Ce este WiMax?

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) este o familie de standarde de comunicații în bandă largă fără fir bazată pe setul de standarde IEEE 802.16, care oferă opțiuni de nivel fizic (PHY) și de control al accesului media (MAC).

Forumul WiMAX a fost înființat în iunie 2001 pentru a promova conformitatea și interoperabilitatea, inclusiv definirea profilurilor de sistem pentru furnizorii comerciali.

Forumul descrie WiMAX ca fiind „o tehnologie bazată pe standarde care permite furnizarea de acces wireless în bandă largă de ultima milă ca alternativă la cablu și DSL”.

IEEE 802.16m sau WirelessMAN-Advanced a fost un candidat pentru 4G, în competiție cu standardul LTE Advanced.

WiMAX a fost conceput inițial pentru a oferi rate de date de 30 până la 40 de megabiți pe secundă, actualizarea din 2011 oferind până la 1 Gbit/s pentru stațiile fixe.

Versiunea 2.1 WiMAX, denumită în mod popular WiMAX 2+, este o tranziție compatibilă cu generațiile anterioare de WiMAX. Este compatibil și interoperabil cu TD-LTE.

Versiunile mai noi, încă compatibile cu versiunea inversă, includ WiMAX versiunea 2.2 (2014) și WiMAX versiunea 3 (2021, adaugă interoperabilitate cu 5G NR).

Terminologie

WiMAX se referă la implementări interoperabile ale familiei de standarde de rețele wireless IEEE 802.16 ratificate de WiMAX Forum. (În mod similar, Wi-Fi se referă la implementări interoperabile ale standardelor IEEE 802.11 LAN fără fir certificate de Wi-Fi Alliance.) Certificarea WiMAX Forum permite vânzătorilor să vândă produse fixe sau mobile ca certificate WiMAX, asigurând astfel un nivel de interoperabilitate cu alte certificate. produse, atâta timp cât se potrivesc cu același profil.

Standardul original IEEE 802.16 (denumit acum „Fixed WiMAX”) a fost publicat în 2001. WiMAX a adoptat o parte din tehnologia sa de la WiBro, un serviciu comercializat în Coreea.

Mobile WiMAX (bazat inițial pe 802.16e-2005) este revizuirea care a fost implementată în multe țări și stă la baza revizuirilor viitoare, cum ar fi 802.16m-2011.

WiMAX a fost uneori denumit „Wi-Fi pe steroizi” și poate fi folosit pentru o serie de aplicații, inclusiv conexiuni în bandă largă, backhaul celular, hotspot-uri etc. Este similar cu Wi-Fi pe distanță lungă, dar poate permite utilizarea la distante mult mai mari.

Utilizări ale WiMax

Arhitectura stratului fizic scalabil care permite scalarea cu ușurință a ratei de date cu lățimea de bandă disponibilă a canalului și gama WiMAX îl fac potrivit pentru următoarele aplicații potențiale:

• Furnizarea de conectivitate mobilă portabilă în bandă largă în orașe și țări prin diferite dispozitive.
• Furnizarea unei alternative fără fir la cablu și la DSL pentru accesul în bandă largă.
• Furnizarea de servicii de date, telecomunicații (VoIP) și IPTV (triple play).
• Furnizarea de conectivitate la Internet ca parte a unui plan de continuitate a afacerii.
• Rețele inteligente și contorizare.

Acces la Internet

WiMAX poate oferi acces la internet acasă sau mobil în întregi orașe sau țări. În multe cazuri, acest lucru a dus la concurență pe piețe care de obicei aveau acces doar prin intermediul unui operator DSL existent (sau al unui operator similar).

În plus, având în vedere costurile relativ scăzute asociate cu implementarea unei rețele WiMAX (în comparație cu 3G, HSDPA, xDSL, HFC sau FTTx), acum este viabil din punct de vedere economic să se ofere acces la internet în bandă largă în locații îndepărtate.

Conectivitatea către nodul de fibră optică

Mobile WiMAX a fost un candidat de înlocuire pentru tehnologiile de telefonie mobilă, cum ar fi GSM și CDMA, sau poate fi folosit ca suprapunere pentru a crește capacitatea. WiMAX fix este, de asemenea, considerat o tehnologie de backhaul wireless pentru rețelele 2G, 3G și 4G atât în țările dezvoltate, cât și în cele în curs de dezvoltare.

În America de Nord, backhaul pentru operațiunile urbane este furnizat de obicei prin una sau mai multe conexiuni de linii de cupru, în timp ce operațiunile celulare de la distanță sunt uneori transportate prin satelit. În alte regiuni, backhaul urban și rural este de obicei asigurat de legături cu microunde. (Excepția de la aceasta este cazul în care rețeaua este operată de un operator cu acces facil la rețeaua de cupru.) WiMAX are cerințe mai substanțiale de lățime de bandă de backhaul decât aplicațiile celulare vechi. În consecință, utilizarea backhaul cu microunde wireless este în creștere în America de Nord și legăturile de backhaul cu microunde existente în toate regiunile sunt în curs de modernizare. Capacități cuprinse între 34 Mbit/s și 1 Gbit/s sunt implementate în mod obișnuit cu latențe de ordinul a 1 ms.

În multe cazuri, operatorii agregează site-uri folosind tehnologia fără fir și apoi redirecționează traficul către rețelele de fibră, acolo unde este convenabil. WiMAX în această aplicație concurează cu radioul cu microunde, E-line și simpla extensie a rețelei de fibră în sine.

Triple-play

WiMAX acceptă direct tehnologiile care fac posibile ofertele de servicii triple-play (cum ar fi calitatea serviciului și multicast). Acestea sunt inerente standardului WiMAX, mai degrabă decât să fie adăugate, ca transport de la Ethernet la Ethernet.

Pe 7 mai 2008, în Statele Unite, Sprint Nextel, Google, Intel, Comcast, Bright House și Time Warner au anunțat o punere în comun a aproximativ 120 MHz de spectru și au colaborat cu Clearwire pentru a comercializa serviciul. Noua companie spera să beneficieze de oferte combinate de servicii și resurse de rețea ca o rampă de lansare în fața concurenților săi. Companiile de cablu trebuiau să ofere servicii media altor parteneri, în timp ce obțin acces la rețeaua wireless ca operator de rețea virtuală mobilă pentru a oferi servicii triple-play.

Unii analiști ai industriei wireless, precum Ken Dulaney și Todd Kort de la Gartner, au fost sceptici despre cum va funcționa afacerea: deși convergența fix-mobil a fost un factor recunoscut în industrie, încercările anterioare de a forma parteneriate între companiile wireless și de cablu au fost în general nu au reușit să ducă la beneficii semnificative pentru participanți. Alți analiști de la IDC au fost în favoarea înțelegerii, subliniind că pe măsură ce wirelessul progresează la o lățime de bandă mai mare, inevitabil concurează mai direct cu cablul, DSL și fibra, inspirând concurenții să colaboreze. De asemenea, pe măsură ce rețelele wireless de bandă largă devin din ce în ce mai dense și obiceiurile de utilizare se schimbă, nevoia de servicii media și de backhaul sporit se accelerează, prin urmare se aștepta să crească oportunitatea de a valorifica activele cu lățime de bandă mare.

Aviația

Aeronautical Mobile Airport Communication System (AeroMACS) este o rețea de bandă largă fără fir pentru suprafața aeroportului destinată să conecteze turnul de control, aeronavele și mijloacele fixe.

În 2007, AeroMACS a obținut o alocare de frecvență la nivel mondial în banda de aviație de 5 GHz. Începând cu 2018, au existat 25 de implementări AeroMACS în 8 țări, cu cel puțin alte 25 de implementări planificate.

Suportul pentru TDD și FDD

Standardele IEEE 802.16REVd și IEEE 802.16e acceptă atât duplexul cu diviziune în timp, cât și duplexul cu diviziunea în frecvență, precum și un FDD semi-duplex, care permite o implementare cu costuri reduse.

Conectivitate

Dispozitivele care oferă conectivitate la o rețea WiMAX sunt cunoscute ca stații de abonat (SS).

Unitățile portabile includ telefoane (asemănătoare cu smartphone-urile celulare); Periferice PC (carduri PC sau dongle USB); și dispozitive încorporate în laptopuri, care sunt acum disponibile pentru servicii Wi-Fi. În plus, operatorii pun mult accent pe dispozitivele electronice de larg consum, cum ar fi consolele de jocuri, playerele MP3 și dispozitivele similare. WiMAX este mai asemănător cu Wi-Fi decât cu alte tehnologii celulare 3G.

Site-ul web WiMAX Forum oferă o listă de dispozitive certificate. Cu toate acestea, aceasta nu este o listă completă a dispozitivelor disponibile, deoarece modulele certificate sunt încorporate în laptopuri, dispozitive MID (dispozitive de internet mobil) și alte dispozitive cu etichetă privată.

Gateway-uri

Dispozitivele gateway WiMAX sunt disponibile atât ca versiuni pentru interior cât și pentru exterior de la producători, inclusiv Vecima Networks, Alvarion, Airspan, ZyXEL, Huawei și Motorola. Lista rețelelor WiMAX și Forumul WiMAX oferă mai multe link-uri către anumiți furnizori, produse și instalații. Multe dintre gateway-urile WiMAX oferite de producători precum aceștia sunt unități interioare de sine stătătoare, autoinstalabile. Astfel de dispozitive stau de obicei lângă fereastra clientului cu cel mai bun semnal și oferă:

• Un punct de acces Wi-Fi integrat pentru a oferi conectivitate la internet WiMAX la mai multe dispozitive din casă sau afacere.
• Porturi Ethernet pentru conectarea directă la un computer, router, imprimantă sau DVR într-o rețea locală cu fir.
• Una sau două mufe telefonice analogice pentru a conecta un telefon fix și pentru a profita de VoIP.
• Gateway-urile de interior sunt convenabile, dar pierderile radio înseamnă că abonatul poate avea nevoie să fie mult mai aproape de stația de bază WiMAX decât cu unitățile externe instalate profesional.

Unitățile exterioare au aproximativ dimensiunea unui laptop, iar instalarea lor este comparabilă cu instalarea unei antene satelit rezidențiale. O unitate exterioară direcțională cu câștig mai mare va avea ca rezultat, în general, o rază de acțiune și viteză mult mai mari, dar cu pierderea evidentă a mobilității practice a unității.

Modemuri externe

USB poate oferi conectivitate la o rețea WiMAX printr-un modem. În general, aceste dispozitive sunt conectate la un laptop sau computer. Modemurile au de obicei antene omnidirecționale care au un câștig mai mic în comparație cu alte dispozitive. Ca atare, aceste dispozitive sunt cel mai bine utilizate în zone cu o bună acoperire.

Telefoane mobile

HTC a anunțat primul telefon mobil compatibil WiMAX, Max 4G, pe 12 noiembrie 2008. Dispozitivul a fost disponibil doar pentru anumite piețe din Rusia pe rețeaua Yota până în 2010.

HTC și Sprint Nextel au lansat cel de-al doilea telefon mobil compatibil WiMAX, HTC Evo 4G, pe 23 martie 2010, la conferința CTIA din Las Vegas. Dispozitivul, pus la dispoziție pe 4 iunie 2010, este capabil atât de EV-DO (3G) și WiMAX (pre-4G), cât și de sesiuni simultane de date și voce.

Sprint Nextel a anunțat la CES 2012 că nu va mai oferi dispozitive care utilizează tehnologia WiMAX din cauza circumstanțelor financiare, în schimb, împreună cu partenerul său de rețea Clearwire, Sprint Nextel a lansat o rețea 4G, după ce a decis să schimbe și să utilizeze tehnologia LTE 4G.

Informații tehnice

Standardul IEEE 802.16

WiMAX se bazează pe IEEE 802.16e-2005, aprobat în decembrie 2005. Este o îmbunătățire la IEEE Std 802.16-2004, deci standardul inițialeste 802.16-2004 și a fost modificat prin 802.16e-2005. Prin urmare, aceste specificații trebuie luate în considerare împreună.

IEEE 802.16e-2005 se îmbunătățește față de IEEE 802.16-2004 prin:

• Adăugarea suportului pentru mobilitate (preluare software și hardware între stațiile de bază). Acesta este văzut ca unul dintre cele mai importante aspecte ale 802.16e-2005 și stă la baza WiMAX mobil.
• Scalare a transformării rapide Fourier (FFT) la lățimea de bandă a canalului pentru a menține constantă distanța între purtători pe diferite lățimi de bandă ale canalelor (de obicei 1,25 MHz, 5 MHz, 10 MHz sau 20 MHz). Distanța constantă a purtătorilor are ca rezultat o eficiență mai mare a spectrului în canalele largi și o reducere a costurilor în canalele înguste. Este cunoscut și ca OFDMA scalabil (SOFDMA). Alte benzi care nu sunt multipli de 1,25 MHz sunt definite în standard, dar deoarece numerele de subpurtător FFT permise sunt doar 128, 512, 1024 și 2048, alte benzi de frecvență nu vor avea exact aceeași distanță între purtătoare, ceea ce ar putea să nu fie optim pentru implementări. Distanța între purtători este de 10,94 kHz.
• Scheme avansate de diversitate a antenei și cerere hibridă automată de repetare (HARQ)
• Sisteme de antene adaptive (AAS) și tehnologie MIMO
• Sub-canalizare mai densă, îmbunătățind astfel penetrarea în interior
• Introducere și verificare de paritate cu densitate scăzută (LDPC)
• Introducerea sub-canalizării downlink, permițând administratorilor să schimbe acoperirea pentru capacitate sau invers
• Adăugarea unei clase suplimentare de calitate a serviciului (QoS) pentru aplicațiile VoIP

SOFDMA (utilizat în 802.16e-2005) și OFDM256 (802.16d) nu sunt compatibile, astfel încât echipamentul va trebui înlocuit dacă un operator urmează să treacă la standardul ulterior (de exemplu, de la WiMAX fix la WiMAX mobil).

Bazele standardului WiMax

Versiunea originală a standardului pe care se bazează WiMAX (IEEE 802.16) a specificat o plajă de frecvențe care funcționează în intervalul de la 10 la 66 GHz. 802.16a, actualizat în 2004 la 802.16-2004, a adăugat specificații pentru intervalul de la 2 la 11 GHz. 802.16-2004 a fost actualizat de 802.16e-2005 în 2005 și folosește acces multiplu scalabil cu diviziune ortogonală de frecvență (SOFDMA), spre deosebire de versiunea de multiplexare cu diviziune de frecvență ortogonală fixă (OFDM) cu 256 de sub-purtători (dintre care 200 sunt utilizați). ) în 802.16d. Versiunile mai avansate, inclusiv 802.16e, aduc, de asemenea, suport pentru antene multiple prin MIMO. Acest lucru aduce beneficii potențiale în ceea ce privește acoperirea, autoinstalarea, consumul de energie, reutilizarea frecvenței și eficiența lățimii de bandă. WiMax este cea mai eficientă tehnică pre-4G din punct de vedere energetic dintre LTE și HSPA+.

Specificații

Fiind un standard menit să satisfacă nevoile rețelelor de date de ultimă generație (4G), WiMAX se distinge prin modulația sa dinamică a algoritmului de rafală adaptabilă la mediul fizic prin care trece semnalul RF. Modulația este aleasă pentru a fi mai eficientă din punct de vedere spectral (mai mulți biți per simbol OFDM/SOFDMA). Adică, atunci când rafalele au o putere mare a semnalului și un raport ridicat purtător-zgomot plus interferență (CINR), ele pot fi decodificate mai ușor folosind procesarea semnalului digital (DSP). În schimb, operând în medii mai puțin favorabile pentru comunicația RF, sistemul trece automat la un mod mai robust (profil de rafală), ceea ce înseamnă mai puțini biți per simbol OFDM/SOFDMA; cu avantajul că puterea pe bit este mai mare și, prin urmare, se poate realiza o procesare a semnalului mai simplă și precisă.

Profilurile de rafală sunt utilizate invers (dinamic algoritmic) față de atenuarea scăzută a semnalului; ceea ce înseamnă că debitul dintre clienți și stația de bază este determinat în mare măsură de distanță. Distanța maximă este atinsă prin utilizarea celei mai robuste setări de rafală; adică profilul cu cel mai mare compromis de alocare a cadrului MAC care necesită alocarea mai multor simboluri (o porțiune mai mare a cadrului MAC) pentru transmiterea unei cantități date de date decât dacă clientul ar fi mai aproape de stația de bază.

Cadrul MAC al clientului și profilurile lor de rafală individuale sunt definite, precum și alocarea specifică de timp. Cu toate acestea, chiar dacă acest lucru se face automat, atunci implementarea practică ar trebui să evite interferența ridicată și mediile cu mai multe căi. Motivul pentru care este evident că prea multe interferențe fac ca rețeaua să funcționeze prost și, de asemenea, poate denatura capacitatea rețelei.

Sistemul este complex de implementat, deoarece este necesar să urmăriți nu numai puterea semnalului și CINR (ca în sistemele precum GSM), ci și modul în care frecvențele disponibile vor fi alocate dinamic (rezultând modificări dinamice ale lățimii de bandă disponibile) la frecvențe aglomerate cu timpi de răspuns lenți sau pachete pierdute.

Ca rezultat, sistemul trebuie să fie proiectat inițial în consens cu furnizorul stației de bază pentru a proiecta cu precizie utilizarea frecvenței, interferența și funcționalitatea generală a rețelei.

Regiunea Asia-Pacific a depășit regiunea Americii de Nord în ceea ce privește abonații wireless în bandă largă 4G. Au existat aproximativ 1,7 milioane de clienți pre-WiMAX și WiMAX în Asia – 29% din piața totală – comparativ cu 1,4 milioane în SUA și Canada.

Integrarea cu 4G și 5G

WiMAX 2.1 și versiunile ulterioare pot fi integrate cu o rețea LTE TDD și pot efectua transferuri de la/la LTE TDD. WiMAX 3 extinde integrarea la 5G NR.

Alocarea spectrului radio

Nu există un spectru global licențiat uniform pentru WiMAX, totuși Forumul WiMAX a publicat trei profiluri de spectru licențiat: 2,3 GHz, 2,5 GHz și 3,5 GHz, într-un efort de a stimula standardizarea și de a reduce costurile.

În SUA, cel mai mare segment disponibil era în jur de 2,5 GHz și este deja alocat, în principal, operatorilor Sprint Nextel și Clearwire. În altă parte a lumii, benzile utilizate cel mai probabil vor fi cele aprobate de Forum, 2,3 GHz fiind probabil cel mai important în Asia. Unele țări din Asia, cum ar fi India și Indonezia, vor folosi o combinație de 2,5 GHz, 3,3 GHz și alte frecvențe. Wateen Telecom din Pakistan folosește 3,5 GHz.

Benzile TV analogice (700 MHz) pot deveni disponibile, dar așteaptă tranziția completă la televiziunea digitală și au fost sugerate alte utilizări pentru acel spectru. În SUA, licitația FCC pentru acest spectru a început în ianuarie 2008 și, ca urmare, cea mai mare pondere a spectrului a revenit Verizon Wireless și următoarea cea mai mare AT&T. Ambele companii și-au declarat intenția de a sprijini LTE, o tehnologie care concurează direct cu WiMAX. Comisarul UE Viviane Reding a sugerat realocarea spectrului de 500–800 MHz pentru comunicațiile fără fir, inclusiv WiMAX.

Profilurile WiMAX definesc dimensiunea canalului, TDD/FDD și alte atribute necesare pentru a avea produse interoperabile. Profilurile fixe curente sunt definite atât pentru profilurile TDD, cât și pentru FDD. În acest moment, toate profilurile mobile sunt numai TDD. Profilurile fixe au dimensiuni de canal de 3,5 MHz, 5 MHz, 7 MHz și 10 MHz. Profilurile mobile sunt de 5 MHz, 8,75 MHz și 10 MHz. (Notă: standardul 802.16 permite o varietate mult mai largă de canale, dar numai subseturile de mai sus sunt acceptate ca profiluri WiMAX.)

Din octombrie 2007, Sectorul de comunicații radio al Uniunii Internaționale de Telecomunicații (ITU-R) a decis să includă tehnologia WiMAX în setul de standarde IMT-2000. Acest lucru le permite proprietarilor de spectru (în special în banda 2,5–2,69 GHz în această etapă) să utilizeze echipamente WiMAX în orice țară care recunoaște IMT-2000.

Limitări tehnologice

WiMAX nu poate furniza 70 Mbit/s pe 50 km (31 mi). La fel ca toate tehnologiile wireless, WiMAX poate funcționa la rate de biți mai mari sau pe distanțe mai lungi, dar nu ambele. Operarea la o rază maximă de 50 km (31 mi) crește rata de eroare a biților și, prin urmare, are ca rezultat o rată de biți mult mai mică. În schimb, reducerea intervalului (la sub 1 km) permite unui dispozitiv să funcționeze la rate de biți mai mari.

O implementare la nivel de oraș a WiMAX în Perth, Australia, a demonstrat că clienții de la marginea celulei cu un echipament interior pentru client (CPE) obțin de obicei viteze de aproximativ 1–4 Mbit/s, utilizatorii mai aproape de site-ul celulei obținând viteze de până la până la 30 Mbit/s.

La fel ca toate sistemele wireless, lățimea de bandă disponibilă este partajată între utilizatorii dintr-un anumit sector radio, astfel încât performanța s-ar putea deteriora în cazul multor utilizatori activi dintr-un singur sector. Cu toate acestea, cu o planificare adecvată a capacității și cu utilizarea QoS WiMAX, poate fi stabilit un rată de transfer minim garantată pentru fiecare abonat. În practică, majoritatea utilizatorilor vor avea o gamă de servicii de 4–8 Mbit/s și vor fi adăugate module radio suplimentare la stația de bază pentru a crește numărul de utilizatori care pot fi deserviți de această, după cum este necesar.

Comparație

Comparațiile și confuziile între WiMAX și Wi-Fi sunt frecvente, deoarece ambele sunt legate de conectivitatea wireless și accesul la Internet.

• WiMAX este un sistem cu rază lungă de acțiune, care acoperă mulți kilometri, care utilizează spectru licențiat sau fără licență pentru a furniza conexiunea la o rețea, în majoritatea cazurilor la Internet.
• Wi-Fi folosește benzile de frecvență radio de 2,4 GHz și 5 GHz pentru a oferi acces la o rețea locală.
• Wi-Fi este mult mai popular pe dispozitivele utilizatorilor finali.
• Wi-Fi rulează pe protocolul CSMA/CA al Media Access Control, care este fără conexiune și se bazează pe conflicte, în timp ce WiMAX folosește o conexiune orientată spre MAC.
• WiMAX și Wi-Fi au mecanisme QoS destul de diferite:
  • WiMAX folosește un mecanism QoS bazat pe conexiunile dintre stația de bază și dispozitivul utilizatorului. Fiecare conexiune se bazează pe algoritmi de programare specifici.
  • Wi-Fi folosește accesul în conflict – toate stațiile de abonat care doresc să transmită date printr-un punct de acces fără fir (AP) concurează pentru atenția AP-ului pe o bază de întrerupere aleatorie. Acest lucru poate face ca stațiile de abonat aflate la distanță de AP să fie întrerupte în mod repetat de stații mai apropiate, reducând foarte mult rata de transfer a acestora.
• Atât IEEE 802.11, care include Wi-Fi, cât și IEEE 802.16, care include WiMAX, definesc rețele Peer-to-Peer (P2P) și wireless ad-hoc, în care un utilizator final comunică cu utilizatorii sau serverele dintr-o altă rețea locală (LAN) folosind punctul său de acces sau stația de bază. Cu toate acestea, 802.11 acceptă, de asemenea, rețele directe ad-hoc sau peer-to-peer între dispozitivele utilizatorului final fără un punct de acces, în timp ce dispozitivele utilizatorului final 802.16 trebuie să fie în raza de acțiune a stației de bază.

Deși Wi-Fi și WiMAX sunt concepute pentru situații diferite, ele sunt complementare. Operatorii de rețea WiMAX oferă de obicei o unitate de abonat WiMAX care se conectează la rețeaua WiMAX metropolitană și oferă conectivitate Wi-Fi în casă sau în companii pentru computere și smartphone-uri. Acest lucru permite utilizatorului să plaseze unitatea de abonat WiMAX în cea mai bună zonă de recepție, cum ar fi o fereastră, și să aibă acces la Internet în întreaga proprietate.