Järjestelmä WiMAX koostuu kahdesta pääosasta.

Tukiasema WiMAX, voidaan sijoittaa korkeaan kerrokseen: rakennukseen tai torniin.

Vastaanotin WiMAX: antenni vastaanottimella PC-kortin, PC-laajennuskortin tai ulkoisen kortin muodossa.

Yhteys tukiaseman ja asiakasvastaanottimen välillä tehdään 2-11 GHz:n alueella. Tämä yhteys mahdollistaa tiedonsiirron jopa 20 Mbit/s nopeudella, eikä se vaadi suoraa näkyvyyttä aseman ja käyttäjän välillä. Tekniikka WiMAX käytetään sekä "viimeisellä maililla" että pääsyn tarjoamiseen alueellisiin verkkoihin: toimisto, piiri. Pysyvä yhteys naapuritukiasemien välille muodostetaan mikroaalto- (ultrakorkeat taajuudet 10-66 GHz) näkökenttäradioviestinnällä. Tämä yhteys mahdollistaa ihanteellisissa olosuhteissa tiedonsiirron jopa 120 Mbit/s nopeudella. Näkyvyyden rajoitus ei ole plussaa, vaan se koskee vain tukiasemia, jotka osallistuvat alueen täydelliseen peittoon, mikä on täysin mahdollista toteuttaa laitteita sijoitettaessa.

Riisi. 2.1 - Viestintäverkon järjestäminen WiMax-tekniikalla.

Ainakin yksi tukiasemista voi olla kiinteästi yhteydessä palveluntarjoajan verkkoon nopealla laajakaistayhteydellä. Itse asiassa, mitä useammalla asemalla on pääsy palveluntarjoajan verkkoon, sitä suurempi on tiedonsiirron nopeus ja luotettavuus. Kuitenkin jopa pienellä pistemäärällä järjestelmä pystyy jakamaan kuorman oikein solukkotopologian ansiosta.

Pohjassa soluperiaate He kehittävät myös optimaalisen verkon rakentamista, joka ympäröi suuria kohteita (monikerroksisia kaupunkirakennuksia, vuoristoja), kun sarja peräkkäisiä asemia välittää tietoja viestikilpailun perusteella.

Riisi. 2.2 - Suunnitelma alueellisen verkon järjestämisestä WiMAX-tekniikalla.

IEEE 802.16 -standardin verkon rakenne on hyvin samanlainen kuin perinteisten matkaviestinverkkojen: myös täällä on tukiasemia, jotka toimivat jopa 50 km:n säteellä, eikä niitä myöskään tarvitse asentaa torneihin - katot ovat varsin sopiva niille, vaaditaan vain suoran linjan ehtojen mukainen näkyvyys asemien välillä. Tukiaseman yhdistäminen käyttäjään edellyttää käyttäjälaitteita. Sitten signaali voidaan lähettää tavallisella Ethernet-kaapelilla joko suoraan tiettyyn tietokoneeseen tai 802.11 Wi-Fi-tukiasemaan tai paikalliseen langalliseen Ethernet-verkkoon.

2.3. WiMax-käyttötilat.

Standardi 802.16e-2005 sisältää kaikki aiemmin julkaistut versiot ja tarjoaa tällä hetkellä seuraavat tilat.

Kiinteä WiMAX- kiinteä pääsy;

Nomadinen WiMAX- pääsy istuntoon;

Kannettava WiMAX- pääsy liikkuvassa tilassa;

Mobiili WiMAX- mobiiliyhteys.

Korjattu WiMAX . Kiinteä pääsy on vaihtoehto langallisille laajakaistatekniikoille (xDSL, T1 jne.). Standardi käyttää taajuusaluetta 10-66 GHz. Tämä taajuusalue vaatii lyhytaaltojen voimakkaan vaimennuksen vuoksi suoraa näkyvyyttä lähettimen ja signaalivastaanottimen välillä. Toisaalta tällä taajuusalueella voidaan välttää yksi radioviestinnän pääongelmista - monitiesignaalin eteneminen. Lisäksi viestintäkanavien leveys tällä taajuusalueella on melko suuri ( tyypillinen arvo- 25 tai 28 MHz), jonka avulla voit saavuttaa jopa 120 Mbit/s siirtonopeudet. Kiinteä tila sisällytettiin standardin 802.16d-2004-versioon, ja sitä käytetään jo useissa maissa. Useimmat palveluita tarjoavat yritykset kuitenkin KorjattuWiMAX, odota nopeaa siirtymistä kannettavaan ja myöhemmin mobiiliin WiMAX.

Kuva 2.3. – Verkkoyhteys kiinteässä WiMAX-tilassa.

Nomadilainen WiMAX . Istuntokäyttö (nomadinen) lisäsi istuntojen käsitteen jo olemassa olevaan KorjattuWiMAX. Istuntojen läsnäolon avulla voit vapaasti siirtää asiakaslaitteita istuntojen välillä ja palauttaa yhteyden käyttämällä muita tukiasemia WiMAX kuin edellisen istunnon aikana käytetyt. Tämä tila on suunniteltu pääasiassa kannettaville laitteille, kuten kannettaville tietokoneille ja PDA-laitteille. Istuntojen käyttöönoton avulla voit vähentää asiakaslaitteen energiankulutusta, mikä on tärkeää kannettaville laitteille.

Kannettava WiMAX . Modelle KannettavaWiMAX lisätty mahdollisuus vaihtaa asiakas automaattisesti yhdeltä tukiasemalta WiMAX toiseen ilman, että yhteys katkeaa. Tässä tilassa asiakaslaitteiden liikenopeus on kuitenkin edelleen rajoitettu - 40 km/h. Kuitenkin jo tässä muodossa voit käyttää asiakaslaitteita tiellä (autossa ajettaessa kaupungin asuinalueilla, joissa nopeus on rajoitettu, pyörällä, kävellen jne.). Tämän tilan käyttöönotto teki tekniikan käytön tarkoituksenmukaiseksi WiMAXälypuhelimille ja PDA-laitteille. Vuonna 2006 aloitettiin kannettavassa tilassa toimivien laitteiden tuotanto WiMAX.

mobiili WiMAX kehitettiin standardissa 802.16e-2005 ja se mahdollisti asiakaslaitteiden liikenopeuden nostamisen yli 120 km/h:iin.

Kuva 2.4. – Verkkoyhteys Mobil WiMAX -tilassa.

Tässä tilassa käytetty Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ) -tekniikka mahdollistaa vakaan yhteyden ylläpitämisen asiakaslaitteen liikesuunnan äkillisen muutoksen aikana. Ja Network-Optimized Hard Handoff (HHO) -tekniikan avulla voit lyhentää asiakkaan kanavien välillä vaihtamiseen kuluvaa aikaa jopa 50 millisekunnilla tai vähemmän.

WiMAX on tietoliikennetekniikka, joka on suunniteltu tarjoamaan langaton viestintä ja tiedonsiirto pitkiä matkoja useille eri laitteille ( me puhumme ei vain tukiasemista, vaan myös erilaisia ​​laitteita: älypuhelimet, kannettavat tietokoneet, tabletit jne.).

Kehitetty nimellä vaihtoehto puhelinlinjoja ja DSL-tekniikat. Tällä hetkellä suurin saavutettu teoreettinen siirtonopeuden taso on 1 Gbit/s.

Kuinka Wimax toimii

Toimii periaatteella perinteinen verkko matkaviestintä. Eli ne on asennettu tukiasemia, jotka muodostavat langattoman verkon peiton. Tämä peitto tarjoaa jatkuvaa tietoliikennettä tietyllä alueella pysyvän radiokanavan kautta mikroaaltoalueella.

Kuinka WiMAX toimii

Käyttäjän laite automaattisesti vastaanottaa signaalin lähimmältä tukiasema vahvemmalla signaalilla "pääsyalueella".

Erottaa korjattu(kiinteille laitteille) ja mobiili(kannettava, liikkuva avaruudessa) WiMAX-standardi.

Jokaisella niistä on omansa ominaisuudet: ensisijaisesti toimintataajuus sekä pääsytavat ja siirrot.

Ero wimaxin ja wifin välillä

Teknologioilla on paljon yhteistä, jos puhumme olemuksesta - tiedon siirtämisestä kaukaa ilman johtoja, kaapeleita jne. käyttämällä tiettyjä radiotaajuuksia. Kuitenkin WiMax on ylivoimainen Wi-Fi-yhteyden nopeudet. Myös eri laaja kattavuus, jonka ansiosta sitä voidaan käyttää runkokanavana, mikä voi lopulta mahdollistaa järjestämisen niiden perusteella skaalautuva kaupunkiverkot, joissa on suuret yhteysnopeudet.

Ne eroavat myös käyttöalueiltaan, joten ne voivat täydentää toisiaan. Kaikki riippuu kohdeyleisö ja toimijoiden kyky tarjota teknologiaa. WiMAXille tarvitset tehokkaampi verkkoinfrastruktuurin, jonka rakentamisesta aiheutuu näin ollen suuria materiaalikustannuksia ja paljon muuta pitkällä aikavälillä takaisinmaksu.

Kuten tiedetään Wi-Fi-standardi on 802.11 ja WiMAX-standardi on 802.16. Näin ollen niiden teknisissä ominaisuuksissa on eroja.

Merkittävä ero on se alue Wi-Fi ei ylitä 100 metriä ilman esteitä (jokapäiväisissä olosuhteissa tämä on 20-30 metriä). Jos puhumme WiMAX, sitten suurin ilmoitettu alue 50 km(todellisuudessa 5-10 km), mikä on paljon enemmän. On suositeltavaa käyttää Wi-Fi-yhteyttä paikallisten yksityisten verkkojen luomiseen. WiMAXilla voit luoda alueellisia verkkoja . Vain laitteet, jotka tukevat tätä standardia ja on varustettu asianmukaisella moduulilla, voivat muodostaa yhteyden tähän verkkoon.

Wi-Fiä käytetään paljon enemmän johtuen halpa Ja yksinkertaisuus asetukset.

Molemmat tekniikat ovat helppokäyttöisiä, ja niiden avulla voit helposti ottaa käyttöön ja skaalata verkkoja mahdollisimman lyhyessä ajassa.

Miksi valita wimax

Tulevaisuus on WiMAX. Jo nyt mobiiliversio mahdollistaa työskentelyn jopa 10 Mbit/s nopeuksilla. nauti nopea Internet Voit tehdä sen missä tahansa – kotona, autossa tai töissä. Yhteys on erilainen luotettavuus Ja laatu. WiMAX tarjoaa yleismaailmallinen langaton yhteys useille laitteille.

Teoriassa kaikki on hyvin, mutta käytännössä tekniikan käyttöönotossa on edelleen ongelmia taajuuslaitteiden puutteen, riittämättömän lainsäädäntökehyksen ja korkeiden asennuskustannusten vuoksi. Kuitenkin nämä puutteita voidaan eliminoida, ja seuraavan vuosikymmenen aikana käyttäjät tulevat tutustumaan tähän tekniikkaan, aivan kuten Wi-Fi-tekniikka valloitti aikanaan langattoman Internetin.

Nykyään WiMAX-langaton viestintätekniikka on edistynein kaikista olemassa olevista. Vuonna 2003 ilmestyneen sen tarkoituksena oli tyydyttää lähetyslaitteiden markkinat.

Ympäri maailmaa monet operaattorit ovat alkaneet luoda langattomia verkkoja. Tällaisia ​​verkostoja on nyt Yhdysvalloissa, Japanissa, Koreassa, Venäjällä ja monissa muissa maissa. Jos otamme huomioon johtavien viestintäanalyytikot, WiMAXilla on pian verkon käyttäjien kokonaismäärä yli 100 miljoonaa ihmistä.

Nykyään voimme turvallisesti sanoa, että WiMAXilla ei ole vaihtoehtoista tekniikkaa, mikä tekee siitä edistyneen tuotteen. Tässä artikkelissa tarkastellaan yksityiskohtaisesti tämän tekniikan ominaisuuksia, sen etuja ja haittoja.

Mikä se on?

"WiMAX" ("International Interconnection for Microwave Access") on tekniikka vuonna 2003 kehitetty, jonka tarkoituksena on tarjota langatonta viestintää työasemille, pöytätietokoneet, kannettavat tietokoneet ja mobiililaitteet. Perustuu IEEE 802.16 -tietoliikennestandardiin.

Mitä ongelmia WiMAX ratkaisee:

• laajakaistaviestinnän tarjoaminen kiinteiden johtojen ja DSL/ADSL:n sijaan;
• Etävalvontajärjestelmien tarjoaminen;
• pisteiden luominen etäkäyttö, jotka eivät ole sidottu maantieteelliseen sijaintiin;
• Wi-Fi-tukipisteiden tarjoaminen ja niiden yhdistäminen toisiinsa sekä muihin Internet-verkon osiin.

Haluaisin myös puhua lyhyesti tämän tekniikan kehittämisen päävaiheista:

Sovelluksen laajuus ja toteutettavuus

Nykyään kehittäjät ympäri maailmaa kohtaavat akuutisti "viimeisen mailin" ongelman (kanava, joka yhdistää käyttäjän päätelaitteet palveluntarjoajan liityntäsolmuun). Onneksi viime mailin teknologiaa on nyt saatavilla monia erilaisia, joten jokainen palveluntarjoaja voi ratkaista tämän tekniikan valinnan ongelman.

Nykyään viimeisen mailin ongelmalla ei ole selkeää ja yleismaailmallista ratkaisua. Ehdottomasti jokaisella olemassa olevalla tekniikalla on oma sovellusalue, hyvät ja huonot puolensa.

Tietyn tekniikan valintaan voivat vaikuttaa monet tekijät, ja tässä ovat tärkeimmät:

• tapa saavuttaa asetetut tavoitteet, tehokas resurssien käyttö, kohdeyleisö,
• investointien kohdentaminen, jotka myöhemmin käytetään verkon kehittämiseen;
• olemassa olevan verkkoinfrastruktuurin käytettävyys ja toimivuus sekä tietyt resurssit, jotka osoitetaan verkon teknisen toiminnan tukemiseen.

Jokaisella edellä mainituista tekijöistä on erityinen rooli teknisen ratkaisun valinnassa.

Haluaisin myös huomata, että verrattaessa Wi-Fiä ja WiMAXia, jälkimmäinen mahdollistaa käyttäjien pääsyn Internetiin melko suurella nopeudella. WiMAX-verkkojen kattavuus on paljon suurempi kuin Wi-Fin.

video: WiMax-tekniikka

Tekniset vaihtoehdot

Koko WiMAX-teknologiaperheellä on melko laaja valikoima etuja, joilla on tiettyjä eroja keskenään. WiMAX-teknologian kehittäjät yrittivät löytää sopivimman vaihtoehdon mobiili- ja kiinteän verkon käyttöön.

On kuitenkin syytä huomata, että vaatimusten yhdistäminen yhden standardin sisällä ei ole vieläkään ratkaistu ongelma.

Vakiovaatimukset ovat täysin samankaltaisia ​​toistensa kanssa, mutta jokaisella tekniikalla on erityinen painopiste markkinoiden eri osa-alueilla. Siksi tästä tuli sysäys standardin kahden erillisen version luomiseen.

Kuva: IEEE 802.16 e- ja d-tekniikka

• Jokaisella WiMAX-spesifikaatiolla on omat tekniset ominaisuutensa: säteilytehot, taajuudet, pääsy ja lähetys, radiotaajuuksien uudelleenkäyttö. Ja juuri näiden ominaisuuksien takia IEEE 802.16 e- ja d-standardeihin perustuvilla WiMAX-järjestelmillä ei ole käytännössä mitään yhteensopivuutta.
• 802.16-2004 - hyväksytty vuonna 2004. Taajuusmultipleksointia käytetään käytön aikana. Lisäksi tuetaan niin sanottua kiinteää pääsyä niillä alueilla, joilla ei ole suoraa näkyvyyttä. Useimmissa tapauksissa käytetään 3,5 ja 5 GHz:n taajuuksia. 802.16-2005 - hyväksytty vuonna 2005. Uusi versio on iso askel kiinteän pääsyn kehityksessä. Uusi versio sai tukea mobiilitilaajille ja sen erottuva piirre

tukee useita erikoistoimintoja, kuten: "Idle mode", "Handover".

Näiden kahden eritelmän erottuva piirre on, että kiinteä WiMAX (802.16-2004) toimii vain staattisten tilaajien kanssa, kun taas 802.16-2005 (mobiili WiMAX) toimii tilaajien kanssa, jotka liikkuvat jopa 110 kilometrin tuntinopeudella.

Haluaisin myös huomauttaa, että useimmat yritykset suosivat WiMAXia tarjoaessaan nopeita viestintäpalveluita.

Ja tähän on syitä:

• Ensinnäkin 802.16 on taloudellisesti tehokas tarjoamaan asiakkailleen pääsyn verkkoon sekä laajentamaan palveluja ja kattamaan uusia alueita;
• toiseksi se on helppokäyttöinen, toisin kuin langalliset kanavat. WiMAX ja Wi-Fi ovat melko helppoja käyttää, ottaa käyttöön ja tietysti skaalata. Tarpeeksi kätevä tapa kun luodaan melko suuri verkko mahdollisimman lyhyessä ajassa.

WiMAX-tilaajalaitteet

Tällä hetkellä WiMAX-verkkojen käyttöä varten tarvittavat laitteet voidaan asentaa sisätiloihin (tällaiset laitteet eivät yleensä ole kooltaan suurempia kuin perinteiset DSL-modeemit) ja ulkotiloihin (läppärin kokoiset laitteet).

Sisälaitteet ovat kätevämpiä käyttää, mutta ne voivat toimia vain lyhyillä etäisyyksillä tukiasemasta.

Tästä johtuen sisätiloihin asennettavat laitteet vaativat suurempia investointeja, koska laadukkaan työn varmistamiseksi tarvitaan suuri määrä tukiasemia.

Toimintaperiaate ja käsitteet

WiMAX koostuu seuraavista elementeistä: asemat (tukiasema ja asiakas), asemat yhdistävät laitteet ja Internet-verkko. Tukiaseman ja asiakasaseman yhdistämiseen käytetään taajuuksia 2 - 11 GHz.

Pääsääntöisesti muodostetaan suora näkyvyys tukiasemien välillä ja käytetään toimintataajuutta 10 - 66 GHz. Suora näkyvyys työasemien ja taajuusalueen välillä mahdollistaa tiedonsiirtonopeudet jopa 120 Mbit/s. Mutta tässä tapauksessa on tarpeen yhdistää yksi työasemista palveluntarjoajan verkkoon käyttämällä standardi menetelmä langallinen yhteys.

IEEE 802.16 -standardeilla on GSM-verkkorakenne. Tukiasemien kantama on useita kilometrejä, eikä signaalia vahvistavien lisätornien rakentaminen ole ehdottomasti tarpeen.

Tilat

Wimax 802.16e-2005 -standardi sisältää kaikki aiemmin julkaistut versiot:

MAC/linkkikerros

802.16 MAC-verkot käyttävät ns. ajoitusalgoritmia. Tämän algoritmin toimintaperiaate perustuu seuraavaan: ehdottomasti mikä tahansa asiakasasema voi muodostaa yhteyden tukiasemaan ja yhteyden muodostamisen jälkeen sille luodaan automaattisesti erillinen paikka suoraan tukiasemaan. Lisäksi muut käyttäjät eivät voi vaikuttaa tähän, ja siten se eliminoi tiedonsiirron katkeamisen mahdollisuuden.

WiMAX-arkkitehtuuri

WiMAX Forumissa luotiin arkkitehtuurispesifikaatio, jonka ansiosta on mahdollista määrittää valtava määrä toiminnallisia vivahteita. Tämä numero sisältää jakelun verkko-osoitteita, vuorovaikutus muiden verkkojen kanssa, todennus.

Haluan huomauttaa, että verkkoarkkitehtuuri ei ole tiukasti sidottu yhteen tai toiseen yksittäiseen kokoonpanoon, joten se tarjoaa melko suurta joustavuutta ja skaalautuvuutta.

Edut ja haitat

Edut sisältävät:

Haittoja ovat mm Minä:

• taajuuslaitteiden pula;
• lainsäädäntökehyksen valmistautumattomuus;
• vaikeuksia uuden teknologian käyttöönotossa, minkä vuoksi tällä hetkellä ei ole mahdollista tarjota korkealaatuista viestintää alhaisin kustannuksin.

Tässä artikkelissa tarkastelimme WiMAXia yksityiskohtaisesti. On turvallista sanoa, että WiMAX on tällä hetkellä johtava langaton viestintätekniikka. Nykyään se on saavuttanut melko suuren suosion nykymaailmassa.

WiMAX englannista Maailmanlaajuinen yhteentoimivuus mikroaaltokäyttöön IEEE 802.16 on langaton viestintästandardi, joka tarjoaa laajakaistaviestintää pitkiä matkoja kaapeliyhteyksiin verrattavissa olevilla nopeuksilla.

Nimen "WiMAX" loi WiMAX Forum, organisaatio, joka perustettiin kesäkuussa 2001 tavoitteena edistää ja kehittää WiMAXia. Foorumi kuvailee WiMAXia "standardipohjaiseksi teknologiaksi, joka tarjoaa nopean langattoman verkkoyhteyden vaihtoehtona kiinteille linjoille ja DSL:lle".

Soveltamisala

WiMAX soveltuu seuraavien ongelmien ratkaisemiseen:

• Wi-Fi-tukipisteiden yhdistäminen toisiinsa ja muihin Internetin osiin.
• Langattoman laajakaistayhteyden tarjoaminen vaihtoehtona kiinteille yhteyksille ja DSL:lle.
• Tarjoaa nopeita tiedonsiirtopalveluita (jopa 3 Mb/s) ja tietoliikennepalveluja.
• Maantieteelliseen sijaintiin sidomattomien tukiasemien luominen.

WiMAXin avulla voit käyttää Internetiä suurilla nopeuksilla, paljon suuremmalla peitolla kuin Wi-Fi-verkko. Tämä mahdollistaa teknologian käytön "runkokanavina", joiden jatkoa ovat perinteiset DSL- ja kiinteät yhteydet sekä paikallisverkot. Tämän seurauksena tämä lähestymistapa mahdollistaa nopeiden verkkojen luomisen kokonaisiin kaupunkeihin.

Kiinteä ja mobiili vaihtoehto WiMAX

Edut kuuluvat koko WiMAX-perheelle, mutta sen versiot eroavat merkittävästi toisistaan. Standardin kehittäjät etsivät optimaalisia ratkaisuja sekä kiinteisiin että mobiilisovellus, mutta kaikkia vaatimuksia ei voitu yhdistää yhteen standardiin. Vaikka useat perusvaatimukset ovat samat, teknologian keskittyminen erilaisiin markkinarakoihin on johtanut kahden erillisen version luomiseen standardista (tai pikemminkin niitä voidaan pitää kahdena eri standardina). Jokainen WiMAX-spesifikaatio määrittelee sen toimintataajuusalueet, kaistanleveyden, säteilytehon, lähetys- ja pääsymenetelmät, signaalin koodaus- ja modulaatiomenetelmät, radiotaajuuksien uudelleenkäytön periaatteet ja muut indikaattorit. Siksi IEEE 802.16 e- ja d-standardin versioihin perustuvat WiMAX-järjestelmät ovat käytännössä yhteensopimattomia. Alla on kunkin version lyhyet ominaisuudet.

802.16-2004 (tunnetaan myös nimellä 802.16d ja kiinteä WiMAX). Eritelmä hyväksyttiin vuonna 2004. Ortogonaalista taajuusjakoista multipleksointia (OFDM) käytetään ja kiinteää pääsyä tuetaan alueilla, joissa on näköyhteys tai ilman. Käyttäjälaitteet ovat kiinteitä modeemeja, jotka asennetaan ulko- ja sisätiloihin, sekä PCMCIA-kortteja kannettaville tietokoneille. Useimmissa maissa tälle teknologialle on varattu 3,5 ja 5 GHz taajuudet. WiMAX Forumin mukaan kiinteästä versiosta on jo noin 175 toteutusta. Monet analyytikot pitävät sitä kilpailijana tai langallisen DSL-laajakaistatekniikan täydentäjänä.

802.16-2005 (tunnetaan myös nimellä 802.16e ja mobiili-WiMAX). Eritelmä hyväksyttiin vuonna 2005. tämä - uusi kierros kiinteän liityntätekniikan kehittäminen (802.16d). Optimoitu tukea varten mobiilikäyttäjille versio tukee useita erityistoimintoja, kuten kanavanvaihtoa, "valmiustilaa" ja verkkovierailua. Käytetään skaalautuvaa OFDM-käyttöä (SOFDMA), joka on mahdollista näköyhteydellä tai ilman. Suunnitellut taajuusalueet Mobiiliverkot WiMAX ovat: 2,3, 2,5, 3,4-3,8 GHz. Eri puolilla maailmaa on toteutettu useita pilottiprojekteja, ja äskettäin operaattori Sprint ilmoitti aloittavansa kansallisen mittakaavan hankkeen. 802.16e:n kilpailijat ovat kaikki kolmannen sukupolven mobiiliteknologiat (esim. EV-DO, HSXPA).

Suurin ero näiden kahden tekniikan välillä on, että kiinteä WiMAX mahdollistaa vain "staattisten" tilaajien palvelun, kun taas mobiili on keskittynyt työskentelemään käyttäjien kanssa, jotka liikkuvat jopa 120 km/h nopeuksilla. Liikkuvuus tarkoittaa verkkovierailutoimintojen olemassaoloa ja "saumatonta" vaihtoa tukiasemien välillä, kun tilaaja liikkuu (kuten verkoissa tapahtuu matkapuhelinviestintä). Joissakin tapauksissa mobiilia WiMAXia voidaan käyttää myös kiinteän verkon käyttäjien palvelemiseen.

Laajakaista

Monet teleyritykset lyövät vetoa WiMAXin käyttämisestä nopeiden viestintäpalvelujen tarjoamiseen. Ja tähän on useita syitä. Ensinnäkin 802.16-teknologiaperhe mahdollistaa kustannustehokkaamman (verrattuna langallisia teknologioita) ei ainoastaan ​​tarjoa verkkoon pääsyä uusille asiakkaille, vaan myös laajentaa palveluvalikoimaa ja kattaa uusia vaikeasti saavutettavia alueita. Toiseksi langattomia tekniikoita on paljon helpompi käyttää kuin perinteisiä langallisia kanavia. WiMAX- ja Wi-Fi-verkot on helppo ottaa käyttöön ja skaalata tarpeen mukaan. Tämä tekijä osoittautuu erittäin hyödylliseksi, kun sinun on laajennettava suuri verkko mahdollisimman pian. WiMAXia käytettiin esimerkiksi tarjoamaan verkkoon pääsy joulukuun 2004 tsunamista selvinneille Indonesiassa (Aceh). Alueen koko viestintäinfrastruktuuri oli poissa käytöstä ja koko alueen viestintäpalveluiden pikaista palauttamista vaadittiin.

Kaiken kaikkiaan kaikki nämä edut alentavat nopeiden Internet-yhteyspalvelujen hintoja sekä yrityksille että yksityishenkilöille.

Käyttäjän laitteet

WiMAX-verkkojen käyttöön tarkoitetut laitteet toimitetaan useilta valmistajilta ja ne voidaan asentaa sekä sisätiloihin (normaalin DSL-modeemin kokoiset laitteet) että ulos (läppärin kokoiset laitteet). On huomioitava, että sisätiloihin sijoitettavat laitteet, jotka eivät vaadi ammattimaista asennustaitoa, ovat luonnollisesti kätevämpiä, pystyvät toimimaan huomattavasti lyhyemmillä etäisyyksillä tukiasemasta kuin ammattimaisesti asennetut ulkoiset laitteet. Siksi sisätiloihin asennetut laitteet vaativat paljon suurempia investointeja verkkoinfrastruktuurin kehittämiseen, koska niihin liittyy paljon suuremman määrän käyttöpisteitä.

Mobiili WiMAXin keksimisen myötä kaikki enemmän painotusta tehdään mobiililaitteiden kehittämisessä. Mukaan lukien erikoispuhelimet (samanlaiset kuin tavallinen matkapuhelin) ja tietokoneiden oheislaitteet (USB-radiomoduulit ja PC-kortit).

Kuinka WiMAX toimii

Peruskäsitteet

Yleisesti ottaen WiMAX-verkot koostuvat seuraavista pääosista - tuki- ja tilaaja-asemat sekä tukiasemat toisiinsa, palveluntarjoajaan ja Internetiin yhdistävistä laitteista.

Tukiaseman liittämiseksi tilaaja-asemaan käytetään suurtaajuista radioaaltoaluetta 1,5 - 11 GHz. Ihanteellisissa olosuhteissa tiedonsiirtonopeus voi olla 70 Mbit/s ilman, että tukiaseman ja vastaanottimen välillä tarvitaan näköyhteyttä.

Kuten edellä mainittiin, WiMAXia käytetään sekä "viimeisen mailin" ongelman ratkaisemiseen että verkkoon pääsyn tarjoamiseen toimisto- ja piiriverkkoihin.

Näköyhteyttä muodostetaan tukiasemien välille taajuusalueella 10-66 GHz, tiedonsiirtonopeudet voivat olla 120 Mbit/s. Tässä tapauksessa vähintään yksi tukiasema on yhdistetty palveluntarjoajan verkkoon Classicilla johdinliitännät. Kuitenkin kuin suurempi määrä BS on kytketty palveluntarjoajan verkkoihin, mitä suurempi tiedonsiirtonopeus ja koko verkon luotettavuus.

IEEE 802.16 -standardiperheen verkkorakenne on samanlainen kuin perinteiset GSM-verkot(tukiasemat toimivat jopa kymmenien kilometrien etäisyyksillä, niiden asentamiseen ei tarvitse rakentaa torneja - asennus talojen katoille on sallittua asemien välisen suoran näkyvyyden ehdoilla) Toimintatilat MAC / linkkikerros

IN Wi-Fi-verkot kaikki käyttäjäasemat, jotka haluavat lähettää tietoa tukiaseman (AP) kautta, kilpailevat jälkimmäisen "huomiosta". Tämä lähestymistapa voi aiheuttaa tilanteen, jossa viestintää varten etäasemia katkaistaan ​​jatkuvasti lähempien asemien hyväksi. Tämä haitta vaikeuttaa palveluiden, kuten Voice over IP (VoIP) käyttöä, jotka riippuvat voimakkaasti keskeytymättömästä yhteydestä.

Mitä tulee 802.16-verkkoihin, MAC käyttää ajoitusalgoritmia. Minkä tahansa käyttäjäaseman tarvitsee vain muodostaa yhteys tukiasemaan, ja sille varataan paikka tukiasemassa, johon muut käyttäjät eivät pääse.

Arkkitehtuuri

WiMAX Forum on kehittänyt arkkitehtuurin, joka määrittelee monia WiMAX-verkkojen toiminnan näkökohtia: vuorovaikutusta muiden verkkojen kanssa, verkko-osoitteiden jakelua, todennusta ja paljon muuta. Alla oleva kuva antaa jonkinlaisen käsityksen WiMAX-verkkojen arkkitehtuurista.

• SS/MS: (tilaajaasema/mobiiliasema)
• ASN: (pääsypalveluverkko)
• BS: (tukiasema), tukiasema, osa ASN:ää
• ASN-GW: (ASN-yhdyskäytävä), yhdyskäytävä, osa ASN:ää
• CSN: (yhteyspalveluverkko)
• HA: (Kotiagentti, osa CSN:tä)
• NAP: (verkkoyhteyden tarjoaja)
• NSP: (verkkopalveluntarjoaja)

ASN (Access Service Network) - pääsyverkko.

ASN Gateway - suunniteltu yhdistämään tukiasemien liikenne- ja signalointiviestit ja välittämään ne edelleen CSN-verkkoon.

BS (Base Station) - tukiasema. Päätehtävänä on muodostaa, ylläpitää ja katkaista radioyhteyksiä. Lisäksi se suorittaa signaloinnin käsittelyä sekä resurssien jakamista tilaajien kesken.

CSN (Connectivity Service Network) - palveluverkko.

HA (Home Agent) on verkkoelementti, joka vastaa verkkovierailumahdollisuudesta. Lisäksi se varmistaa tiedonsiirron eri operaattoreiden verkkojen välillä.

On huomattava, että WiMax-verkkojen arkkitehtuuri ei ole sidottu mihinkään tiettyyn kokoonpanoon ja on erittäin joustava ja skaalautuva.

WiMAXin ja Wi-Fi:n vertailu

WiMAXin ja Wi-Fin vertailu ei ole harvinaista, ehkä siksi, että termit kuulostavat samanlaisilta, standardien nimet, joihin nämä tekniikat perustuvat, ovat samankaltaisia ​​(IEEE-standardit, molemmat alkavat "802.") ja molemmat tekniikat käyttävät langaton yhteys ja niitä käytetään yhteyden muodostamiseen Internetiin (tiedonvaihtokanava). Mutta tästä huolimatta nämä tekniikat on tarkoitettu ratkaisemaan täysin erilaisia ​​​​ongelmia.

WiMAX on järjestelmä pitkän kantaman, joka kattaa kilometrejä tilaa, joka tyypillisesti käyttää lisensoitua taajuusspektriä (vaikka on mahdollista käyttää lisensoimattomia taajuuksia) tarjotakseen Internet-palveluntarjoajalle point-to-point Internet-yhteyden loppukäyttäjä. Useat 802.16-perheen standardit tarjoavat eri tyyppejä pääsy mobiilista (samanlainen kuin tiedonsiirto matkapuhelimista) kiinteään (vaihtoehto langalliselle yhteydelle, jossa käyttäjän langaton laite on sidottu paikkaan).

Wi-Fi on lyhyemmän kantaman järjestelmä, joka kattaa tyypillisesti satoja metrejä ja joka käyttää luvattomia taajuuskaistoja verkkoon pääsyn tarjoamiseen. Tyypillisesti käyttäjät käyttävät Wi-Fi-yhteyttä päästäkseen omaan käyttöönsä paikallinen verkko, joka ei ehkä ole yhteydessä Internetiin. Jos WiMAXia voidaan verrata matkaviestintään, niin Wi-Fi on enemmän kuin lankapuhelin.

WiMAXilla ja Wi-Fi:llä on täysin erilaiset Quality of Service (QoS) -mekanismit. WiMAX käyttää mekanismia, joka perustuu yhteyden muodostamiseen tukiaseman ja käyttäjän laitteen välille. Jokainen yhteys perustuu erityiseen ajoitusalgoritmiin, joka voi taata QoS-parametrin kullekin yhteydelle. Wi-Fi puolestaan ​​käyttää samanlaista QoS-mekanismia kuin Ethernetissä, jossa paketeille asetetaan eri prioriteetit. Tämä lähestymistapa ei takaa samaa QoS:ää jokaiselle yhteydelle.

Alhaisten kustannusten ja asennuksen helppouden vuoksi Wi-Fi-yhteyttä käytetään usein asiakkaiden tarjoamiseen nopea pääsy Internetissä eri organisaatioiden toimesta. Esimerkiksi useimmissa kahviloissa, hotelleissa, rautatieasemilla ja lentokentillä ilmainen piste Wi-Fi-yhteys.

WiMAX-2

Lokakuussa 2010 Institute of Electronics and Electrical Engineers (IEEE) hyväksyi IEEE 802.16m -standardin, joka tunnetaan vain nimellä WirelessMAN-Advanced ja WiMAX-2. Se lisää langattomien verkkojen kapasiteettia useita kertoja. Niin, kiinteät laitteet uuden sukupolven verkoissa pystytään vastaanottamaan dataa jopa 1 Gbit/s nopeudella ja mobiililaitteet ja kannettavat tietokoneet - jopa 100 Mbit/s. Samanaikaisesti taaksepäin yhteensopivuus olemassa olevien WiMAX-laitteiden kanssa säilyy.

Ensimmäinen julkinen WiMAX 2 -ominaisuuksien esittely suoritettiin CEATEC JAPAN 2010 -messuilla Tokiossa: Samsung Electronics ja UQ Communications esittelivät kokeellisen WiMAX 2 -järjestelmän toiminnassa, jonka suorituskyky on 330 Mb/s. Käyttämällä kaupallista Mobile WiMAX -tukiasemaa, joka on valmistettu Samsungin yhteistyökumppanit suoritti samanaikaisen Full-HD 3D -videon ja 16 Full-HD-videon lähetyksen neljään suurformaatin näyttötelevisioon.

WiMAX 2 -standardin pitäisi korvata nykyinen WiMAX (802.16e) ja tulla arvokkaaksi kilpailijaksi LTE:lle. Sitä tukee tietokoneyritysten liitto, mukaan lukien Intel, Motorola ja Samsung. Nopeampien langattomien viestintästandardien syntyminen on markkinoilla varsin kysyttyä. Ciscon analyytikoiden mukaan mobiili Internet-liikenne maailmassa kaksinkertaistuu vuosittain ja vuoteen 2013 mennessä kasvaa 2,2 miljoonaan teratavuun kuukaudessa, mikä johtuu pääasiassa videon osuuden kasvusta. Viiden vuoden sisällä mobiililaitteiden videoliikenne kasvaa yli 100-kertaiseksi.

WiMAX-3

Välittömästi IEEE 802.16m (WiMAX-2) -standardin käyttöönoton jälkeen aloiteryhmä nimellä PAR (Project Authorization) aloitti työskentelyn uusi versio Tämä IEEE 802.16n (WiMAX 3.0) -standardi, jonka pitäisi tarjota käyttäjille aivan uskomattomat verkkoyhteysnopeudet - 10 Gbit kiinteän verkon kanavilla ja jopa 1 Gbit matkaviestintään. WiMAX 3 -standardi on tarkoitus ottaa käyttöön seuraavien 3-5 vuoden aikana.

Lokakuussa 2010 IEEE hyväksyi 802.16m-standardin IMT-standardin laajennuksena. IEEE 802.16m -standardi tarjoaa mobiiliyhteyden dataverkkoihin jopa 100 Mbit:n nopeudella. Lisäksi IEEE 802.16m -standardi tarjoaa sellaisia ​​tärkeitä parannuksia kuin MIMO (multiple-input-multichannel-output) -pakettien monen käyttäjän jono, runkokanavien ylläpito useiden operaattorien edun mukaisesti samanaikaisesti sekä ns. osuuskuntaviestintä”, jossa jokainen tilaaja osallistuu muiden tilaajien lähellä sijaitsevaan palveluun. Muun muassa uudet vakiotarjoukset täysi tuki femtosolut, itseorganisoituvat verkot ja toistimet. Maailman suurimmat hallitus- ja teollisuusjärjestöt ovat jo ilmoittaneet WiMAX 2.0 -standardin käyttöönotosta.

WiMAX 3.0 -standardi (IEEE 802.16n), joka on suunniteltu korvaamaan ainoan hyväksytyn WiMAX 2 -standardin, on entistä nopeampi ja yleismaailmallisempi. Verkon kapasiteetin tulisi olla kymmenen kertaa suurempi kuin nykytekniikan nykyverkot, tarjoten 4×8 MIMO-monikanavajonoja ja kanavaketjutusta. Koska WiMAX 3.0 -standardi käyttää 10 6 MHz kanavaa kerralla, lähetysasemilla on ennennäkemätön kyky lähettää television signaali erinomainen laatu laitteesta, joka ei ole suurempi kuin matkalaukku. Itse asiassa tämä voi tarkoittaa perinteisen television loppua lähetys, joka voidaan vastaanottaa kotiantennilla.

On syytä huomata, että nyt langattoman laajakaistaisen Internet-yhteyden kehitys kehittyy erittäin nopeasti. Tutkimusyhtiö ABI Researchin mukaan tällä vyöhykkeellä asuu nyt yli 2 miljardia ihmistä maapallolla nopeat verkot. Maailmassa on tällä hetkellä toiminnassa yli 500 3G-verkkoa, ja yli 300 WiMAX- ja LTE-verkon virallista lanseerausta on suunniteltu lähitulevaisuudessa. In-Stat arvioi, että vuoteen 2014 mennessä maailmanlaajuisesti tulee olemaan jopa 2 miljardia mobiililaitetta, joissa on sisäänrakennettu mobiililaajakaistatuki.

Markkinoida

Mukaan konsulttiyritys J"son & Partners, esiteltiin perustuvat tutkimustulokset maailmasta WiMAX-markkinat, vuonna 2008 kokonaismäärä kiinteitä ja matkapuhelintilaajat Lähes 4 miljoonaa, ja kasvu vuoden 2007 lopusta oli 120 %.

Maailmanlaajuisten langattomien laajakaistaliityntämarkkinoiden päätrendi vuonna 2008 on valmistautuminen WiMAX-verkkojen syntymiseen tarjoamalla mobiilipalvelut suurelle määrälle käyttäjiä. Tärkeimmät WiMAX-projektit ovat keskittyneet suuriin kaupunkeihin Yhdysvalloissa, Meksikossa ja Keski-Euroopan maissa, joissa on suuri väestötiheys. Ottaen huomioon suhteellisen pienet investoinnit täysimittaisten verkkojen käyttöönottoon yli miljoonan asukkaan kaupungeissa, kehittyneen kanavainfrastruktuurin läsnäolo niissä ja Internet-yhteyksien kasvava kysyntä, useimmat WiMAX-projektit alkavat suurista kaupungeista, mutta tilanne on vähitellen muuttumassa.

Monet laitevalmistajat kieltäytyvät tai ovat jo luopuneet 802.16d-järjestelmien kehittämisestä ja tuotannosta standardin mobiiliversion puolesta. Tässä suhteessa kiinteän WiMAXin tulevaisuus ei ole täysin selvä.

Mobiili-WiMAX-laitteiden myynnistä vuonna 2008 saaduista tuloista mitattuna johtavan aseman on Alcatel-Lucent, joka jättää jälkeensä Motorola, Alvarion ja Samsung. Vuonna 2009 Huawei ja Cisco Systems, jotka kukin sertifioivat vuoden 2008 lopussa kolme laitetta, jotka tukevat mobiilipääsyä WiMAX-teknologiaan, voivat valittaa myytyjen laitteiden määrän johtajista.

Maaliskuussa 2009 kansainvälinen WiMAX Forum sertifioi 44 tukiasemamallia ja 47 tilaajapäätemallia. Nämä arvot ovat lähes puolitoista kertaa suuremmat kuin sertifioitujen WiMAX-yhteensopivien laitteiden määrä ensimmäisen vuosipuoliskon lopussa. 2008 - 18 tukiasemaa ja 20 tilaajapäätelaitetta Sertifioitujen laitteiden valmistajien määrä on yli kaksinkertaistunut viimeisen kahdeksan kuukauden aikana ja on nyt 33 yritystä.

Artikkelissa käsitelty IEEE 802.16-2004 -standardi on IEEE 802.16 -perusstandardin laajennus, joka kuvaa toimintaa 10...66 GHz:n alueella. IN IEEE standardi 802.16-2004 tarjoaa toiminnan alueella 2...11 GHz, sekä enemmän runsaasti mahdollisuuksia sekä fyysisellä tasolla että kulunvalvontatasolla.

Johdanto

Lyhenne WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) viittaa kantoaaltotason teknologiaan, joka perustuu IEEE 802.16 -standardiperheeseen, jonka on kehittänyt International Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). IEEE 802.16 -standardit määrittelevät suurkaupunkien kiinteiden langattomien laajakaistaliityntäjärjestelmien fyysiset ja kulunvalvontakerrokset.

IEEE 802.16- ja IEEE 802.16-2004 -standardien pääparametrit on esitetty taulukossa. 1.

Taulukko 1. IEEE 802.16- ja IEEE 802.16-2004 -standardien perusparametrit

Standardin kuvaus

Fyysisellä tasolla IEEE 802.16-2004 määrittelee kolme lähetysmenetelmää: yhden kantoaallon (SC), ortogonaalisen taajuusjakoisen multipleksauksen (OFDM) ja taajuusjakoisen multipleksauksen (OFDMA).

Fyysisen kerroksen WirelessMAN-OFDM-spesifikaatio on käytännön toteutuksen kannalta kiinnostavin. Se perustuu OFDM-tekniikkaan, joka laajentaa merkittävästi laitteiden ominaisuuksia, erityisesti mahdollistaa toiminnan suhteellisen korkeilla taajuuksilla olosuhteissa, joissa ei ole suoraa näkyvyyttä. Lisäksi se sisältää tuen jokaiselle kaikille (verkko) topologialle, jossa tilaajalaitteet voivat toimia samanaikaisesti tukiasemina, mikä yksinkertaistaa huomattavasti verkon käyttöönottoa ja auttaa voittamaan näköyhteysongelmia.

OFDM-modulaatio

OFDM-signaalia generoitaessa digitaalinen datavirta jaetaan useisiin alivirtoihin ja jokainen apukantoaalto liitetään omaan dataalivirtaansa. Apukantoaallon amplitudi ja vaihe lasketaan valitun modulaatiokaavion perusteella. Standardin mukaan yksittäisiä apukantoaaltoja voidaan moduloida käyttämällä binaarista vaihesiirtoavainnusta (BPSK), kvadratuurista vaihesiirtoavainnusta (QPSK) tai kvad(QAM) luokkaa 16 tai 64. Vaihtoehdot bittien yhdistämiseksi vaihetasoon Kukin avaintyyppi on esitetty kuvassa. 1. Lähettimessä amplitudi vaiheen funktiona muunnetaan ajan funktioksi käyttämällä käänteistä nopeaa Fourier-muunnosta (IFFT). Vastaanottimessa nopea Fourier-muunnos (FFT) muuntaa signaalin amplitudin ajan funktiona taajuuden funktioksi.

Riisi. 1. Vaihtoehdot bittien yhdistämiseksi vaihetasoon

Fourier-muunnoksen käyttö mahdollistaa taajuusalueen jakamisen apukantoaalloille, joiden spektrit menevät päällekkäin, mutta pysyvät ortogonaalisina. Apukantoaaltojen ortogonaalisuus tarkoittaa, että jokainen niistä sisältää kokonaislukumäärän värähtelyjä symbolijaksoa kohden. Kuten kuvasta voidaan nähdä. Kuviossa 2 minkä tahansa apukantoaallon spektrikäyrän arvo on nolla viereisen käyrän "keskitaajuudelle". Tämä apukantoaaltojen spektrin ominaisuus varmistaa, että niiden välillä ei ole häiriöitä.

Riisi. 2. Ortogonaaliset apukantoaallot

Yksi OFDM-menetelmän tärkeimmistä eduista on sen kestävyys monitievaikutuksille. Vaikutus johtuu siitä, että esteistä heijastuva lähetetty signaali saapuu vastaanottoantennille eri tavoin (kuva 3), mikä aiheuttaa symbolien välistä vääristymää. Tämäntyyppiset häiriöt ovat tyypillisiä kaupungeille, joissa on monikerroksisia rakennuksia, koska radiosignaalit heijastuvat useista rakennuksista ja muista rakenteista. Symbolien välisen vääristymisen välttämiseksi suojaväli, jota kutsutaan sykliseksi etuliitteeksi, lisätään ennen jokaista OFDM-symbolia. Syklinen etuliite on halutun signaalin fragmentti, joka takaa apukantoaaltojen ortogonaalisuuden säilymisen (mutta vain, jos monitie-etenemisen aikana heijastunut signaali viivästyy enintään syklisen etuliiteen keston verran). Lisäksi syklinen etuliite mahdollistaa Fourier-muunnoksen ikkunan valitsemisen missä tahansa symbolin aikavälissä (kuva 4).

Riisi. 3. Kuva monitieefektistä

Riisi. 4. OFDM-symbolien käsittely monitie-etenemisen aikana

Melua kestävä koodaus

Radiosignaalin monitie-eteneminen voi johtaa joidenkin apukantoaaltojen vaimenemiseen ja jopa täydelliseen tukahdutukseen suorien ja viivästettyjen signaalien häiriön vuoksi. Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytetään melunkestävää koodausta. IEEE 802.16-2004 -standardi tarjoaa sekä perinteisiä kohinaa korjaavia koodaustekniikoita että suhteellisen uusia menetelmiä. Perinteisiä ovat muun muassa konvoluutiokoodaus Viterbi-algoritmilla ja Reed-Solomon-koodeilla. Suhteellisen uusia ovat lohko- ja konvoluutioturbokoodit. Koodauksen tehokkuuden lisäämiseksi koodin nopeutta hidastamatta käytetään tietojen lomitusta. Lomittelu lisää koodaustehokkuutta, koska virhepaketit hajotetaan pieniksi fragmenteiksi, joita koodausjärjestelmä pystyy käsittelemään.

Joustavuus

Fyysisen kerroksen tärkeä ominaisuus on kyky valita kanavan kaistanleveyden leveys. Standardi mahdollistaa valittavissa olevat kaistanleveydet 1,25 MHz:n ja 20 MHz:n välillä, ja niiden välissä on monia vaihtoehtoja, mikä mahdollistaa radiospektrin tehokkaamman käytön. Lisäksi standardi sisältää adaptiivisen signaalikoodisuunnittelun, eli järjestelmä mukautuu kulloinkin kanavan ominaisuuksiin "pumppaamalla" nopeuden kohinansietokykyyn ja päinvastoin. Standardin mukaisesti järjestelmä valitsee signaali-kohinasuhteesta (S/N) riippuen modulaatiomenetelmän, jolla voidaan varmistaa vakaa toiminta (kuva 5).

Riisi. 5. Suositeltu modulaatiomenetelmä signaali-kohinasuhteesta riippuen

Fyysisen kerroksen lisätyökaluja radiospektrin käytön tehostamiseksi ovat kanavan laadun mittaus ja automaattinen signaalitehon säätö.

Pääsymenetelmä

IEEE 802.16-2004 -standardi käyttää Time Division Multiple Access (TDMA) -tekniikkaa, jossa tukiasema varaa aikavälejä tilaaja-asemille, jotta ne voivat lähettää dataa tietyssä järjestyksessä satunnaisen sijaan.

Tietojenvaihdon duplex-tilan toteuttamiseksi käytetään kahta tekniikkaa: kaksipuolinen tila Time Division Duplex (TDD) myötä- ja ylävirtaan ja Frequency Division Duplex (FDD).

Tietojen suojaus

Standardin mukaisesti luvattoman käytön estämiseksi ja käyttäjätietojen suojaamiseksi kaikki verkon kautta välitettävä liikenne on salattu. WiMAX-tukiasema (BS) on modulaarinen rakenne, johon voidaan tarvittaessa asentaa useita moduuleja omilla liitännöillä, mutta samalla hallinnollista hallintaa on tuettava ohjelmisto verkonhallintaa varten. Tämä ohjelmisto mahdollistaa koko verkon keskitetyn hallinnan. Looginen lisäys olemassa olevaa verkkoa Tämän hallinnollisen toiminnon kautta tehdään myös tilauspaketteja.

Tilaajaasema (SS) on laite, jolla on yksilöllinen sarjanumero, MAC-osoite sekä digitaalinen allekirjoitus X. 509, jonka perusteella AS autentikoidaan BS:lle. Lisäksi AS:n digitaalisen allekirjoituksen voimassaoloaika on standardin mukaan 10 vuotta. Kun kaiutin on asennettu asiakkaalle ja syötetty virtaa, kaiutin valtuutetaan tukiasemaan tietyllä radiosignaalin taajuudella, jonka jälkeen tukiasema lähettää yllä lueteltujen tunnistetietojen perusteella konfigurointitiedoston tilaajalle TFTP:n kautta. protokollaa. Tämä konfiguraatiotiedosto sisältää tietoja tiedonsiirron (vastaanotto) alikaistasta, liikenteen tyypistä ja käytettävissä olevasta kaistanleveydestä, liikenteen salausavainten jakamisaikataulusta ja muuta AS:n toiminnan kannalta tarpeellista tietoa. Vaadittu tiedosto konfiguraatiotiedot luodaan automaattisesti, kun järjestelmänvalvoja on syöttänyt AS:n tilaajatietokantaan ja kohdistanut sille tietyt pääsyparametrit.

Konfiguroinnin jälkeen tukiaseman kaiuttimien todennus tapahtuu seuraavasti:

• Tilaaja-asema lähettää valtuutuspyynnön, joka sisältää X.509-varmenteen, kuvauksen tuetuista salausmenetelmistä ja lisätietoja.
• Vastauksena valtuutuspyyntöön (jos pyyntö on voimassa) tukiasema lähettää vastauksen, joka sisältää tilaajan julkisella avaimella salatun todennusavaimen, 4-bittisen avaimen seuraavan valtuutusavaimen määrittämiseen tarvittavan sekvenssin määrittämiseksi, kuten sekä avaimen käyttöikä.
• AS:n toiminnan aikana järjestelmänvalvojan määrittämän ajan kuluttua tapahtuu uudelleenvaltuutus ja todennus, ja jos todennus ja valtuutus onnistuvat, tietovirta ei keskeydy.

Standardi käyttää PKM (Privacy Key Management) -protokollaa, jonka mukaan lähetetyn tiedon salaamiseen määritellään useita avaimia:

• Valtuutusavain (AK) - avain, jota käytetään valtuuttamaan AK tukiasemassa;
• Traffi c Encryption Key (TEK) - avain, jota käytetään liikenteen salaussuojaukseen;
• Key Encryption Key (KEK) - avain, jota käytetään ilmateitse lähetettävien avainten salaussuojaukseen.
• Standardin mukaan kahta avainta käytetään samanaikaisesti kerrallaan, ja niiden käyttöikä on päällekkäinen. Tämä toimenpide on välttämätön ympäristössä, jossa on pakettihäviöitä (ja ne ovat väistämättömiä ilmassa) ja varmistaa verkon keskeytymättömän toiminnan. Dynaamisesti vaihtuvia avaimia on suuri määrä, melko pitkiä, ja suojattujen yhteyksien muodostaminen tapahtuu digitaalisen allekirjoituksen avulla. Standardin mukaan kryptografinen suojaus suoritetaan 3-DES-algoritmin mukaisesti, eikä salausta voi poistaa käytöstä. Vaihtoehtoisesti salaus tarjotaan käyttämällä luotettavampaa AES-algoritmia.

WiMAX-laitteiden kehittäminen "järjestelmiin sirulla"

Televiestintämarkkinoiden nykyiset kehityssuunnat sanelevat niin sanottujen "sirujen järjestelmien" kehittämisen. "Järjestelmä sirulla" -luokan laitteet tarkoittavat yleensä yhdellä sirulla olevia laitteita, joihin on integroitu yksi tai useampi prosessori, tietty määrä muistia, joukko oheislaitteita ja liitäntöjä - toisin sanoen enimmäismäärä, mikä on tarpeen ratkaista järjestelmälle määrätyt tehtävät. "Sirujen järjestelmien" kehittämiseen liittyy kehitettävän piirin optimointi, mikä vaikuttaa suoraan virrankulutukseen, sirun pinta-alaan ja sen seurauksena kustannuksiin.

Päällä nykyinen hetki Maailman johtavat valmistajat ovat keskittyneet kehittämään "sirulla olevia järjestelmiä", jotka yhdistävät fyysisen ja MAC-tasot WiMAX-standardi. Ensimmäiset IEEE 802.16-2004 -spesifikaatioon perustuvat näytteet esittelivät Fijitsu, Intel, Sequans Communications, Wavesat ja PicoChip. Näiden yritysten fyysisen kerroksen ratkaisut käyttävät OFDM-modulaatiota 256 apukantoaallon kanssa ja ydinkoodausjärjestelmää, joka käyttää konvoluutiokoodausta ja Viterbi-dekoodausta sisäisessä koodissa ja Reed-Solomon-koodeja ulkoisena koodina.

Toiminnallisesti WiMAX-laitteet on jaettu perus- ja tilaajalaitteisiin. Ensimmäisen sukupolven sirujen tukiasemien integrointitaso on alhaisempi kuin tilaaja-asemien. Tukiaseman MAC-protokollan toteuttaminen edellyttää näiden ratkaisujen suorituskyvyn lisäämistä. Tätä tarkoitusta varten käytetään ulkoisia suorittimia huipputasoa MAC-protokolla. Siten WiMAX-piirisarjat toteuttavat MAC-protokollan fyysisen kerroksen toimintoja ja alemman kerroksen toimintoja.

Käyttäjän laitteet

Tilauskehittäjille WiMAX-laitteet Lupaavimpia ovat "sirujärjestelmät" neljältä valmistajalta: Fujitsu, Intel, Sequans ja Wavesat.

Intel oli ensimmäinen, joka tarjosi kehittäjille PRO/Wireless 5116 -järjestelmäpiirin WiMAX-tilaajaasemille, joka integroi sekä fyysisen että MAC-kerroksen toiminnot. Fujitsun MB87M3400-siru on suunniteltu enemmän laaja valikoima sovelluksia ja voit kehittää sekä perus- että tilaajalaitteita. Sequans on kehittänyt erilliset SQN1010- ja SQN2010-sirut perus- ja tilaajalaitteisiin, vastaavasti.

Fujitsun, Intelin ja Sequansin SoC:t toteuttavat täysin WiMAX-tilaajaasemien MAC-protokollatoiminnot. Toista lähestymistapaa kehitykseen ehdotti Wavesat, joka julkaisi kaksi sirua: OFDM-modeemin DM256 (toteuttaa fyysisen kerroksen toimintoja) ja MC336:n (edustaa laskentaydintä, joka toteuttaa MAC-protokollan alemman tason). Fujitsun, Intelin ja Sequansin sirujärjestelmään perustuvan tilaajamodeemin kehittäminen ei vaadi ylimääräistä ulkoista prosessoria.

Tarkasteltavana olevien sirujen ominaisuudet, jotka määräytyvät dupleksin tyypin, kanavan leveyden ja muiden parametrien mukaan, vaihtelevat suuresti. Full-duplex-toiminnan järjestäminen Fujitsu MB87M3400 -ratkaisuun perustuen edellyttää kahden sirun käyttöä. Sequans SQN1010 on ensimmäinen SoC, joka tukee kaksisuuntaista toimintaa. Wavesat DM256/MC336 -ratkaisu mahdollistaa myös full-duplex-toiminnan, joka perustuu yhteen DM256 OFDM -modeemipiiriin.

Fujitsun ja Sequansin sirujen avulla voit järjestää jopa 20 MHz ja 28 MHz leveitä kanavia, kun taas Intel- ja Wavesat-sirujen suurin kanavaleveys on 10 MHz ja väliarvot 3,5 ja 7 MHz.

Tarkasteltavien "sirujen järjestelmien" radiorajapinta sisältää ADC/DAC-lohkoja suoraa analogista yhteyttä varten ulkoisen lähetin-vastaanottimen kanssa. Taulukossa 2 esittää WiMAX-tilaajalaitteiden kehittämisen ratkaisujen pääparametrit.

Taulukko 2. Ratkaisujen pääparametrit WiMAX-tilaajalaitteiden kehittämiseen

Tukiasemat

Harkitsemme vaihtoehtoja WiMAX-tukiasemien kehittämiseen tunnettuihin siruihin perustuen. Fujitsu on kehittänyt MB87M3400-sirun sekä tukiasemia että tilaaja-asemia varten. Toisin kuin Intelin ratkaisussa, Fujitsu-sirussa on kuitenkin liitäntä ulkoiselle prosessorille. Full-duplex-tilan toteuttamiseksi on tarpeen käyttää kahta sirua, joista toinen suorittaa MAC-protokollan fyysisen kerroksen ja alemman kerroksen toiminnot, ja toinen on ulkoinen prosessori (kolmannen osapuolen yritykseltä) toteuttaa MAC-protokollan ylemmän kerroksen. Tukiaseman kehittämiseen Fujitsu tarjoaa full-duplex-kehityssarjan Freescale MPC8560 -prosessorilla, mutta se ei toimita ohjelmistoa, joka tarjoaa ylemmän tason MAC-protokollatoimintoja.

PicoChip tarjoaa PC102/PC8520-ratkaisun, joka on rakennettu kahdelle rinnakkaiselle PC102-prosessorille. Yritys toimittaa ohjelmistoja, jotka toteuttavat MAC-protokollan fyysisen kerroksen ja alemman kerroksen toiminnot PC102-siruille. Kuten Fujitsu, PicoChip käyttää Freescale MPC8565 -prosessoria toteuttamaan MAC-protokollan ylemmän kerroksen kehityssarjassaan. Toisin kuin Fujitsu, PicoChip lisensoi ohjelmistonsa MAC-protokollan ylempään kerrokseen. Koska PC102/PC8520-ratkaisu ei sisällä salaus-/salauksenpurkutoimintoja, niiden suorittamiseen on käytettävä ulkoista prosessoria.

Sequansin SQN2010-tukiasemakehityssiru on ensimmäinen järjestelmä sirulla, jossa on kaksisuuntainen toiminta. SQN2010 toteuttaa kaikki fyysiset ja MAC-kerroksen toiminnot, joita tarvitaan kaksisuuntaiseen tukiaseman toimintaan. SQN2010-siru eroaa SQN1010:stä siinä, että siinä on toinen keskusprosessori, joka toteuttaa MAC-protokollan ylemmän tason. SQN1010-siru tarjoaa PCI-liitäntä tarjota mahdollisuus liittää ulkoinen prosessori.

Wavesatin DM256/MC336-ratkaisua voidaan käyttää myös tukiasemien kehittämiseen. Tämä ratkaisu tukee full-duplex-toimintaa, mutta on huomattava, että se vaatii ulkoisen prosessorin salaus-salauksenpurkutoimintojen toteuttamiseen. Kuten Fujitsu, Wavesat ei tarjoa ylemmän kerroksen MAC-protokollaohjelmistoa, jota tarvitaan tukiasemien kehittämiseen.

Kuvatuista neljästä ratkaisusta vain PicoChip PC102 -sirut eivät integroi ADC/DAC-toimintoja. Siksi analogista radiorajapintaa käyttävä kehitys vaatii lisää ADC/DAC-laitteita. Tukiasemien kehittämiseen tarkoitettujen ratkaisujen pääparametrit on esitetty taulukossa. 3.

Taulukko 3. Tarkastettujen ratkaisujen pääparametrit WiMAX-tukiasemien kehittämiseen

Sirun valmistajan valitseminen WiMAX-järjestelmän kehittämistä varten on tärkeää strateginen päätös. Järjestelmän nopeaan ja tehokkaaseen kehittämiseen tarvitaan täydellisin ohjelmisto- ja laitteistotuki sekä työkalut kehitystä ja virheenkorjausta varten. Virheenkorjaussarjojen läsnäolo voi merkittävästi lisätä nopeutta ja vähentää WiMAX-laitteiden kehittämisen kustannuksia, mikä on yksi tärkeimmistä kriteereistä tietyn tuotteen valinnassa.

WiMAX-järjestelmien käyttöönotto

Kiinteän langattoman liityntäverkon rakentamiseen liittyy kolmen tyyppisten laitteiden - tukiasemien, tilaaja-asemien ja tukiasemien välisen viestinnän järjestämiseen tarkoitettujen laitteiden - käyttö. WiMAX-pohjaisissa liityntäverkoissa käytetään sekä kapeasti suuntautuvia antenneja että laajemman peittoalueen antenneja aina ympäri suuntaaviin asti.

Verkkotopologia

Point-to-point-yhteyttä varten (kuva 6a) käytetään kahta toisiinsa suunnattua antennia; Näin rakennetaan esimerkiksi radioreleen siirtolinjoja, joissa vierekkäisten välitystornien välinen etäisyys voi olla kymmeniä kilometrejä. "Piste-monipiste"-topologiassa (kuva 6b) tukiasema, jossa on ympäri- tai sektoriantenni, sijoitetaan "solun" keskelle ja kaikki sen palvelemat tilaajat on varustettu siihen kohdistetuilla suunta-antenneilla. .

Riisi. 6. Mahdolliset topologiat WiMAX-verkot

Toisen tyyppinen viestintä saadaan aikaan käyttämällä vain ympärisuuntaisia ​​antenneja. Tässä tapauksessa saavutetaan mahdollisuus yhdistää "kaikki kaikille" tai "multipoint-to-multipoint" (verkko) (kuva 6c).

WiMAX-tukiasema on modulaarinen ratkaisu, jota voidaan tarvittaessa laajentaa erilaisia ​​lohkoja esimerkiksi moduulit kommunikointiin palveluntarjoajan runkoverkon kanssa. Vähimmäiskokoonpanossa on asennettu radioliitäntämoduuli ja langallinen verkkoliitäntämoduuli.

Taajuusalue

WiMAX-laitteita valittaessa teknisten ominaisuuksien ja hinnan lisäksi tärkeä ja usein ratkaiseva tekijä on Venäjä-kohtaiset vaikeudet taajuuslupien saamisessa. Tosiasia on, että Venäjällä ei käytännössä ole "lisenssivapaita" bändejä. varten eri tyyppejä taajuuslupien saamiseksi on erilaisia ​​menettelyjä. Toimiakseen millä tahansa alueella teleyritysten on hankittava melko monimutkaiset ja monitasoiset luvat sekä taajuuspalveluilta että viestinnän valvontapalveluilta.

On selvää, että maassamme pääasiallinen WiMAX-järjestelmien käyttöönottonopeuteen vaikuttava tekijä on taajuuksien sääntelykysymykset, koska WiMAX-palvelumarkkinoiden kehitys riippuu suoraan tarvittavan taajuusresurssin allokoinnista operaattoreille. Nykyään WiMAX-teknologian tulevan kehityksen kannalta lupaavimmat kaistat ovat 2,4, 3,5 ja 5,6 GHz:n alueella.

On otettava huomioon, että radioaaltojen etenemisellä spektrin eri osissa on omat ominaisuutensa, jotka määrittävät suurelta osin laitteiston kantaman, samoin kuin monitievastus.

Yleisiä lähestymistapoja WiMAX-järjestelmän valintaan

Ennen kuin aloitat arvioinnin saatavilla olevat järjestelmät WiMAX, on tarpeen selvittää seuraavat järjestelmäongelmat:

• Taajuusalueen valitseminen.
• Tarvittavan taajuusresurssin määrän määrittäminen.
• Radiotaajuuksien varaamista ja osoittamista koskevien menettelyjen kehittäminen.
• Tutkimus lainsäädäntökysymyksistä.
• Ennen kuin siirryt tarkastelemaan tiettyjä järjestelmiä, on suositeltavaa harkita yleisiä kysymyksiä järjestelmien valinta, mikä auttaa hylkäämään selvästi kelpaamattomat vaihtoehdot analyysin alustavassa vaiheessa. Muotoilkaamme kriteerit, joita tulee noudattaa valittaessa kiinteää langatonta WiMAX-liitäntälaitetta:
• Laitteet on tuotettava erikoistunut yritys jolla on kokemusta tuotekehityksestä ja tuotannosta langattomat laitteet, joka on jonkinlainen laadun tae.
• Valmistajan toimittamien laitteiden teknisten ominaisuuksien on oltava riittävän täydellisiä, jotta niiden perusteella voidaan tehdä johtopäätöksiä sen ominaisuuksista. Tällaisten ominaisuuksien esittäminen puhuu työntekijöiden ammattitaidosta ja jossain määrin takaa, että puhumme alkuperäisestä tuotteesta, ei vähän tunnetun tuotemerkin jälleenmyynnistä myyjän tavaramerkillä.
• On toivottavaa, että tukiasemalla on kyky sektoroida ja asteittain lisätä tuottavuutta, jota varten sen on kyettävä kytkeytymään ulkoinen antenni. Sitten ensimmäisessä vaiheessa riittää yksi tukiasema ympärisuuntaisella antennilla, seuraavassa - kaksi, antenneilla, joiden keilan leveys on 180 ° ja niin edelleen.
• Laitteen tulee olla sertifioitu.
• Laitteen käyttämien taajuuksien taajuuksien käyttöön on voitava saada lupa.
• Järjestelmän kustannusten on oltava hyväksyttävät, ja käyttäjälaitteiden vähimmäiskustannukset ovat ensisijaisesti tärkeitä.

Johtopäätös

On selvää, että WiMAX on nykyään yksi edistyneimmistä ja lupaavimmista teknologioista langaton lähetys tiedot. Yhdistämällä laitevalmistajien ja operaattoreiden ponnistelut WiMAX-viestintä voi tulla todellinen korvaaja DSL- ja kaapeliyhteyksille tarjoamalla tilaajille tarvittava palvelu suurissa kaupungeissa ja reuna-alueilla.

Kirjallisuus

1. www.wimaxforum.org
2. Laajakaistainen ortogonaalinen taajuusjakomultipleksointi (W-OFDM), www.wi-lan.com
3. Marchenko S. Langattomien tietoliikenneverkkojen haavoittuvuuksien lähteet // ADE. 2004. Nro 13.
4. IEEE Std 802.16™-2004 IEEE-standardi paikallis- ja suurkaupunkiverkkoille. Osa 16: Ilmarajapinta kiinteisiin langattomiin laajakaistaliityntäjärjestelmiin, www. ieee. org.
5. Vlasov V. A. Taajuussääntely ja Wi-Fi- ja WiMAX-laitteiden tietoturvan varmistaminen, // "Viestintätiedote". 2005. Nro 9.
6. Bob Wheeler. Kuinka valita paras SoC WiMAX-suunnittelullesi // Wireless Net DesignLine. 17. lokakuuta 2005.
7. Pisarev Yu Kiinteän langattoman pääsyjärjestelmän valinta: yritys järjestelmällinen lähestymistapa// "Tietoviestintäverkot" (Kazakstan). 2003. Nro 4.