Ewolucja standardu

Pierwsza opublikowana specyfikacja standardu 802.16 (kwiecień 2002) dotyczyła komunikacji w zakresie 10-66 GHz, jednak już na początku 2003 r. została zatwierdzona zasadnicza część standardu 802.16a, zapewniającego szerokopasmowy dostęp radiowy na odcinku ostatniej mili w zakresie częstotliwości 2-11 GHz. W zasadzie jedynie ta wersja jest przedmiotem dalszej ewolucji szerokopasmowego standardu WiMAX. Według tej technologii jest możliwe świadczenie usług setkom użytkowników jednocześnie, transmitując dane z maksymalną (teoretycznie) szybkością do 74,8 Mb/s określoną w standardzie. Taką przepustowość można osiągać jedynie z zastosowaniem wielowartościowej modulacji 64QAM o skuteczności kodowania 3/4 (efektywność widmowa do 3,75 b/s/Hz) w poszczególnych podnośnych transmitowanego sygnału.

Standard IEEE 802.16 już daje pewność tańszej oferty szerokopasmowego dostępu do sieci zarówno dla klientów biznesowych, jak i indywidualnych. Jego rozszerzenie 802.16e opisuje wykorzystanie nowych technologii nie tylko w aplikacjach bezprzewodowych, ale i w sieciach stałych oraz komórkowych. Specyfikacja ta sankcjonuje nowe możliwości sieci związane z wielowartościową modulacją sygnału radiowego. Oprócz tworzenia połączeń roamingowych poza macierzystym obszarem usług, najbardziej oczekiwaną cechą docelowego standardu WiMAX jest implementacja elastycznych w eksploatacji podnośnych (podkanałów radiowych) z multipleksowaniem OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Wedle założeń będzie ona związana z techniką skalowania w dostępie SOFDMA (Scalable OFDM Access), których łączne działanie ma zapewnić wysoką - dotąd niespotykaną w powszechnych aplikacjach - odporność rozwiązań WiMAX na zakłócenia i zaniki propagacyjne sygnału radiowego.

Nowa wersja standardu WiMAX pozwala na adaptowanie różnych modulacji (QPSK, 16QAM, 64QAM) w poszczególnych podnośnych, istotnie podnosi skuteczność spektralną (do 3,75 b/s/Hz) oraz zapewnia silne szyfrowanie algorytmem 3DES - w celu uzyskania bardziej bezpiecznych transakcji z uwierzytelnianiem. Według standardu WiMAX, można korzystać z różnych szerokości pasma kanałów radiowych, począwszy od 1,5 MHz (lub 1,75 MHz dla Europy) do 20 MHz, jednak najczęściej użytkowanym pozostanie prawdopodobnie pasmo 3,5 MHz. Ewolucja standardu WiMAX na zapewnić zwiększenie odporności na środowiskowe zakłócenia interferencyjne (multipleksacja 256 OFDM) oraz zastosowanie inteligentnych anten kierunkowych wraz z możliwością modelowania poziomej charakterystyki promieniowania zintegrowanego zespołu antenowego.

Różnorodność oddziaływania i modyfikowania parametrów transmisyjnych kanałów radiowych powoduje, że system WiMAX może obsługiwać rozległe spektrum urządzeń nadawczych i terminali. Ich funkcjonalność można dynamicznie adaptować do bieżących potrzeb użytkowników, zarówno stacjonarnych jak i mobilnych. Praktycznie oznacza to, że system można bez kłopotów stosować w aglomeracjach miejskich (zasięg do 1 km), o dużym zagęszczeniu abonentów lub wysokim ruchu, jak też w dzielnicach podmiejskich oraz rozległych obszarach wiejskich (do 10 km) - gdzie mała liczba abonentów stacjonarnych lub użytkowników mobilnych generuje niewielki ruch transportowy.

Uzyskiwane praktycznie szybkości oraz zasięg operowania sieci zależą od typu środowiska oraz zastosowanej modulacji i mocno odbiegają jeszcze od początkowych założeń. Szybkość transmisji danych w sieciach WiMAX sięga obecnie najwyżej 50 Mb/s, a zasięg rzadko przekracza 15 km.

Instalacje szybsze i tańsze

Mimo tych wad standard WiMAX, z teoretyczną przepływnością sięgającą 70 Mb/s (dupleks), jest atrakcyjną alternatywą dla stałych łączy dostępowych w sektorze biznesowym. Brak wymogu widoczności anten (metropolia) i niemal natychmiastowa instalacja bezprzewodowego dostępu stanowią niezwykle silne atuty tej technologii. Instalacja szybkiego dostępu zestawianego za pośrednictwem punktów dostępowych daje przede wszystkim łączność "na żądanie" (np. na potrzeby imprez publicznych z tysiącami użytkowników). Jest także korzystnym rozwiązaniem dla przedsiębiorstw mających zmienne potrzeby komunikacyjne, takich jak firmy budowlane cechujące się silną ruchliwością pracowników. Te cechy powodują, że dostęp wg specyfikacji WiMAX zapewnia elastyczność trudną do uzyskania nawet w przypadku podobnej oferty usług serwowanych w sieciach przewodowych.

Zastosowane w systemie różne technologie modulacji i schematy kodowania umożliwiają dostosowanie parametrów systemu do prawie dowolnej szerokości kanału radiowego, który znajduje się w gestii operatora krajowego lub administratora sieci o lokalnym zasięgu. W zależności od posiadanych przez nich zasobów częstotliwości radiowych będą to więc rozwiązania odrębne, chociaż ogólnie zgodne z funkcjami standardu WiMAX. Producenci i dostawcy systemów, którzy już reklamują swoje urządzania jako spełniające te specyfikacje i pretendujące do miana standardu WiMAX (tzw. Pre-WiMAX), w wielu przypadkach będą musieli w przyszłości wprowadzać adaptacje (najczęściej programowe), dostosowujące produkty do zgodności z obowiązującym standardem.

Cechą charakterystyczną wszystkich rozwiązań standardu WiMAX jest zapewnienie wydajnej transmisji nawet przy braku bezpośredniej widoczności anten. Nawet gdy stacja bazowa nie znajduje się w polu widzenia anteny odbiorczej, sygnał radiowy może być odbierany po wielokrotnym odbiciu od budynków i innych przeszkód na jego trasie. Mimo zniekształceń interferencyjnych sygnału radiowego wprowadzanych przez kolejne odbicia, technologia 802.16a pozwala stacji bazowej właściwie interpretować przybywające dane. Jest więc ona odpowiednia, w sytuacjach gdy na kierunku przesyłania istnieją przeszkody środowiskowe, takie jak drzewa, budynki czy wzniesienia.

Dodatkową zaletą systemu, w porównaniu z innymi technologiami radiowego dostępu szerokopasmowego GSM (EDGE), UMTS (HSPDA) czy CDMA 2000 (EV-DO), jest uzyskiwanie poprawnej transmisji po instalacji stacji nadawczych WiMAX bezpośrednio na budynkach - a więc niekoniecznie na wysokich wieżach, tak jak czyni się to w innych technologiach, co istotnie pomniejsza koszt budowania sieci. Komunikację z dostawcą usług zwykle w takich przypadkach zapewnia antena kierunkowa, która łączy sieć firmy ze stacją bazową dostawcy, natomiast kontakt z Internetem mogą zapewniać łącza klasy punkt-punkt lub tradycyjny, pakietowy transport przewodowy (łącza DS3 lub OC-x).

Segment użytkowników i dostawców systemów podobnych do WiMAX gwałtownie rośnie. Pojawienie się wielu nowych operatorów, wdrażających szerokopasmowy dostęp radiowy do Internetu, może dodatkowo przyspieszyć ten rozwój. Równie ważny jest fakt, że produkty zgodne ze standardem są tańsze w produkcji, a ich wzajemne współdziałanie ułatwia operatorom zwiększanie zasięgu swych usług. I to jest oczywistą zachętą do wdrażania tej technologii, która według specjalistów będzie w ekspansji przez kilkanaście następnych lat.

Dostawcy bezprzewodowego dostępu do sieci i producenci sprzętu telekomunikacyjnego są zainteresowani technologią WiMAX ze względu na niskie koszty jej wdrażania. W ubiegłym roku zapowiadali oni, że rozpoczną implementowanie specyfikacji 802.16a w swych produktach pod koniec 2004 r. i w zasadzie dotrzymują słowa. Jedną z pierwszych firm dostarczających na rynek urządzenia oraz chipy obsługujące pierwsze wersje standardu WiMAX został Intel. Pierwsze rozwiązania powstają w wyniku kooperacji Intela z wieloma dostawcami sprzętu i oprogramowania.

Według przedstawicieli Intela, wdrażanie technologii WiMAX będzie przebiegać w 3 etapach, związanych z wytwarzaniem chipów. Najpierw są instalowane anteny zewnętrznych punktów dostępowych AP (Access Point), co umożliwia bezprzewodowy dostęp do sieci i usług wielu użytkownikom metropolii bez potrzeby prowadzenia zewnętrznego okablowania miejskiego. W drugiej kolejności będą montowane zespoły antenowe wewnątrz budynków przedsiębiorstw, ułatwiające instalację sieci bezprzewodowej po stronie klienta. Dopiero w ostatniej fazie wdrażania sprzęt z certyfikatem WiMAX będzie udostępniany rozwiązaniom przenośnym, umożliwiając korzystanie z sieci użytkownikom przemieszczającym się między różnymi obszarami emisji radiowej.