WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) jest technologią umożliwiającą radiowy (bezprzewodowy) dostęp do usług szerokopasmowych ostatniej mili alternatywnie do dostępu kablowego i DSL. WiMAX bazuje na standardzie IEEE 802.16 i ETSI HiperMAN. Ciało organizacyjne jakim jest WiMAX Forum czuwa nad rozpowszechnianiem się bezprzewodowego dostępu w świecie, skupia w swoim gronie czołowych operatorów telekomunikacyjnych i firmy produkujące sprzęt i komponenty telekomunikacyjne również ściśle współpracuje z dostawcami usług ISP i regulatorami, by sprzęt certyfikowany przez WiMAX Forum był zgodny z rządowymi i klienckimi wymaganiami.

Wersje standardu IEEE 802.16

802.16 - standard dla bezprzewodowych sieci MAN pracujących w paśmie 10-66 GHz w 2001.

802.16a - standard skupiający się na stałym dostępie szerokopasmowym (stały BWA - fixed Broadband Wireless Access), pasmo od 2 do 11 GHz, 2003.

802.16-2004 - rozszerzenie 802.16 o dodatkowe funkcje - wsparcie dla indoor CPE (wewnątrzbudynkowych urządzeń klienckich).

802.16e - rozszerzenie do standardu 802.16-2004, wprowadzające mobilność danych (urządzenia CPE mogą poruszać się z określoną prędkością ok. 120km/h), 2005.

Zasada działania WiMAX

Warstwa fizyczna. WiMAX wykorzystuje standard 802.16-2004 i technologie modulacji OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). W trakcie standaryzacji 802.16 powstało kilka różnych wariantów technik modulacyjnych warstwy fizycznej 802.16: od SC (Single Carrier), OFDM (który ma 256 podnośnych zwanych carrierami) po OFDMA (który ma 2048 podnośnych).

Warstwa MAC w WiMAX jest zorientowana połączeniowo i stosuje TDM (Time Division Multiplex) w kierunku do użytkownika z TDMA (Time Division Multiple Access) w kierunku od użytkownika.

Standard obsługuje zarówno komunikacje dupleksową w dziedzinie czasu TDD (Time Division Duplex) jak i w dziedzinie częstotliwości FDD (Frequency Division Duplex). Dla pół-dupleksu stosowany jest HD-FDD (HalfDuplex- Frequency Division Duplex.

Analizując obie techniki dostajemy, że pasmo jakie jest wykorzystywane do przesyłania informacji jest w obu metodach inne, to znaczy, FDD wykorzystuje dwa odseparowane kanały (pasma) do transmisji w obu kierunkach, a TDD wykorzystuje jeden kanał by transmitując w obu kierunkach dzięki podziałowi czasowemu (w danym przedziale czasu odbiór, w kolejnym przedziale czasu nadawanie).

Cyfrowa modulacja OFDM została już szeroko wykorzystana w modemach DSL (jak pamiętamy też mamy tam 256 podnośnych, czyli każdą z nich traktujemy jako kanał do przesyłania informacji), dzięki czemu stała się doskonałą techniką by poradzić sobie z problemami złej linii abonenckiej.

W przypadku WiMAX 802.16 OFDM z 256 punktową FFT (Fast Fourier Transformation – szybka transformata Fouriera) doskonale sobie radzi z problemem braku widoczności anten w strefie Fresnela (NLOS – Non Line of Sight) podczas propagacji sygnału. Dzięki wykorzystaniu wielu podnośnych, a nie tylko jednej, WiMAX dzięki OFDM umożliwia osiągniecie dużych przepływności i efektywnie wykorzystuje przydzielone pasmo radiowe. 

Pasmo licencjonowane 10-66 GHz

Pasmo 10-66GHz w 802.16 wymaga by w związku z krótką długością fali zastosować LOS (line of sight) dla anten (anteny w polu widzenia strefy Fresnela min. 0.6 strefy Fresnala), natomiast pomija się tu tzw. multipath (wiele ścieżek sygnału radiowego powstających w wyniku odbić w torze radiowym).

W paśmie 10-66 GHz stosuje się szerokość kanału 25 lub 28 MHz. Dla przepustowości radiowej osiąga się tu do 120 Mbit/s, co jest wystarczające do dostępu punkt-wielopunkt dla zastosowań w małych i dużych przedsiębiorstwach. Stosuje się tu modulację SC (Single Carrier), a interfejs radiowy w tym paśmie określa jako WirelessMAN-SC.

Częstotliwości poniżej 11 GHz

Dla czestotliwości licencjonowanych WiMAX poniżej 11 GHz, w związku z dłuższą długością fali radiowej, nie jest wymagany LOS dla anten, ale multipath jest tu już dosyć znaczny. Zdolność do obsługi prawie-LOS i non-LOS (NLOS - brak widoczności anten) wymaga zastosowania dodatkowych funkcjonalności warstwy fizycznej WiMAX, takich jak obsługa zaawansowanych technik zarządzania mocą, stosowanie wielu anten oraz mechanizmów osłabiania/współistnienia interferencji.

Wprowadzono również dodatkowe funkcjonalności w warstwie MAC takie jak topologia mesh stacji bazowych BS (mesh topology) i żądaie automatycznego powtórzenia (ARQ - Automatic Repaet reQuest).

Dla częstotliwości nie licencjonowanych WiMAX poniżej 11 GHz (czyli 5-6 GHz), w związku z wprowadzanymi interferencjami i ograniczeniami na emitowaną moc, w marstwie fizyzcnej i MAC wprowadzono tzw. dynamiczny wybór częstotliwości (DFS - Dynamic Frequency Selection) by wykryć i uniknąć interferencji między użytkownikami.

Model referencyjny WiMAX

Model referencyjny WiMAX 802.16 składa się z warstwy MAC i warstwy fizycznej.

Warstwa MAC składa się z trzech podwarstw (CS, MAC CPS i Security).

Pierwsza z nich Service-Specific Convergence Sublayer (CS) przyjmuje ruch dokonuje wszelkich czynności związanych z przyjęciem z zewnątrz danych lub ich odwzorowaniem do MAC SDU (Service Data Unit) (MAC SDU znajduje się w drugiej podwarstwie tzw. MAC CPS - Common Part Sublayer), dzięki odpowiedniej klasyfikacji zewnętrznych danych sieciowych i ich skojarzeniu z odpowiednim identyfikatorem usługi MAC tzw. SFID (Service Flow Identifier) i identyfikatorem połączenia CID (Connection Identifier). Może także zawierać funkcje kasowania powtarzającego się nagłówka informacji użytkownika tzw. PHS (Payload Header Suppression).

W 802.16 stosuje się dwie różne CS specyficzne dla zastosowań: CS dla ATM i CS pakietowe (dla pakietów IP). WiMAX w paśmie 2-11 GHz ma tylko specyfikację dla CS pakietowego.

Druga z podwarstw, MAC CPS, dostarcza głównie takich funkcjonalności jak dostęp do systemu, alokacja pasma, ustanowienie połączenia i zarządzanie połączeniem. QoS jest stosowana przy transmisji i kolejkowaniu danych przez warstwę fizyczną.

Trzecia podwarstwa, Security, udostępnia funkcje autentykacji, wymiany bezpiecznej klucza i szyfrowania.

Warstwa fizyczna jest zależna od konkretnego zakresu częstotliwości i zastosowań. Przykładami różnych warstw fizycznych w standardzie 802.16 są :

WirelessMAN-SC dla częstotliwości 10-66 GHz (WiMAX)
WirelessMAN-SCa dla częstotliwości poniżej 11 GHz licencjonowanych
WirelessMAN-OFDM dla częstotliwości poniżej 11 GHz licencjonowanych (WiMAX)
WirelessMAN-OFDMA dla częstotliwości poniżej 11 GHz licencjonowanych
WirelessHUMAN dla częstotliwości poniżej 11 GHz nie licencjonowanych (WiMAX)

WiMAX Forum zdecydowało, że na dzień dzisiejszy specyfikuje WiMAXa w paśmie poniżej 11 GHz (licencjonowane i nie licencjonowane) wykorzystując OFDM (czyli 256 podnośnych z FFT), czyli patrząc na powyższe warstwy fizyczne: WirelessMAN-OFDM i WirelessHUMAN z OFDM.

WiMAX Forum stworzyło również grupę roboczą zajmującą się WiMAXem w paśmie 10-66 GHz zarówno dla CS ATM jak i CS pakietowe.

 cdn.

nomad