば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。遊牧民のバージョンは、今日の携帯電話のように、WiMAX対応デバイスを広いエリアで接続したままにします。以下の要因からWi-Fiと比較することができます。

IEEE標準

Wi-FiはIEEE802.11標準に基づいていますが、WiMAXはIEEE802.16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、70Mbps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ネットワークにサービスを提供するために必要な基盤となるインターネット接続を提供できます。

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おり、ユーザーはCPEデバイスごとに1つのサブスクライバーで1から10まで拡張できます。固定チャネルサイズ（20MHz）。

WiMAXは、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おり、各CPEの背後に無制限の加入者がいます。1.5MHzから20MHzまでの柔軟なチャネルサイズ。

ビットレート

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

WiMAXは5bps / Hzで動作し、20MHzチャネルで最大100Mbpsまでピーク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ネットワークにサービスを提供するために必要な基盤となるインターネット接続を提供できます。Wi-Fiはユビキタスブロードバンドを提供しませんが、WiMAXは提供します。

比較表

Freature	WiMax （802.16a）	Wi-Fi （802.11b）	Wi-Fi （802.11a / g）
プライマリ応用	ブロードバンドワイヤレスアクセス	無線LAN	無線LAN
周波数帯域	ライセンス/非ライセンス 2 G〜11 GHz	2.4 GHz ISM	2.4 GHz ISM（g） 5 GHz U-NII（a）
チャネル帯域幅	調整可能 1.25 M〜20 MHz	25 MHz	20 MHz
半二重/全二重	フル	ハーフ	ハーフ
無線技術	OFDM （256チャネル）	直接拡散スペクトラム拡散	OFDM （64チャンネル）
帯域幅効率	<= 5 bps / Hz	<= 0.44 bps / Hz	<= 2.7 bps / Hz
変調	BPSK、QPSK、 16、64、256-QAM	QPSK	BPSK、QPSK、 16、64-QAM
FEC	畳み込み符号リードソロモン	なし	畳み込み符号
暗号化	必須-3DES オプション-AES	オプション-RC4 （802.11iのAES）	オプション-RC4 （802.11iのAES）
可動性	モバイルWiMax （802.16e）	開発中	開発中
メッシュ	はい	ベンダー専有	ベンダー独自の
アクセスプロトコル	リクエスト/許可	CSMA / CA	CSMA / CA

WiMAXは、展開オプションと潜在的なサービスの提供に関して多くの柔軟性を備えた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。強調表示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2つの形式のワイヤレスサービスを提供できます-

Non-line-of-sight−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タワーに接続しています。このモードでは、WiMAXは2 GHz〜11 GHzの低い周波数範囲を使用します（WiFiと同様）。
Line-of-sight−サービス。固定パラボラアンテナが屋上またはポールからWiMAXタワーにまっすぐ向いています。見通し内接続はより強力で安定しているため、より少ないエラーで大量のデータを送信できます。見通し内伝送はより高い周波数を使用し、範囲は可能な66GHzに達します。

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。これは、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する方式です。

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のダウンリンク対アップリンク比で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はスケーラブルな物理層アーキテクチャを備えており、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のいずれ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、異なる帯域幅が割り当てられている可能性のある異なるネットワーク間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できます。

適応変調およびコーディング（AMC）

WiMAXは、多くの変調および前方誤り訂正（FEC）コーディング方式をサポートしており、チャネルの状態に基づいて、ユーザーごとおよびフレームごとに方式を変更できます。

AMCは、時変チャネルのスループットを最大化するための効果的なメカニズムです。

リンク層の再送信

WiMAXは、信頼性の向上が必要な接続のリンク層で自動再送信要求（ARQ）をサポートします。ARQ対応の接続では、送信された各パケットが受信者によって確認応答される必要があります。未確認のパケットは失われたと見なされ、再送信されます。

TDDとFDDのサポート

IEEE802.16-2004およびIEEE802.16e-2005は、時分割複信と周波数分割複信の両方、および低コストのシステム実装を可能にする半二重FDDをサポートします。

WiMAXはOFDMを使用します

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、さまざまなユーザーにOFDMトーンのさまざまな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で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、要求に応じて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、時空間コーディング、空間多重化などの複数アンテナ技術の使用を可能にします。

サービス品質のサポート

WiMAX MAC層には、音声およびマルチメディアサービスを含む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コネクション型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ます。

WiMAX MACは、端末ごとに複数の接続があり、それぞれに独自のQoS要件がある、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とキー管理プロトコルを備えています。

このシステムは、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。 Extensible Authentication Protocol (EAP)、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を使用できます。

モビリティのサポート

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リファレンス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の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提供されます。

WiMAXシステムは2つの主要な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、概念が携帯電話タワーに似たWiMAXタワーで構成されています。WiMAX基地局は、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、標準で定義されている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イスであり、基本的にリアルタイムで、加入者のニーズに応じてアップリンクとダウンリンクの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でワイヤレス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、実際的な考慮事項では、約10kmまたは6マイルに制限されています。

WiMAXレシーバー

WiMAX受信機は、個別のアンテナを備えている場合もあれば、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搭載されているスタンドアロンボックスまたはPCMCIAカードの場合もあります。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WiFiネットワークのワイヤレスアクセスポイントへのアクセスに似ていますが、カバレッジはより広くなります。

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。

バックホールとは、アクセスポイントから基地局に戻る接続と、基地局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、複数の基地局を相互に接続することが可能です。これにより、携帯電話で可能になるローミングと同様に、WiMAX加入者が1つの基地局のカバレッジエリアから別のエリアにローミングすることもできます。

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の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、エアインターフェイスとしてIEEE 802.16e-2005を使用して、WiMAXのエンドツーエンドのネットワーク要件、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機器およびオペレーター間の相互運用性を確保するための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、およびモバイルの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つの部分に分けることができます-

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移動局（MS）。
アクセスサービスネットワーク（ASN）。エッジで無線アクセスネットワークを形成する1つ以上の基地局と1つ以上のASNゲートウェイで構成されます。
IP接続とすべてのIPコアネットワーク機能を提供する接続サービスネットワーク（CSN）。

WiMAXフォーラムNWGによって開発されたネットワーク参照モデルは、いくつか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ます。次の図は、より重要な機能エンティティのいくつかを示しています。

Base station (BS)− BSは、MSにエアインターフェイスを提供する責任があります。BSの一部となる可能性のある追加機能は、ハンドオフトリガーとトンネル確立、無線リソース管理、QoSポリシー施行、トラフィック分類、DHCP（Dynamic Host Control Protocol）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。
Access service network gateway (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となる可能性のある追加機能には、ASN内ロケーション管理とページング、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ング、暗号化キー、AAAクライアント機能、基地局とのモビリティトンネルの確立と管理が含まれます。、QoSとポリシーの適用、モバイルIPの外部エージェント機能、および選択したCSNへのルーティング。
Connectivity service network (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、および特定のサービスの認証をサポートするAAAサーバが含まれています。CSNは、QoSと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では、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や組み合わせが可能です。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、およびサービングGPRSサポートノード（SGSN）のGSMモデルに類似したASNGWに分解できます。

WiMAXは、IEEE 802.16仕様に基づくテクノロジーであり、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。

Spectrum −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。
Topology −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。
Interworking − WiFi、3GPP、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と相互作用を可能にする独立したRANアーキテクチャ。
IP connectivity −クライアントとアプリケーションサーバーでIPv4とIPv6のネットワーク相互接続の組み合わせをサポートします。
Mobility management −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ATMと基本IPの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つの主要なPHYシステムプロファイルを定義しました。10.66GHz範囲で使用するための25 MHz幅のチャネルと（ヨーロッパの展開で）10.66GHz範囲で使用するための28MHz幅のチャネルです。

WiMAXの物理層とMAC層については、このチュートリアルの個別の章で説明されています。

WiMAXテクニカルワーキンググループは、IEEE802.16aおよびHiperMan標準の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）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て、WMANの一連のエアインターフェイス標準として進化するように設計されていますが、物理層の仕様は、使用範囲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。
WiFi、3GPP3、および3GPP2ネットワークとのシームレスな統合と相互作用を可能にしながら、802.16RANアーキテクチャの独立性を実現するための明確に定義されたインターフェイス。
IETFで定義されたオープンなIPテクノロジーを活用して、一般的なオフシェルフ（COTS）機器を使用してスケーラブルなオールIP802.16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の拡張性。

WiMAX物理層は、直交周波数分割多重方式に基づいています。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などの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の他に。

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方式です。

WiMAXの適応変調とコーディング

WiMAXは、さまざまな変調およびコーディングスキームをサポートしており、チャネルの状態に応じて、リンクごとにバーストごとにスキームを変更できます。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することができます。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。

次の表に、WiMAXでサポートされているさまざまな変調およびコーディングスキームのリストを示します。

	ダウンリンク	アップリンク
変調	BPSK、QPSK、16 QAM、64 QAM; OFDMA-PHYのオプションのBPSK	BPSK、QPSK、16 QAM; 64QAMオプション
コーディング	必須：レート1 / 2、2 / 3、3 / 4、5 / 6の畳み込みコードオプション：レート1 / 2、2 / 3、3 / 4、5 / 6の畳み込みターボコード。レート1 / 2、1 / 3、1 / 6、LDPC、OFDM-PHYのRSコードの繰り返しコード	必須：レート1 / 2、2 / 3、3 / 4、5 / 6の畳み込みコードオプション：レート1 / 2、2 / 3、3 / 4、5 / 6の畳み込みターボコード。レート1 / 2、1 / 3、1 / 6、LDPCの反復コード

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方式です。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、および変調方式とコーディング方式です。

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に属しています。これは、特定の高ビットレートのデータストリームをいくつかの並列の低ビットレートストリームに分割し、サブキャリアまたはトーンと呼ばれることが多い別々のキャリアで各ストリームを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大きくして、チャネルに起因する遅延がシンボル持続時間のわずかな部分（通常は<10％）になるようにすることで、シンボル間干渉（ISI）を排除または最小化します。

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、遅延スプレッドはのごく一部になります。シンボル期間。

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あり、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重複しないサブキャリアチャネルを用意する必要がありません。

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で、ISIを完全に排除できます。ただし、ガードインターバルを追加すると、電力の浪費と帯域幅効率の低下を意味します。

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層の主なタスクは、上位のトランスポート層と物理層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受け取ります。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層はその逆を行います。

IEEE802.16-2004およびIEEE802.16e-2005 MAC設計には、ATM TDM音声、イーサネット、IP、および未知の将来のプロトコルなど、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）アプリケーション用に設計されており、衝突回避を備えた衝突検知多元接続（CSMA / CA）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幅広い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層セキュリティのため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。
ブロードキャストと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、およびアイドル。
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、一方的な助成金サービス（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は高速データやバースト性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ています。

QoSのサポートは、WiMAXMAC層設計の基本的な部分です。WiMAXは、そのQoS設計の背後にある基本的な考え方のいくつかをDOCSISケーブルモデム標準から借用しています。

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コネクション型MACアーキテクチャを使用することによって実現されます。

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パラメータのセットを持つパケットの単方向フローであり、サービスフロー識別子（SFID）によって識別されます。

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、固定サブスクライバー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に遊牧民アクセスが提供されます。
Simple mobility −加入者は、ハンドオフ中に短時間の中断（1秒未満）で最大60kmphの速度で移動できます。
Full mobility −最大120 kmphのモビリティとシームレスなハンドオフ（50ミリ秒未満の遅延と1％未満のパケット損失）がサポートされます。

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用に展開され、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、この規格では、加入者ステーションがアクティブなときに1つの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、またはアイドル状態のときに1つの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、加入者ステーション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、ある基地局から別の基地局への進行中の接続のシームレスなハンドオーバーを可能にするプロトコルもあります。

この規格には、ある基地局から別の基地局への進行中の接続のシームレスなハンドオーバーを可能にす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層モビリティもサポートしています。

WiMAXシステムは、最初から堅牢なセキュリティを念頭に置いて設計されました。この規格には、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る不正アクセスを防止するための最先端の方法が含まれています。

セキュリティは、WiMAXMAC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

ユーザーデータは、プライバシーを提供するための堅牢性が証明された暗号化スキームを使用して暗号化されます。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、認証フェーズ中に生成され、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、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するインターネット技術特別調査委員会（IETF）EAPに基づいています。

WiMAXターミナルデバイスには、公開鍵とMACアドレスを含むX.509デジタル証明書が組み込まれています。WiMAXオペレーターは、証明書をデバイス認証に使用し、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してユーザー認証を行うことができます。

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、キー情報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を使用すると、MSは特定のターゲットBSで事前認証を使用して、再入力を加速できます。

中間者攻撃を防止すると同時に、高速ハンドオーバーをサポートするための再認証メカニズムを最適化するために、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。

IEEE 802.16、固定ブロードバンド無線アクセスシステムのためのエアインターフェースもIEEE WirelessMANとエア・インタフェースとして知られているが、MAN内の固定、ポータブルおよびモバイルBWAのための標準規格の新たなスイートです。

これらの規格は、10.66 GHz無線スペクトルのワイヤレスローカルループ（WLL）テクノロジを最初にカバーしたIEEE 802.16ワークグループによって発行され、その後、2〜11GHzのライセンススペクトルと非ライセンススペクトルの両方を含むように修正プロジェクトによって拡張されました。

WiMAXアンブレラには現在802.16-2004と802.16eが含まれています。802.16-2004は、OFDMを利用して、ラウンドロビン方式の一種で時分割方式で複数のユーザーにサービスを提供しますが、ユーザーが常に送信/受信していることを認識できるように、非常に迅速に実行されます。802.16eはOFDMAを利用し、各ユーザーにトーンのセットを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IEEE802.16標準のチャートです。

NOTE −BWAのIEEE802.16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った以前のBWA業界とは対照的です。

WiMAXForum™と呼ばれる非営利団体は、規格の調和、異なるメーカーの機器間の相互運用性のテストと認定を目的として、2001年に設立されました。

WiMAXForum™は、BWA機器の互換性と相互運用性を確保することで、IEEE 802.16 BWAシステムをサポートするために機器とコンポーネントのサプライヤによって形成されました。これにより、チップレベルの実装によるコストの削減につながります。

WiMAXForum™は、WiFiAllianceが無線LANとIEEE802.11に対して行ったことを実行しています。WiMAX ForumCertified™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、および幅広いサービス機能を提供します。

WiMAXForum™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

WiMAXForum™には、機器メーカー、半導体サプライヤー、サービスプロバイダーから400人以上のメンバーがおり、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、シーメンスがあります。

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る必要のある、優れた参考資料がたくさんあります。WiMAXの詳細については、このチュートリアルの「WiMAXの役立つリソース」の章を確認してください。

これは、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、IEEE802.16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と呼ば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、ターボ符号化とLDPC、ハイブリッドARQ、アンテナアレイなどの強力なエラー訂正符号化が含まれます。
WiMAXは、システム全体の容量を向上させるために、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、および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し、強力なQoSを提供できる非常に柔軟なMAC層があります。
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が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ようにする柔軟なオール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MIMOソリューションを使用する場合に、非常に高いスペクトル効率を提供します。