WiMAX является беспроводной технологией доступа в Интернет, обеспечивающей широкополосный доступ к сети конечным пользователям в основном на территории города. Она основана на американском стандарте IEEE 802.16 и европейском ETSI HiperMAN. WiMAX представляет собой альтернативу проводным сетям особенно в зонах со слабо развитой структурой телекоммуникационных сетей. WiMAX обеспечивает оптимальное решение т.н. проблемы последней мили, то есть подключения канала к конечному клиенту. Оба стандарта (европейский и американский) позволяют создать множество различных конфигураций базовых станций, что в результате может привести к ситуации, когда устройства разных производителей будут несовместимы. В числе прочих по этой причине задачей WiMAX является унификация метода конфигурации устройств, чтобы решить эту проблему. Обсуждаемые решения должны обеспечить совместимость устройств, как при наличии непосредственной визуальной видимости антенн, так и без неё, и дать операторам возможность расширить спектр услуг за счёт мобильного доступа в Интернет, создавая конкурентоспособные решения (VoIP) для сети мобильной связи. Описанные в этой статье решения касаются стандарта 802.16, поэтому целесообразно начать с представления этого стандарта. Стандарт создавался, начиная с 1999 года и, как и можно ожидать, за это время появилось несколько его версий, из которых в настоящий момент действуют две:
- 802.16-2004 завершенный в 2004 году, предлагает доступ к сети для терминалов не находящихся в движении.
- 802.16e завершенный в 2005 году, предлагает доступ к сети для терминалов как стационарных, так и мобильных. Сертификация устройств, соответствующих этому стандарту, должна начаться в 2007 году. Как уже упоминалось ранее, технология не требует непосредственной видимости антенн, то есть использует модель распространения радиоволн NLOS (анг. Non Line of Sight). Применение этой модели поставило перед создателями стандарта множество проблем, самой значительной из которых было увеличение дальности покрытия системы. Поскольку при отсутствии оптической видимости имеет место многолучевое распространение, то есть до приёмника доходит несколько разных сигналов, с разным опозданием и степенью затухания, и с иной поляризацией, чем при непосредственном сигнале. Эти явления приводят к значительному падению принимаемой мощности, поэтому для улучшения параметров системы в числе прочего были использованы такие решения как:
OFDM (анг. Orthogonal Frequency Division Multiplexing): это мультиплексная технология, где каждая порция данных передаётся на отдельной доступной поднесущей, на которые разделен доступный спектр (анг. Subcarrier), то есть поток данных делится на несколько параллельных меньших подпотоков. Поднесущие, каждая из которых передаёт один подпоток ортогональны по отношению друг к другу, проще говоря, не создают друг другу помехи, несмотря на то, что накладываются. Это решение устойчиво к многолучевому распространению, а в случае деградации какой-либо из поднесущих теряется не весь поток данных, а только его часть, передаваемая на этой поднесущей. На основе OFDM можно создать метод доступа OFDMA применяемый в качестве альтернативы для связи вверх, где каждому пользователю для передачи данных приписывается определённое количество поднесущих из общего количества доступных. Разделение на подканалы: такое разделение является опциональным для связи вверх. Без разделения на подканалы было бы трудно создать экономически целесообразные терминалы. Например, если бы терминал хотел транслировать таким же образом, как базовая станция, это потребовало бы от него очень большой мощности и сложных передающих систем, что означало бы рост расходов. Желая сократить мощность передатчика терминала примерно до 25% мощности передатчика базовой станции, можно поступить двояким образом: использовать все поднесущые и сократить на 75% мощность каждой из них, либо использовать разделение на подканалы, т.е. передавать на каждой четвёртой поднесущей с такой же мощностью, как базовая станция. Оба решения требуют от терминала передачи с той же самой мощностью. Второе решение очевидно более удачно, а единственным его недостатком является снижение скорости в четыре раза для связи вверх. Однако, благодаря этому терминал может транслировать с намного меньшею мощностью, чем базовая станция, а это значит, что его расходы снижаются. Применение соответствующих антенных технологий:
AAS: Такие антенны позволяют направить антенный пучок в определённом направлении или направлениях. Во время передачи данных сигнал, таким образом, можно направлять на определённого пользователя, как луч прожектора. Во время приёма AAS может направлять пучки только в том направлении, откуда исходит трансмиссия.
MIMO: Использование нескольких антенн для передачи сигнала в оба направления радиосвязи (т.е. терминала и базовой станции). Это способствует значительному повышению скорости.
Адаптационная модуляция. Эта техника заключается в подборе соответствующей модуляции в зависимости от расстояния между терминалом и базовой станцией. Чем больше расстояние, тем более сигнал подвержен деградации, таким образом, применяются модуляции более устойчивые к помехам, но обеспечивающее более низкую скорость передачи данных.
Другие:
разделение передачи и приёма соответствующие технологии детектирования и коррекции ошибок передачи данных управление мощностью.
Теперь следует поговорить об архитектуре и построении системы. Что касается архитектуры, то система в базовой версии работает в точечно- многоточечной архитектуре. Таким образом, в центре у нас есть базовая станция, а вокруг неё размещены терминалы, соединённые с ней радиоканалом. Альтернативно система может также работать в архитектуре решётки без базовой станции, где каждый пользователь соединён со своим соседом. Построение системы включает два первых уровня модели ISO/OSI, то есть физический уровень PHY и уровень МАС.
Физический уровень использует упомянутые ранее технологии для достижения максимальной дальности покрытия при одновременном обеспечении максимальной пропускной способности. Система в принципе пользуется двумя частотными диапазонами, а именно 10-66ГГц и 2-11ГГц (например, в нелицензированной полосе 2,4 ГГц), причём ширина канала меняется в зависимости от необходимой скорости передачи данных. Дуплекс в системе реализуется на основе двух самых проверенных технологий:
- временной дуплекс TDD, в котором для передачи вверх и вниз используются те же самые частоты. Передача вверх идёт в одной временной щели, а вниз - в следующей и так далее.
- частотный дуплекс FDD, в котором для связи вверх выделяется одна частота, а связи вниз - другая.
Далее следует обратить внимание на метод доступа к каналу:
- В связи вниз (от базовой станции к терминалу) используется технология TDM. Базовая станция транслирует постоянно во временных щелях. Каждый терминал принимает все передаваемые данные, но обрабатывает только те, которые предназначены для него. Станция применяет специальные идентификаторы CID, позволяющие терминалу получить информацию о том, какие данные предназначены для него.
- В связи вверх (от терминала к базовой станции) используется технология доступа TDMA. Канал разделен на временные щели, однако каждый терминал может транслировать только в щели, предварительно выделенной ему базовой станцией.
Уровень МАC обеспечивает разумный доступ к физическому уровню, не виданный в существовавших до сих пор системах, что позволило достичь очень высокого уровня QoS. Самым большим её преимуществом является возможность динамичного распределения полосы для каждого пользователя с целью обеспечения соответствующего качества предоставляемой услуги. Этот уровень делится на три функциональных подуровня:
Подуровень безопасности, ответственный за идентификацию и авторизацию терминала, а также шифрование движения в сети Подуровень МАC CPS, задачей которого является управление доступом к носителю передачи данных, заключающееся в резервировании соединений, предназначенных дл разных целей. Подуровень МАC CS, задачей которого является распределение данных, приходящих с высших уровней (не охваченных стандартом) по соответствующим каналам МАC таким образом, чтобы сохранить установленный уровень QoS при соответственно доступной полосе. Одно из самых больших достижений создателей системы - получение качества услуг QoS на уровне, не виданном до сих пор в беспроводных сетях. В принципе существуют четыре класса услуг, которым предназначено движение. Каждый класс использует отличные механизмы передачи данных, благодаря чему возможно, например, обеспечение малых опозданий для приложений, которые этого особенно требуют. Эти классы следующее:
UGS поддерживают приложения, требующие постоянной битовой производительности CBR, такие как эмуляция T1/E1 или VoIP без детектирования тишины. rtPS поддерживают приложения, работающие в реальном времени и периодически генерирующие пакеты переменной длины, такие как видео потоки MPEG или VoIP с детектированием тишины. nrtPS поддерживают приложения, которые не требуют работы в реальном времени, зато требуют периодически генерируемых пакетов данных переменного размера, например услуга FTP.
BЕ (Best Effort) поддерживающие приложения, не требующие QoS. В этом классе, например, может реализовываться услуга www. Наконец, стоит представить краткое сравнение WiMAX и WiFi, поскольку эти технологии часто считаются конкурентными. Сравнивать эти два стандарта трудно по той причине, что они были созданы для разных целей. Оба решения, разумеется, беспроводные, однако отличаются как в отношении технологии, так и области применения. Что касается областей применения, то основная разница в том, что WiFi представляют собой сети типа LAN, то есть предназначена для потребителей, которые не хотят использовать кабельную систему для построения локальных сетей при небольших расстояниях. В то время как WiMAX является городской сетью MAN, которая должна обеспечить широкополосный доступ к пользователям, находящимся в зоне всего города. Представляется, что позициям WiFi пока ничего не угрожает, принимая во внимание цену, массовость и относительное качество. В будущем, однако, представляется весьма вероятным, что устройства WiFi будут полностью заменены WiMAX. Поскольку WiMAX предлагает намного большую безопасность передачи данных, большую пропускную способность и имеет механизмы QoS, которые в стандарте WiFi практически не работают. Что касается технической стороны, то, несомненно, WiMAX намного более передовая, чем WiFi. В числе прочих, использованная технология модуляции характеризуются почти в два раза большей производительностью спектра и устойчивостью к помехам. Внимания заслуживает также наличие возможности выбора модуляции в WiMAX в зависимости от потребностей клиента. Существует ещё ряд других отличительных признаков, однако в итоге не трудно понять, что технология WiMAX значительно опережает WiFi.
