Dzisiaj WiMAX to stacjonarne szerokopasmowe systemy bezprzewodowe. Rozwój i kolejne wdrożenia systemów 802.16a/d to już codzienność. Tymczasem grupy robocze IEEE pracują nad propozycją mobilnego standardu. 802.16e (WiMAX) oraz 802.20 (MobileFi) będą definiować mobilny, szerokopasmowy i bezprzewodowy interfejs. Na pozór oba standardy są bardzo podobne, w rzeczywistości znacznie się różnią.

802.16e JEST UKIERUNKOWANE na mobilnego użytkownika przemieszczającego się z PDA lub komputerem przenośnym, podczas gdy 802.20 jest adresowane do użytkowników poruszających się z dużą prędkością. Standard 802.20 może okazać się bezpośrednim konkurentem technologii komórkowych. Czy jednak będzie możliwe przekonanie operatorów do inwestycji w sprzęt 802.20, gdy nie tak dawno zakupili i zaktualizowali sprzęt w technologii 3G?

802.16e - czy warto inwestować?

Podstawową funkcją standardu 802.16e - często nazywanym także bezprzewodową siecią miejską (MAN) - jest zapewnienie przez stację bazową obsługi zarówno stacjonarnych, jak i mobilnych stacji klienckich. Standard łączy właściwości bezprzewodowych sieci o dużej przepustowości z komórkowymi sieciami mobilnymi. Specyfikacja 802.16e znana jest także pod nazwą IEEE 802.16-2005, bo została zaaprobowana w 2005 r., co znacznie wyprzedza nadal rozwijany 802.20.

W przeciwieństwie do specyfikacji 802.16a/d, które definiują stacjonarny dostęp, 802.16e jest stworzony dla mobilnego środowiska. Mobilność jest obsługiwana do prędkości 60 km/h. Warstwa fizyczna standardu jest w dużej mierze oparta na implementacji warstwy fizycznej znanej z 802.16a/d. Obsługiwane są wszystkie metody transportu, modulacji i zaawansowanej transmisji, definiowane przez wcześniejsze systemy. Podobnie jak standard 802.16a/d, 802.16e działa w trybie braku linii widoczności (NLOS) w zakresie częstotliwości 2-6 GHz. Praca wyłącznie z licencjonowanymi częstotliwościami wpływa na wysoki koszt sprzętu. W zależności od używanego zakresu częstotliwości obsługiwana szerokość kanału zawiera się w przedziale od 1,5 do 20 MHz dla pracy w trybie TDD lub FDD.

Prędkość transmisji jest podobna do 802.16a/d i pozwala uzyskać maksymalną zagregowaną przepustowość 15 Mb/s przy użyciu kanału 5 MHz. Standard 802.16e używa modulacji OFDM-256 oraz 2048-OFDMA. Poza tymi mechanizmami wykorzystywany jest także nowy tryb Scalable OFDMA (S-OFDMA), który pozwala użyć 128, 512, 1024 lub 2048 podzakresów. Aby zapewnić różne metody modulacji we wdrożeniach w odmiennych środowiskach liczba używanych podzakresów może być dynamicznie określana przez stację bazową.

Obsługiwana jest także adaptacyjna modulacja i kodowanie. Aby dostarczyć większej elastyczności kodowania, wykorzystuje się zaawansowany mechanizm LDPC (Low Density Parity Check). Stworzono go w celu zwiększenia przepustowości w stosunku do standardowej wersji szybkiego kodowania. Z LDPC możliwe jest dostarczenie przepływności kodowej powyżej współczynnika 5/6 (5 bitów danych/6 bitów kodów). Aktualnie dostępna w stacjonarnej wersji przepływność kodowa to 3/4. Standard obsługuje także wszystkie zaawansowane mechanizmy anten, zdefiniowane w standardzie 802.16a/d, takie jak AAS czy STBC. Wykorzystywana jest także technologia MIMO.

Podobnie jak warstwa fizyczna (PHY), warstwa dostępu (MAC) standardu 802.16e opiera się na standardzie 802.16 a/d. Nowością jest możliwość wyboru stacji bazowej, skanowanie w poszukiwaniu stacji bazowej oraz mechanizm komunikatów przełączania.

Inną nowością jest wprowadzenie hybrydowego mechanizmu HARQ. ARQ umożliwia retransmisję pakietu, gdy dwa lub więcej bitów w pakiecie jest uszkodzonych. HARQ doskonali tę metodę poprzez dodanie do retransmitowanych pakietów większej liczby bitów parzystości. Hybrydowe ARQ (HARQ) jest wariacją metody kontroli błędów ARQ o większej wydajności. Najprostsza wersja HARQ to Typ I HARQ, który jest kombinacją FEC oraz ARQ. Powstaje poprzez zakodowanie bloku danych i dodanie informacji o detekcji błędów (CRC) z kodem korekcji błędów (przykładowo Reed-Solomon lub TurboCode) jeszcze przed transmisją. W celu zwiększenia wydajności stworzono Typ II i III HARQ.

Standard udoskonala także metody zarządzania jakością pakietów. Definicja rozszerzonego QoS daje w użyciu większą elastyczność. Standard 802.16a/d definiuje wyłącznie tryb UGS, który obsługuje aplikacje wymagające stałej przepływności bitowej, takie jak VoIP. Nowa specyfikacja rozszerza warstwę QoS przez:

• rtPS (Real-Time Polling Services) - obsługę dla aplikacji czasu rzeczywistego, np. strumieni wideo;
• nrtPS (Non-Real-Time Polling Services) - obsługę aplikacji niewymagających pracy w czasie rzeczywistym, przenoszących zmienny rozmiar pakietów danych;
• BE (Best Effort) - prostą usługę umożliwiającą przesłanie ruchu masowego.

Mechanizmy te pozwalają zapewnić rzeczywistą kompatybilność z modelem DiffServ (DS). W dziedzinie bezpieczeństwa 802.16e implementuje 128-bitowy klucz szyfrowania oparty na AES (Advanced Encryption Standard). Tryb AES jest obsługiwany w transmisji od stacji bazowej do użytkownika oraz w kierunku przeciwnym.

802.20 - czy warto czekać?

Interfejs 802.20 obsługuje transmisję danych w czasie rzeczywistym w bezprzewodowych sieciach miejskich. Osiągane prędkości transmisji stawiają tę technologię jako konkurencyjną z połączeniami DSL lub kablowymi. Standard przewiduje zasięg komórek do 15 km. Planuje się zapewnienie przepustowości ponad 1 Mb/s użytkownikowi podróżującemu z prędkością do 250 km/h. Umożliwia to wdrożenia m.in. w szybkich pociągach. Standard 802.20 jest pozycjonowany jako alternatywa dla sieci komórkowych 2,5 i 3G. IEEE 802.20 będzie stworzony w architekturze warstwowej, która jest zgodna z innymi specyfikacjami IEEE 802. Zakres prac grupy roboczej zawiera warstwę fizyczną (PHY), kontrolę dostępu do medium (MAC) oraz warstwę LLC (Logical Link Control).

Podstawowa propozycja specyfikacji zakłada:

• Roaming IP i przełączenie z prędkościami większymi niż 1 Mb/s;
• Nową warstwę MAC i PHY;
• Optymalizację dla prędkości przemieszczania się do 250 km/h;
• Pracę w licencjonowanych pasmach poniżej 3,5 GHz;
• Niskie opóźnienia;
• Pakietową architekturę.