WiMAX
 

Wstęp

Co kilka dni możemy przeczytać krótkie informacje na temat nowej, bezprzewodowej technologii, jaką jest WiMAX. Wiele osób kojarzy ją z dobrze nam znaną technologią Wi-Fi. Jednak różnice są na tyle duże, że postanowiliśmy napisać krótki felieton przybliżający naszym czytelnikom technologię WiMAX, czyli szerokopasmowego, bezprzewodowego dostępu do Internetu.

Sieci bezprzewodowe zadomowiły się na dobre. Chyba nie ma wśród nas osoby, która nie skorzystała jeszcze z ich dobrodziejstw. Obojętnie, czy to z komputerowych sieci WLAN czy po prostu? z najpopularniejszych sieci komórkowych. Jedną z ich głównych zalet jest z pewnością wygoda i dostępność. Nie zapominajmy, że dla wielu osób korzystanie z sieci bezprzewodowych jest także jedyną możliwością (w miejscach, gdzie jest słabo rozwinięta infrastruktura kablowa).

Sieciom WLAN poświęciliśmy do tej pory już trochę miejsca w naszym serwisie, z pewnością teksty o WLAN jeszcze niejednokrotnie u nas zagoszczą. Jak chyba każdy wie, sieci WLAN (jak sama nazwa wskazuje) dedykowane są dla użytkowników lokalnych (np. w domu, w biurze), choć niekiedy z powodzeniem można rozszerzyć ich działanie nawet na odległość kilku kilometrów stosując mocne anteny kierunkowe i dookólne. Nowe wersje urządzeń WLAN oferują coraz to większe przepustowości. Pamiętajmy, iż cały czas trwają prace nad kolejnym standardem - 802.11n, który zaoferuje nam znacznie większe prędkości przesyłu oraz wyższy poziom bezpieczeństwa.

wieże z antenami WiMAX

Jednakże komputerowe sieci bezprzewodowe to nie tylko WLAN - takie medium transmisyjne może być użyte również dla łącz szerokopasmowych. Od kilku lat na niektórych rynkach (głównie w USA) dostępna jest technologia, która określana jest mianem WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Najważniejszym zadaniem standardu WiMAX jest zapewnienie bezprzewodowego szerokopasmowego dostępu na znacznie większą skalę. WiMAX możemy traktować jako alternatywę dla cyfrowych łączy abonenckich (DSL) oraz szerokopasmowego dostępu kablowego.
Tym, co przemawia na korzyść nowej technologii, to znacznie niższy koszt instalacji infrastruktury, gdyż jak się łatwo domyślić, w stosowanych obecnie technologiach przewodowych prowadzenie kabli w terenie silnie zabudowanym nie należy do rzeczy łatwych i tanich (rozpruwanie chodników, ulic itp.). Dlatego też technologia WiMAX stanowi atrakcyjne rozwiązanie "ostatniej mili" w bezprzewodowych sieciach miejskich.

stacja bazowa i odbiorca sieci WiMAX

To rozwiązanie jest jeszcze bardziej atrakcyjne w państwach w których nie ma dobrze rozbudowanej infrastruktury przewodowej (np. Chiny, Indie), gdyż może zapewnić dostęp szerokopasmowy milionom osób z gospodarstw domowych i firm w słabo zaludnionych obszarach wiejskich. WiMAX nie jest wcale nową technologią. Można ją traktować jako innowacyjną, lepiej dopracowaną pod względem komercyjnym adaptacją technologii, która już od dłuższego czasu jest obecna na całym świecie dostarczając szerokopasmowego dostępu bezprzewodowego. Na obecną chwilę została ona wdrożona w ponad 125 krajach.

Trudne początki

Nad standardem WiMAX (IEEE 802.16) od samego początku pracuje wiele firm. Technologia ta początkowo operowała w przedziale częstotliwości pomiędzy 10 GHz a 66 GHz. Jednak z biegiem czasu okazało się, iż w wielu miejscach standard ten był niekompletny oraz posiadał kilka wpływających na jego pracę niedociągnięć. Podstawową wadą były niestandardowe zestawy układów, tworzone osobno przez każdego producenta. Jak można się domyślić, powodowało to pewne problemy z kompatybilnością oraz podnosiło w znaczący sposób nakłady finansowe. Dodatkowe koszty wynikały również z przydzielonego pasma (od 10 GHz do 66 GHz), gdyż jest ono w całości licencjonowane. Standard ten wymagał zachowania bezpośredniej linii widzenia (line of sight, LOS) oraz ignorował prowadzone prace nad podobnym standardem europejskim, HiperMAN.


Zbiór poprawek - 802.16a

W styczniu 2003 roku zatwierdzona została ulepszona wersja standardu WiMAX, oznaczona symbolem IEEE 802.16a. Standardowi temu nadano już inne pasmo częstotliwości, od 2 do 11 GHz. Dużym atutem tej wersji jest to, iż nie jest już wymagana bezpośrednia widoczność (non line of sight, NLOS). Oznacza to, że przeszkody stojące na drodze pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem (drzewa lub budynki) nie stanowią już takiego problemu, jak to miało miejsce w przypadku podstawowego standardu 802.16. Ponadto nowe pasmo obejmuje zarówno częstotliwości licencjonowane jak i nielicencjonowane (czyli zwolnione z wszelkich opłat).

Wersja 802.16a dodaje trzy nowe specyfikacje warstwy fizycznej (PHY). Są to kolejno: warstwa jednonośna, 256-punktowa warstwa FFT OFDM (szybka transformacja Fouriera dla zwielokrotnienia z ortogonalnym podziałem częstotliwości) oraz 2048-punktowa warstwa FFT OFDMA. Warstwa 256-punktowa jest wykorzystywana zarówno w standardzie WiMAX jak i standardzie HiperMAN (opracowany przez ETSI - Europejski Instytut Norm Europejskich) co oznacza ich pełną zgodność. Poprawiony standard umożliwia wdrażanie technologii WiMAX dla kanałów o różnej przepustowości, dzięki czemu mogą ją stosować operatorzy na całym świecie. Dodanie dupleksowego podziału czasowego (TDD) i częstotliwościowego (FDD) zwiększa możliwości międzynarodowe technologii WiMAX. Na koniec został sam rodzynek, standard 802.16a rozszerza również warstwę MAC (Media Access Control) i wprowadza funkcję gwarantowania jakości usług (QoS), która jest kluczową dla wielu firm oraz instytucji.

Mimo iż zbiór poprawek wchodzących w skład specyfikacji 802.16a poprawił wiele niedociągnięć swojego poprzednika, to jednak po pewnym czasie musiały ukazać się nowe poprawki. Dlatego też w czerwcu 2004 organizacja IEEE sporządziła jej nową edycję, którą oznaczono jako 802.16 Revision D. W obecnej chwili opracowywana jest kolejna wersja standardu WiMAX, która oznaczona będzie symbolem 802.16e. Ma ona w znaczący sposób rozszerzyć mobilność tego typu komunikacji (roaming połączeń) oraz wprowadzi szyfrowanie 3-DES (bezpieczeństwo transakcji).

Zasięg i przepustowość

NaTo właśnie te dwa czynniki powodują, iż standard WiMAX jest postrzegany jako bardzo przyszłościowe rozwiązanie i budzi zainteresowanie wśród coraz większej liczby producentów sprzętu sieciowego (telekomunikacyjnego) oraz wśród operatorów. Standard ten umożliwia transmisję danych z szybkością do 75 Mb/s. Aby zachować wartość zbliżoną do maksymalnej należy umieścić odbiornik nie dalej aniżeli 10 kilometrów od nadajnika. Warto zaznaczyć, iż maksymalny zasięg może wynosić aż do 50 kilometrów.

antena nadawcza antena nadawcza i odbiorcza

Jednak tak jak w przypadku wszystkich sieci bezprzewodowych, tak i tutaj wraz ze wzrostem odległości prędkość transmisji danych spada. Taka przepustowość (do 75 Mb/s) pozwala na obsługę (z jednej stacji bazowej) nawet do 60 firm lub kilkudziesięciu gospodarstw domowych z łączami DSL. Technologia WiMAX radzi sobie również z różnego rodzaju przeszkodami, czyli sygnał po odbiciu od budynków i innych przeszkód zostanie prawidłowo odczytany przez urządzenie odbiorcze. Jest to właściwość, która doskonale sprawdza się w terenach silnie zabudowanych, gdzie nie ma możliwości uzyskania bezpośredniej widoczności pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. W skrócie określa się ją jako NLOS (non line of sight) i działa właśnie tylko w dolnym paśmie od 2 do 11 GHz. Dzięki specyfikacji 802.16e WiMAX wypełni również luki w zasięgu między jednym punktem hotspot a drugim, pomiędzy domem a punktem hotspot lub biurem a punktem hotspot. Wielu firmom, zwłaszcza małym i znajdującym się poza zasięgiem łączy DSL lub lokalnej infrastruktury kablowej, standard 802.16 zapewni łatwą i niedrogą metodę uzyskania szybkiego łącza szerokopasmowego.

Przykładowa struktura sieci opartej na technologii WiMAX

1. Łącze typu backhaul
2. Przedsiębiorstwa, małe firmy oraz zbiorcze łącza z centralą (backhaul)
3. Łącza DSL dla gospodarstw domowych oraz małych firm i domowych biur (SOHO)
4. Wdrożenia w krajach rozwijających się i na terenach o słabo rozwiniętej infrastrukturze
5. Dowolne inne rozwiązania

Firmy wspierające

Podobnie jak to ma miejsce w przypadku sieci Wi-Fi, tak i dla tej technologii została powołana specjalna organizacja czuwająca nad jej rozwojem. WiMAX Forum, bo tak została nazwana, zrzesza w chwili obecnej ponad 100 członków, do których należą zarówno producenci sprzętu, jak i usługodawcy. Jej celem jest zagwarantowanie zgodności operacyjnej urządzeń WiMAX do szerokopasmowego dostępu bezprzewodowego. Firma Intel od samego początku jest blisko związana z WiMAX Forum jako inicjator jej powołania. W czerwcu 2004 roku Intel wraz z firmą Proxim Corporation poinformowały o nawiązaniu współpracy w celu opracowania i wyprodukowania stacjonarnych i przenośnych urządzeń 802.16 do szerokopasmowego dostępu bezprzewodowego.

Nie tak dawno, bo 18 kwietnia br. Intel zaprezentował już swój pierwszy produkt wspierający technologię WiMAX. Dzięki niemu producenci sprzętu oraz operatorzy będą mogli znacznie szybciej wdrażać nową technologię na swoich rynkach. Posłuży ona do budowy tanich i szybkich modemów bezprzewodowych wspierających WiMAX.
Szerokopasmowy interfejs Intel PRO/Wireless 5116 (znany pod kryptonimem "Rosedale") bazuje na standardzie 802.16-2004 (czyli 802.16 Revision D), oferując operatorom i użytkownikom końcowym współpracę sprzętu pochodzącego od różnych producentów. Układ Intel PRO/Wireless 5116 to pierwszy układ typu "system-on-chip" wspierający standard 802.16-2004 i zoptymalizowany dla tanich modemów WiMAX, które umożliwiają wysyłanie i odbieranie szerokopasmowego sygnału bezprzewodowego.

Intel współpracuje z wieloma operatorami w celu zbudowania szerokiego ekosystemu rozwiązań WiMAX. W pracach tych uczestniczą m.in. firmy takie jak: AT&T (USA), Altitude Telecom (Francja), BT (Wielka Brytania), Brasil Telecom (Brazylia), ETB (Kolumbia), Iberbanda (Hiszpania), Millicom (Argentyna), Qwest (USA), Sify (Indie), Speakeasy (USA), Telcom (Południowa Afryka), Telmex (Meksyk), TowerStream (USA) oraz UHT (Ukraina).

Już wkrótce możemy spodziewać się pierwszych urządzeń z wykorzystaniem interfejsu Intel PRO/Wireless 5116, gdyż wiele firm jest już w trakcie ich produkcji. Są to m.in. firmy takie jak: Airspan, Alvarion, Aperto Networks, Axxcelera Broadband Wireless, Gemtek, Huawei, Proxim Corporation, Redline Communications, Siemens Mobile, SR Telecom oraz ZTE. Każde urządzenie korzystające z interfejsu Intela również będzie przechodziło testy zgodności prowadzone przez WiMAX Forum - grupę zajmującą się testowaniem współpracy produktów WiMAX pochodzących od różnych producentów oraz ich certyfikowaniem. Według prognoz firmy Intel, notebooki z wbudowaną obsługą standardu WiMAX mają być dostępne w 2006 roku. Natomiast w 2007 r. Standard ten mają obsługiwać również telefony.

Podsumowanie : jest na co czekać

Na pewno jest na co czekać. Kiedy już technologia WiMAX zadomowi się na naszym rynku - możemy być pewni małej rewolucji w dostępie do łącz szerokopasmowych (czyli na dzień dzisiejszy: Neostrada, DSL, Chello itp.). Dodatkowa konkurencja na tym szybko rozwijającym się rynku może użytkownikom wyjść tylko na dobre. Jeden lub dwa nadajniki WiMAX umieszczone w średniej wielkości mieście z powodzeniem zapewnią dostęp szerokopasmowy nie tylko dla wielu firm, których nie stać na budowę infrastruktury sieciowej, ale również dla użytkowników indywidualnych (lub całych domowych sieci). WiMAX w żadnym wypadku nie zastępuje technologii Wi-Fi. Jest po prostu jej uzupełnieniem.

Współpraca sieci WiMAX z lokalną siecią Wi-Fi

Operator wykorzystując technologię WiMAX dostarcza łącze szerokopasmowe do firmy (lub sieci lokalnej), gdzie po odebraniu sygnału może on być rozdzielony na konkretnych użytkowników, także z wykorzystaniem sieci Wi-Fi. Innym rozwiązaniem może być również sieć hotspotów sieci Wi-Fi, do których sygnał jest również dostarczany z wykorzystaniem technologii WiMAX.
Pozostaje nam cierpliwie czekać na pierwsze efekty.