Konkurencja czy współistnienie

Standard WiMAX, stanowiący radiową alternatywę przewodowych instalacji DSL, zapewnia dostęp szerokopasmowy na obszarach wyspowych (zasięg 15-50 km), głównie w metropoliach, także na rozległych terenach wiejskich oraz w mało dostępnych rejonach, gdzie brak jakiejkolwiek infrastruktury kablowej. Budowa lokalnych sieci WLAN w tym standardzie przez operatorów stanie się bardziej uzasadniona dopiero wtedy, gdy będzie możliwe szybkie i automatyczne przełączanie z sieci lokalnej do metropolitalnej, bez wprowadzania zakłóceń transmisji lub zrywania połączenia. Na razie nic nie wskazuje, aby sieci te miały w najbliższym czasie zapewnić spójne pokrycie wielkoobszarowe - zbliżone do tego, jakie już dają rozwiązania komórkowe, a więc by miały stać się faktycznie ich konkurentem.

Mimo iż transmisje w standardzie WiMAX przebiegają z kilkakrotnie większą szybkością niż w HSDPA, istnieją co najmniej dwa powody sugerujące, że sieci WiMAX nigdy nie zastąpią rozwiązań komórkowych. Jednym z nich jest zorientowanie sieci komórkowych przede wszystkim na wąskopasmową transmisję głosu z ich rozszerzaniem o kolejne wersje do transmisji danych (HSCSD, GPRS, EDGE, HSDPA). Sieci komórkowe nadal są tworzone głównie do komunikacji głosowej, a transmisja danych jest w nich traktowana jako niezbędny dodatek. Drugą nie mniej ważną cechą odróżniającą rozwiązania komórkowe (GSM i UMTS) od innych rozwiązań radiowych jest możliwość korzystania z różnych sieci na całym świecie w ramach umów roamingowych między operatorami, do czego sieci WiMAX do tej pory nie są przygotowane.

Naturalnym zastosowaniem systemu WiMAX jest pokrycie sygnałem radiowym dużych obszarów z klientami stacjonarnymi jako alternatywa przewodowych rozwiązań klasy DSL. Stałe połączenia sieci WiMAX opisuje opublikowany dwa lata temu standard IEEE 802.16-2004 (teraz jako 802.16d), który w przyszłości ma zapewnić większe przepływności niż uzyskiwane obecnie w sieciach przewodowych DSL. Podstawowym zastosowaniem będzie tu dostawa szybkiego Internetu na dużych odległościach klientom stacjonarnym, dysponującym dużymi antenami kierunkowymi i czułymi urządzeniami końcowymi, zgodnymi ze specyfikacją 802.16a/d. Konkurencyjne sieci 3G z technologią HSDPA zupełnie nie są przystosowane do oferty takich stacjonarnych usług.

Rozszerzenie do mobilnego systemu szerokopasmowego, który daje swobodę przemieszczania się terminali ruchomych w zasięgu różnych stacji bazowych WiMAX, ma zapewnić dopiero standard IEEE 802.16e, który będzie ratyfikowany w połowie roku. Zmiany upodabniające sieć WiMAX do komórkowej infrastruktury HSDPA, obejmują sposób przekazywania połączeń między stacjami bazowymi, zagadnienia związane z bezpieczeństwem połączeń (identyfikacja i uwierzytelnianie użytkownika podczas poruszania się między stacjami bazowymi), szyfrowanie danych oraz wdrożenie hybrydowej retransmisji HARQ (Hybrid ARQ) wraz z zastosowaniem zaawansowanych anten kierunkowych AAS (Adaptive Antenna System) i technologii MIMO (Multiple Input Multiple Output) dla terminali stacjonarnych. Jak dotąd brak na rynku urządzeń, stacji bazowych i terminali dla całkowicie mobilnych rozwiązań (802.16e) i przewaga telefonii komórkowej 3G/HSDPA może być widoczna przez pewien okres, chociaż obydwa systemy będą w przyszłości konkurować w tych usługach.

Mimo funkcjonowania systemów WiMAX w pasmach wyższych częstotliwości (2,5 GHz, 3,5 GHz lub 5,8 GHz) niż UMTS, ich zasięg i przepływność są zdecydowanie większe niż udostępniane w sieciach 3G/HSDPA. Dzieje się tak w wyniku jednoczesnego wdrożenia wielu zaawansowanych rozwiązań technicznych: mniejszej podatności systemu WiMAX na tłumienie związane ze zjawiskiem wielodrogowości (wiele nośnych OFDM w obydwu kierunkach przenoszenia), symetrycznej przepływności kanałów, braku uzależnienia zasięgu sieci od liczby aktywnych użytkowników, trzykrotnie większej wydajności widmowej oraz stosowania zyskownych technik antenowych, takich jak MIMO czy anten inteligentnych.

Zagrożenie dla telefonii 3G

Dla operatorów komórkowych może jednak wcześniej pojawić się zagrożenie z zupełnie innej strony, gdyż stacjonarne rozwiązania WiMAX są z założenia przystosowane do taniej lub bezpłatnej pakietowej transmisji głosu przez sieci IP w aplikacjach VoWiMAX. Głosowe aplikacje typu VoIP, które przeżywają obecnie gwałtowny wzrost popularności (Skype, inne) w sieciach przewodowych, niewątpliwie przyczynią się do szybkiego rozwoju stacjonarnych rozwiązań głosowych WiMAX na dużych obszarach. Dla rozległych obszarów wiejskich bądź wydzielonych skupisk podmiejskich jest to nadzwyczaj interesujące rozwiązanie, zwłaszcza że zajętość pasma dla takich aplikacji nie jest duża, a więc użyteczny zasięg połączeń głosowych o obniżonej lub żadnej taryfikacji jest rzeczywiście interesujący (kilkadziesiąt km od bazy).

Realne zagrożenie telefonii 3G może nastąpić dopiero po zatwierdzeniu standardu 802.16e dla terminali ruchomych oraz po upowszechnieniu się produktów zgodnych z tą specyfikacją. Zapewnią one mobilność i roaming połączeń przy dużej pojemności sieci - chociaż większa mobilność terminali zawsze będzie poważnym atutem rozwiązań komórkowych UMTS/HDSPA. Aby jednak spopularyzować łączność wg tego standardu, konieczne będzie zbudowanie sieci dostępowej o gęstości porównywalnej z sieciami GSM czy UMTS - co zawsze będzie dodatkowym wysiłkiem inwestycyjnym dla alternatywnych operatorów. Czy więc system WiMAX w wersji 802.16e rzeczywiście zagrozi UMTS (lub podobnym technologiom komórkowym) przekonamy się nie wcześniej niż w 2008-2009 r.

Jednak współdziałanie

Współzawodnictwo między dwoma technikami bezprzewodowego dostępu WiMAX i HSDPA dopiero się rozkręca i dzisiaj nie sposób określić, która z nich zwycięży i czy w ogóle jakakolwiek uzyska znaczącą przewagę w przyszłości. Obie techniki są w stanie zapewnić transmisje multimedialne, na które od lat czekają klienci nieposiadający przewodowej infrastruktury szerokopasmowej. Można przypuszczać, że rozwiązania z HSDPA będą silnie promowane przez dużych operatorów telekomunikacyjnych, natomiast technologią WiMAX będą zainteresowani głównie operatorzy alternatywni, niemający tak dużego wsparcia finansowego. A wiadomo, że tworzenie infrastruktury bazującej na WiMAX jest tańsze od jakiejkolwiek innej sieci.

Z racji odmiennych technologii oba rozwiązania są przydatne dla odbiorców o różnych potrzebach. WiMAX, określany również jako następca lokalnych sieci Wi-Fi (Wireless Fidelity), będzie alternatywnie stosowany w przedsiębiorstwach do tworzenia zakładowych WLAN o większej przepustowości i zasięgu niż uzyskiwanych za pomocą Wi-Fi. Podobna zmiana nastąpi w publicznych punktach dostępowych do Internetu, które z węzłów hot spot (Wi-Fi) zamienią się na hot zone (WiMAX) - o większym zasięgu i dostępności.

Prawdziwe współdziałanie rozwiązań WiMAX i HSDPA zacznie się dopiero po opracowaniu i uruchomieniu produkcji dwusystemowych terminali mobilnych, pozwalających na korzystanie z usług w obydwu technologiach. Docelowym rozwiązaniem jest bowiem realizacja koncepcji mobilnego Internetu, poprzez rozszerzenie zasięgu publicznych hot zones z dostępem do usług WLAN, aż do pokrycia większości terenów miejskich, gdzie mogą być świadczone usługi mobilne zorientowane na transmisję danych. W budynkach oraz na terenach rozległych poprzez WiMAX (802.16e), a w centrach aglomeracji o dużym trafiku również za pośrednictwem HSDPA.

Do tego celu są potrzebne dwusystemowe terminale komórkowe z miniaturowymi zespołami anten inteligentnych o dookólnej charakterystyce, wyposażone w procesory sygnałowe DSP (Digital Signal Processor) do efektywnej obsługi obydwu technologii. Opracowaniem takich anten od marca tego roku zajmuje się Texas Instruments Incorporated (chipy sygnałowe 1 GHz TCI6482 DSP) razem z ArrayComm, która dostarczy odpowiednie dla nich oprogramowanie WiMAX/HSDPA.

Jednym z rozważanych sposobów współdziałania systemów radiowych jest platforma komunikacyjna IMS (IP Multimedia Subsystem), za którą przemawia zdecydowane obniżenie docelowych kosztów operacyjnych w telekomunikacji oraz rozszerzona oferta atrakcyjnych usług. We wrześniu ub.r. Alcatel zorganizował pierwszy pokaz usług wykorzystujących architekturę podsystemu IMS za pośrednictwem sieci bezprzewodowej WiMAX, który potwierdził, że użytkownicy wschodzących technologii będą wkrótce mogli się komunikować z abonentami sieci DSL lub 3G/UMTS. W pokazie można było uzyskać dostęp do listy adresowej wraz z informacją o obecności abonentów w sieci i komunikować się z nimi w trybach tekstowym, głosowym bądź wideo.

Z przeprowadzonych badań środowiskowych wynika, że 22% respondentów już wdrożyło system WiMAX (IEEE 802.16d), a za rok odsetek ten wyniesie 50%. Będzie on stopniowo wypierać aplikacje głosowe VoWi-Fi (Voice over Wi-Fi), które w swojej ofercie ma 6% ankietowanych operatorów telekomunikacyjnych, a do 2007 r. ma ich być prawie połowa (44%). Równie szybko rośnie liczba instalowanych stacji bazowych 3G, co daje podstawy sądzić, że ich liczba potroi się w ciągu tego roku - głównie za sprawą rosnącej popularności usług wideo i telewizji interaktywnej IP TV.

Kluczowe parametry

Od początku przepustowość i zasięg rozwiązań WiMAX budziły najwięcej kontrowersji, gdyż na parametry te wpływa tak wiele czynników, że można mówić jedynie o wielkościach przybliżonych. Oprócz instalacji sprzętu komunikacyjnego o odmiennych charakterystykach, a także rozmaitych uwarunkowaniach propagacji sygnału radiowego w konkretnym środowisku, do istotnych czynników wpływających na wielkość tych parametrów należą: dostęp do odpowiedniej szerokości kanału radiowego (3,5 MHz lub 7 MHz), rodzaj stosowanej modulacji (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), wielkość mocy nadawania i czułość odbiornika oraz kierunkowość i sektorowanie współpracujących anten.

Dla tak wielozmiennych czynników, zasięg i przepływność mają równie szeroki zakres zmienności. Przykładowo dla popularnego pasma o szerokości 7 MHz użyteczna przepływność może zmieniać się w zakresie 3-18 Mb/s, a maksymalny zasięg w granicach 5-30 km. Należy jednak przypomnieć, że efektywny zasięg sieci WiMAX nie określa dystansu, na którym łącze przestaje działać, lecz odległość, przy której statystyczna dostępność do sieci jest powyżej określonego poziomu (np. 99,95% czasu w skali roku). Praktycznie oznacza to, że okresowo i w szczególnych warunkach środowiskowych parametry te mogą się istotnie różnić.

Wyższe przepływności osiąga się jedynie w szerszych kanałach radiowych: w pasmie 7 MHz do 36 Mb/s (sumaryczna przepływność dupleksowa), a w pasmie 14 MHz do 72 Mb/s. W Polsce do oceny przepływności w regionalnych instalacjach WiMAX należy brać pod uwagę wyłącznie kanały radiowe o szerokości 3,5 MHz (poza ogólnopolskimi), ale przy braku radiowej widoczności anten zasięgi systemu są istotnie krótsze i w zasadzie nie można ich podawać wiarygodnie.

Do porównań przyjmuje się przybliżone wielkości w warunkach miejskich (brak widoczności) w granicach od 1,5 do 5 km - w zależności od rodzaju modulacji i przeszkód (najlepiej o powierzchniach płaskich, od których sygnał radiowy może się odbijać). W terenach zalesionych działanie systemu WiMAX jest praktycznie niemożliwe ze względu na zbyt duże tłumienie i rozproszenie sygnału radiowego.

WiMAX mobilny i tani

Standard opisujący wymagania dotyczące mobilnych rozwiązań WiMAX (802.16e) został zaakceptowany dopiero pod koniec 2005 r. i ma być ostatecznie zatwierdzony w bieżącym roku. Chociaż to właśnie z tą wersją operatorzy alternatywni oraz dostawcy urządzeń abonenckich wiążą największe nadzieje, pierwsze urządzenia zgodne ze standardem pojawią się nie wcześniej niż w 2007 r., zaś procedura wydawania certyfikatów zgodności ze standardem ruszy prawdopodobnie dopiero pod koniec 2007 r.

Tworzenie rynku tanich terminali komórkowych jest jedną z prerogatyw wdrażania standardu WiMAX, przy czym ważną rolę w tym procesie odgrywa obniżenie kosztów produkcji samych urządzeń przenośnych poprzez ich masową produkcję. Dlatego istotne jest, aby urządzenia różnych producentów były w pełni ze sobą zgodne, nad czym czuwa organizacja WiMAX Forum. Organizacja ta wzięła na siebie rolę jednostki certyfikującej zgodność między wszelkimi produktami WiMAX pochodzącymi od wielu dostawców.

Pierwsze certyfikacje urządzeń stacjonarnego systemu WiMAX (802.16d) firmy uzyskały w styczniu 2006 r. dla najczęściej spotykanego w Europie zakresu częstotliwości 3,5 GHz (Polska korzysta z częstotliwości 3,6-3,8 GHz). Pełnej certyfikacji urządzeń działających w tym pasmie radiowym, jak i urządzeń operujących w europejskim zakresie częstotliwości 5,7 GHz należy spodziewać się w latach następnych.

Nie czekając na ostateczne specyfikacje, japoński operator NTT DoCoMo rozpoczął w tym roku testowanie mobilnego dostępu do Internetu w technologii WiMAX (802.16e) w celu sprawdzenia wpływu na wydajność połączeń takich czynników, jak: usytuowanie stacji bazowej czy rozlokowanie budynków w terenie. Testy mają potwierdzić podatność połączeń WiMAX na różnego rodzaju zakłócenia zewnętrzne, także generowane przez instalacje komunikacji satelitarnej oraz przebadać współpracę urządzeń WiMAX z systemem HSDPA (3,6 Mb/s), który NTT DoCoMo zamierza udostępnić w połowie 2006 r.