WiMAX

Standarta izstrāde

Lai nerastos situācija, kā, piemēram, LMDS iekārtu tirgū, kur katrs ražotājs izstrādā savu tehnoloģiju, tika nolemts radīt starptautisku pilsēttīklu standartu. 1999. gadā tika radīta IEEE darba grupa 802.16, kuras uzdevums bija standartizēt bezvadu platjoslas risinājumus un radīt globālu platjoslas pilsēttīkla specifikāciju. Pirmais standarts tika apstiprināts 2001. gada decembrī. 2003. gada septembrī tika uzsākts projekts 802.16REVd, kura uzdevums bija saskaņot 802.16 ar Eiropas Telekomunikāciju Standartu institūta (European Telecommunications Standards Institute - ETSI) izstrādāto HIPERMAN standartu. Projekts noslēdzās 2004. gadā un tika apstiprināts jauns standarts — 802.16-2004
2006. gada sākuma IEEE darba grupa ir pabeigusi darbu arī pie ilgi gaidītās standarta mobilās versijas. 2006. gada 28. februārī ir publicēts papildinājums 802.16e-2005, kurš specificē fiksētas un mobilas platjoslas bezvadu sistēmas, uzturošas mobilus lietotāju terminālus licencētajās frekvenču joslās līdz 6GHz.
Lielākā problēma ir savietojamībā — dažādo modulācijas shēmu dēļ (256 OFDM 802.16-2004 gadījumā, un S-OFDMA 802.16e-2005) šie standarti nav savstarpēji savietojami un vienam standartam izstrādātā aparatūra nav spējīga darboties ar otra standarta aprīkojumu. Ražotāji gan sola iespēju paplašināt 802.16-2004 aprīkojumu, pievienojot arī 802.16e-2005 atbalstu, tikai ar programmatūras nomaiņu, nemainot pašu aparatūru.
802.16 specifikācija apraksta bezvadu sistēmu vispārējos darbības principus abstraktā sistēmas līmenī. Tā ir pietiekoši elastīga, ļaujot ražotājiem izvēlēties darbības frekvences, modulācijas tipus un kanālu joslas platumu. Galvenā problēma, ar ko saskārās ražotāji, bija nespēja noteikt kādas sistēmas savietojamību ar šiem standartiem, kā arī dažādu ražotāju aparatūras spēju strādāt vienotā tīklā.

WiMAX tehnoloģiskie risinājumi

Galvenās 802.16 priekšrocības, salīdzinot ar citām bezvadu tīklu tehnoloģijām, ir augsta spektrālā efektivitāte (3.6 bps/Hz), kas nodrošina lielu kanālu kapacitāti un datu pārraides ātrumus (līdz 70 Mbps), spēja strādāt bez tiešās redzamības, liels darbības attālums un zemas aiztures, kas būtiskas reālā laika lietotnēm.

Medija pieejas kontroles līmenis

Mediju pieejas kontroles (Media Access Control - MAC) līmenis 802.16 standartā ir definēts viens un tas pats visiem PHY līmeņa variantiem, kas dod ražotājiem izvēles brīvību konstruējot aparatūru un izvēloties fizisko PHY līmeni. 802.16 MAC uztur gan laikdales dupleksa (Time Division Duplexing — TDD), gan frekvenčdales dupleksa (Frequency Division Duplex — FDD) izmantošanu. TDD gadījumā raidīšana un uztveršana notiek tajā paša radio kanālā, izdalot noteiktus laika periodus raidīšanai un uztveršanai. FDD darbībai ir nepieciešamas nodalītas frekvenču joslas raidīšanai un uztveršanai, ar vismaz 50 MHz aizsargjoslu. Ja radiofrekvenču spektra josla operatoram ir piešķirta nepārtraukta bloka izskatā, vienīgais saprātīgais risinājums ir TDD lietošanai, lai netērētu frekvenču resursus aizsargjoslu vajadzībām. Tāpat TDD ir vienīgas risinājums publiskajās, jeb nelicencētajās frekvencēs, kur kanālu sadale notiek automātiski, izmantojos frekvenčmaiņas (frequency hopping) tehnoloģiju. Bez tam TDD gadījumā ir iespējams izmantot frekvenču resursus asimetriskai datu pārraidei, pēc vajadzības piešķirot vairāk resursu kādam no virzieniem. Diemžēl TDD ir grūtāk realizēt, jo tas prasa ļoti precīzu sinhronizāciju starp raidoša un uztverošo pusi. Tādēļ frekvenču joslās, kur pieejami nodalīti kanāli, parasti izmanto FDD, kas ir vieglāk un, līdz ar to, lētāk realizējams.
Jāatzīmē, ka 802.16 MAC būtiski atšķiras no IEEE 802.11 Wi-Fi un Ethernet. WiFi gadījumā tiek lietots CSMA daudzpieejas algoritms — visas klientu stacijas, kas vēlas pārraidīt datus, sacenšas savā starpā par bāzes stacijas resursiem, kas tiek izdalīti pseidonejaušā kārtībā. Šāda pieeja var radīt traucējumus attālinātām stacijām, kuru pārraidi konstanti pārtrauc tuvākas stacijas ar spēcīgāku signālu. Kas savukārt rada nopietnus traucējumus reālā laika lietotnēm, kā balss pārraidei (VoIP) vai interneta televīzija (IPTV), kurām nepieciešami garantēti pārraides kvalitātes parametri. Īpaši šādi traucējumi pamanāmi pie liela vienlaicīgo lietotāju skaita. 802.16 gadījumā tiek izmantots dispečers, kur katrai stacijai tiek iedalīts tai pienākošais resurss, atkarībā no konfigurācijas. Resursu sadales algoritms ir pietiekoši stabils arī pie lielām pārslodzēm un pieejamās kapacitātes trūkuma gadījumos, ļaujot bāzes stacijai efektīvi veikt resursu pārdali, atbilstoši iestādītajiem QoS parametriem.

Ierobežojumi

Lai gan WiMAX spēj stradāt attālumos līdz 50km un nodrošina datu pārraides ātrumus līdz 70 Mbps, tas nenozīmē ka lietotājs varēs iegūt maksimālo ātrumu visā bāzes stacijas pārklājuma zonā. Palielinoties attālumam vai parādoties fiziskiem šķēršļiem, palielinās bitu kļūdu (Bit Error Rate — BER) daudzums, kas samazina efektīvo datu pārraide ātrumu. Savukārt, samazinoties kļūdu skaitam, palielinās ātrums.
Kā visās bezvadu datu pārraides sistēmās, arī WiMAX bāzes stacijas kapacitāte tiek dalīta starp visiem aktīvajiem lietotājiem šajā sektorā. Tas nozīmē, ka 70 Mbps ātrumu varēs iegūt viens lietotājs, kurš būs pieslēdzies bāzes stacijai bez citiem klientiem konkrētajā laika periodā. Praksē operatori noteikti ierobežos klientam pieejamo kapacitāti, neļaujot vienam pašam izsmelt visus sektora resursus.