Różne rozwiązania na różne potrzeby

Musimy odpowiedzieć na kluczowe pytanie, czy WiMAX na rynku szerokopasmowych systemów radiowych stanowi konkurencję dla dotychczasowych technologii czy ich uzupełnienie?

Musimy odpowiedzieć na kluczowe pytanie, czy WiMAX na rynku szerokopasmowych systemów radiowych stanowi konkurencję dla dotychczasowych technologii czy ich uzupełnienie?

W ostatnich latach obserwujemy dynamiczny rozwój usług szerokopasmowych. W Polsce mamy dzisiaj ok. 1,1 mln abonentów łączy szerokopasmowych, bazujących przede wszystkim na technikach przewodowych. Tymczasem wskaźnik upowszechnienia w Europie takich łączy przekracza 30%. Dostawcy usług świadczą coraz to nowe usługi multimedialne, ceny komputerów i terminali spadają, co w efekcie powoduje stały wzrost zainteresowania nowych użytkowników.

Jednak jednym z najważniejszych i aktualnych dzisiaj problemów jest to, że upowszechnienie usług szerokopasmowych w obszarach poza aglomeracjami pozostaje w tyle za obszarami miejskimi i podmiejskimi. W niektórych regionach niska jakość infrastruktury pętli abonenckich stanowi poważną przeszkodę w masowym wdrażaniu przewodowych technologii dostępowych.

W powietrzu

Zastosowania systemów szerokopasmowych

Zastosowania systemów szerokopasmowych

Jedną z propozycji poprawy stanu upowszechnienia łączy szerokopasmowych na terenach poza aglomeracjami stanowią więc systemy radiowe. Nowe zalecenia, opracowane wspólnie przez IEEE i WiMAX Forum, najprawdopodobniej przyspieszą proces wdrażania tego typu dostępu na skalę masową. W zależności od wymagań abonentów operatorzy będą wdrażać systemy w standardzie 802.16d, definiującym dostęp w tzw. trybie stacjonarnym - tzn. bez możliwości poruszania się, albo w 802.16e - tzw. trybie mobilnym, zapewniającym przemieszczanie się użytkownika. W tym ostatnim przypadku kwestia standardu jest jeszcze otwarta, zaś jego końcowa akceptacja przewidywana na drugą połowę 2006 r.

Oczekuje się, że przyjęcie standardu WiMAX doprowadzi w dłuższym okresie do konsolidacji rozdrobnionego dziś rynku dostępu szerokopasmowego, a to dzięki standaryzacji i możliwości wzajemnej współpracy urządzeń różnych producentów, wysokiej wydajności uzyskiwanej z kanału radiowego, możliwości pracy bez bezpośredniej widoczności terminali oraz silnemu wsparciu ze strony producentów urządzeń radiowych i komponentów.

Typowe zasięgi systemów szerokopasmowych

Typowe zasięgi systemów szerokopasmowych

WiMAX, definiujący sieć dostępową ogólnego użytku opartą w całości na protokole IP z jednoczesnym naciskiem na zaawansowane funkcjonalności transmisji radiowej, może znaleźć zastosowanie w sieciach dostępu stacjonarnego oraz mobilnego, stanowiąc dopełnienie innych bezprzewodowych technologii szerokopasmowych (rys. 1). Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu nowego fragmentu widma radiowego oraz funkcjonalności zwiększania dostępnego pasma na żądanie.

Wielu operatorów zastanawia się nad tym, jakie technologie wykorzystać do efektywnego wprowadzania nowych usług dla abonentów: UMTS/HSDPA, WiMAX albo Wi-Fi, czy może jednak CDMA2000? Pytanie jest coraz bardziej na czasie, ponieważ ze strony abonentów wciąż rosną wymagania dotyczące szybkości transmisji i jakości usług (QoS).

Zwiększają się wymagania użytkowe abonentów - usługa szerokopasmowa musi być dostępna w każdym miejscu i sytuacji - w domu, w pracy, na zewnątrz, w podróży, zaś dostęp do usług powinien być prosty, niezależnie czy świadczony przez sieć stacjonarną, nomadyczną czy komórkową.

Można wskazać na następujące kluczowe kryteria przy wyborze optymalnej technologii:

A. optymalizacja zasięgu, szybkości transmisji do abonenta, pojemności stacji bazowej i komórki, warunków mobilności;

B. elastyczność w zarządzaniu interfejsem radiowym w celu zwiększenia szybkości transmisji;

C. niezawodność w przełączaniu terminala między komórkami, roaming, bezpieczeństwo.

Wiadomo również, że sieć dostępowa musi być efektywna kosztowo oraz maksymalizować "aktywa" operatora: bazę klientów, istniejące lokalizacje stacji radiowych oraz posiadane pasma częstotliwości.

Systemowe przepustowości

Typowe przepustowości systemów szerokopasmowych (na użytkownika)

Typowe przepustowości systemów szerokopasmowych (na użytkownika)

Dokonajmy porównania dostępnych technik radiowych przy założeniu, iż wszystkie zasoby sieci radiowej są wykorzystane oraz nie ma różnic w wymaganiach radiowych (np. te same warunki propagacji).

Przepustowości mogą kształtować się w następujący sposób :

  • 300 kb/s - GSM/EDGE zapewnia ok. 320 kb/s na nośną

  • 700 kb/s - 2 Mb/s - UMTS/HSDPA lub CDMA2000 EV-DO. W tym przypadku system HSDPA zapewni średnio przepustowość rzędu 2 Mb/s, natomiast CDMA2000 ok. 1 Mb/s;

  • ponad 10 Mb/s: WiMAX zapewnia przeciętnie szybkość transmisji rzędu 15 Mb/s, maksymalnie do 22 Mb/s.

Biorąc pod uwagę szybkości transmisji do abonenta, systemy bezprzewodowe zapewniają więc łącza o szybkościach zbliżonych do łączy asymetrycznych ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) realizowanych w sieciach stacjonarnych:

  • ok. 128 kb/s dla GSM/EDGE (przy pełnej mobilności);

  • ok. 512 kb/s dla technologii 3G (przy pełnej mobilności);

  • kilka Mb/s dla WiMAX (przy braku mobilności dla standardu 802.11d oraz mobilności w standardzie 802.16e).

Zasięg systemu radiowego jest główną determinantą jego kosztu, ponieważ od wymagań pokrycia terenu zależy liczba stacji systemu. Na załączonej ilustracji widać zasięg komórek dla obszarów miejskich i wiejskich przy założeniach, że sygnał dostępny jest w pomieszczeniach (niezbędny czynnik w systemach dostępu radiowego) oraz iż minimalna szybkość transferu na krawędzi komórki systemu jest na poziomie 64 kb/s.

Pozycjonowanie radiowych systemów szerokopasmowych dla obszarów wiejskich

Pozycjonowanie radiowych systemów szerokopasmowych dla obszarów wiejskich

W analizie dla systemu WiMAX założono dwa scenariusze. Pierwszy (RG) zgodny z zaleceniem 802.16d - polegający na instalacji u abonenta dedykowanego terminala z wbudowaną anteną - oraz drugi zgodny z zaleceniem 802.16e, zapewniający pełną mobilność użytkownikowi (możliwość przemieszczania się) - terminal jest wykonany jako karta PCMCIA do laptopa lub PDA. Wynik analizy przedstawia, że im wyższa częstotliwość, tym mniejszy zasięg systemu.

System 900 MHz GSM/EDGE zapewnia najlepsze pokrycie sygnałem - zasięg EDGE jest taki sam jak GSM. Dla częstotliwości powyżej 2 GHz zasięg jest co najmniej dwukrotnie mniejszy w porównaniu do systemów w pasmie 900 MHz. Odległości te należy uznać za maksymalne, jednakże w praktyce zasięgi GSM/EDGE są ograniczane przez pojemności stacji bazowych (typowo 400 m na obszarach miejskich, 7 km na obszarach wiejskich). Dodajmy, iż istniejące lokalizacje stacji bazowych 2G operatorów komórkowych mogą służyć innym systemom dostępu radiowego, np. WiMAX, znacznie zmniejszając koszty wdrożenia.

Analiza porównawcza wydajności systemów WiMAX, GSM/EDGE, UMTS/HSDPA oraz CDMA 2000, pozwala na wyciągnięcie następujących wniosków:

  • GSM/EDGE umożliwia wdrożenie usług transmisji danych po niskich kosztach: nie są wymagane dodatkowe lokalizacje stacji bazowych, EDGE może być wprowadzony tylko przez wprowadzenie nowego oprogramowania stacji bazowej GSM. Abonent może korzystać z transferu danych na poziomie min. 128 kb/s (przy

    pełnej mobilności);

  • UMTS/HSDPA jest technologią dedykowaną dla większej liczby abonentów obszarów miejskich, przy większych możliwościach w zakresie szybkości transmisji danych - ok.

    512 kb/s;

  • WiMAX w odróżnieniu od pozostałych technologii zapewnia transmisję danych o największej szybkości przekraczającą 1 Mb/s do abonenta. Alternatywnie może on być stosowany jako system o dużej pojemności dla dużej grupy abonentów wąskopasmowej transmisji danych (tereny wiejskie).