Debata o wzajemnej wyższości wchodzących na rynek bezprzewodowych rozwiązań szerokopasmowych w technologiach radiowych WiMAX (WMAN) i HSDPA (3,5G) dopiero się zaczyna. Przypomina prowadzone przez dekadę lat 90. dyskusje nad zaletami i wadami pierwszych systemów komórkowych GSM i CDMA. Czy będą one współistnieć, czy konkurować?

Obie technologie radiowej łączności szerokopasmowej znajdują się na podobnych etapach rozwoju technicznego, docelowego definiowania standardów oraz instalowania pierwszych rozwiązań komercyjnych. Całkowicie odmienny sposób zastosowanych w nich technologii radiowych (szerokość pasma, zakres częstotliwości, zasięg i szybkość transmisji, sposób kodowania, schematy modulacji) powoduje, że uzyskiwane w nich funkcje oraz parametry transmisyjne istotnie się różnią. Od niedawna pojawiają się pierwsze komercyjne rozwiązania zgodne ze standardami.

System WiMAX (IEEE 802.16/WMAN) był od podstaw projektowany jako szerokopasmowy i bezprzewodowy dostęp do Internetu dla terminali stacjonarnych, rozmieszczonych na obszarze sięgającym nawet kilkudziesięciu km od stacji bazowej. Wkrótce okazało się, że tak wielki zasięg nie pozwala na uzyskanie zbyt dużej pojemności sieci (szerokie pasmo do wielu odbiorców), wedle prastarej zasady telekomunikacyjnej: im większy zasięg, tym mniejsza przepustowość i odwrotnie. Obecnie WiMAX jest postrzegany jako środek do szerokopasmowej komunikacji ze stacjonarnymi oraz wolno przemieszczającymi się użytkownikami (piesi), którzy wyposażeni w stacjonarne lub przenośne terminale mogą komunikować się ze stacjami bazowymi (strefa hot zone) nawet bez bezpośredniej widoczności anten nadawczo-odbiorczych.

Systemy 2G/3G zostały zaprojektowane do świadczenia przede wszystkim usług głosowych użytkownikom mobilnym oraz w szybko przemieszczających się pojazdach, chociaż w ostatnich latach rynek wymusił wdrożenie w nich technologii do przekazów multimedialnych o różnych szybkościach transportowych (HSCSD, GPRS, EDGE) oraz najnowszego rozwiązania szerokopasmowego UMTS/HSDPA (High Speed Dowlink Packet Access). Dzisiaj przewiduje się, że sieci radiowe w standardzie WiMAX będą stanowić uzupełnienie istniejących rozwiązań 3G zarówno dla głosu, jak i szybkiej transmisji danych. Wśród części operatorów komórkowych 3G panuje jednak przekonanie, że wzrost popularności multimediów - z braku wystarczająco szerokiego pasma - nie pozwoli na świadczenie usług obydwu typów.

Tradycyjni operatorzy komórkowi są jednak zainteresowani rozwiązaniem radiowym WiMAX, postrzeganym jako rozszerzenie niektórych funkcji sieci 3G do świadczenia usług głosowych. Narastające obawy operatorów są uzasadnione, jednak z zupełnie innego powodu. Jest bardzo prawdopodobne, że po uzupełnieniu stacjonarnej technologii WiMAX (w wersji 802.16d) o głosowe aplikacje VoIP (Voice over IP) część potencjalnych klientów sieci 3G, dla których parametry transmisji danych oraz koszty eksploatacji mają istotne znaczenie, wybierze wyłącznie wariant radiowy WiMAX - zamiast pojawiających się rozwiązań UMTS/HSDPA. Dla tych klientów rozmowy staną się bowiem istotnie tańsze, jeśli nie bezpłatne, a zyski operatorów komórkowych mogą ulec znaczącej redukcji.

HSDPA ma infrastrukturę 3G

Wchodząca dopiero na rynek komórkowy technologia HSDPA stanowi podstawę rozwiązań 3G (UMTS) i umożliwia globalną komunikację głosową wraz z ofertą mobilnych usług szybkiej transmisji danych, takich jak strumieniowe wideo o jakości SVCD (MPEG-2) lub DivX (MPEG-4), szybkie ściąganie dużych plików, ładowanie plików muzycznych, a również dostęp VPN do sieci korporacyjnych. Najnowsza wersja standardu HSDPA zwiększa tym użytkownikom szybkość pobierania danych przez sieć komórkową z obecnie dostępnych 384 kb/s (2 Mb/s według teoretycznych założeń UMTS) do 14,4 Mb/s na jeden kanał stacji bazowej. Jest to jednak maksymalna wartość teoretyczna wymieniana w standardzie, a pierwsze spotykane rozwiązania ledwie sięgają 3,6 Mb/s, najczęściej jedynie 1,6 Mb/s.

Według wielu firmowych zapowiedzi, pojedynczy użytkownik znajdujący się w zasięgu sieci UMTS/HSDPA (kilkaset metrów) będzie miał docelowo do dyspozycji przepływność niewiele ponad 1 Mb/s, jednak charakterystyczną cechą tej technologii jest możliwość obsłużenia ok. sześciu razy więcej użytkowników, niż w tradycyjnym systemie UMTS operującym w tym samym pasmie. Dalsze podniesienie przepływności w sieci 3G, a tym samym uzyskanie lepszej obsługi klientów ruchomych, będzie możliwe dopiero po wdrożeniu kolejnej technologii transportowej MIMO (Multiple Input Multiple Output) o teoretycznej szybkości sięgającej 20,6 Mb/s (downlink), której pierwsze instalacje praktyczne mogą pojawić się najwcześniej za rok.

Opóźnione aplikacje

Przyjęty z dużym optymizmem w Europie program uruchamiania sieci 3G, czyli UMTS/HSDPA dla multimediów, uległ spowolnieniu. Wysokie opłaty koncesyjne oraz konieczność ponoszenia nakładów na przebudowę sieci - przy stosunkowo niewielkim zainteresowaniu klientów - spowodowały spadek początkowego entuzjazmu i inwestycje w tym sektorze praktycznie zatrzymały się. Jedną z przyczyn był całkowity brak aparatów komórkowych z technologią HSDPA, a produkowane karty do notebooków nie spowodowały przewidywanego wzrostu zainteresowania klientów. Ta sytuacja zaczyna się powoli zmieniać - na tegorocznych targach CeBIT 2006 Samsung jako pierwszy pokazał prototypy telefonów komórkowych SGH-Z560, pozwalających na korzystanie z technologii HSDPA (1,6 Mb/s), która w zamierzeniach ma konkurować z szerokopasmowymi rozwiązaniami WiMAX.

System UMTS zapowiadany jako baza szerokopasmowych transmisji nie spełnia jeszcze warunku multimedialności, gdyż praktyczne rozwiązania sięgające 384 kb/s nie są wystarczające do realizacji wideousług online. Wszystko wskazuje na to, że dopiero technologia UMTS/HSDPA pozwoli mobilnemu abonentowi korzystać swobodnie z takich usług i będzie ona stanowić przełom w dalszym popularyzowaniu multimediów. Komercyjne uruchomienie usług HSDPA nastąpi w tym roku w USA (Cingular), Japonii (NTT DoCoMo) i Niemczech (T-Mobile zaprezentował pierwsze rozwiązania na CeBIT 2006), a ponadto w Austrii, Kanadzie oraz Wlk. Brytanii. Działająca komercyjnie od roku na wyspie Man pierwsza w Europie sieć HSDPA (Lucent) już umożliwia transfery na poziomie 1,4 Mb/s, z prognozowanym wzrostem do 10 Mb/s (2008 r.). Polska w tym wyścigu zostaje w tyle, chociaż pierwszej prezentacji tej technologii już dokonano na tegorocznych targach Intertelecom 2006.

WiMAX jest stacjonarny

Standard łączności radiowej WiMAX (IEEE 802.16), stanowiący bezprzewodową infrastrukturę do integrowania stacjonarnych i mobilnych usług, opracowano kierując się przede wszystkim podniesieniem jakości transmisji QoS (Quality of Service) między stacją bazową a terminalami użytkownika. Uzyskiwane szybkości oraz zasięg transmisji (maksymalnie do 50 km) bardzo silnie zależą od środowiska, zysku anten kierunkowych, szerokości udostępnionego pasma oraz zastosowanej modulacji sygnału radiowego (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM). Poprzez odpowiednie modyfikowanie parametrów transmisyjnych kanału radiowego, funkcjonalność systemu można dynamicznie adaptować do bieżących potrzeb stacjonarnych użytkowników systemu.

Mimo iż teoretyczna przepływność systemu WiMAX wynosząca ponad 74 Mb/s na jeden kanał nie jest komercyjnie dostępna, rozwiązania praktyczne już sięgają zintegrowanej szybkości 50 Mb/s z terminalami stacjonarnymi (anteny kierunkowe), znajdującymi się kilkanaście km od stacji bazowej. Dla pojedynczego użytkownika mieszkaniowego są to cechy, które umożliwiają bezprzewodowy dostęp do informacji z szybkością dobrze powyżej 1 Mb/s, a więc podobnie jak w przewodowych rozwiązaniach dostępowych DSL (do 6 Mb/s).

Dla zróżnicowanych potrzeb pojawiały się kolejne wersje standardu WiMAX, najpierw jako IEEE 802.16a, następnie przeznaczone dla łączności stacjonarnej jako 802.16d (802.16-2004), a obecnie trwają końcowe prace nad specyfikacją 802.16e (802.16-2005), która ma być podstawą docelowego rozwiązania całkowicie mobilnego systemu WiMAX. Technologia WiMAX ulega więc nieustannej ewolucji, przy czym każda następna wersja określa specyficzne funkcje, dostosowane do zmieniających się potrzeb. Już trzy lata temu - gdy opracowano pierwszą wersję standardu - było wiadomo, że nie będzie to jedno rozwiązanie zaspokajające wszystkie oczekiwania przyszłych klientów bezprzewodowych.

Praktyka jest inna

Rzeczywiste parametry transmisyjne obydwu systemów dostępowych odbiegają daleko od ideału. Typowy promień komórki obszarowej uzyskiwany w stacjonarnym rozwiązaniu WiMAX szacuje się na 3-10 km, a użyteczna pojemność każdego kanału radiowego rzadko przekracza 40 Mb/s (połączenie stałe). Jest oczywiste, że łączna liczba jednocześnie obsługiwanych klientów pojedynczej stacji bazowej WiMAX rośnie proporcjonalnie w wyniku stosowania odpowiednio większych szerokości pasma radiowego (typowo 3,5 MHz, lecz znormalizowano kilka innych) i zwielokrotnienia sektorów emisji anteny nadawczej (standardowo do czterech, niekiedy 6).

Dla pojedynczego abonenta najważniejsza jednak jest użytkowa przepływność udostępniana mu przez system, która maleje proporcjonalnie do liczby klientów korzystających z kanału radiowego (coraz krótsze szczeliny czasowe do własnej dyspozycji). Sytuacja ta wskazuje, że optymistyczne oczekiwania użytkowników mobilnych na uzyskanie wewnątrz mikrosieci (od kilkuset metrów do 3 km) przepływności 15 Mb/s - czyli odpowiedniej dla wszelkich aplikacji multimedialnych przebiegających w czasie rzeczywistym (parametr QoS, triple play) - nie zawsze będą spełnione. Ocenia się, że dostęp z przepływnością 2 Mb/s dla klientów mobilnych lub uzyskanie kilkunastu Mb/s w rozwiązaniach stacjonarnych będzie oznaczać sukces w eksploatacji technologii WiMAX.