Как работи технологията WiMax. WiMAX е стандарт за безжична комуникация за широколентови комуникации на дълги разстояния

Оставете коментар 6,950

Стандартът IEEE 802.16-2004, разглеждан в статията, е разширение на основния стандарт IEEE 802.16, който описва работа в диапазона 10…66 GHz. Стандартът IEEE 802.16-2004 осигурява работа в диапазона 2 ... 11 GHz, както и по-широки възможности както на физическия слой, така и на ниво контрол на достъпа.

Въведение

WiMAX (Световна оперативна съвместимост за микровълнов достъп) се отнася до технология за превозвач, която се основава на семейството стандарти IEEE 802.16, разработено от Международния институт на електрическите и електронни инженери (IEEE). Стандартите IEEE 802.16 дефинират физическите слоеве и нивата за контрол на достъпа за столични фиксирани безжични широколентови системи за достъп.

Основните параметри на стандартите IEEE 802.16 и IEEE 802.16-2004 са представени в табл. 1 .

Таблица 1. Основни параметри на стандартите IEEE 802.16 и IEEE 802.16-2004

Описание на стандарта

На физическия слой стандартът IEEE 802.16-2004 дефинира три метода за предаване на данни: модулация с един носител (SC), мултиплексиране с ортогонално честотно разделение (OFDM) и OFDMA.

Спецификацията на физическия слой WirelessMAN-OFDM е най-интересната от гледна точка на практическото изпълнение. Той се основава на OFDM технология, която значително разширява възможностите на оборудването, по-специално ви позволява да работите на относително високи честоти при липса на видимост. В допълнение, той включва поддръжка за топология „едно към едно“ (мрежа), в която абонатните устройства могат едновременно да функционират като базови станции, което значително опростява разгръщането на мрежата и помага за преодоляване на проблемите с видимостта.

OFDM модулация

При генериране на OFDM сигнал цифровият поток от данни се разделя на няколко подпотока и всеки подносещ е свързан със собствен подпоток от данни. Амплитудата и фазата на подносещата се изчисляват въз основа на избраната модулационна схема. Съгласно стандарта, отделните подносещи могат да бъдат модулирани с помощта на двоична фазова манипулация (BPSK), квадратурна фазова манипулация (QPSK) или квадратурна амплитудна манипулация (QAM) от порядъка на 16 или 64. Опции за съпоставяне на бит към фазова равнина за всеки тип ключове са показани на фиг. 1. В предавателя амплитудата като функция на фазата се преобразува във функция на времето с помощта на обратно бързо преобразуване на Фурие (IFFT). Приемникът използва бързо преобразуване на Фурие (FFT), за да преобразува амплитудата на сигнала като функция на времето във функция на честотата.

Ориз. 1. Опции за показване на битове във фазовата равнина

Използването на преобразуване на Фурие ви позволява да разделите честотния диапазон на подносещи, чиито спектри се припокриват, но остават ортогонални. Ортогоналността на подносителите означава, че всяка от тях съдържа цял брой колебания за период на символ. Както се вижда от фиг. 2, спектралната следа на която и да е от подносещите има нулева стойност за "централната" честота на съседната следа. Именно тази характеристика на спектъра на подносителя гарантира липсата на смущения между тях.

Ориз. 2. Ортогонални подносещи

Едно от основните предимства на OFDM е неговата устойчивост към многопътни ефекти. Ефектът се дължи на факта, че излъчваният сигнал, отразен от препятствия, пристига по различни начини до приемната антена (фиг. 3), причинявайки междусимволно изкривяване. Този вид смущения са характерни за градовете с многоетажни сгради поради многократни отражения на радиосигнала от сгради и други конструкции. За да се избегне междусимволно изкривяване, предпазен интервал, наречен цикличен префикс, се вмъква пред всеки OFDM символ. Цикличният префикс е фрагмент от полезния сигнал, който гарантира запазването на ортогоналността на подносещите (но само ако отразеният сигнал се забави в многопътния режим с не повече от продължителността на цикличния префикс). В допълнение, цикличният префикс ви позволява да изберете прозореца за преобразуването на Фурие навсякъде във времевия интервал на символа (фиг. 4).

Ориз. 3. Илюстрация на ефекта от многопътното разпространение

Ориз. 4. Многопътна обработка на OFDM символи

Кодиране против смущения

Многопътното разпространение на радиосигнал може да доведе до затихване или дори пълно потискане на някои подносещи поради смущения на директните и забавените сигнали. За решаване на този проблем се използва кодиране за коригиране на грешки. В стандарта IEEE 802.16-2004 се предоставят както традиционни технологии за кодиране за коригиране на грешки, така и сравнително нови методи. Традиционните са конволюционно кодиране с декодиране на Витерби и кодове на Рийд-Соломон. Сравнително новите са блокови и конволюционни турбо кодове. Преплитането на данни се използва за повишаване на ефективността на кодиране, без да се намалява скоростта на кодиране. Преплитането подобрява ефективността на кодирането, тъй като пакетите с грешки са разбити на по-малки парчета, с които кодиращата система може да се справи.

Гъвкавост

Важна характеристика на физическия слой е възможността за избор на честотната лента за честотната лента на канала. Стандартът позволява избор на честотна лента на стъпки от 1,25 MHz до 20 MHz с много опции между тях за по-ефективно използване на RF спектъра. В допълнение, стандартът включва адаптивна сигнално-кодова структура, тоест системата се настройва към характеристиките на канала във всеки момент от време, "изпомпвайки" скоростта в устойчивост на шум и обратно. В съответствие със стандарта, в зависимост от съотношението сигнал/шум (S/N), системата избира метод на модулация, който може да осигури стабилна работа (фиг. 5).

Ориз. 5. Предпочитан метод на модулация в зависимост от съотношението сигнал/шум

Допълнителни инструменти на физическия слой за подобряване на ефективността на използването на радиочестотния спектър са измерване на качеството на канала и автоматичен контрол на мощността на сигнала.

Метод за достъп

Стандартът IEEE 802.16-2004 използва технология за множествен достъп с разделяне по време (TDMA), според която базовата станция разпределя времеви слотове на абонатните станции, така че те да могат да предават данни в определен ред, а не произволно.

Две технологии се използват за реализиране на пълна дуплексна комуникация: дуплекс с времево разделение надолу и нагоре по веригата (TDD) и дуплекс с честотно разделение (FDD).

Защита на информацията

В съответствие със стандарта целият трафик, предаван през мрежата, е криптиран, за да се предотврати неоторизиран достъп и да се защитят потребителските данни. Базовата станция (BS) WiMAX е модулна конструкция, в която, ако е необходимо, можете да инсталирате няколко модула със собствени типове интерфейси, но трябва да се поддържа административният софтуер за управление на мрежата. Този софтуер осигурява централизирано управление на цялата мрежа. Чрез тази административна функция се извършва и логичното добавяне на абонатни комплекти към съществуващата мрежа.

Абонатната станция (SS) е устройство, което има уникален сериен номер, MAC адрес и цифров подпис X.509, въз основа на който SS се удостоверява в BS. Освен това, според стандарта, срокът на валидност на цифровия подпис на АС е 10 години. След инсталиране на високоговорителя на клиента и включване на захранването, високоговорителят се оторизира в базовата станция, използвайки определена честота на радиосигнала, след което базовата станция, въз основа на горните идентификационни данни, предава конфигурационния файл на абоната използвайки TFTP протокола. Този конфигурационен файл съдържа информация за подлента на предаване (приемане), вида на трафика и наличната честотна лента, графика за разпределение на ключове за криптиране на трафика и друга информация, необходима за работата на AS. Необходимият файл с конфигурационни данни се създава автоматично след влизане на администратора на системата за променлив ток в абонатната база, като на последната се присвояват определени параметри за достъп.

След процедурата по конфигуриране, удостоверяването на AU в базовата станция е както следва:

Абонатната станция изпраща заявка за оторизация, която съдържа сертификата X.509, описание на поддържаните методи за криптиране и допълнителна информация.
Базовата станция, в отговор на заявка за оторизация (ако заявката е валидна), изпраща отговор, съдържащ ключ за удостоверяване, криптиран с публичния ключ на абоната, 4-битов ключ за определяне на последователността, необходима за определяне на следващия ключ за оторизация, и ключовият живот...
По време на работа на AS, след определен период от време, определен от системния администратор, се извършва повторно оторизиране и удостоверяване, като в случай на успешно преминаване на удостоверяване и оторизация, потокът от данни не се прекъсва.

Стандартът използва протокола PKM (Privacy Key Management), според който са дефинирани няколко типа ключове за криптиране на предаваната информация:

Ключ за авторизация (AK) - ключът, използван за оторизиране на AK в базовата станция;
Traffi c Encryption Key (TEK) – ключ, използван за криптиране на трафика;
Ключ за криптиране на ключ (KEK) е ключ, използван за криптиране на ключовете, предавани по въздуха.
Съгласно стандарта, два ключа се използват едновременно във всеки момент от време, с припокриване на живота. Тази мярка е необходима в среда със загуба на пакети (а във въздуха те са неизбежни) и осигурява непрекъснатост на мрежата. Има голям брой динамично променящи се ключове, които са доста дълги, а защитените връзки се установяват с помощта на цифров подпис. Според стандарта криптирането се извършва в съответствие с алгоритъма 3-DES и криптирането не може да бъде деактивирано. По избор се предоставя криптиране с помощта на по-надеждния алгоритъм AES.

Разработване на WiMAX оборудване на базата на "системи върху чип"

Съвременните тенденции в развитието на телекомуникационния пазар диктуват развитието на така наречените „системи на чип“. Устройствата система върху чип обикновено се разбират като устройства на един чип, от които един или повече процесори, определено количество памет, редица периферни устройства и интерфейси са интегрирани - тоест максимумът, който е необходим за решаване на задачите, поставени пред системата. Разработването на "системи върху чип" включва оптимизиране на разработената схема, което пряко влияе върху консумацията на енергия, площта на чипа и, като следствие, цената.

В момента водещите световни производители са се фокусирали върху разработването на "системи върху чип", които интегрират основните функции на физическия и MAC слоевете на стандарта WiMAX. Първите образци, разработени въз основа на спецификацията IEEE 802.16-2004, бяха представени от Fijitsu, Intel, Sequans Communications, Wavesat и PicoChip. Решенията, предложени от тези компании, използват OFDM модулация с 256 подносещи на физическия слой и основна кодираща схема, в която за вътрешния код се използват конволюционно кодиране и декодиране на Витерби, а за външния кодове на Рийд-Соломон.

Функционално оборудването WiMAX е разделено на основно и абонатно оборудване. Първото поколение чипове за базови станции има по-ниско ниво на интеграция, отколкото за абонатни станции. За внедряване на MAC протокола на базовата станция е необходимо повишаване на производителността на тези решения. За тази цел се използват външни процесори за изпълнение на горния слой на MAC протокола. По този начин чипсетите WiMAX реализират функциите на физическия слой и функциите на долния слой на MAC протокола.

Абонатно оборудване

За разработчиците на WiMAX абонатно оборудване най-обещаващи са „системи на чип“ от четири производителя: Fujitsu, Intel, Sequans и Wavesat.

Intel беше първият, който предложи на разработчиците PRO / Wireless 5116 „система върху чип“ за абонатни станции на WiMAX, в която бяха интегрирани функциите както на физическия, така и на MAC слоевете. Чипът MB87M3400 от Fujitsu е проектиран за по-широк спектър от приложения и ви позволява да разработвате както основно, така и потребителско оборудване. Sequans разработи отделни чипове SQN1010 и SQN2010 съответно за базово и абонатно оборудване.

Системите на чип от Fujitsu, Intel и Sequans напълно реализират MAC функционалност за WiMAX абонатни станции. Друг подход към разработката беше предложен от Wavesat, пускайки две микросхеми: DM256 OFDM модем (който изпълнява функциите на физическия слой) и MC336 (който е изчислително ядро, което реализира долния слой на протокола MAC). Fujitsu, Intel и Sequans не се нуждаят от допълнителен външен процесор, за да разработят абонатен модем система-на-чип от Fujitsu, Intel и Sequans.

Характеристиките на разглежданите чипове, определени от вида на дуплекса, ширината на канала и други параметри, са много различни. Решението Fujitsu MB87M3400 изисква два чипа за пълна дуплексна работа. Sequans SQN1010 е първата система на чип, която поддържа пълна дуплексна работа. Решението на Wavesat DM256 / MC336 също така позволява работа в пълен дуплекс, базирана на един чип DM256 OFDM модем.

Микросхемите от Fujitsu и Sequans позволяват организиране на канали с ширина съответно до 20 и 28 MHz, докато максималната ширина на канала за чиповете Intel и Wavesat е 10 MHz с междинни стойности от 3,5 и 7 MHz.

Радиоинтерфейсът на разглежданите "системи на чип" съдържа ADC / DAC модули за директна аналогова връзка с външен приемо-предавател. Таблица 2 са представени основните параметри на решенията за разработване на WiMAX абонатно оборудване.

Таблица 2. Основни параметри на решенията за разработване на WiMAX абонатно оборудване

Базови станции

Нека разгледаме вариантите за разработване на WiMAX базови станции, базирани на добре познати чипове. Fujitsu разработи чипа MB87M3400 както за базови, така и за абонатни станции. Въпреки това, за разлика от решението на Intel, чипът Fujitsu има интерфейс за външен процесор. За реализиране на пълен дуплекс режим са необходими два чипа, единият от които изпълнява функциите на физическия слой и долния слой на MAC протокола, а вторият е външен процесор (трета страна) за изпълнение на горния слой на MAC протокола . За разработване на базова станция Fujitsu предоставя пълен дуплексен комплект за разработка с процесора Freescale MPC8560, но не предоставя софтуер за горния слой на MAC протокола.

PicoChip предлага решение PC102 / PC8520, изградено върху неговите два паралелни процесора PC102. Компанията предоставя софтуер, който реализира физическия слой и функциите на долния слой на MAC протокола на чипове PC102. Подобно на Fujitsu, PicoChip използва процесор Freescale MPC8565 за внедряване на MAC протокола на горния слой в своя комплект за разработка. Въпреки това, за разлика от Fujitsu, PicoChip лицензира своя софтуер за MAC протокола на горния слой. Тъй като решението PC102 / PC8520 не включва функции за криптиране-декриптиране, трябва да се използва външен процесор за тяхното изпълнение.

Чипът за разработка на базова станция SQN2010 от Sequans е първата система върху чип, която включва пълен дуплекс. SQN2010 изпълнява всички функции на физическия и MAC слой, необходими за работа на пълна дуплексна базова станция. Чипът SQN2010 се различава от SQN1010 по наличието на втори централен процесор, който реализира горния слой на MAC протокола. Чипът SQN1010 има PCI интерфейс за свързване на външен процесор.

Решението на Wavesat DM256 / MC336 може да се използва и за разработване на базови станции. Това решение поддържа работа в пълен дуплекс, но трябва да се отбележи, че изисква външен процесор за изпълнение на функции за криптиране-декриптиране. Подобно на Fujitsu, Wavesat не предоставя MAC софтуера на горния слой, необходим за проектиране на базови станции.

От четирите описани решения, само чиповете PicoChip PC102 не интегрират ADC / DAC функции. Следователно, проекти, които използват аналогов радио интерфейс, допълнително ще изискват ADC / DAC устройства. Основните параметри на разглежданите решения за развитие на базови станции са представени в табл. 3.

Таблица 3. Основните параметри на разглежданите решения за разработване на базови станции WiMAX

Изборът на производител на чипове за разработване на WiMAX системи е важно стратегическо решение. Бързото и ефективно развитие на системата изисква най-пълната софтуерна и хардуерна поддръжка и инструменти за разработка и отстраняване на грешки. Наличието на комплекти за отстраняване на грешки ви позволява значително да увеличите скоростта и да намалите разходите за разработване на WiMAX оборудване, което е един от основните критерии при избора на конкретен продукт.

Внедряване на WiMAX системи

Изграждането на фиксирана безжична мрежа за достъп включва използването на три вида оборудване - базови станции, абонатни станции и оборудване за организиране на комуникация между базовите станции. Както тесни насочени антени, така и антени с по-широк сектор на покритие, до всепосочени, ще намерят приложение в WiMAX-базирани мрежи за достъп.

Мрежова топология

За връзка от точка до точка (фиг. 6а) се използват две антени, насочени една към друга; така се изграждат например радиорелейни предавателни линии, в които разстоянието между съседни релейни кули може да бъде десетки километри. При топология от точка до много точки (фиг. 6b) базова станция с всепосочна или секторна антена е поставена в центъра на клетката и всички абонати, обслужвани от нея, са оборудвани с насочени антени, фокусирани върху нея.

Ориз. 6. Възможни мрежови топологии на WiMAX

Друг вид комуникация ще се получи само с помощта на всепосочни антени. В този случай ще бъде възможно да се свърже „всеки към всеки“ или „многоточково-многоточково“ (мрежа) (фиг. 6в).

Базовата станция WiMAX е модулно решение, което може да бъде допълнено според нуждите с различни блокове, например модули за комуникация с опорната мрежа на доставчика. В минималната конфигурация са инсталирани радиоинтерфейс модул и модул за кабелна мрежова връзка.

Честотен диапазон

При избора на WiMAX оборудване, в допълнение към неговите технически характеристики и цена, важен и често решаващ фактор е такъв фактор като специфичните за Русия трудности при получаване на разрешения за честота. Факт е, че в Русия практически няма „безлицензионни“ групи. За различните видове оборудване има различна процедура за получаване на разрешения за честота. За да работят във всякакви ленти, телекомуникационните оператори трябва да получат достатъчно сложни и многостепенни разрешения както за честотните услуги, така и за услугите за надзор на комуникациите.

Очевидно в нашата страна основният фактор, влияещ върху скоростта на внедряване на WiMAX системите, е регулирането на спектъра, тъй като развитието на пазара на WiMAX услуги пряко зависи от разпределянето на необходимия честотен ресурс на операторите. Днес най-обещаващи от гледна точка на бъдещото развитие на WiMAX технологията са диапазоните в 2.4, 3.5 и 5.6 GHz регион.

Трябва да се има предвид, че разпространението на радиовълни в различни части на спектъра има свои собствени характеристики, които до голяма степен определят обхвата на оборудването, както и устойчивостта на многопътност.

Общи подходи при избора на WiMAX система

Преди да разгледате наличните WiMAX системи, трябва да се решат следните системни проблеми:

Избор на честотен диапазон.
Определяне на необходимия честотен ресурс.
Разработване на процедури за разпределяне и присвояване на радиочестоти.
Разработване на законодателни въпроси.
Преди да пристъпите към разглеждането на конкретни системи, препоръчително е да разгледате общите въпроси за избора на системи, което ще помогне да се отхвърлят явно неприемливи опции на предварителния етап на анализа. Нека формулираме критериите, които трябва да се следват при избора на оборудване за фиксиран WiMAX безжичен достъп:
Оборудването трябва да бъде произведено от специализирана фирма с опит в проектирането и производството на безжично оборудване, което е известна гаранция за качество.
Техническите спецификации на оборудването, предоставено от производителя, трябва да бъдат достатъчно пълни, за да могат да се направят заключения за неговите възможности. Представянето на такива характеристики говори за професионализма на служителите и до известна степен гарантира, че говорим за оригиналния продукт, а не за препродажба на малко позната марка под марката на продавача.
Желателно е базовата станция да има възможност за секторизиране и постепенно увеличаване на производителността, за което трябва да може да свърже външна антена. След това на първия етап е достатъчна една базова станция с всепосочна антена, на следващия - две, с антени с ширина на шаблона 180 ° и т.н.
Оборудването трябва да бъде сертифицирано.
Трябва да е възможно да се получи разрешение за използване на честоти в диапазоните, използвани от оборудването.
Системата трябва да има приемлива цена, а най-важна е минималната цена на абонатното оборудване.

Заключение

Очевидно е, че днес WiMAX е една от най-модерните и обещаващи технологии за безжично предаване на данни. Обединявайки усилията на производители на оборудване и телекомуникационни оператори, WiMAX може да се превърне в истински заместител на DSL и кабелните връзки, предоставяйки на абонатите необходимата услуга в големите градове и в периферията.

литература

www.wimaxforum.org
Широколентов мултиплексиране с ортогонално честотно разделяне (W-OFDM), www.wi-lan.com
Марченко С. Източници на уязвимости в безжичните мрежи // ADE. 2004. бр.13.
IEEE Std 802.16™ -2004 IEEE Стандарт за локални и градски мрежи. Част 16: Въздушен интерфейс за фиксирани широколентови безжични системи за достъп, www. иееее. орг.
Власов В. А. Регулиране на честотата и информационна сигурност за Wi-Fi и WiMAX оборудване, // "Бюлетин на комуникациите". 2005. бр.9.
Боб Уилър. Как да изберем най-добрия SoC за вашия WiMAX дизайн // Wireless Net DesignLine. 17 октомври 2005 г.
Писарев Ю. Избор на фиксирана безжична система за достъп: опит за систематичен подход // "Информационни телекомуникационни мрежи" (Казахстан). 2003. бр.4.

Технологията WiMax първоначално е замислена като алтернативна безжична широколентова връзка, която ще замени наетите линии. Първоначално такава връзка се използваше за фиксирани терминали и стационарни персонални компютри, но сега някои мобилни оператори изграждат своите мрежи на базата на технологията WiMax.

Маркетолозите на Intel твърдят, че в близко бъдеще повече от милиард потребители по цялата планета ще бъдат свързани към интернет, използвайки технологията WiMax според стандарта IEEE 802.16. Но какво точно е технологията?

1. Какво е WiMax

Технологията получи името си благодарение на WiMax Forum. Това е организация с нестопанска цел, която е основана през 2001 г. с една единствена цел - популяризиране и развитие на нова безжична широколентова технология според стандарта Wirelwss в честотен диапазон 10-66 GHz.

Технологията WiMax (World wide Interoperability for Microwave Access) е базирана на протокола IEEE 802.16, който осигурява широколентова комуникация – едновременно високоскоростно предаване на данни и достъп до Интернет. Веднага трябва да се отбележи, че WiMax не принадлежи към четвъртото поколение комуникации. И въпреки че името на WiMax 4G мрежата често може да се намери в рекламите, това е просто маркетингов трик.

Освен достъп до Интернет, WiMax предоставя възможност за гласова комуникация между абонатите. Основната отличителна черта на тази технология е, че тя е предназначена за работа в градска среда с плътни сгради. В същото време няма нужда от директна видимост на базовата станция за комуникация. Поради тази причина много мобилни оператори изграждат модерни мрежи с помощта на технологията WiMax. Това им позволява да разширят обхвата на предоставяните услуги и да подобрят качеството на комуникацията.

1.1. Поддръжка на WiMax

Като се има предвид факта, че технологията WiMax се счита за сравнително нова и се въвежда само в съществуващи мрежи, си струва да се разбере, че не всички мобилни устройства могат да работят в тази мрежа. Разбира се, предвид нарастващия брой потребители и активното внедряване и развитие на технологиите, много компании вече пускат абонатни устройства, които поддържат технологията WiMax.

Освен мобилни телефони, таблети и лаптопи, които може да имат вграден WiMax модем, производителите произвеждат и мобилни рутери, които се свързват с тази мрежа и разпространяват интернет до всички около тях, използвайки Wi-Fi технология. По този начин, с помощта на такъв рутер, можете да отворите достъп до интернет на всякакви устройства, които са оборудвани с Wi-Fi модул. И такъв модул е наличен във всяко модерно устройство.

Струва си да се отбележи, че LTE мрежите се изграждат на същите честоти, които също активно се разработват и внедряват. Това означава, че устройствата, поддържащи тези честоти, ще могат да работят както в WiMax мрежи, така и в зоната на покритие на LTE. В допълнение, такива мрежи поддържат технологията за "безпроблемно" преминаване между базовите станции. С други думи, връзката не се прекъсва, когато абонатът напусне зоната на покритие на една станция и попадне в обхвата на друга. Същият принцип важи и при превключване между WiMax и 3G мрежи, както и LTE. В същото време съвременните устройства, като правило, могат да работят едновременно в 3G, 2G и WiMax мрежи, а някои дори поддържат LTE. Освен това такива мрежи поддържат роуминг.

1.2. WiMax в Русия

В Русия независимият национален телекомуникационен оператор Synterra започна да свързва първите си абонати през 2005 г. Мрежата е изградена по стандарта IEEE 802.16. Тази мрежа е базирана на израелски мултиплексори от EIC Telecom. Тяхната честотна лента е 2,4 Gbps, 633 Mbps и 155 Mbps. В същото време за работа на мрежата се използва оборудването на американската компания Next Net Wireless Inc. Тази компания е член на консорциума WiMax Forume, а през 2006 г. става част от Motorola.

1.2.1. WiMax честоти

В Русия те са в диапазона от 2,5 GHz до 2,7 GHz. В същото време скоростта на достъп до интернет варира от 64 Kbps до 1,3 Mbps. Днес компанията Synterra покрива около 90% от територията на Москва. В допълнение, тази компания получи лиценз за изграждане на WiMax мрежи в 17 града на Руската федерация.

1.2.2. WiMax покритие

Една от причините WiMax да е отличен вариант за изграждане на градски мрежи в градски райони с гъсто население и сгради е, че обхватът на WiMax (една кула) може да бъде до 50 км. Освен това всяка кула е в състояние да работи едновременно с голям брой потребители. Всяка връзка има един и същ приоритет. С други думи, всеки потребител получава една и съща връзка и скорост на трансфер на данни.

В допълнение към независимата компания за клетъчни комуникации Synterra, има и други телефонни компании, които изграждат мрежи, базирани на стандарта WiMax. Разбира се, като се има предвид относителната новост на технологията и факта, че в момента тя тепърва започва да се разпространява в цялата страна, си струва да се разбере, че не всеки град има такава връзка. Въпреки това, в близко бъдеще такива мрежи ще бъдат достъпни в цялата Руската федерация.

2. WiMax вече е в Москва: Видео

2.1. Предимства на WiMax

Разбира се, първото нещо, което искам да отбележа е по-високата скорост на пренос на данни и стабилност на WiMax мрежата. Тази технология обаче осигурява и високо ниво на сигурност. Специални ASIC чипове са вградени в мобилни устройства, за да предотвратят всякакви опити за нарушаване на поверителността. Освен това те гарантират целостта на данните и също така напълно премахват отказа на услуга.

Технологията WiMax позволява на предприятия с много клонове да изграждат свои собствени частни безжични мрежи. Например, един комплект оборудване осигурява до 8 телефонни номера, които имат достъп до градски телефонни мрежи, както и високоскоростен достъп до Интернет.

Понастоящем в Русия е най-целесъобразно да се изграждат и използват WiMax мрежи в големите градове. Това се дължи на особеностите на технологията, както и на високите цени на предоставяните услуги. В бъдеще обаче такива мрежи ще станат икономически жизнеспособни поради нарастването на броя на абонатите. Това означава, че създаването на WiMax мрежа в голям мащаб (национален и дори повече) е само въпрос на време.

Днес технологията за безжична комуникация WiMAX е най-модерната от всички съществуващи. Появявайки се през 2003 г., той беше насочен към задоволяване на пазара на излъчване.

По света голям брой оператори започнаха да изграждат безжични мрежи. Такива мрежи вече съществуват в САЩ, Япония, Корея, Русия и много други. Като се вземат предвид думите на водещи анализатори в областта на комуникациите, тогава WiMAX скоро ще има повече от 100 милиона мрежови потребители.

Днес можем спокойно да кажем, че WiMAX няма алтернативна технология, което го прави усъвършенстван продукт. В тази статия ще разгледаме по-отблизо характеристиките на тази технология, нейните предимства и недостатъци.

Какво е?

„WiMAX“ („Международно взаимодействие за микровълнов достъп“) е технологияразработена през 2003 г., за да осигури безжична връзка за работни станции, настолни компютри, преносими компютри и мобилни устройства. Базиран на комуникационния стандарт "IEEE 802.16".

Какви задачи решава WiMAX:

осигуряване на широколентови комуникации вместо наети линии и "DSL/ADSL";
Осигуряване на системи за дистанционно наблюдение;
създаване на отдалечени точки за достъп, които не са обвързани с географско местоположение;
осигуряване на Wi-Fi точки за достъп и връзката им помежду си, както и други зони на интернет мрежата.

Бих искал също така накратко да говоря за основните етапи от развитието на тази технология:

Обхват и приложимост на приложение

Днес разработчиците по целия свят са изправени пред острия проблем на "последната миля" (каналът, който свързва терминалното оборудване на потребителя с точката за достъп на доставчика). За щастие сега има много разновидности на технологията на последната миля, които улесняват всеки доставчик да избере тази технология.

Днес проблемът за последната миля няма ясно и универсално решение. Абсолютно всяка съществуваща технология има своя собствена област на приложение, плюсове и минуси.

Голям брой фактори могат да повлияят на избора на определена технология и ето основните от тях:

начин за постигане на поставените цели, ефективно използване на ресурсите, целева аудитория,
разпределяне на инвестиции, които впоследствие ще отидат за развитие на мрежата;
наличие и работоспособност на съществуващата мрежова инфраструктура, както и определени ресурси, които ще се използват за подпомагане на техническата експлоатация на мрежата.

Всеки от горните фактори играе специална роля при избора на технологично решение.

Бих искал също да отбележа, сравнявайки Wi-Fi и WiMAX, че последният позволява на потребителите да имат достъп до Интернет с доста висока скорост. Покритието на WiMAX мрежите е много по-голямо от това на Wi-Fi.

видео: WiMax технология

Технологични опции

Цялото семейство WiMAX технологии има доста широк спектър от предимства, които имат определени разлики една от друга. Разработчиците на технологията WiMAX се опитаха да намерят най-подходящия вариант за мобилна и фиксирана употреба.

Въпреки това, заслужава да се отбележи фактът, че комбинацията от изисквания в рамките на един стандарт все още е нерешен проблем. Стандартните изисквания са напълно сходни едно с друго, но в същото време всяка технология има специфичен фокус върху различни области на пазара. Следователно това беше тласъкът за създаването на две отделни версии на стандарта.

Снимка: IEEE 802.16 e и d технология

Всяка спецификация на WiMAX има свои собствени технически характеристики: излъчена мощност, честоти, достъп и предаване, повторно използване на радиочестоти. И именно поради тези характеристики на WiMAX системите, базирани на стандартите IEEE 802.16 e и d, те практически нямат съвместимост.

802.16-2004 - Одобрен е през 2004 г. По време на работа се използва честотно мултиплексиране. Освен това има поддръжка за така наречения фиксиран достъп в онези зони, където няма видимост. В повечето случаи използваните честоти са 3,5 и 5 GHz.
802.16-2005 - одобрен е през 2005 г. Новата версия е голяма стъпка в еволюцията на фиксирания достъп. Новата версия получи поддръжка за мобилни абонати, като нейната отличителна черта е поддръжката на редица специални функции, като: "Режим на неактивност", "Предаване".

Отличителните черти между двете спецификации са, че работят само статични абонати поради фиксиран WiMAX (802.16-2004), а когато работи 802.16-2005 (мобилен WiMAX), работят абонати, които се движат със скорост до 110 километра в час.

Бих искал също да отбележа, че поради мобилността, всички функции за роуминг и така наречената „безпроблемна връзка“ между основните работни станции се осигуряват, докато абонатът е в движение. Има и изключителни случаи, когато 802.16-2005 може да се използва доста добре при обслужване на статични абонати.

Бих искал също да отбележа, че повечето компании предпочитат WiMAX, предоставяйки високоскоростни комуникационни услуги.

И има причини за това:

на първо място, 802.16 е ефективен от икономическа гледна точка, когато предоставя на своите клиенти достъп до мрежата, както и разширяване на услугите и покриване на нови територии;
второ, това е лекота на използване, за разлика от кабелните канали. WiMAX и Wi-Fi са сравнително лесни за използване, внедряване и, разбира се, мащабиране. Доста удобен начин за създаване на достатъчно голяма мрежа за възможно най-кратко време.

WiMAX абонатно оборудване

Понастоящем оборудването за използване на WiMAX мрежи може да се инсталира на закрито (такива устройства обикновено не са по-големи от традиционните DSL модеми) и на открито (устройства с размер на лаптоп).

Вътрешните устройства са по-удобни за използване, но могат да работят само на кратки разстояния от базовата станция.

Поради това оборудването, което се монтира на закрито, изисква по-големи инвестиции, тъй като ще са необходими голям брой точки за достъп, за да се осигури качествена работа.

Принцип на работа и концепции

WiMAX се състои от следните елементи: станции (база и клиент), оборудване, което е връзка между станциите, интернет мрежа. За връзката между базовата станция и клиента се използват честоти от 2 до 11 GHz.

Линията на видимост обикновено се установява между базовите станции и се използва работен честотен диапазон от 10 до 66 GHz. Линията на видимост между работните станции и честотният диапазон позволяват обмен на данни до 120 Mbps. Но в същото време една от работните станции трябва да бъде свързана към мрежата на доставчика, използвайки стандартния метод за кабелна връзка.

Стандартите IEEE 802.16 имат структура на GSM мрежа. Обхватът на базовите станции в няколко километра и изграждането на всякакви допълнителни кули, които усилват сигнала, абсолютно не се изисква.

Режими

Стандартът wimax 802.16e-2005 включва всички версии, които бяха пуснати по-рано:

MAC / слой на връзката

В 802.16 MAC мрежи се използва така нареченият алгоритъм за планиране. Принципът на работа на този алгоритъм се основава на следното: абсолютно всяка клиентска станция може да се свърже към точката за достъп и след свързване автоматично ще бъде създаден отделен слот за нея директно на точката за достъп. Освен това други потребители не могат да повлияят на това и по този начин изключва прекъсване на връзката.

WiMAX архитектура

На форума WiMAX беше създадена архитектурна спецификация, благодарение на която е възможно да се дефинират огромен брой нюанси на работа. Това число включва разпределението на мрежовите адреси, взаимодействието с други мрежи, удостоверяването.

Бих искал да отбележа, че мрежовата архитектура не е строго обвързана с конкретна конфигурация, следователно се осигурява доста висока гъвкавост и мащабируемост.

Предимства и недостатъци

Ползите включват:

Недостатъците включватАз съм:

недостиг на честотни устройства;
неподготвеност на законодателната база;
трудности при внедряването на нова технология, поради което в момента няма възможност за осигуряване на висококачествена комуникация на ниска цена.

В тази статия разгледахме по-отблизо WiMAX. Безопасно е да се каже, че в момента WiMAX е водещата безжична технология. Днес той придоби доста широка популярност в съвременния свят.

Какво е?

Какви задачи решава WiMAX:

осигуряване на широколентови комуникации вместо наети линии и "DSL/ADSL";
Осигуряване на системи за дистанционно наблюдение;
създаване на отдалечени точки за достъп, които не са обвързани с географско местоположение;
осигуряване на Wi-Fi точки за достъп и връзката им помежду си, както и други зони на интернет мрежата.

Бих искал също така накратко да говоря за основните етапи от развитието на тази технология:

Обхват и приложимост на приложение

Голям брой фактори могат да повлияят на избора на определена технология и ето основните от тях:

начин за постигане на поставените цели, ефективно използване на ресурсите, целева аудитория,
разпределяне на инвестиции, които впоследствие ще отидат за развитие на мрежата;
наличие и работоспособност на съществуващата мрежова инфраструктура, както и определени ресурси, които ще се използват за подпомагане на техническата експлоатация на мрежата.

Всеки от горните фактори играе специална роля при избора на технологично решение.

видео: WiMax технология

Технологични опции

802.16-2004 - Одобрен е през 2004 г. По време на работа се използва честотно мултиплексиране. Освен това има поддръжка за така наречения фиксиран достъп в онези зони, където няма видимост. В повечето случаи използваните честоти са 3,5 и 5 GHz.
802.16-2005 - одобрен е през 2005 г. Новата версия е голяма стъпка в еволюцията на фиксирания достъп. Новата версия получи поддръжка за мобилни абонати, като нейната отличителна черта е поддръжката на редица специални функции, като: "Режим на неактивност", "Предаване".

И има причини за това:

на първо място, 802.16 е ефективен от икономическа гледна точка, когато предоставя на своите клиенти достъп до мрежата, както и разширяване на услугите и покриване на нови територии;
второ, това е лекота на използване, за разлика от кабелните канали. WiMAX и Wi-Fi са сравнително лесни за използване, внедряване и, разбира се, мащабиране. Доста удобен начин за създаване на достатъчно голяма мрежа за възможно най-кратко време.

WiMAX абонатно оборудване

Вътрешните устройства са по-удобни за използване, но могат да работят само на кратки разстояния от базовата станция.

Принцип на работа и концепции

Режими

Стандартът wimax 802.16e-2005 включва всички версии, които бяха пуснати по-рано:

MAC / слой на връзката

WiMAX архитектура

Предимства и недостатъци

Ползите включват:

Недостатъците включватАз съм:

недостиг на честотни устройства;
неподготвеност на законодателната база;
трудности при внедряването на нова технология, поради което в момента няма възможност за осигуряване на висококачествена комуникация на ниска цена.

Система WiMAXсе състои от две основни части.

Основна станция WiMAX, може да бъде разположен на висок обект: сграда или кула.

Приемник WiMAX: антена с приемник, под формата на PC Card, PC карта за разширение или външна карта.

Връзката между базовата станция и клиентския приемник се осъществява в диапазона 2-11 GHz. Тази връзка позволява пренос на данни със скорост до 20 Mbps и не изисква видимост между станцията и потребителя. технология WiMAXизползва се както на „последната миля“, така и за осигуряване на достъп до регионални мрежи: офис, област. Създава се постоянна връзка между съседни базови станции, използвайки радиокомуникация с микровълнова печка (супер високи честоти 10-66 GHz). Тази връзка, при идеални условия, позволява пренос на данни със скорост до 120 Mbps. Ограничението на видимост не е плюс, но се налага само на базови станции, участващи в цялостното покритие на зоната, което е напълно възможно да се приложи при поставяне на оборудване.

Ориз. 2.1 - Организация на комуникационна мрежа с помощта на технологията WiMax.

Поне една от базовите станции може да бъде постоянно свързана към мрежата на доставчика чрез високоскоростна широколентова връзка. Всъщност, колкото повече станции имат достъп до мрежата на доставчика, толкова по-висока е скоростта и надеждността на предаването на данни. Въпреки това, дори и с малък брой точки, системата е в състояние да разпредели правилно натоварването поради клетъчната топология.

На базата на клетъчния принцип се разработва и изграждането на оптимална мрежа, обгръщаща големи обекти (многоетажни градски сгради, планински вериги), когато поредица от последователни станции предава данни по принципа на релето.

Ориз. 2.2 - Схема на организацията на регионална мрежа, използваща WiMAX технология.

По отношение на структурата, стандартните мрежи IEEE 802.16 са много подобни на традиционните мобилни комуникационни мрежи: има и базови станции, които работят в радиус до 50 км, като същевременно не е необходимо да се инсталират на кули - покриви на къщи са доста подходящи за тях, трябва само да се съобразите с условието за видимост по права линия между станциите. За свързване на базовата станция с потребителя е необходимо абонатно оборудване. Освен това, сигналът може да премине през стандартен Ethernet кабел, или директно към конкретен компютър, или до 802.11 Wi-Fi точка за достъп или локална кабелна Ethernet мрежа.

2.3. Режими на работа на WiMax.

Стандартът 802.16e-2005 включва всички по-рано пуснати версии и в момента предоставя следните режими.

Фиксиран WiMAX- фиксиран достъп;

Номадски WiMAX- достъп до сесия;

Преносим WiMAX- достъп в режим на движение;

Мобилен WiMAX- мобилен достъп.

Фиксирана WiMAX ... Фиксираният достъп е алтернатива на широколентовите кабелни технологии (xDSL, T1 и др.). Стандартът използва честотния диапазон 10-66 GHz. Този честотен диапазон, поради силното затихване на късите вълни, изисква линия на видимост между предавателя и приемника на сигнала. От друга страна, този честотен диапазон избягва един от основните проблеми на радиокомуникацията – многолъчевото разпространение на сигнала. В същото време ширината на комуникационните канали в този честотен диапазон е доста голяма (типична стойност е 25 или 28 MHz), което прави възможно постигането на скорости на предаване до 120 Mbit / s. Фиксираният режим беше включен във версията 802.16d-2004 и вече се използва в редица страни. Въпреки това повечето компании предлагат услуги ФиксиранаWiMAX, очаквайте ранен преход към преносими и в бъдеще мобилни WiMAX.

Фиг.2.3. - Мрежова организация във фиксиран режим на WiMAX.

Номадски WiMAX ... Сесийният (номадски) достъп добави концепцията за сесии към съществуващата ФиксиранаWiMAX... Наличието на сесии ви позволява свободно да премествате клиентско оборудване между сесиите и да възстановявате връзката с помощта на други базови станции WiMAXотколкото използваните по време на предишната сесия. Този режим е предназначен главно за преносими устройства като лаптопи, PDA. Въвеждането на сесии ви позволява да намалите консумацията на енергия на клиентското устройство, което е важно за преносимите устройства.

Преносим WiMAX ... За режим ПреносимWiMAXдобавена е възможността за автоматично превключване на клиента от една базова станция WiMAXкъм другия, без да губите връзката. Въпреки това, за този режим скоростта на движение на клиентското оборудване все още е ограничена - 40 км / ч. Въпреки това, вече в тази форма, можете да използвате клиентски устройства на пътя (в кола, когато шофирате през жилищни райони на града, където скоростта е ограничена, на велосипед, ходене и т.н.). Въвеждането на този режим направи целесъобразно използването на технологията WiMAXза смартфони и PDA устройства. През 2006 г. започна пускането на устройства, работещи в преносим режим WiMAX.

Подвижен WiMAX е разработен в стандарта 802.16e-2005 и позволява да се увеличи скоростта на движение на клиентското оборудване до повече от 120 км/ч.

Фигура 2.4. - Работа в мрежа в режим Mobil WiMAX.

Технологията Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ), използвана в този режим, позволява поддържане на стабилна връзка при рязка промяна в посоката на движение на клиентското оборудване. А технологията за мрежово оптимизирано твърдо предаване (HHO) позволява до 50 милисекунди или по-малко за намаляване на времето за превключване на клиента между каналите.