Wimax покрытие. Принцип действия WiMAX. Фиксированный и мобильный варианты WiMAX

- рынка в стране оценку его текущего состояния можно свести к фразе «пока не очень, но ситуация выправляется». Ни у кого уже не осталось сомнений, что именно этот стандарт беспроводной связи будет ведущим в течении следующего технологического цикла. Если, конечно, срочно не потребуется внедрять какое-нибудь 5,5 G.

Однако, так было не всегда. В 2008 году, когда во многих регионах страны не было даже 3 G, на роль «следующего поколения беспроводной связи» претендовал WiMax. В то далёкое время стандарт оказался единственным, способным обеспечить скорость мобильного доступа в несколько мегабит и реализованным в железе. Надо отметить, что тогда ситуация со скоростным интернетом (и с интернетом вообще) была довольно-таки печальна. При этом печальна она была не только в сотовом сегменте, но и в проводном. Никаких 50 мегабит/с за 600 рублей не было и в помине, за эти деньги можно было приобрести гораздо меньше. На этом фоне предложения от Yota (ООО «Скартел») казались невероятными: скорости до 10 Мбит/с, отсутствие порога трафика, абонентская плата менее тысячи рублей, возможность использования в любой точке покрытия, отсутствие роуминга…

После отличного старта Йоты потянулись операторы второго эшелона: Комстар, Фрештел, Союз-Телеком, WiTe. Каждый пытался приобщиться к WiMax и урвать абонентскую базу у сотовиков. Когда же «локомотив» в лице Йоты анонсировал собственный телефон «Yota Cosmos» с безлимитными звонками внутри сети и доступной ценой, мобильным операторам и вовсе поплохело. Неудивительно - значительную часть выручки они делают на столичных рынках, как самых ёмких и платёжеспособных. Потерять их означало встать в один ряд с Tele 2.

Однако, планам Yota было не суждено сбыться. Через некоторое время было заявлено об остановке проекта по внедрению нативной голосовой связи. Официальной причиной называлась невозможность обеспечить приемлемое качество, что содержит в себе долю лукавства - голос требует заметно меньше полосы, чем данные. Как бы то ни было, проект был свёрнут, и возродиться ему не удалось. Приблизительно тогда же триумфальное шествие WiMax -операторов сбилось с темпа, а ранее бодрые игроки потеряли крылья и спустились на грешную землю.

Почему не вышло у Yota и почти у всех остальных ?

Причин неудачи стандарта в целом (и Скартела в частности) несколько.

Во-первых, компания слишком распылялась. Вместо сосредоточения исключительно на российском рынке, она решила стать международной и занялась строительством сетей в Никарагуа и Беларуси. Через непродолжительное время оттуда пришлось уйти. Тоже самое относится и к телефону Cosmos и «первой в России сети LTE» - все наработки просто выкинули. Сеть LTE в Казани вообще стояла пустой, так как у Скартела не было соответствующих лицензий. Одним из результатов такой политики было недофинансирование и задержка строительства/модернизации сетей в России.

Во-вторых, негибкая ценовая политика. На момент запуска предлагалось всего лишь два тарифа: дневной (50, а затем 90 рублей) и месячный (900 рублей в месяц). Скорость на тарифах была максимальной, поэтому те, кому нужен был недорогой, не слишком быстрый, но стабильный интернет оказались не охваченными предложением.

В-третьих, сети компании были сильно перегружены. Это явилось следствием ценовой политики, которая не подразумевала каких-либо ограничений по трафику или по скорости. В результате абоненты бросились качать торренты и смотреть видео, чем «положили» значительно число базовых станций. Слухи «об отвратительно работающем интернете» сразу же расползлись по сети.

Наконец, в-четвёртых, странная политика покрытия. Абонентами сети являлись жители многоэтажных домов крупнейших городов. Хотя, как мы упоминали выше, проводной интернет тогда был не слишком развит, провайдеры не стояли на месте. Росли скорости, падала цена, покупались Wi-Fi -роутеры. Как итог, Скартел перестал быть «оператором для всех» и был вытеснен из квартир как основной канал. Частный же сектор и города в областях (Московской и Ленинградской) маркетологи старательно не замечали, руководствуясь поговоркой «За КАДами жизни нет». А ведь именно там доступ к сети гораздо нужнее, чем в столицах, ибо в те времена даже в многоэтажках всё было очень плохо. Жители областей с удовольствием бы воспользовались Йотой как стационарным каналом даже с сильным ограничением по скорости (2 или даже 1 Мбит/с), потому как и в конце 2013 года с интернетом в частном секторе не всё в порядке.

У остальных провайдеров причины сворачивания несколько другие. Например, «Комстар» через «МГТС» был куплен «МТС» и закрыт, чтобы не создавать конкуренцию технологии LTE. Другим операторам банально не хватило денег, чтобы выйти хотя бы на операционную окупаемость. Кто-то же вовсе не пошёл дальше, ограничившись парой городов, так как не видел себя в роли конкурента «большой тройке». В общем, причины были разные, результат же один - свёртывание или замораживание почти всех проектов.

Мы решили провести обзор предложений WiMax в стране, заодно посмотрев, как в настоящий момент чувствуют себя операторы.

Yota

О ней мы достаточно много рассказали в предыдущем пункте. К сказанному следует добавить, что ничего не осталось не только от изначальных планов, но и от самой компании: её Мегафон. В общем, компания полностью оправдала свой логотип в виде стоящего вверх ногами человечка.

Официальный сайт пока действует и предлагает подключиться, но вряд ли это будет продолжаться долго. Ценовая политика у «Скартела» и «Мегафона» в корне различна.


Комстар

Ещё один оператор, павший под натиском конкурентов из мира сотовой связи. В 2011 году МТС присоединила «КОМСТАР–Объединенные ТелеСистемы», а в конце лета 2012 года сеть WiMax была окончательно закрыта. Всех клиентов перенаправили в сети LTE:


В отличии от сайта Yota, на котором не осталось никакого упоминания о технологии, на сайте Комстара всё сохранилось в первозданном виде (без функций подключения и покупки, конечно) и можно посмотреть «как оно было». Например, вот такие вот тарифы:


Оператор ввёл тарифы с ограничением трафика, но с приемлемыми ценами на перерасход. Видимо, к такому решению подтолкнул опыт Йоты.

Союз-Телеком

Первый действующий оператор в нашем обзоре, хотя действующим его можно назвать только с большой натяжкой. Самые свежие новости датированы 2011 годом, карта покрытия отсутствует, а отзывы пользователей крайне негативны. Абоненты жалуются на регулярно отсутствующие услуги, невменяемую техподдержку, отсутствие какой-либо информации и длительное время ремонта оборудования:


Впрочем, проблемы не только у абонентов, но и официальных дилеров, которые также не знают, что им делать:


На текущий момент обсуждение провайдера практически прекратилось (все активные пользователи так или иначе переключились). Ходили слухи о продаже оборудования и переводе клиентов к новым операторам, но официальной информации по этому поводу нет.

Самого оператора надзорный орган не раз и не два привлекал к ответственности за невыполнение лицензионных условий и работе без необходимых документов. Например, в марте 2012 года была проведена внеплановая проверка Управлением Роскомнадзора по Республике Алтай, в результате которой было выписано несколько протоколов об административном нарушении. У компании были проблемы с вводом в эксплуатацию СОРМ, работе без регистрации РЭС и разрешений на радиочастоты. В ноябре 2012 года жители г. Чусово Пермского края жаловались на отсутствие услуги. Жалобу признали законной, оштрафовали оператора на 30 тысяч рублей и направили возбуждённое административное дело в Арбитражный суд Москвы. Помимо описанных случаев было ещё несколько нарушений, за которые оператору выписывались штрафы и предупреждения.

В чём же проблема провайдера? На наш взгляд, она заключалась в попытке охватить всё и сразу. Компания получила огромное количество (47 штук) лицензий, которые требовалось реализовать:


При этом реализовывать их требовалось почти на всей территории страны. «Союз-Телеком» с гордостью заявлял, что « Компания имеет 47 лицензий на осуществление деятельности в области оказания 5 услуг связи на территории 80 регионов России, включая «Услуги связи по передаче данных для целей передачи голосовой информации», «Услуги связи по передаче данных за исключением услуг передачи данных для целей передачи голосовой информации», «Телематические услуги связи», «Услуги связи по предоставлению каналов связи» и «Услуги местной телефонной связи за исключением услуг местной телефонной связи с использованием таксофонов и средств коллективного доступа». Конечно же, без миллионов долларов инвестиций этим планам не суждено было сбыться. Скорее всего, стратегия компании предполагала быстро набрать минимальное число клиентов, которое бы окупало текущую деятельность. Расчёт не оправдался, денежный поток оказался меньше, чем требовалось и оператор начал тонуть. В общем, ещё один пример того, что нужно откусывать столько, сколько сможешь прожевать.

Тариф был всего один, но с возможность заплатить за несколько месяцев и получить скидку:

WiTe

Ещё один оператор с наполеоновскими планами, которым не суждено было сбыться. В 2009 году было обещано в течении двух лет запустить сети в 25 городах шести федеральных округов. Однако планам было не суждено сбыться, и в итоге сеть заработала всего в двух городах: Кемерово и Топки. Скорее всего, компании просто не хватило денег - те 25 миллионов долларов, которые планировалось направить на покрытие регионов, были слишком маленькой суммой. Несмотря на проигрышную стратегию «всё и сразу», компания избежала участи «Союз-Телекома». Сумев не ввязаться в гонку наращивания присутствия, провайдер сосредоточился в одном месте и сумел дожить до сегодняшнего времени.

Хотя заявлена работа в двух городах, карта покрытия приведена лишь для одного:

А вот с тарифами у компании всё в порядке. Оператор не погнался за никому не нужной унификацией и минимализмом, а представил целую линейку:


В линейке есть тарифы как с ограничением трафика, так и без. Кроме того, доступны суточные тарифы: ВАЙТ DAY за 50 рублей и ВАЙТ EXPRESS за 75 рублей. Всем желающим предоставляется 2 дня для тестирования сети. Если результат не обрадует, несостоявшийся абонент может возвратить уплаченные авансом средства, вернув оборудование.

Для города Топки тарифов гораздо меньше:



Особенностью тарифов являются условия использования. Дело в то, что тарифы привязаны к типу оборудования, причём название оборудования вводят в заблуждение. К примеру, тариф «Вайт Фикс» доступен для оборудования, названного «Модем», хотя под ним подразумевается как USB- модем, так и роутер. А вот оборудование, названное «Роутер» подразумевает под собой внешнюю антенну и высокопроизводительный роутер. Дело скорее всего в том, что «роутеры» обладают гораздо более чувствительной антенной. Так как при большой антенне сигнал становится стабильней, а скорость доступа возрастает, тарифы пришлось корректировать в сторону уменьшения порога трафика или увеличения абонентской платы. Иначе стационарные абоненты создадут большую нагрузку на базовую станцию.

Устройств предлагается по одной модели на тип: модем, роутер (мобильный и стационарный), стационарная станция и внешняя антенна:

Устройство

Цена, руб.

USB-модем Seowon SWU-3220A

WiFi роутер Seowon SWU-8200

Роутер Seowon SWС-3200

Greenpacket OX 350

Внешняя антенна для роутеров

Набор устройств для работы в сети WiTe

Отзывы о провайдере различны. Чаще, конечно же ругают, но само по себе это не показатель - ругают люди гораздо охотней, чем хвалят. Жалуются люди на маленькую скорость, нестабильность подключения, недоступную техподдержку. Часть жалоб действительно обоснована - скорость менее 1 Мбит/с можно считать проблемой, но попадаются и жалобы вида «не могу посмотреть фильмы онлайн». К сожалению, не все люди понимают, что смотреть фильмы онлайн по беспроводной связи без всяких ограничений на сегодняшний момент возможно только при большой удаче.

FRESHTEL

Единственный провайдер, который оказывает услуги в нескольких городах и хоть как-то развивается, а не находится на грани банкротства. В зоне действия сети находятся несколько десятков городов в 12 регионах страны, при этом большинство из них расположены в Центральном федеральном округе. Видимо, в компании внимательно следили за развитием (точнее, за тем, как они загибаются) конкурентов и учились на их ошибках. Поэтому «Фрештел» не только осваивает рядом расположенные регионы, но и не пытается тягаться с провайдерами проводного доступа в многоэтажках, концентрируясь на частном секторе. Например, вот так выглядит зона покрытия в городе Шахты:


Если увеличить карту, будет видно, что в основном услуги будут предоставляться жителям частного сектора. Многоквартирные дома в зоне также есть, но они малоэтажны, поэтому услуги беспроводного интернета там также будут востребованы. Осваивает оператор не только маленькие города, но и областные центры. К примеру, в Самаре также присутствует сеть. Увы, далеко не во всех районах:


Полный список присутствия насчитывает 37 городов:


Часть городов были запущены уже довольно давно, а часть совсем недавно. Последние города - Самара и Тольятти, были подключены осенью уходящего года.

Тарифов у оператора два: с лимитом трафика на 20(10) Гбайт и безлимитный. Они одинаковы почти для всех городов. Первый стоит 590 рублей, второй - 790 рублей в месяц. Скорость составляет до 10 Мбит/с максимум в теории (на практике всё куда скромнее). Для тарифа с лимитом трафика после его исчерпания скорость ограничивается 256 кбит/с. Скромно, но всё равно гораздо лучше подачек от сотовых операторов в виде 64 кбит/с:


Устройств достаточно много: два вида модемов, пять видов роутеров, внешний блок и четыре внешние антенны. Цена на модемы повыше, чем у остальных: 1890 рублей за ZTE AX320 USB Dongle и 1990 рублей за Seowon SWU-3220A USB Dongle. К счастью, с 07.11.2013 проходит акция «Интернет в кармане за 99 рублей» в рамках которой модемы можно приобрести всего за 99 рублей. Акция будет продолжаться до тех пор, пока не будут проданы последние модемы данного типа. Действуют акции и на другие устройства, но уже с ограничением по времени:


Отдельно стоит отметить возможность оплаты услуг. На выбор предоставляется несколько способов: через терминалы, банковские карты, электронные деньги и даже «Сбербанк России»:

Такое большое количество способов оплаты говорит о том, что компания понимает, что за клиента надо бороться, а не заставлять его лично являться в офис, чтобы отдать фирме свои деньги.

Отзывов об операторе много и подавляющее большинство из них отрицательны. Значительная часть из них заключается в том, что «обещали 10 Мбит/с, а на деле гораздо меньше». Тут оператор почему-то решил не учитывать опыт Йоты и прогулялся по граблям со скоростями «до 10 Мбит/с». Понятно, что 10 Мбит/с абонент сможет увидеть только под базовой станцией, являясь её единственным клиентом. Увы, в погоне за подключениями маркетологи пишут в тарифах цифры, крайне далёкие от реальности. Множество нареканий и на урезанные торренты, но здесь мы можем понять провайдера. Торренты загрузят любой канал связи на 100%, беспроводное подключение их не потянет физически. Так что для удобства остальных пользователей торренты необходимо ограничивать. Претензии здесь можно предъявить к неинформированию абонентов, некоторые из которых подключаются именно ради скачки фильмов и игр с трекеров. Встречаются и совершенно необоснованные претензии:


Интересно, кто из беспроводных провайдеров обеспечивает постоянную скорость 1 Мбит/с?

В общем, абоненты негодуют и грозятся переключиться к сотовым операторам. Скорость у них действительно выше, как и стабильность, но почему-то все забывают, что трафик жёстко лимитирован и после исчерпания месячного объёма скорость падает до 64Кбит/с.

Летом ходили о поглощении «Фрештела» «ТрансТелекомом», но они так и не нашли подтверждения.

Был ли шанс?

Рассмотрев самых больших федеральных операторов WiMax, можно сказать, что стандарт в России скорее мёртв, чем жив. Сотовые игроки перешли на LTE, небольшие местные предпочитают различные вариации Wi-Fi. Для WiMax осталась не слишком большая ниша корпоративных клиентов, которые не могут подключиться к проводам по различным причинам, но подключать которых по Wi-Fi невозможно.

Глядя в прошлое с сегодняшних позиций, зададимся вопросом: был ли шанс у WiMax? Мы считаем, что да. Небольшой, но вполне реальный. Стандарту повезло дважды: первый раз, когда наступил кризис и сотовые операторы заморозили большие стройки. Кризис - это не очень хорошо для большинства, но не для того, у кого есть деньги. Стоимость оборудования, заработная плата, затраты на логистику - в кризис всё дешевле. Помимо этого, у подрядчиков становится меньше работы, а значит можно строить быстрее. Второй раз стандарту повезло, когда выяснилось, что полноценных сетей 3 G развернуть в некоторых местах невозможно, а LTE будет запущен вообще неизвестно когда. На момент начала внедрения WiMax технологически превосходил имевшиеся тогда сети третьего поколения в несколько раз.

Рассуждать, что требовалось сделать, зная прикуп глядя на все удачные и неудачные шаги с позиции истории не очень корректно, но мы всё попытаемся. Итак, для развития WiMax как стандарта требовалось предпринять следующие шага:

    Не распылять усилия на всю страну, а сосредоточиться на расположенных рядом регионах и городах. Что толку от роуминга без наценки между Москвой и Уфой, если поток людей между ними минимален? А вот роуминг между Москвой и Долгопрудным был бы гораздо востребованней.

    Делать ковровое покрытие в столицах в первую очередь . Москва, и соответствующие области - это «дойная корова» для операторов. Здесь живёт значительная часть населения страны, которая платёжеспособна. Беларусь — это, конечно, хорошо, но по финансовым возможностям несопоставимо с Москвой или Питером.

    Сотрудничать с местными игроками . Одним из препятствий на пути развития любой беспроводной технологии является необходимость инфраструктуры до базовой станции. Если предполагается делать достаточно плотное покрытие, без оптических сетей от точки присоединения не обойтись. Строительство линий отнимает время и деньги. Можно покупать канал у местных игроков, но тогда они не будут заинтересованы в развитии сети. А вот агентская схема или полноценное партнёрство могло дать синергетический эффект: местные получили бы возможность подключения частного сектора, а беспроводники - необходимые ресурсы сети и заинтересованность в успехе. Самое главное, было бы выиграно время и сети можно было развернуть гораздо быстрей.

    Объединение усилий . Осваивать что-то вместе можно гораздо быстрее, чем по отдельности. Если бы все провайдеры WiMax разделили зоны влияния, но действовали под единым брендом (такую модель использовали сотовые компании в начале пути), дело пошло гораздо быстрее. К сожалению, такой сценарий ещё более фантастичен, чем предыдущий.

    Большее разнообразие тарифов . Этой темы мы уже касались. Бедная тарифная линейка, не позволяющая абоненту найти именно «его» тариф оттолкнула от стандарта некоторое число клиентов. Не всем требовались скорости «до 10 Мбит/с» за 900 рублей, кто-то хотел тратить 300 и иметь возможность неспешно и без ограничений пользоваться почтой, читать новости и слушать радио.

    Скорейшее внедрение безлимитного голоса и выпуск недорогих телефонов . Даже если бы сети WiMax предлагали одну-единственную услугу в виде неограниченных звонков и смс за небольшую сумму, к ним бы подключилось очень много людей. Опыт «Теле2» показывает, что дешёвая голосовая связь крайне востребована. Базовые услуги в виде голоса нагружают станцию совсем немного (это не торренты и даже не веб-страницы), а ценник в 300 рублей делает доступным такую связь широким слоям населения.

Если бы эти условия были бы выполнены, ситуация с WiMax была бы совсем другой. Кто знает, возможно сейчас мы бы обcуждали не внедрение LTE, а WiMax-2.

Существует большое количество различных технологий, позволяющих обеспечивать связь между разными субъектами. Одни более мобильные, другие обладают мощностью. А есть и средние по параметрам, такие как технология WiMax. Это относительно новая разработка и довольно слабо известная. Что она собой представляет? Где применяется? Какими характеристиками обладает? По каким принципам работает? Какие у неё есть перспективы использования?

Общая информация

Первоначально давайте познакомимся с полным названием - Worldwide Interoperability For Microwave Access. Именно так и расшифровывается WiMax. Это довольно молодая технология, первый стандарт которой был выпущен в 2004 году. В повседневный мир она начала проникать только сейчас. Следует знать, что первоначально технология WiMax позиционировалась как представитель четвертого поколения из-за своей новизны и скорости передачи. Но в 2008 году было остаточно решено отнести её к 3G. Что, впрочем, не мешает различным персонажам позиционировать её как беспроводной

Что она собой представляет? Технология WiMax описана в спецификации 802.16d, которая появилась в 2004 году, где предусматривалось, что абонентские устройства не перемещаются на значительные расстояния, но одновременно обеспечивается работоспособность на пятьдесят километров от базовой станции. В 2005 году вышла спецификация 802.16e, более известная как Mobile WiMax. Эта технология может функционировать в частотном диапазоне 2-6 ГГц. Наиболее удобно использовать 2,3-2,7. Но на них проблематично получить разрешение. Поэтому в оборудовании часто применяется 3,4-3,6 ГГц, что по праву считается золотой срединой. Ведь если подходить слишком близко к 6 ГГц, то возникает ряд проблем, связанных с проникновением волн и обходом имеющихся препятствий. В таких случаях необходимо обеспечить, чтобы абонентские устройства располагались в зоне прямой видимости рабочей базовой станции.

Эта технология используется, чтобы решать проблему, известную как «последняя миля». Также она используется для обеспечения интернетом офисных и районных сетей. Кстати, вот последняя миля ею решается очень эффективно. Но обо всём по порядку.

Как она устроена?

Вот мы и разобрали, что собой в общих чертах представляет технология WiMax. Принцип работы у неё следующий: есть абонентское устройство, настроенное на сеть оператора, у которого в диапазоне доступности есть базовая станция. Она отправляет запрос на выделение радиоресурсов. В случае успешного ответа идёт аутентификация. Запрос перенаправляется ААА-серверу, который решает, разрешить или отклонить его. В случае если аутентификация была успешно осуществлена, то модему назначается адрес, режим работы и иные параметры. Вот, в общем-то, и всё - устройство готово к выполнению манипуляций со стороны пользователя. Так выглядит простейшая схема.

Дополнительно сюда ещё можно включить WiMax оборудование, задачей которого является установление связей между базовыми станциями, поставщиками сервисов и интернетом. Кстати, чтобы установить соединение может быть использован широкий диапазон от 1,5 до 11 ГГц. При идеальных условиях может быть обеспечена скорость передачи данных в 70 Мбит/с. Хотя если говорить о базовых станциях, то здесь ситуация немного другая. Так, для соединения и обмена данными ими используются частоты в диапазоне 10-66 ГГц. А скорость обмена данными между ними может достигать значения 120 Мбит/с. При этом необходимо проследить, чтобы как минимум одна базовая станция была подключена к сети провайдера посредством классического проводного соединения. В целом чем их больше, тем выше скорость передачи данных.

Также растёт в целом и надежность сети. В целом сеть WiMax весьма схожа с традиционными GSM. Базовые станции работают на значительные расстояния, которые могут составлять десятки километров. Чтобы их установить, вышки не обязательно строить, можно обойтись установками на крышах домов. Но при этом необходимо соблюдать условия прямой видимости. Иначе WiMax-оборудование не будет работать с требуемой эффективностью (если вообще будет функционировать).

Технические моменты

Как обеспечивается надёжность работы? Для этого используется:

  1. TDD. Эта составляющая технологии позволяет использовать одну и ту же полосу для передачи и приёма данных, что позволяет оптимизировать работу сети.
  2. CP. Позволяет предотвращать интерференции отраженного и прямого сигнала.
  3. CC&CTC. Используются для кодировки символов.
  4. AMC. Занимается преобразованием цифровых сигналов в аналоговые. Специфика работы зависит от уровня шума и силы передачи данных. Чем лучшие по качеству сигналы поступают, тем более высокая модуляция выбирается, и мы получаем высшую скорость передачи данных.
  5. HARQ. Этот механизм используется для отслеживания ошибок, а в случае проблем отправляет запрос на осуществление повторной передачи.
  6. MIMO. Позволяет во время приёма/передачи обмениваться данными с несколькими антеннами.
  7. AAS. Это антенная система, что меняется в зависимости от перемещений абонентских устройств.

Конечно, это не все технические моменты, которыми обладает беспроводной интернет на этой технологии. Но всего вышеперечисленного с лихвой достаточно для ознакомления.

Целесообразность использования

Особенно актуальна WiMax в случае решения задачи последней мили. В последнее время появилось довольно много технологий, которые предлагают свои ответы на этот вызов. И перед оператором стоит задача выбора такой конфигурации, что позволит оптимально решить задачу доставки данных абонентам. Универсального решения здесь ещё не придумали. Поэтому каждая технология имеет свою область применения, недостатки и преимущества. На конечный выбор влияет множество факторов, среди которых:

  1. Размер требуемых инвестиций и срок их окупаемости.
  2. Время, нужное для запуска сети и последующего начала предоставления услуг.
  3. Уже существующая а также ресурсы, что нужны для её поддержки в работоспособном состоянии.
  4. Выбранная стратегия оператора, его целевая аудитория, предлагаемые и планируемые в ближайшем времени услуги.
  5. Прочие факторы.

В каких же случаях используется технология WiMax? Описание ответа на этот вопрос выглядит следующим образом:

  1. Когда необходимо обеспечить беспроводной широкополосной доступ в качестве альтернативы DSL и выделенным линиям.
  2. Создать точки доступа, не привязанные к географическому положению.
  3. Нужно предоставить высокоскоростные сервисы телекоммуникационных услуг и передачи данных.
  4. Соединить между собой и другими сегментами мировой сети точки доступа Wi-Fi.

Итак, WiMax используются в роли магистральных каналов. Благодаря ему можно создавать высокоскоростные сети в масштабах целого города.

Почему технология привлекательна для телекоммуникационных компаний?

На это есть несколько причин:

  1. WiMax является более эффективной с экономической точки зрения при предоставлении услуг и доступа в сеть для клиентов (сравнительно с проводными технологиями). Она позволяет клиентам работать даже с труднодоступных территорий. А это позитивно сказывается и на количестве абонентской базы, и предоставляемом спектре услуг.
  2. Также необходимо отметить большую простоту в использовании (нежели работа с традиционными проводными каналами). WiMax можно легко развернуть, и при необходимости она легко поддаётся масштабированию. Это её свойство является чрезвычайно полезным, когда нужно обеспечить работу большой сети за незначительный срок. Для лучшего понимания этого её свойства приведем небольшой пример. В декабре 2004 г. в Индонезии произошло сильное цунами. И чтобы помочь выжившим, была развернута WiMax. Ведь на тот момент коммуникационная инфраструктура целой области вышла из строя. А необходимо было оперативно восстановить связь.

Всё это позволяет снижать цену на качественные услуги как для бизнеса, так и для отдельных граждан. Отдельно стоит сказать про пользовательское оборудование. В случае его использования внутри помещения устанавливается устройство, которое по размеру соответствует обычному DSL-модему. Его можно использовать и вне здания, в таком случае оно немного возрастает в размерах и уже напоминает ноутбук. Размещение внутри помещения является более выгодным вариантом, что не требует профессиональных навыков. Но, увы, у него более значительные требования к максимальному расстоянию, на котором могут находиться базовая и абонентская станции.

Архитектурные особенности

В WiMax на этом уровне определено множество различных аспектов, таких как аутентификация, распределение сетевых адресов, взаимодействие с иными сетями и многими другими моментами. Следует отметить, что в данном случае архитектура не привязывается к определённой конфигурации, благодаря чему она обладает высоким уровнем гибкости и масштабности. При работе в данном случае используется алгоритм планирования.

Как это выглядит на практике? Допустим, что у нас есть большое количество пользовательских станций, что в режиме реального времени хотят осуществить передачу данных через точку доступа. В таком случае устройству достаточно просто подключиться к ней, как для него уже будет создан определённый слот, на который не смогут влиять другие абоненты. Благодаря этому достигается стабильность передачи данных, что позитивно сказывается на общем функционировании сети и её надежности.

Сравнение WiMax и Wi-Fi

Как бы это странно ни звучало, но для многих граждан эти технологии ничем не отличаются. Что, конечно, совершенно не так. Возможно, их часто сопоставляют из-за созвучности названия. Возможно, потому, что и стандарт технологии WiMax, и Wi-Fi начинается с «802.». Свою долю в это заблуждение вносит и использование беспроводного соединения для подключения к каналу обмена данными. Но, несмотря на такую поверхностную схожесть, они всё же различны.

Так, WiMax является системой дальнего действия, которая используется для обеспечения связи на километры пространства. При этом может использоваться как мобильный, так и фиксированный подходы. В чем их разница? При использовании мобильного подхода передача данных не привязана к определённому местоположению абонента. Фиксация предусматривает ситуацию, когда хотя и используется беспроводная сеть, пользователь должен находиться в конкретной точке.

Wi-Fi же является системой более короткого действия. Обычно она покрывает сотни или десятки метров, используя для себя нелицензированные диапазоны частот с целью обеспечения доступа. Эта технология используется, как правило, для создания локальной сети, которая не обязательно должна быть подключена к интернету.

Собственно, WiMax можно сравнить с мобильной связью, тогда как Wi-Fi - со стационарным беспроводным телефоном. Также есть определённая разница и в стоимости использования. Тот же Wi-Fi является более дешевым, что позволяет использовать его в рамках (относительно) небольших организаций вроде отелей, кафе, вокзалов и аэропортов. Пускай даже для покрытия более-менее значительных территорий и приходится обеспечивать работу нескольких точек.

Сравнение WiMax и эфирного интернета

Для страны с большой территорией актуальным является обеспечение связи из любой точки. WiMax для этой цели безусловно хорош, если речь идёт, к примеру, про десять километров. А если абонент находится на расстоянии 50 или даже 80 км? Что ж, такую дальность WiMax не может обеспечить, не нарушив санитарных правил работы сети (помним, что её дальность зависит от мощности, которая при выходе за определённые рамки негативно влияет на людей).

В таких случаях на помощь приходит эфирный интернет. Это технология, которая использует для передачи данных те же частоты, что и телевизионные каналы. Благодаря этому можно без значительных трат пользоваться довольно неплохим (до 3 Мбит/с) интернетом на значительном удалении. Так, связь можно иметь даже в случаях, когда эфирная башня находится на удалении 80 километров. Такая дальность возможна исключительно благодаря относительно небольшой скорости, которой всё же достаточно для взаимодействия с миром. Эта технология радиосвязи позволит пользоваться интернетом везде, где можно принять радиоволны: дача, машина, загородный пикник и даже чистое поле. Для подключения достаточно иметь стандартную дециметровую телевизионную антенну и соответствующие настройки компьютера.

Правда, здесь есть и определённый недостаток. Так, для передачи и приёма данных используется два разных канала, что сказывается на продуктивности. Но, с другой стороны, эта технология является довольно дешевой. Вместе со значительным диапазоном это позволяет её рассматривать как довольно удобный и неприхотливый способ обмена данными. Но, увы, за это приходится платить. По сравнению с тем же WiMax скорость передачи ниже в десятки раз. Хотя благо при простом посещении Интернета (а не скачивании огромных игр или длительных фильмов) разница не очень заметна.

Сравнение WiMax и LTE

А вот это наиболее интересно. Хотя бы потому, что эти технологии рассматриваются как прямые конкуренты. Поэтому сравнительный анализ сети LTE и WiMax позволит лучше раскрыть свойства последней. LTE впервые была упомянута в стандарте Rel-8. На момент её появления в ней использовалось почти то же самое, что и в WiMax. И если сравнить их с технической стороны, то можно увидеть, что отличия минимальны.

Так, они обе используют протокол ІР, что позволяет минимизировать капитальные затраты и обеспечить гибкое предоставление сервисов. Также это способствует простой интеграции различных объектов и упрощает управление сетью. Обладают они и похожей структурой сетей, где используются аналогичные по функциональному назначению основные элементы, такие как клиентское устройство, базовая станция, шлюзы, центральный узел, транспортная сеть (протокол IP/MPLS), система управления.

Также эти технологии не имеют принципиальных отличий по своим основным характеристикам. В лабораторных условиях были достигнуты практически одинаковые показатели. Но реальная ситуация немногим отличается. Как правило, низшей скоростью работы. Хотя существуют у LTE определённые проблемы со свободными частотами. В случае с WiMax ситуация немногим лучше. Но конечный выбор делается провайдером, тогда как для пользователей разница между WiMax и LTE в качестве их работы незаметна.

Использование

Как видите, WiMax является весьма прогрессивной технологией, что позволяет её успешно использовать. Вполне вероятно, что со временем она будет применена для обеспечения беспроводной связи в небольших городах или же для агломераций крупных поселений, например Москвы или Санкт-Петербурга. Дешевизна этой технологии и одновременно её высокая эффективность позволит получить людям доступ к высококачественным услугам связи и не отставать от процесса урбанизации. Её вполне хватает для работы с обычными данными, которые мы пересылаем: фотографиями, видео, текстами. Скорости работы вполне достаточно.

Возможно, в будущем технология WiMax уступит своё место чему-то другому. Например, представителям 5G. Но не факт и не везде. Ту же 5G имеет смысл использовать только в том случае, если количество абонентов в радиусе одного километра приближается к числу в один миллион активных устройств. А для сельской местности и небольших городов, вполне вероятно, ещё десятилетиями не будет ничего лучше, нежели WiMax. Хотя следует признать, предугадать будущее весьма сложно, и вполне вероятно, что эти слова уже через несколько лет потеряют свою актуальность.

Заключение

Вот и была рассмотрена технология WiMax, её принцип работы, схема построения и даже чаще всего упоминаемые смежные разработки. Возможно, в будущем она будет доработана, и её характеристики существенно улучшатся, что подарит ей новые шансы на завоевание аудитории. До тех пор её можно считать оптимальным решением, перспективы которого сконцентрированы в небольших городах и агломерациях, что растут вокруг наших гигантов. Возможно и то, что она выступит базисом для чего-то более прогрессивного, как технологии ранних поколений используются для создания всё лучших способов передачи данных. Но пока она удовлетворяет наши потребности, давайте использовать то, что уже есть, и одновременно работать над чем-то более совершенным.

Принцип работы WiMAX сетей.

Компания «WiMAX Forum», основанная в 2001 году, занимается продвижением и развитием технологии WiMAX. В основу этой технологии положен стандарт IEEE 802.16 или Wireless MAN. В WiMax Forum входят такие компании, как Intel, Samsung, Nokia, LG, Motorola.

WiMAX технология позволяет решить ряд задач:

  • соединить точки доступа Wi-Fi между собой и с поставщиком услуг Интернет;
  • обеспечить беспроводный широкополосный доступ, альтернативный DSL и выделенной линии;
  • предоставить высокоскоростной сервис по передаче данных, и по телекоммуникационным услугам;
  • создать точки доступа, которые не привязаны к географическим положениям.
Поиск оптимального решения для фиксированного и мобильного применения не принес результата. Поэтому применяются две отдельные версии стандарта IEEE802.16e и IEEE802.16d, которые характеризуются своими рабочими диапазонами частот, шириной полосы пропуска, мощностью излучений, методом передач и доступов, способами кодировки и модуляции, принципами повторных использований радиочастот. Некоторые базовые показатели совпадают, но эти версии WiMAX-систем являются практически несовместимыми.

WiMAX фиксированный, 802.16-d или -2004, характеризуется диапазоном 3,5 ГГц или 5 ГГц, и использованием OFDM (ортогонального частотного мультиплексирования). Пользовательское устройство - это стационарный модем, который устанавливается внутри помещения или снаружи. Для ноутбука устанавливается PCMCIA-карта. WiMAX мобильный, 802.16-е или -2005, характеризуется несколькими диапазонами частот – это 2,3 ГГц, 2,5 ГГц, 2,7 ГГц, 3,4 ГГц и 3,8 ГГц. Это версия поддерживает похожие функции как для сотовых сетей третьего поколения EVDO или HSDPA - такие как хэндовер, роуминг и idle mode. Здесь используется OFDM масштабируемое или SOFDMA.

Разница между WiMAX и Wi-Fi

Казалось бы, конкурентом WiMAX в беспроводном сегменте является технология Wi-Fi, но при более внимательном рассмотрении можно заметить, что WiMAX и Wi-Fi заняли различные ниши. Если Вы пользуетесь домашним или офисным Wi-Fi роутером то знаете, что точки доступа Wi-Fi способны обеспечить сигнал в пределах всего лишь нескольких сот метров. WiMAX - система дальнего действия, покрывающая километры пространства. Технология WiMAX способна расширить зону действия мобильных устройств до радиуса квартала или даже небольшого города!

Сеть WiMAX

По структуре сети WiMax (стандарт IEEE 802.16) похожи на традиционные сети мобильной связи. Базовые станции, находящиеся в пределах прямой видимости друг от друга (а это при условии установки на высотных объектах до 50 км) связаны между собой постоянным радиоканалом в СВЧ диапазоне. Одна или несколько базовых станций должны иметь подключение к провайдеру сети Интернет. Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. При наличии в "зоне видимости" нескольких базовых станций WiMAX, программное обеспечение WiMax модема автоматически выбирает станцию с наиболее сильным сигналом.

Почему именно WiMAX?

Основным преимуществом данной технологии является скорость. Технология Mobile WiMAX позволяет работать в Интернете со скоростью до 10 Мбит/с. Заключив договор, вы сможете пользоваться быстрым Интернетом в любой точке зоны покрытия - дома, на работе или в машине. Для обеспечения хорошей скорости должны быть установлены соединения с прямой видимостью и диапазоном частот 10 - 66 ГГц между базовыми WiMAX станциями. При этом возможно достижение скорости по обмену информацией до 70 Мбит/c. И чем больше будет установлено базовых станций, тем выше будет скорость и надёжность созданной сети. Таким образом, соединяются расстояния в десятки километров.

Рассматриваемый в статье стандарт IEEE 802.16-2004 является расширением базового стандарта IEEE 802.16, который описывает работу в диапазоне 10…66 ГГц. В стандарте IEEE 802.16-2004 предусмотрена работа в диапазоне 2…11 ГГц, а также более широкие возможности как на физическом уровне, так и на уровне управления доступом.

Введение

Под аббревиатурой WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) понимается технология операторского класса, которая основана на семействе стандартов IEEE 802.16, разработанных международным институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). В стандартах IEEE 802.16 определяются физический уровень и уровень управления доступом для систем фиксированного беспроводного широкополосного доступа масштаба города.

Основные параметры стандартов IEEE 802.16 и IEEE 802.16-2004 представлены в табл. 1 .

Таблица 1. Основные параметры стандартов IEEE 802.16 и IEEE 802.16-2004

Описание стандарта

На физическом уровне в стандарте IEEE 802.16-2004 определены три метода передачи данных: метод модуляции одной несущей (SC), метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и метод множественного доступа на основе такого мультиплексирования (OFDMA).

Спецификация физического уровня WirelessMAN-OFDM является наиболее интересной с точки зрения практической реализации. Она базируется на технологии OFDM, что значительно расширяет возможности оборудования, в частности, позволяет работать на относительно высоких частотах в условиях отсутствия прямой видимости. Кроме того, в нее включена поддержка топологии «каждый с каждым» (mesh), при которой абонентские устройства могут одновременно функционировать и как базовые станции, что сильно упрощает развертывание сети и помогает преодолеть проблемы прямой видимости.

Модуляция OFDM

При формировании OFDM-сигнала цифровой поток данных делится на несколько подпотоков, и каждая поднесущая связывается со своим подпотоком данных. Амплитуда и фаза поднесущей вычисляются на основе выбранной схемы модуляции. Согласно стандарту, отдельные поднесущие могут модулироваться с использованием бинарной фазовой манипуляции (BPSK), квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) или квадратурной амплитудной манипуляции (QAM) порядка 16 или 64. Варианты отображения бит на фазовую плоскость для каждого вида манипуляции представлены на рис. 1. В передатчике амплитуда как функция фазы преобразуется в функцию от времени с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). В приемнике с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) осуществляется преобразование амплитуды сигналов как функции от времени в функцию от частоты.

Рис. 1. Варианты отображения бит на фазовую плоскость

Применение преобразования Фурье позволяет разделить частотный диапазон на поднесущие, спектры которых перекрываются, но остаются ортогональными. Ортогональность поднесущих означает, что каждая из них содержит целое число колебаний на период передачи символа. Как видно из рис. 2, спектральная кривая любой из поднесущих имеет нулевое значение для «центральной» частоты смежной кривой. Именно эта особенность спектра поднесущих и обеспечивает отсутствие между ними интерференции .

Рис. 2. Ортогональные поднесущие

Одним из главных преимуществ метода OFDM является его устойчивость к эффекту многолучевого распространения. Эффект вызывается тем, что излученный сигнал, отражаясь от препятствий, приходит к приемной антенне разными путями (рис. 3), вызывая межсимвольные искажения. Этот вид помех характерен для городов с разноэтажной застройкой из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений. Для того чтобы избежать межсимвольных искажений, перед каждым OFDM-символом вводится защитный интервал, называемый циклическим префиксом. Циклический префикс представляет собой фрагмент полезного сигнала, что гарантирует сохранение ортогональности поднесущих (но только в том случае, если отраженный сигнал при многолучевом распространении задержан не больше, чем на длительность циклического префикса). Кроме того, циклический префикс позволяет выбрать окно для преобразования Фурье в любом месте временного интервала символа (рис. 4) .

Рис. 3. Иллюстрация эффекта многолучевого распространения

Рис. 4. Обработка OFDM-символа при многолучевом распространении

Помехоустойчивое кодирование

Многолучевое распространение радиосигнала может приводить к ослаблению и даже полному подавлению некоторых поднесущих вследствие интерференции прямого и задержанного сигналов. Для решения этой проблемы используется помехоустойчивое кодирование. В стандарте IEEE 802.16-2004 предусмотрены как традиционные технологии помехоустойчивого кодирования, так и относительно новые методы. К традиционным относится сверточное кодирование с декодированием по алгоритму Витерби и коды Рида-Соломона. К относительно новым - блочные и сверточные турбокоды. Для увеличения эффективности кодирования без снижения скорости кода применяется перемежение данных. Перемежение увеличивает эффективность кодирования, поскольку пакеты ошибок дробятся на мелкие фрагменты, с которыми справляется система кодирования.

Гибкость

Важной особенностью физического уровня является возможность выбора ширины для полосы пропускания канала. Стандарт предусматривает выбор ширины полосы с шагом от 1,25 МГц до 20 МГц со множеством промежуточных вариантов, что позволяет более эффективно использовать радиочастотный спектр. Кроме того, в стандарт заложена адаптивная сигнально-кодовая конструкция, то есть система подстраивается к характеристикам канала в каждый момент времени, «перекачивая» скорость в помехоустойчивость и наоборот. В соответствии со стандартом, в зависимости от отношения сигнал/шум (S/N) система выбирает метод модуляции, при котором может быть обеспечена устойчивая работа (рис. 5) .

Рис. 5. Предпочтительный метод модуляции в зависимости от отношения сигнал/шум

Дополнительными инструментами физического уровня для повышения эффективности использования радиоспектра служат измерение качества канала и автоматическое управление мощностью сигнала.

Метод доступа

В стандарте IEEE 802.16-2004 используется технология множественного доступа с разделением по времени (TDMA), согласно которой базовая станция выделяет абонентским станциям временные интервалы, чтобы они могли передавать данные в определенной очередности, а не случайным образом.

Для реализации дуплексного режима обмена данными используются две технологии: дуплексный режим с разделением по времени (TDD) нисходящего и восходящего потоков и дуплексный режим с разделением по частотам (FDD).

Защита информации

В соответствии со стандартом, для предотвращения несанкционированного доступа и защиты пользовательских данных осуществляется шифрование всего передаваемого по сети трафика. Базовая станция (БС) WiMAX представляет собой модульный конструктив, в который при необходимости можно установить несколько модулей со своими типами интерфейсов, но при этом должно поддерживаться административное программное обеспечение для управления сетью. Данное программное обеспечение обеспечивает централизованное управление всей сетью. Логическое добавление в существующую сеть абонентских комплектов осуществляется также через эту административную функцию.

Абонентская станция (АС) представляет собой устройство, имеющее уникальный серийный номер, МАС-адрес, а также цифровую подпись Х. 509, на основании которой происходит аутентификация АС на БС. При этом, согласно стандарту, срок действительности цифровой подписи АС составляет 10 лет. После установки АС у клиента и подачи питания АС авторизуется на базовой станции, используя определенную частоту радиосигнала, после чего базовая станция, основываясь на перечисленных выше идентификационных данных, передает абоненту конфигурационный файл по TFTP-протоколу. В этом конфигурационном файле находится информация о поддиапазоне передачи (приема) данных, типе трафика и доступной полосе, расписание рассылки ключей для шифрования трафика и прочая необходимая для работы АС информация. Необходимый файл с конфигурационными данными создается автоматически, после занесения администратором системы АС в базу абонентов, с назначением последнему определенных параметров доступа.

После процедуры конфигурирования аутентификация АС на базовой станции происходит следующим образом:

  • Абонентская станция посылает запрос на авторизацию, в котором содержится сертификат Х.509, описание поддерживаемых методов шифрования и дополнительная информация.
  • Базовая станция в ответ на запрос на авторизацию (в случае достоверности запроса) присылает ответ, в котором содержится ключ на аутентификацию, зашифрованный открытым ключом абонента, 4-битный ключ для определения последовательности, необходимый для определения следующего ключа на авторизацию, а также время жизни ключа.
  • В процессе работы АС через промежуток времени, определяемый администратором системы, происходит повторная авторизация и аутентификация, и в случае успешного прохождения аутентификации и авторизации поток данных не прерывается.

В стандарте используется протокол PKM (Privacy Key Management), в соответствии с которым определено несколько видов ключей для шифрования передаваемой информации:

  • Authorization Key (АК) - ключ, используемый для авторизации АК на базовой станции;
  • Traffi c Encryption Key (ТЕК) - ключ, используемый для криптозащиты трафика;
  • Key Encryption Key (КЕК) - ключ, используемый для криптозащиты передаваемых в эфире ключей.
  • Согласно стандарту, в каждый момент времени используются два ключа одновременно, с перекрывающимися временами жизни. Данная мера необходима в среде с потерями пакетов (а в эфире они неизбежны) и обеспечивает бесперебойность работы сети. Имеется большое количество динамически меняющихся ключей, достаточно длинных, при этом установление безопасных соединений происходит с помощью цифровой подписи. Согласно стандарту, криптозащита выполняется в соответствии с алгоритмом 3-DES, при этом отключить шифрование нельзя. Опционально предусмотрено шифрование по более надежному алгоритму AES .

Разработка оборудования WiMAX на базе «систем на кристалле»

Современные тенденции развития телекоммуникационного рынка диктуют разработку так называемых «систем на кристалле». Под устройствами класса «система на кристалле» в общем случае понимаются устройства, на едином кристалле которых интегрированы один или несколько процессоров, некоторый объем памяти, ряд периферийных устройств и интерфейсов, - то есть максимум того, что необходимо для решения поставленных перед системой задач. Разработка «систем на кристалле» предполагает оптимизацию разрабатываемой схемотехники, что непосредственно сказывается на потребляемой мощности, площади кристалла и, как следствие, стоимости.

На текущий момент ведущие мировые производители сосредоточились на разработке «систем на кристалле», в которых интегрированы основные функции физического и MAC уровней стандарта WiMAX. Первые образцы, разработанные на основе спецификации IEEE 802.16-2004, представили компании Fijitsu, Intel, Sequans Communications, Wavesat и PicoChip. В предлагаемых этими компаниями решениях на физическом уровне используется модуляция OFDM с 256 поднесущими и основная схема кодирования, в которой для внутреннего кода применяется сверточное кодирование и декодирование по алгоритму Витерби, а для внешнего - коды Рида-Соломона.

Функционально оборудование WiMAX разделяется на базовое и абонентское. Первое поколение чипов для базовых станций обладает меньшим уровнем интеграции, чем для абонентских станций. Для реализации MAC-протокола базовой станции требуется увеличение производительности этих решений. Для этой цели используются внешние процессоры, служащие для выполнения верхнего уровня MAC-протокола. Таким образом, чипсеты WiMAX реализуют функции физического уровня и функции нижнего уровня MAC-протокола.

Абонентское оборудование

Для разработчиков абонентского оборудования WiMAX наиболее перспективными являются «системы на кристалле» от четырех производителей: Fujitsu, Intel, Sequans и Wavesat.

Компания Intel первой предложила разработчикам «систему на кристалле» PRO/Wireless 5116 для абонентских станций WiMAX, в которой были интегрированы функции как физического, так и MAC уровней. Чип MB87M3400 компании Fujitsu предназначен для более широкого диапазона приложений и позволяет разрабатывать как базовое, так и абонентское оборудование. Компания Sequans разработала отдельные чипы SQN1010 и SQN2010 - для базового и абонентского оборудования соответственно.

«Системы на кристалле» от Fujitsu, Intel и Sequans полностью реализуют функции MAC-протокола для абонентских станций WiMAX. Другой подход к разработке предложила компания Wavesat, выпустив две микросхемы: OFDM-модем DM256 (реализует функции физического уровня) и MC336 (представляет собой вычислительное ядро, реализующее нижний уровень MAC-протокола). Для разработки абонентского модема на базе «системы на кристалле» от Fujitsu, Intel и Sequans не требуется дополнительного внешнего процессора.

Характеристики рассматриваемых чипов, определяемые типом дуплекса, шириной канала и другими параметрами, сильно отличаются. Для организации полнодуплексной работы на базе решения Fujitsu MB87M3400 требуется использование двух чипов. Микросхема Sequans SQN1010 является первой «системой на кристалле», которая поддерживает полнодуплексный режим работы. Решение компании Wavesat DM256/MC336 также позволяет организовывать полнодуплексный режим работы на основе одной микросхемы OFDM-модема DM256.

Микросхемы компаний Fujitsu и Sequans позволяют организовывать каналы шириной до 20 и 28 МГц соответственно, тогда как максимальная ширина канала для чипов Intel и Wavesat составляет 10 МГц с промежуточными значениями 3,5 и 7 МГц.

Радиоинтерфейс рассмотренных «систем на кристалле» содержит блоки АЦП/ЦАП для прямого аналогового соединения с внешним приемопередатчиком. В табл. 2 представлены основные параметры решений для разработки абонентского оборудования WiMAX .

Таблица 2. Основные параметры решений для разработки абонентского оборудования WiMAX

Базовые станции

Рассмотрим варианты разработки базовых станций WiMAX на основе известных чипов. Компания Fujitsu разработала чип MB87M3400 как для базовых, так и для абонентских станций. Однако, в отличие от решения Intel, чип Fujitsu имеет интерфейс для внешнего процессора. Для реализации полнодуплексного режима требуется использовать два чипа, один из которых выполняет функции физического уровня и нижнего уровня MAC-протокола, а второй представляет собой внешний процессор (сторонней фирмы) для реализации верхнего уровня MAC-протокола. Для разработки базовых станций компания Fujitsu предоставляет отладочный комплект, реализующий полнодуплексный режим работы, с процессором Freescale MPC8560, но не поставляет программное обеспечение, обеспечивающее функции верхнего уровня MAC-протокола.

Компания PicoChip предлагает решение PC102/PC8520, построенное на двух своих параллельных процессорах PC102. Компания предоставляет программное обеспечение, реализующее физический уровень и функции нижнего уровня MAC-протокола на чипах PC102. Так же как и Fujitsu, компания PicoChip использует процессор Freescale MPC8565 для реализации верхнего уровня MAC-протокола в своем отладочном комплекте. Однако в отличие от Fujitsu, PicoChip лицензировала свое программное обеспечение для верхнего уровня MAC-протокола. Так как в решение PC102/PC8520 не заложены функции шифрования-дешифрования, для их выполнения должен быть использован внешний процессор.

Чип для разработки базовых станций SQN2010 компании Sequans является первой «системой на кристалле», имеющей полнодуплексный режим. SQN2010 реализует все функции физического и MAC уровней, необходимые для полнодуплексной работы базовой станции. Чип SQN2010 отличается от SQN1010 наличием второго центрального процессора, реализующего верхний уровень MAC-протокола. На чипе SQN1010 предусмотрен интерфейс PCI для обеспечения возможности подключения внешнего процессора.

Решение DM256/MC336 компании Wavesat может быть использовано и для разработки базовых станций. Это решение поддерживает полнодуплексный режим работы, но следует отметить, что для реализации функций шифрования-дешифрования оно требует подключения внешнего процессора. Так же как и Fujitsu, Wavesat не предоставляет программное обеспечение для верхнего уровня MAC-протокола, необходимое для разработки базовых станций.

Из четырех описанных решений только чипы PicoChip PC102 не интегрируют в себе функций АЦП/ЦАП. Поэтому для разработок, в которых используется аналоговый радиоинтерфейс, дополнительно потребуются устройства АЦП/ЦАП. Основные параметры рассмотренных решений для разработки базовых станций представлены в табл. 3 .

Таблица 3. Основные параметры рассмотренных решений для разработки базовых станций WiMAX

Выбор производителя чипов для разработки систем WiMAX является важным стратегическим решением. Для быстрой и эффективной разработки системы требуется максимально полная программная и аппаратная поддержка и средства для разработки и отладки. Наличие отладочных комплектов позволяет значительно увеличить скорость и уменьшить стоимость разработки оборудования WiMAX, что является одним из главных критериев при выборе того или иного продукта.

Развертывание систем WiMAX

Построение сети фиксированного беспроводного доступа предполагает использование трех типов оборудования - базовых станций, абонентских станций и оборудования для организации связи между базовыми станциями. В сетях доступа на базе WiMAX найдут применение как узконаправленные антенны, так и антенны с более широким сектором охвата, вплоть до всенаправленных.

Топология сети

Для соединения «точка–точка» (рис. 6а) используются две направленные друг на друга антенны; так строятся, например, радиорелейные линии передач, в которых расстояние между соседними релейными вышками может исчисляться десятками километров. При топологии «точка–многоточка» (рис. 6б) в центре «ячейки» помещается базовая станция со всенаправленной или секторной антенной, а все обслуживаемые ей абоненты снабжаются сфокусированными на нее направленными антеннами.

Рис. 6. Возможные топологии сети WiMAX

Другой тип связи получится при использовании только всенаправленных антенн. В этом случае будет достигнута возможность соединения «каждого с каждым», или «многоточка–многоточка» (mesh) (рис. 6в).

Базовая станция WiMAX представляет собой модульное решение, которое может по мере необходимости дополняться различными блоками, например, модулями для связи с магистральной сетью провайдера. В минимальной конфигурации устанавливается модуль радиоинтерфейса и модуль соединения с проводной сетью.

Диапазон частот

При выборе оборудования WiMAX кроме его технических характеристик и цены важное и зачастую определяющее значение представляет такой фактор, как специфические для России трудности оформления частотных разрешений. Дело в том, что в России практически не существует «безлицензионных» диапазонов. Для разных типов оборудования предусмотрен различный порядок получения частотных разрешений. Для работы в любых диапазонах операторы связи должны получить достаточно сложные и многоуровневые разрешения как частотных служб, так и служб надзора за связью .

Очевидно, что в нашей стране главным фактором, влияющим на скорость внедрения систем WiMAX, являются вопросы регулирования спектра, так как развитие рынка услуг WiMAX напрямую зависит от выделения операторам необходимого частотного ресурса. Сегодня наиболее перспективными с точки зрения будущего развития технологии WiMAX являются диапазоны в районе 2,4, 3,5 и 5,6 ГГц.

Следует учитывать, что распространение радиоволн в различных участках спектра имеет свои особенности, которые во многом определяют дальность действия оборудования, а также устойчивость к многолучевости.

Общие подходы к выбору системы WiMAX

Перед тем, как приступить к рассмотрению доступных систем WiMAX, необходимо проработать следующие системные вопросы :

  • Выбор диапазона частот.
  • Определение величины необходимого частотного ресурса.
  • Разработка процедур выделения и присвоения радиочастот.
  • Проработка вопросов законодательства.
  • Прежде чем переходить к рассмотрению конкретных систем, целесообразно рассмотреть общие вопросы выбора систем, что поможет на предварительном этапе анализа отбросить явно неприемлемые варианты. Сформулируем критерии, которыми следует руководствоваться при выборе оборудования фиксированного беспроводного доступа WiMAX :
  • Оборудование должно производиться специализированной компанией, имеющий опыт разработки и производства беспроводного оборудования, что является некоторой гарантией качества.
  • Технические характеристики оборудования, предоставляемые производителем, должны быть достаточно полными, для того чтобы по ним можно было сделать вывод о его возможностях. Представление таких характеристик говорит о профессионализме сотрудников и в определенной мере гарантирует, что речь идет об оригинальном продукте, а не о перепродаже малоизвестного бренда под торговой маркой продавца.
  • Желательно, чтобы базовая станция имела возможность секторирования и поэтапного наращивания производительности, для чего она должна иметь возможность подключения внешней антенны. Тогда на первом этапе достаточно одной базовой станции с всенаправленной антенной, на следующем - двух, с антеннами с шириной диаграммы 180°, и так далее.
  • Оборудование должно быть сертифицировано.
  • Должна быть возможность получения разрешения на использование частот в диапазонах, используемых оборудованием.
  • Система должна обладать приемлемой стоимостью, причем в первую очередь важна минимальная стоимость абонентского оборудования.

Заключение

Очевидно, что сегодня WiMAX является одной из самых передовых и перспективных технологий беспроводной передачи данных. При объединении усилий производителей оборудования и операторов связи WiMAX может стать реальной заменой DSL и кабельных соединений, предоставив абонентам необходимый сервис в крупных городах и на периферии.

Литература

  1. www.wimaxforum.org
  2. Wide-band Orthogonal Frequency Division Multiplexing (W-OFDM), www.wi-lan.com
  3. Марченко С. Источники уязвимостей в сетях беспроводной связи // АДЭ. 2004. № 13.
  4. IEEE Std 802.16™-2004 IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, www. ieee. org.
  5. Власов В. А. Частотное регулирование и обеспечение информационной безопасности для оборудования Wi-Fi и WiMAX, //«Вестник связи». 2005. № 9.
  6. Bob Wheeler. How to choose the best SoC for your WiMAX design // Wireless Net DesignLine. Oct 17, 2005.
  7. Писарев Ю. Выбор системы фиксированного беспроводного доступа: попытка системного подхода // «Информационные телекоммуникационные сети» (Казахстан). 2003. № 4.

Система WiMAX состоит из двух основных частей.

    Базовая станция WiMAX , может размещаться на высотном объекте: здании или вышке.

    Приёмник WiMAX : антенна с приёмником, в форм-факторе карты PC Card, карты расширения ПК или внешней карты.

Соединение между базовой станцией и клиентским приёмником производится в диапазоне 2-11 ГГц. Данное соединение позволяет передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с и не требует наличия прямой видимости между станцией и пользователем. Технология WiMAX применяется как на “последней миле”, так и для предоставления доступа региональным сетям: офисным, районным. Между соседними базовыми станциями устанавливается постоянное соединение с использованием режима СВЧ (сверхвысокие частоты 10-66 ГГц) радиосвязи прямой видимости (line-of-sight). Данное соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные со скоростью до 120 Мбит/с. Ограничение по условию прямой видимости не является плюсом, однако оно накладывается только на базовые станции, участвующие в цельном покрытии района, что вполне возможно реализовать при размещении оборудования.

Рис. 2.1 - Организация сети связи по технологии WiMax.

Как минимум, одна из базовых станций может быть постоянно связана с сетью провайдера через широкополосное скоростное соединение. Фактически, чем больше станций имеют доступ к сети провайдера, тем выше скорость и надёжность передачи данных. Однако даже при небольшом количестве точек система способна корректно распределить нагрузку за счёт сотовой топологии.

На базе сотового принципа разрабатываются также построения оптимальной сети, огибающей крупные объекты (многоэтажную городскую застройку, горные массивы), когда серия последовательных станций передаёт данные по эстафетному принципу.

Рис. 2.2 - Схема организации районированной сети по технологии WiMAX.

По структуре сети стандарта IEEE 802.16 очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь тоже имеются базовые станции, которые действуют в радиусе до 50 км, при этом их также не обязательно устанавливать на вышках - для них вполне подходят крыши домов, требуется лишь соблюдение условия прямой видимости между станциями. Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. Далее сигнал может поступать по стандартному Ethernet-кабелю, как непосредственно на конкретный компьютер, так и на точку доступа стандарта 802.11 Wi-Fi или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet.

2.3. Режимы работы WiMax.

Стандарт 802.16e-2005 вобрал в себя все ранее выходившие версии и на данный момент предоставляет следующие режимы.

    Fixed WiMAX - фиксированный доступ;

    Nomadic WiMAX - сеансовый доступ;

    Portable WiMAX - доступ в режиме перемещения;

    Mobile WiMAX - мобильный доступ.

Fixed WiMAX . Фиксированный доступ представляет собой альтернативу широкополосным проводным технологиям (xDSL, T1, т.п.). Стандарт использует диапазон частот 10-66 ГГц. Этот частотный диапазон из-за сильного затухания коротких волн требует прямой видимости между передатчиком и приёмником сигнала. С другой стороны, данный частотный диапазон позволяет избежать одной из главных проблем радиосвязи - многолучевого распространения сигнала. При этом ширина каналов связи в этом частотном диапазоне довольно велика (типичное значение - 25 или 28 МГц), что позволяет достигать скоростей передачи до 120 Мбит/с. Фиксированный режим включался в версию стандарта 802.16d-2004 и уже используется в ряде стран. Однако большинство компаний, предлагающих услуги Fixed WiMAX , ожидают скорого перехода на портативный и в дальнейшем мобильныйWiMAX .

Рис 2.3. – Организация сети в режиме Fixed WiMAX.

Nomadic WiMAX . Сеансовый (кочующий) доступ добавил понятие сессий к уже существующему Fixed WiMAX . Наличие сессий позволяет свободно перемещать клиентское оборудование между сессиями и восстанавливать соединение уже с помощью других базовых станций WiMAX , нежели тех, что были использованы во время предыдущей сессии. Такой режим разработан в основном для портативных устройств, таких, как ноутбуки, КПК. Введение сессий позволяет уменьшить расход энергии клиентского устройства, что немаловажно для портативных устройств.

Portable WiMAX . Для режима Portable WiMAX добавлена возможность автоматического переключения клиента от одной базовой станции WiMAX к другой без потери соединения. Однако для данного режима всё ещё ограничена скорость передвижения клиентского оборудования - 40 км/ч. Впрочем, уже в таком виде можно использовать клиентские устройства в дороге (в автомобиле при движении по жилым районам города, где скорость ограничена, на велосипеде, двигаясь пешком, т.д.). Введение данного режима сделало целесообразным использование технологии WiMAX для смартфонов и КПК. В 2006 году начат выпуск устройств, работающих в портативном режиме WiMAX .

Mobile WiMAX был разработан в стандарте 802.16e-2005 и позволил увеличить скорость перемещения клиентского оборудования до более 120 км/ч.

Рис 2.4. – Организация сети в режиме Mobil WiMAX.

Используемая в этом режиме технология Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ), позволяет сохранять устойчивое соединение при резкой смене направления движения клиентского оборудования. А Технология Network-Optimized Hard Handoff (HHO) позволяет до 50 миллисекунд и менее сократить время на переключение клиента между каналами.