Hvordan WiMax-teknologien fungerer. WiMAX er en trådløs kommunikasjonsstandard for langdistanse bredbåndskommunikasjon

Legg igjen en kommentar 6,950

IEEE 802.16-2004-standarden som vurderes i artikkelen er en utvidelse av den grunnleggende IEEE 802.16-standarden, som beskriver drift i 10...66 GHz-området. IEEE 802.16-2004-standarden sørger for drift i 2 ... 11 GHz-området, samt bredere muligheter både på det fysiske laget og på tilgangskontrollnivå.

Introduksjon

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) refererer til en teknologi av bærerkvalitet som er basert på IEEE 802.16-familien av standarder, utviklet av International Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). IEEE 802.16-standardene definerer det fysiske og tilgangskontrolllaget for faste trådløse bredbåndsaksesssystemer i storbyer.

Hovedparametrene til IEEE 802.16- og IEEE 802.16-2004-standardene er presentert i tabellen. 1 .

Tabell 1. Grunnleggende parametere for IEEE 802.16 og IEEE 802.16-2004 standarder

Beskrivelse av standarden

På det fysiske laget definerer IEEE 802.16-2004-standarden tre dataoverføringsmetoder: enkeltbærermodulasjon (SC), ortogonal frekvensdelingsmultipleksing (OFDM) og OFDMA.

WirelessMAN-OFDM-spesifikasjonen for fysiske lag er den mest interessante med tanke på praktisk implementering. Den er basert på OFDM-teknologi, som betydelig utvider utstyrets evner, spesielt lar den deg operere med relativt høye frekvenser i fravær av siktlinje. I tillegg inkluderer den støtte for en "en-til-en" topologi (mesh), der abonnentenheter samtidig kan fungere som basestasjoner, noe som i stor grad forenkler nettverksdistribusjon og hjelper til med å overvinne problemer med siktlinje.

OFDM-modulasjon

Når OFDM-signalet genereres, deles den digitale datastrømmen inn i flere understrømmer, og hver underbærer er assosiert med sin egen dataunderstrøm. Amplituden og fasen til underbærebølgen beregnes basert på det valgte modulasjonsskjemaet. I henhold til standarden kan individuelle underbærere moduleres ved å bruke binær faseskiftnøkling (BPSK), kvadraturfaseskiftnøkling (QPSK) eller kvadraturamplitudeforskyvningsnøkling (QAM) i størrelsesorden 16 eller 64. Bit-til-for hver type nøkkel er vist i fig. 1. Ved senderen konverteres amplituden som funksjon av fase til en funksjon av tid ved å bruke den inverse raske Fourier-transformasjonen (IFFT). Mottakeren bruker Fast Fourier Transform (FFT) for å konvertere signalamplituden som funksjon av tid til en funksjon av frekvens.

Ris. 1. Alternativer for visning av bits på faseplanet

Bruken av Fourier-transformasjon lar deg dele frekvensområdet inn i underbærere, hvis spektre overlapper, men forblir ortogonale. Ortogonaliteten til underbærerne betyr at hver av dem inneholder et heltall slingring per symbolperiode. Som sett fra fig. 2, har spektraltrasen til en hvilken som helst av underbærebølgene en nullverdi for "senter"-frekvensen til den tilstøtende trasen. Det er denne funksjonen til underbærerspekteret som sikrer fravær av interferens mellom dem.

Ris. 2. Ortogonale underbærere

En av hovedfordelene med OFDM er dens robusthet overfor flerveiseffekter. Effekten er forårsaket av det faktum at det utsendte signalet, reflektert fra hindringer, ankommer mottakerantennen på forskjellige måter (fig. 3), og forårsaker intersymbolforvrengning. Denne typen interferens er typisk for byer med bygninger i flere etasjer på grunn av flere refleksjoner av radiosignalet fra bygninger og andre strukturer. For å unngå intersymbolforvrengning, settes et vaktintervall kalt et syklisk prefiks inn foran hvert OFDM-symbol. Det sykliske prefikset er et fragment av det nyttige signalet, som sikrer at ortogonaliteten til underbærerne bevares (men bare hvis det reflekterte signalet er forsinket i multipath med ikke mer enn varigheten av det sykliske prefikset). I tillegg lar det sykliske prefikset deg velge vinduet for Fourier-transformasjonen hvor som helst i symbolets tidsintervall (fig. 4).

Ris. 3. Illustrasjon av effekten av flerveisutbredelse

Ris. 4. Flerveis OFDM-symbolbehandling

Anti-interferens koding

Multipath-utbredelse av et radiosignal kan føre til demping eller til og med fullstendig undertrykkelse av noen underbærere på grunn av interferens av de direkte og forsinkede signalene. For å løse dette problemet brukes feilkorrigerende koding. I IEEE 802.16-2004-standarden er både tradisjonelle teknologier for feilkorrigerende koding og relativt nye metoder gitt. De tradisjonelle er konvolusjonskoding med Viterbi-dekoding og Reed-Solomon-koder. De relativt nye er blokk- og konvolusjonelle turbokoder. Datainterleaving brukes til å øke kodingseffektiviteten uten å redusere kodehastigheten. Interleaving forbedrer kodingseffektiviteten fordi feilpakker deles opp i mindre biter som kodesystemet kan håndtere.

Fleksibilitet

En viktig egenskap ved det fysiske laget er muligheten til å velge båndbredde for kanalbåndbredden. Standarden tillater valg av båndbredde i trinn på 1,25 MHz til 20 MHz med mange alternativer i mellom for å gjøre mer effektiv bruk av RF-spekteret. I tillegg inkluderer standarden en adaptiv signalkodestruktur, det vil si at systemet justerer seg til kanalkarakteristikkene i hvert øyeblikk, "pumper" hastigheten til støyimmunitet og omvendt. I henhold til standarden, avhengig av signal/støyforhold (S/N), velger systemet en modulasjonsmetode som kan gi stabil drift (fig. 5).

Ris. 5. Foretrukket modulasjonsmetode avhengig av signal-til-støy-forhold

Ytterligere fysiske lagverktøy for å forbedre effektiviteten til radiospektrumutnyttelse er måling av kanalkvalitet og automatisk signaleffektkontroll.

Tilgangsmetode

IEEE 802.16-2004-standarden bruker TDMA-teknologi (Time Division Multiple Access), i henhold til hvilken basestasjonen tildeler tidsluker til abonnentstasjoner slik at de kan overføre data i en bestemt rekkefølge, i stedet for tilfeldig.

To teknologier brukes til å implementere full duplekskommunikasjon: nedstrøms og oppstrøms tidsdelt dupleks (TDD) og frekvensdeling dupleks (FDD).

Beskyttelse av informasjon

I henhold til standarden er all trafikk som overføres over nettverket kryptert for å hindre uautorisert tilgang og beskytte brukerdata. Basestasjonen (BS) WiMAX er en modulkonstruksjon der du om nødvendig kan installere flere moduler med egne typer grensesnitt, men den administrative programvaren for nettverksadministrasjon må støttes. Denne programvaren gir sentralisert administrasjon av hele nettverket. Det logiske tillegget av abonnentsett til det eksisterende nettverket utføres også gjennom denne administrative funksjonen.

En abonnentstasjon (SS) er en enhet som har et unikt serienummer, MAC-adresse og en digital signatur X.509, på grunnlag av hvilken SS er autentisert ved BS. I henhold til standarden er gyldighetsperioden for den digitale signaturen til AU 10 år. Etter å ha installert høyttaleren på klienten og slått på strømmen, blir høyttaleren autorisert på basestasjonen ved å bruke en viss frekvens av radiosignalet, hvoretter basestasjonen, basert på identifikasjonsdataene ovenfor, overfører konfigurasjonsfilen til abonnenten ved å bruke TFTP-protokollen. Denne konfigurasjonsfilen inneholder informasjon om underbåndet for dataoverføring (mottak), typen trafikk og tilgjengelig båndbredde, tidsplanen for distribusjon av nøkler for trafikkkryptering og annen informasjon som er nødvendig for driften av AS. Den nødvendige filen med konfigurasjonsdata opprettes automatisk etter at administratoren av AC-systemet går inn i abonnentbasen, med tildeling av visse tilgangsparametere til sistnevnte.

Etter konfigurasjonsprosedyren er AU-autentiseringen på basestasjonen som følger:

Abonnentstasjonen sender en autorisasjonsforespørsel, som inneholder X.509-sertifikatet, en beskrivelse av de støttede krypteringsmetodene og tilleggsinformasjon.
Basestasjonen, som svar på en autorisasjonsforespørsel (hvis forespørselen er gyldig), sender et svar som inneholder en autentiseringsnøkkel kryptert med abonnentens offentlige nøkkel, en 4-bits nøkkel for å bestemme sekvensen som kreves for å bestemme neste autorisasjonsnøkkel, og nøkkellevetiden...
Under driften av AS, etter en tidsperiode bestemt av systemadministratoren, finner gjentatt autorisasjon og autentisering sted, og i tilfelle vellykket bestått av autentisering og autorisasjon, avbrytes ikke dataflyten.

Standarden bruker PKM (Privacy Key Management)-protokollen, ifølge hvilken flere typer nøkler er definert for kryptering av den overførte informasjonen:

Autorisasjonsnøkkel (AK) - nøkkelen som brukes til å autorisere AK på basestasjonen;
Traffic Encryption Key (TEK) - en nøkkel som brukes til å kryptere trafikk;
Key Encryption Key (KEK) er en nøkkel som brukes til å kryptere nøklene som sendes over luften.
I henhold til standarden brukes to nøkler samtidig i hvert øyeblikk, med overlappende levetider. Dette tiltaket er nødvendig i et miljø med pakketap (og i luften er de uunngåelige) og sikrer kontinuiteten i nettverket. Det er et stort antall dynamisk skiftende nøkler, som er ganske lange, og sikre forbindelser opprettes ved hjelp av en digital signatur. I henhold til standarden utføres kryptering i henhold til 3-DES-algoritmen, og kryptering kan ikke deaktiveres. Kryptering leveres valgfritt ved å bruke den mer pålitelige AES-algoritmen.

Utvikling av WiMAX-utstyr basert på "systemer på en brikke"

Moderne trender i utviklingen av telekommunikasjonsmarkedet dikterer utviklingen av såkalte "systemer på en brikke". System-på-en-brikke enheter er generelt forstått å bety enheter på en enkelt brikke hvor en eller flere prosessorer, en viss mengde minne, et antall perifere enheter og grensesnitt er integrert - det vil si det maksimale som er nødvendig for å løse oppgavene som er satt for systemet. Utviklingen av "systemer på en brikke" innebærer optimalisering av de utviklede kretsene, som direkte påvirker strømforbruket, brikkeområdet og, som en konsekvens, kostnadene.

For tiden har verdens ledende produsenter fokusert på utviklingen av "systemer på en brikke", som integrerer hovedfunksjonene til det fysiske og MAC-laget til WiMAX-standarden. De første prøvene utviklet basert på IEEE 802.16-2004-spesifikasjonen ble presentert av Fijitsu, Intel, Sequans Communications, Wavesat og PicoChip. Løsningene som er foreslått av disse selskapene bruker OFDM-modulasjon med 256 underbærere på det fysiske laget og et grunnleggende kodeskjema der konvolusjonskoding og Viterbi-dekoding brukes for den indre koden, og Reed-Solomon-koder for den ytre.

Funksjonelt er WiMAX-utstyr delt inn i basis- og abonnentutstyr. Den første generasjonen av brikker for basestasjoner har et lavere nivå av integrering enn for abonnentstasjoner. For å implementere basestasjonens MAC-protokoll er det nødvendig med en økning i ytelsen til disse løsningene. For dette formålet brukes eksterne prosessorer for å utføre det øvre laget av MAC-protokollen. Dermed implementerer WiMAX-brikkesett de fysiske lagfunksjonene og de nedre lagfunksjonene til MAC-protokollen.

Abonnent utstyr

For utviklere av WiMAX-abonnentutstyr er det mest lovende "systemer på en brikke" fra fire produsenter: Fujitsu, Intel, Sequans og Wavesat.

Intel var den første som tilbød utviklere en PRO / Wireless 5116 "system-on-a-chip" for WiMAX-abonnentstasjoner, der funksjonene til både fysiske og MAC-lag var integrert. MB87M3400-brikken fra Fujitsu er designet for et bredere spekter av bruksområder og lar deg utvikle både grunnleggende utstyr og forbrukerutstyr. Sequans har utviklet separate SQN1010- og SQN2010-brikker for henholdsvis base- og abonnentutstyr.

Systemer på en brikke fra Fujitsu, Intel og Sequans implementerer MAC-funksjonalitet fullt ut for WiMAX-abonnentstasjoner. En annen tilnærming til utvikling ble foreslått av Wavesat, og ga ut to mikrokretser: DM256 OFDM-modemet (som implementerer funksjonene til det fysiske laget) og MC336 (som er en datakjerne som implementerer det nedre laget av MAC-protokollen). Fujitsu, Intel og Sequans trenger ikke en ekstra ekstern prosessor for å utvikle et system-på-en-brikke-abonnentmodem fra Fujitsu, Intel og Sequans.

Egenskapene til de betraktede brikkene, bestemt av typen dupleks, kanalbredde og andre parametere, er svært forskjellige. Fujitsu MB87M3400-løsningen krever to brikker for full dupleksdrift. Sequans SQN1010 er det første systemet-på-en-brikke som støtter full dupleksdrift. Wavesats DM256 / MC336-løsning muliggjør også full-dupleksdrift basert på en enkelt DM256 OFDM-modembrikke.

Mikrokretser fra Fujitsu og Sequans tillater organisering av kanaler med en bredde på henholdsvis opptil 20 og 28 MHz, mens maksimal kanalbredde for Intel- og Wavesat-brikker er 10 MHz med mellomverdier på 3,5 og 7 MHz.

Radiogrensesnittet til de betraktede "systemene på en brikke" inneholder ADC / DAC-enheter for direkte analog tilkobling med en ekstern transceiver. Bord 2 presenterer hovedparametrene for løsninger for utvikling av WiMAX-abonnentutstyr.

Tabell 2. Hovedparametrene for løsninger for utvikling av WiMAX-abonnentutstyr

Basestasjoner

La oss vurdere alternativene for utvikling av WiMAX-basestasjoner basert på kjente brikker. Fujitsu har utviklet MB87M3400-brikken for både base- og abonnentstasjoner. Men i motsetning til Intels løsning har Fujitsu-brikken et grensesnitt for en ekstern prosessor. For å implementere full dupleks-modus kreves det to brikker, hvorav den ene utfører funksjonene til det fysiske laget og det nedre laget av MAC-protokollen, og den andre er en ekstern prosessor (tredjepart) for å implementere det øvre laget av MAC-en. protokoll. For basestasjonsutvikling tilbyr Fujitsu et full dupleks utviklingssett med Freescale MPC8560-prosessoren, men gir ikke programvare for det øvre laget av MAC-protokollen.

PicoChip tilbyr en PC102 / PC8520-løsning bygget på sine to parallelle PC102-prosessorer. Selskapet leverer programvare som implementerer det fysiske laget og funksjonene til det nedre laget av MAC-protokollen på PC102-brikker. I likhet med Fujitsu bruker PicoChip en Freescale MPC8565-prosessor for å implementere MAC-protokollen for det øvre laget i utviklingssettet. Imidlertid, i motsetning til Fujitsu, lisensierte PicoChip programvaren sin for MAC-protokollen for det øvre laget. Siden PC102 / PC8520-løsningen ikke inkluderer krypterings-dekrypteringsfunksjoner, må en ekstern prosessor brukes for å utføre dem.

SQN2010-basestasjonens utviklingsbrikke fra Sequans er den første system-på-en-brikke som har full dupleks. SQN2010 implementerer alle fysiske og MAC-lagfunksjoner som kreves for full dupleks basestasjonsdrift. SQN2010-brikken skiller seg fra SQN1010 i nærvær av en andre sentral prosessor som implementerer det øvre laget av MAC-protokollen. SQN1010-brikken har et PCI-grensesnitt for tilkobling av en ekstern prosessor.

Wavesats DM256 / MC336-løsning kan også brukes til å utvikle basestasjoner. Denne løsningen støtter full-dupleks drift, men det skal bemerkes at den krever en ekstern prosessor for å implementere krypterings-dekrypteringsfunksjoner. I likhet med Fujitsu, tilbyr ikke Wavesat det øvre laget MAC-programvare som trengs for å designe basestasjoner.

Av de fire løsningene som er beskrevet, er det bare PicoChip PC102-brikker som ikke integrerer ADC/DAC-funksjoner. Derfor vil design som bruker et analogt radiogrensesnitt i tillegg kreve ADC/DAC-enheter. Hovedparametrene til de vurderte løsningene for utvikling av basestasjoner er presentert i tabell. 3.

Tabell 3. Hovedparametrene for de vurderte løsningene for utvikling av basestasjoner WiMAX

Å velge en brikkeprodusent for WiMAX-systemutvikling er en viktig strategisk beslutning. Rask og effektiv systemutvikling krever den mest komplette programvare- og maskinvarestøtten og verktøy for utvikling og feilsøking. Tilgjengeligheten av feilsøkingssett lar deg øke hastigheten betydelig og redusere kostnadene ved å utvikle WiMAX-utstyr, som er et av hovedkriteriene når du velger et bestemt produkt.

Utrulling av WiMAX-systemer

Byggingen av et fast trådløst aksessnett innebærer bruk av tre typer utstyr - basestasjoner, abonnentstasjoner og utstyr for organisering av kommunikasjon mellom basestasjoner. Både smale retningsantenner og antenner med bredere dekningssektor, opp til rundstrålende, vil finne anvendelse i WiMAX-baserte aksessnettverk.

Nettverkstopologi

For en punkt-til-punkt-forbindelse (fig. 6a) brukes to antenner rettet mot hverandre; slik bygges for eksempel radioreléoverføringslinjer, der avstanden mellom tilstøtende relétårn kan være titalls kilometer. I en punkt-til-multipunkt-topologi (fig. 6b) er en basestasjon med en rundstrålende eller sektorantenne plassert i midten av "cellen", og alle abonnenter som betjenes av den er utstyrt med retningsantenner fokusert på den.

Ris. 6. Mulige WiMAX-nettverkstopologier

En annen type kommunikasjon vil kun oppnås ved bruk av rundstrålende antenner. I dette tilfellet vil det være mulig å koble «alle til alle», eller «multipoint-multipoint» (mesh) (fig. 6c).

En WiMAX basestasjon er en modulær løsning som etter behov kan suppleres med ulike blokker, for eksempel moduler for kommunikasjon med leverandørens stamnett. I minimumskonfigurasjonen er en radiogrensesnittmodul og en kablet nettverkstilkoblingsmodul installert.

Frekvensområde

Når du velger WiMAX-utstyr, i tillegg til dets tekniske egenskaper og pris, er en viktig og ofte avgjørende faktor en faktor som vanskelighetene som er spesifikke for Russland med å få frekvenstillatelser. Faktum er at det praktisk talt ikke er noen "lisensfrie" band i Russland. For ulike typer utstyr er det en annen prosedyre for å få frekvenstillatelser. For å jobbe i alle bånd må teleoperatører innhente tilstrekkelig komplekse tillatelser på flere nivåer for både frekvenstjenester og kommunikasjonstilsynstjenester.

Åpenbart, i vårt land, er hovedfaktoren som påvirker hastigheten på implementeringen av WiMAX-systemer spektrumregulering, siden utviklingen av WiMAX-tjenestemarkedet direkte avhenger av tildelingen av den nødvendige frekvensressursen til operatørene. I dag er rekkeviddene i 2,4, 3,5 og 5,6 GHz-regionen de mest lovende med tanke på den fremtidige utviklingen av WiMAX-teknologi.

Det bør huskes at forplantningen av radiobølger i forskjellige deler av spekteret har sine egne egenskaper, som i stor grad bestemmer rekkevidden til utstyret, samt motstand mot flerveis.

Generelle tilnærminger for å velge et WiMAX-system

Før du vurderer tilgjengelige WiMAX-systemer, må følgende systemproblemer løses:

Valg av frekvensområde.
Bestemmelse av nødvendig frekvensressurs.
Utvikling av prosedyrer for tildeling og tilordning av radiofrekvenser.
Utdyping av lovspørsmål.
Før du går videre til vurderingen av spesifikke systemer, er det tilrådelig å vurdere de generelle spørsmålene om valg av systemer, noe som vil bidra til å forkaste klart uakseptable alternativer på den foreløpige fasen av analysen. La oss formulere kriteriene som bør følges ved valg av utstyr for fast WiMAX trådløs tilgang:
Utstyret bør produseres av et spesialisert firma med erfaring i design og produksjon av trådløst utstyr, noe som er en viss garanti for kvalitet.
De tekniske spesifikasjonene til utstyret levert av produsenten må være fullstendige nok til å gjøre det mulig å trekke konklusjoner om dets evner. Presentasjonen av slike egenskaper snakker om profesjonaliteten til de ansatte og sikrer til en viss grad at vi snakker om det originale produktet, og ikke om videresalg av et lite kjent merke under merkenavnet til selgeren.
Det er ønskelig at basestasjonen har evnen til å sektorisere og gradvis øke ytelsen, som den må kunne koble til en ekstern antenne for. Så, på det første trinnet, er en basestasjon med en rundstrålende antenne nok, på den neste - to, med antenner med en mønsterbredde på 180 °, og så videre.
Utstyret skal være sertifisert.
Det skal være mulig å få tillatelse til å bruke frekvenser i de områdene utstyret bruker.
Systemet skal ha en akseptabel kostnad, og minimumskostnaden på abonnentutstyr er først og fremst viktig.

Konklusjon

Det er åpenbart at WiMAX i dag er en av de mest avanserte og lovende teknologiene for trådløs dataoverføring. Ved å slutte seg til innsatsen til utstyrsprodusenter og teleoperatører kan WiMAX bli en reell erstatning for DSL- og kabelforbindelser, og gi abonnenter den nødvendige servicen i store byer og i periferien.

Litteratur

www.wimaxforum.org
Wide-band Ortogonal Frequency Division Multiplexing (W-OFDM), www.wi-lan.com
Marchenko S. Kilder til sårbarheter i trådløse nettverk // ADE. 2004. Nr. 13.
IEEE Std 802.16 ™ -2004 IEEE-standard for lokal- og storbynettverk. Del 16: Luftgrensesnitt for trådløse systemer for fast bredbånd, www. ieee. org.
Vlasov V. A. Frekvensregulering og informasjonssikkerhet for Wi-Fi- og WiMAX-utstyr, // "Bulletin of communications". 2005. Nr. 9.
Bob Wheeler. Hvordan velge den beste SoC for din WiMAX-design // Wireless Net DesignLine. 17. oktober 2005.
Pisarev Yu Valg av et fast trådløst tilgangssystem: et forsøk på en systematisk tilnærming // "Informasjonstelekommunikasjonsnettverk" (Kasakhstan). 2003. Nr. 4.

WiMax-teknologien ble opprinnelig tenkt som en alternativ trådløs bredbåndsforbindelse som skal erstatte leide linjer. I utgangspunktet ble en slik forbindelse brukt til faste terminaler og stasjonære personlige datamaskiner, men nå bygger enkelte mobiloperatører sine nettverk basert på WiMax-teknologi.

Intel-markedsførere hevder at i nær fremtid vil mer enn en milliard brukere rundt om på planeten være koblet til Internett ved hjelp av WiMax-teknologi i henhold til IEEE 802.16-standarden. Men hva er egentlig teknologi?

1. Hva er WiMax

Teknologien har fått navnet sitt takket være WiMax Forum. Det er en ideell organisasjon som ble grunnlagt i 2001 med et enkelt formål - promotering og utvikling av ny trådløs bredbåndsteknologi i henhold til Wirelwss-standarden i frekvensområdet 10-66 GHz.

WiMax-teknologien (World wide Interoperability for Microwave Access) er basert på IEEE 802.16-protokollen, som gir bredbåndskommunikasjon – samtidig høyhastighets dataoverføring og Internett-tilgang. Det skal bemerkes med en gang at WiMax ikke tilhører den fjerde generasjonen kommunikasjon. Og selv om navnet på WiMax 4G-nettverket ofte finnes i annonser, er dette bare et markedsføringsknep.

I tillegg til tilgang til Internett gir WiMax mulighet for talekommunikasjon mellom abonnenter. Det viktigste kjennetegnet ved denne teknologien er at den er designet for å fungere i urbane miljøer med tette bygninger. Samtidig er det ikke behov for direkte siktlinje til basestasjonen for kommunikasjon. Det er av denne grunn at mange mobiloperatører bygger moderne nettverk ved hjelp av WiMax-teknologi. Dette lar dem utvide spekteret av tjenester som tilbys og forbedre kvaliteten på kommunikasjonen.

1.1. WiMax-støtte

Tatt i betraktning det faktum at WiMax-teknologi anses som relativt ny og bare introduseres i eksisterende nettverk, er det verdt å forstå at ikke alle mobile enheter er i stand til å fungere i dette nettverket. Selvfølgelig, gitt det økende antallet forbrukere og den aktive implementeringen og utviklingen av teknologi, slipper mange selskaper allerede abonnentenheter som støtter WiMax-teknologi.

I tillegg til mobiltelefoner, nettbrett og bærbare datamaskiner, som kan ha innebygget WiMax-modem, produserer produsenter også mobile rutere som kobles til dette nettverket og distribuerer Internett til alle rundt seg ved hjelp av Wi-Fi-teknologi. Dermed kan du ved hjelp av en slik ruter åpne Internett-tilgang til alle enheter som er utstyrt med en Wi-Fi-modul. Og en slik modul er tilgjengelig i enhver moderne enhet.

Det er verdt å merke seg at LTE-nettverk bygges med samme frekvenser, som også aktivt utvikles og implementeres. Dette betyr at enheter som støtter disse frekvensene vil kunne fungere både i WiMax-nettverk og i LTE-dekningsområdet. I tillegg støtter slike nettverk teknologien for "sømløs" overgang mellom basestasjoner. Med andre ord, forbindelsen blir ikke avbrutt når abonnenten forlater dekningsområdet til en stasjon og faller innenfor rekkevidden til en annen. Det samme prinsippet gjelder ved bytte mellom WiMax- og 3G-nettverk, samt LTE. Samtidig er moderne enheter som regel i stand til å fungere samtidig i 3G-, 2G- og WiMax-nettverk, og noen støtter til og med LTE. Dessuten støtter slike nettverk roaming.

1.2. WiMax i Russland

I Russland begynte den uavhengige nasjonale teleoperatøren Synterra å koble til sine første abonnenter i 2005. Nettverket er bygget på IEEE 802.16-standarden. Dette nettverket er basert på israelskproduserte multipleksere fra EIC Telecom. Båndbredden deres er 2,4 Gbps, 633 Mbps og 155 Mbps. Samtidig brukes utstyret til det amerikanske selskapet Next Net Wireless Inc. til å drifte nettverket. Dette selskapet er medlem av WiMax Forume-konsortiet, og i 2006 ble det en del av Motorola.

1.2.1. WiMax-frekvenser

I Russland er de i området fra 2,5 GHz til 2,7 GHz. Samtidig varierer internettilgangshastigheten fra 64 Kbps til 1,3 Mbps. I dag dekker Synterra Company omtrent 90% av territoriet til Moskva. I tillegg mottok dette selskapet en lisens for bygging av WiMax-nettverk i 17 byer i den russiske føderasjonen.

1.2.2. WiMax-dekning

En av grunnene til at WiMax er et utmerket alternativ for å bygge urbane nettverk i storbyområder med tett befolkning og bebyggelse, er at rekkevidden til WiMax (ett tårn) kan være opptil 50 km. Dessuten er hvert tårn i stand til å jobbe samtidig med et stort antall brukere. Hver tilkobling har samme prioritet. Med andre ord får hver bruker samme tilkobling og dataoverføringshastighet.

I tillegg til det uavhengige mobilkommunikasjonsselskapet Synterra, er det andre telefonselskaper som bygger nettverk basert på WiMax-standarden. Selvfølgelig, gitt den relative nyheten til teknologien, og det faktum at den for øyeblikket bare begynner å spre seg over hele landet, er det verdt å forstå at ikke alle byer har en slik forbindelse. Imidlertid vil slike nettverk i nær fremtid være tilgjengelige i hele Russland.

2. WiMax er allerede i Moskva: Video

2.1. WiMax fordeler

Selvfølgelig er det første jeg vil merke meg den høyere dataoverføringshastigheten og stabiliteten til WiMax-nettverket. Denne teknologien gir imidlertid også et høyt sikkerhetsnivå. Spesielle ASIC-brikker er innebygd i mobile enheter for å forhindre forsøk på å bryte personvernet. I tillegg sikrer de dataintegritet og eliminerer også fullstendig tjenestenekt.

WiMax-teknologien lar bedrifter med mange avdelingskontorer bygge sine egne private trådløse nettverk. For eksempel gir ett sett med utstyr opptil 8 telefonnumre som har tilgang til bytelefonnettverk, samt høyhastighets Internett-tilgang.

For tiden, i Russland, er det mest hensiktsmessig å bygge og bruke WiMax-nettverk i store byer. Dette skyldes teknologiens særegenheter, samt høye priser for tjenestene som tilbys. Imidlertid vil slike nett i fremtiden bli økonomisk levedyktige på grunn av veksten i antall abonnenter. Dette betyr at etableringen av et WiMax-nettverk i stor skala (nasjonalt og enda mer) bare er et spørsmål om tid.

I dag er WiMAX trådløs kommunikasjonsteknologi den mest avanserte av alle eksisterende. Den dukket opp i 2003 og var rettet mot å tilfredsstille kringkastingsmarkedet.

Rundt om i verden har et stort antall operatører begynt å bygge trådløse nettverk. Slike nettverk finnes nå i USA, Japan, Korea, Russland og mange andre. Tatt i betraktning ordene fra ledende analytikere innen kommunikasjon, vil WiMAX snart ha mer enn 100 millioner nettverksbrukere.

I dag kan vi trygt si at WiMAX ikke har noen alternativ teknologi, noe som gjør det til et avansert produkt. I denne artikkelen vil vi se nærmere på funksjonene til denne teknologien, dens fordeler og ulemper.

Hva det er?

"WiMAX" ("International Interaction for Microwave Access") er en teknologi utviklet i 2003 for å gi trådløs tilkobling for arbeidsstasjoner, stasjonære datamaskiner, bærbare datamaskiner og mobile enheter. Basert på kommunikasjonsstandarden "IEEE 802.16".

Hvilke oppgaver løser WiMAX:

tilby bredbåndskommunikasjon i stedet for leide linjer og "DSL / ADSL";
levering av fjernovervåkingssystemer;
opprettelse av eksterne tilgangspunkter som ikke er knyttet til geografisk plassering;
tilveiebringelse av Wi-Fi-tilgangspunkter og deres tilkobling med hverandre, så vel som andre soner i Internett-nettverket.

Jeg vil også kort snakke om hovedstadiene i utviklingen av denne teknologien:

Omfang og gjennomførbarhet av søknad

I dag står utviklere over hele verden overfor det akutte problemet med "last mile" (kanalen som kobler brukerens terminalutstyr med leverandørens tilgangspunkt). Heldigvis finnes det nå mange varianter av siste mil-teknologi som gjør det enkelt for enhver leverandør å velge denne teknologien.

I dag har ikke problemet med den siste milen en klar og universell løsning. Absolutt hver eksisterende teknologi har sitt eget bruksområde, fordeler og ulemper.

Et stort antall faktorer kan påvirke valget av en bestemt teknologi, og her er de viktigste:

måte å nå de fastsatte målene, effektiv bruk av ressurser, målgruppe,
tildeling av investeringer som deretter vil gå til utvikling av nettverket;
tilgjengelighet og drift av den eksisterende nettverksinfrastrukturen, samt visse ressurser som vil bli brukt til å støtte den tekniske driften av nettverket.

Hver av faktorene ovenfor spiller en spesiell rolle i valget av en teknologisk løsning.

Jeg vil også merke meg, sammenlignet med Wi-Fi og WiMAX, at sistnevnte lar brukere få tilgang til Internett med en ganske høy hastighet. Dekningen til WiMAX-nettverk er mye større enn for Wi-Fi.

video: WiMax-teknologi

Teknologialternativer

Hele familien av WiMAX-teknologi har et ganske bredt spekter av fordeler, som har visse forskjeller fra hverandre. Utviklere av WiMAX-teknologi prøvde å finne det mest passende alternativet for mobil og fast bruk.

Det er imidlertid verdt å merke seg at kombinasjonen av krav innenfor rammen av én standard fortsatt er et uløst problem. Standardkravene er helt like hverandre, men samtidig har hver teknologi et spesifikt fokus på ulike områder av markedet. Derfor var dette drivkraften for å lage to separate versjoner av standarden.

Foto: IEEE 802.16 e og d-teknologi

Hver WiMAX-spesifikasjon har sine egne tekniske egenskaper: utstrålt kraft, frekvenser, tilgang og overføring, gjenbruk av radiofrekvenser. Og det er nettopp på grunn av disse funksjonene til WiMAX-systemene, basert på IEEE 802.16 e- og d-standardene, at de praktisk talt ikke er kompatible.

802.16-2004 - Ble godkjent i 2004. Under drift brukes frekvensmultipleksing. I tillegg er det støtte for den såkalte faste adkomsten i de områdene hvor det ikke er siktlinje. I de fleste tilfeller er frekvensene som brukes 3,5 og 5 GHz.
802.16-2005 - ble godkjent i 2005. Den nye versjonen er et stort skritt i utviklingen av fast tilgang. Den nye versjonen fikk støtte for mobilabonnenter, og dens kjennetegn er støtte for en rekke spesialfunksjoner, for eksempel: "Idle mode", "Handover".

Karakteristiske trekk mellom de to spesifikasjonene er at kun statiske abonnenter fungerer på grunn av fast WiMAX (802.16-2004), og når 802.16-2005 (mobil WiMAX) fungerer, beveger abonnentene seg med hastigheter på opptil 110 kilometer i timen.

Jeg vil også merke meg at på grunn av mobilitet er alle roamingfunksjoner og den såkalte "sømløse forbindelsen" mellom hovedarbeidsstasjonene gitt mens abonnenten er på farten. Det er også unntakstilfeller når 802.16-2005 kan brukes ganske godt når du betjener statiske abonnenter.

Jeg vil også merke at de fleste selskaper foretrekker WiMAX, som tilbyr høyhastighetskommunikasjonstjenester.

Og det er grunner til dette:

for det første er 802.16 effektiv fra et økonomisk synspunkt når det gir sine kunder tilgang til nettverket, samt utvider tjenester og dekker nye territorier;
for det andre er det brukervennlighet, i motsetning til kablede kanaler. WiMAX og Wi-Fi er ganske enkle å bruke, distribuere og selvfølgelig skalere opp. En ganske praktisk måte å skape et stort nok nettverk på kortest mulig tid.

WiMAX-abonnentutstyr

Foreløpig kan utstyr for bruk av WiMAX-nettverk installeres innendørs (slike enheter er vanligvis ikke større enn tradisjonelle DSL-modemer) og utendørs (enheter på størrelse med bærbar PC).

Innendørsenheter er mer praktiske å bruke, men kan bare fungere på korte avstander fra basestasjonen.

På grunn av dette krever utstyr som monteres innendørs en større investering, siden det vil kreves et stort antall aksesspunkter for å sikre kvalitetsarbeid.

Arbeidsprinsipp og konsepter

WiMAX består av følgende elementer: stasjoner (base og klient), utstyr som er en kobling mellom stasjoner, et Internett-nettverk. For forbindelsen mellom basestasjonen og klienten brukes frekvenser fra 2 til 11 GHz.

Synslinje etableres vanligvis mellom basestasjoner og et driftsfrekvensområde på 10 til 66 GHz brukes. Siktelinjen mellom arbeidsstasjonene og frekvensområdet tillater datautvekslingshastigheter på opptil 120 Mbps. Men samtidig må en av arbeidsstasjonene være koblet til leverandørens nettverk med standard kablet tilkoblingsmetode.

IEEE 802.16-standarder har en GSM-nettverksstruktur. Rekkevidden av basestasjoner i flere kilometer og bygging av eventuelle ekstra tårn som forsterker signalet er absolutt ikke nødvendig.

Modi

Wimax 802.16e-2005-standarden inkluderer alle versjoner som ble utgitt tidligere:

MAC / lenkelag

I 802.16 MAC-nettverk brukes en såkalt scheduling-algoritme. Prinsippet for drift av denne algoritmen er basert på følgende: absolutt enhver klientstasjon kan koble til tilgangspunktet, og etter tilkobling vil det automatisk opprettes et eget spor for det direkte på tilgangspunktet. I tillegg kan ikke andre brukere påvirke dette og dermed utelukker det en frakobling.

WiMAX-arkitektur

På WiMAX Forum ble det laget en arkitekturspesifikasjon, takket være hvilken det er mulig å definere et stort antall nyanser av arbeid. Dette nummeret inkluderer distribusjon av nettverksadresser, interaksjon med andre nettverk, autentisering.

Jeg vil merke meg at nettverksarkitekturen ikke er strengt knyttet til en bestemt konfigurasjon, derfor er det gitt en ganske høy fleksibilitet og skalerbarhet.

Fordeler og ulemper

Fordelene inkluderer:

Ulempene inkluderer Jeg er:

mangel på frekvensenheter;
uforberedelse av det lovgivende grunnlaget;
vanskeligheter med å implementere ny teknologi, og det er derfor for øyeblikket ingen mulighet for å tilby kommunikasjon av høy kvalitet til en lav kostnad.

I denne artikkelen tok vi en nærmere titt på WiMAX. Det er trygt å si at WiMAX for tiden er den ledende trådløse teknologien. I dag har den fått ganske stor popularitet i den moderne verden.

I dag er WiMAX trådløs kommunikasjonsteknologi den mest avanserte av alle eksisterende. Den dukket opp i 2003 og var rettet mot å tilfredsstille kringkastingsmarkedet.

Hva det er?

Hvilke oppgaver løser WiMAX:

tilby bredbåndskommunikasjon i stedet for leide linjer og "DSL / ADSL";
levering av fjernovervåkingssystemer;
opprettelse av eksterne tilgangspunkter som ikke er knyttet til geografisk plassering;
tilveiebringelse av Wi-Fi-tilgangspunkter og deres tilkobling med hverandre, så vel som andre soner i Internett-nettverket.

Jeg vil også kort snakke om hovedstadiene i utviklingen av denne teknologien:

Omfang og gjennomførbarhet av søknad

I dag har ikke problemet med den siste milen en klar og universell løsning. Absolutt hver eksisterende teknologi har sitt eget bruksområde, fordeler og ulemper.

Et stort antall faktorer kan påvirke valget av en bestemt teknologi, og her er de viktigste:

måte å nå de fastsatte målene, effektiv bruk av ressurser, målgruppe,
tildeling av investeringer som deretter vil gå til utvikling av nettverket;
tilgjengelighet og drift av den eksisterende nettverksinfrastrukturen, samt visse ressurser som vil bli brukt til å støtte den tekniske driften av nettverket.

Hver av faktorene ovenfor spiller en spesiell rolle i valget av en teknologisk løsning.

Jeg vil også merke meg, sammenlignet med Wi-Fi og WiMAX, at sistnevnte lar brukere få tilgang til Internett med en ganske høy hastighet. Dekningen til WiMAX-nettverk er mye større enn for Wi-Fi.

video: WiMax-teknologi

Teknologialternativer

802.16-2004 - Ble godkjent i 2004. Under drift brukes frekvensmultipleksing. I tillegg er det støtte for den såkalte faste adkomsten i de områdene hvor det ikke er siktlinje. I de fleste tilfeller er frekvensene som brukes 3,5 og 5 GHz.
802.16-2005 - ble godkjent i 2005. Den nye versjonen er et stort skritt i utviklingen av fast tilgang. Den nye versjonen fikk støtte for mobilabonnenter, og dens kjennetegn er støtte for en rekke spesialfunksjoner, for eksempel: "Idle mode", "Handover".

Jeg vil også merke at de fleste selskaper foretrekker WiMAX, som tilbyr høyhastighetskommunikasjonstjenester.

Og det er grunner til dette:

for det første er 802.16 effektiv fra et økonomisk synspunkt når det gir sine kunder tilgang til nettverket, samt utvider tjenester og dekker nye territorier;
for det andre er det brukervennlighet, i motsetning til kablede kanaler. WiMAX og Wi-Fi er ganske enkle å bruke, distribuere og selvfølgelig skalere opp. En ganske praktisk måte å skape et stort nok nettverk på kortest mulig tid.

WiMAX-abonnentutstyr

Foreløpig kan utstyr for bruk av WiMAX-nettverk installeres innendørs (slike enheter er vanligvis ikke større enn tradisjonelle DSL-modemer) og utendørs (enheter på størrelse med bærbar PC).

Innendørsenheter er mer praktiske å bruke, men kan bare fungere på korte avstander fra basestasjonen.

På grunn av dette krever utstyr som monteres innendørs en større investering, siden det vil kreves et stort antall aksesspunkter for å sikre kvalitetsarbeid.

Arbeidsprinsipp og konsepter

IEEE 802.16-standarder har en GSM-nettverksstruktur. Rekkevidden av basestasjoner i flere kilometer og bygging av eventuelle ekstra tårn som forsterker signalet er absolutt ikke nødvendig.

Modi

Wimax 802.16e-2005-standarden inkluderer alle versjoner som ble utgitt tidligere:

MAC / lenkelag

WiMAX-arkitektur

Jeg vil merke meg at nettverksarkitekturen ikke er strengt knyttet til en bestemt konfigurasjon, derfor er det gitt en ganske høy fleksibilitet og skalerbarhet.

Fordeler og ulemper

Fordelene inkluderer:

Ulempene inkluderer Jeg er:

mangel på frekvensenheter;
uforberedelse av det lovgivende grunnlaget;
vanskeligheter med å implementere ny teknologi, og det er derfor for øyeblikket ingen mulighet for å tilby kommunikasjon av høy kvalitet til en lav kostnad.

I denne artikkelen tok vi en nærmere titt på WiMAX. Det er trygt å si at WiMAX for tiden er den ledende trådløse teknologien. I dag har den fått ganske stor popularitet i den moderne verden.

System WiMAX består av to hoveddeler.

Basestasjon WiMAX, kan være plassert på et høyhusobjekt: en bygning eller et tårn.

Mottaker WiMAX: antenne med mottaker, i form av et PC-kort, et PC-utvidelseskort eller et eksternt kort.

Forbindelsen mellom basestasjonen og klientmottakeren gjøres i området 2-11 GHz. Denne tilkoblingen tillater dataoverføring med hastigheter på opptil 20 Mbps og krever ikke siktlinje mellom stasjonen og brukeren. Teknologi WiMAX den brukes både på «siste mil» og for å gi tilgang til regionale nettverk: kontor, distrikt. En permanent forbindelse opprettes mellom nabobasestasjoner ved hjelp av mikrobølge (superhøye frekvenser 10-66 GHz) radiokommunikasjon. Denne tilkoblingen, under ideelle forhold, tillater dataoverføring med hastigheter på opptil 120 Mbps. Begrensningen for siktlinje er ikke et pluss, men den pålegges bare basestasjoner som deltar i den integrerte dekningen av området, noe som er fullt mulig å implementere når du plasserer utstyr.

Ris. 2.1 - Organisering av et kommunikasjonsnettverk ved bruk av WiMax-teknologi.

Minst én av basestasjonene kan være permanent tilkoblet leverandørens nettverk via en høyhastighets bredbåndsforbindelse. Faktisk, jo flere stasjoner som har tilgang til leverandørens nettverk, desto høyere hastighet og pålitelighet er dataoverføringen. Men selv med et lite antall punkter, er systemet i stand til å fordele belastningen riktig på grunn av den cellulære topologien.

På grunnlag av det cellulære prinsippet utvikles også konstruksjonen av et optimalt nettverk, som omslutter store objekter (bybygg i flere etasjer, fjellkjeder), når en serie sekvensielle stasjoner overfører data i henhold til reléprinsippet.

Ris. 2.2 - Diagram over organiseringen av et regionalt nettverk ved bruk av WiMAX-teknologi.

Når det gjelder struktur, er IEEE 802.16-standardnettverk veldig like tradisjonelle mobilkommunikasjonsnettverk: det er også basestasjoner som opererer innenfor en radius på opptil 50 km, mens de heller ikke trenger å installeres på tårn - hustak er ganske egnet for dem, du trenger bare å overholde betingelsen om en rett linje synlighet mellom stasjoner. For å koble basestasjonen til brukeren kreves abonnentutstyr. Videre kan signalet gå gjennom en standard Ethernet-kabel, enten direkte til en bestemt datamaskin, eller til et 802.11 Wi-Fi-tilgangspunkt eller et lokalt kablet Ethernet-nettverk.

2.3. WiMax driftsmoduser.

802.16e-2005-standarden har innlemmet alle tidligere utgitte versjoner og gir for øyeblikket følgende moduser.

Fast WiMAX- fast tilgang;

Nomadisk WiMAX- økttilgang;

Bærbar WiMAX- tilgang i flyttemodus;

Mobil WiMAX- mobil tilgang.

Fikset WiMAX ... Fast tilgang er et alternativ til kablede bredbåndsteknologier (xDSL, T1, etc.). Standarden bruker frekvensområdet 10-66 GHz. Dette frekvensområdet, på grunn av den sterke dempingen av korte bølger, krever en siktlinje mellom senderen og mottakeren av signalet. På den annen side unngår dette frekvensområdet et av hovedproblemene ved radiokommunikasjon - flerveis signalutbredelse. Samtidig er bredden på kommunikasjonskanaler i dette frekvensområdet ganske stor (en typisk verdi er 25 eller 28 MHz), noe som gjør det mulig å oppnå overføringshastigheter på opptil 120 Mbit / s. Fast modus ble inkludert i 802.16d-2004-versjonen og er allerede i bruk i en rekke land. Imidlertid tilbyr de fleste selskaper tjenester FiksetWiMAX, forvent en tidlig overgang til bærbar og i fremtiden mobil WiMAX.

Fig 2.3. - Nettverksorganisering i fast WiMAX-modus.

Nomadisk WiMAX ... Sesjonstilgang (nomadisk) la til konseptet med økter til den eksisterende FiksetWiMAX... Tilstedeværelsen av økter lar deg fritt flytte klientutstyr mellom økter og gjenopprette forbindelsen ved hjelp av andre basestasjoner WiMAX enn de som ble brukt under forrige økt. Denne modusen er hovedsakelig designet for bærbare enheter som bærbare datamaskiner, PDAer. Innføringen av økter lar deg redusere strømforbruket til klientenheten, noe som er viktig for bærbare enheter.

Bærbar WiMAX ... For modus BærbarWiMAX lagt til muligheten til å automatisk bytte klienten fra én basestasjon WiMAX til den andre uten å miste forbindelsen. For denne modusen er imidlertid bevegelseshastigheten til klientutstyret fortsatt begrenset - 40 km / t. Men allerede i dette skjemaet kan du bruke klientenheter på veien (i en bil når du kjører gjennom boligområder i byen der hastigheten er begrenset, på sykkel, gange, etc.). Innføringen av denne modusen gjorde det hensiktsmessig å bruke teknologien WiMAX for smarttelefoner og PDAer. I 2006 begynte utgivelsen av enheter som opererer i bærbar modus WiMAX.

Mobil WiMAX ble utviklet i 802.16e-2005-standarden og tillot å øke bevegelseshastigheten til klientutstyr til mer enn 120 km/t.

Fig 2.4. - Nettverk i Mobil WiMAX-modus.

Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ)-teknologien som brukes i denne modusen gjør det mulig å opprettholde en stabil forbindelse under en skarp endring i bevegelsesretningen til klientutstyret. Og Network-Optimized Hard Handoff (HHO)-teknologien tillater opptil 50 millisekunder eller mindre for å redusere tiden for å bytte klienten mellom kanaler.