Какой принцип работы оборудования WiMAX для интернета, зона его действия

WiMAX: что это, какие задачи позволяет решать

Технология оптимально подходит для решения множества задач, в том числе:

• Необходимость подключения точек доступа Wi-Fi.
• Обеспечение надежной беспроводной широкополосной связи, которая служит альтернативой DSL.
• Предоставляем услугу высокоскоростной передачи данных.
• Создавайте точки доступа без привязки к географическому положению.
• Создавайте системы удаленного мониторинга.

Технология WiMax позволяет выходить в Интернет на довольно высокой скорости. Также зона покрытия в этом случае больше, чем у Wi-Fi. Благодаря диапазону WiMAX эта технология может использоваться как магистраль, и ее продолжением станут классические локальные сети.

Описание стандарта

На физическом уровне стандарт IEEE 802.16-2004 определяет три метода передачи данных: модуляция с одной несущей (SC), мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и OFDMA).

Спецификация физического уровня WirelessMAN-OFDM является наиболее интересной с точки зрения практической реализации. В его основе лежит технология OFDM, что значительно расширяет возможности оборудования, в частности позволяет ему работать на относительно высоких частотах при отсутствии прямой видимости. Кроме того, он включает поддержку топологии «один к одному» (ячеистой сети), при которой абонентские устройства могут одновременно функционировать как базовые станции, что значительно упрощает развертывание сети и помогает преодолеть проблемы видимости.

Модуляция OFDM

Когда генерируется сигнал OFDM, поток цифровых данных разделяется на несколько подпотоков, и каждая поднесущая связана со своим собственным подпотоком данных. Амплитуда и фаза поднесущей вычисляются на основе выбранной схемы модуляции. В соответствии со стандартом отдельные поднесущие могут быть модулированы с использованием двоичной фазовой манипуляции (BPSK), квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) или квадратурной амплитудной манипуляции (QAM) порядка 16 или 64. Варианты преобразования бит-плоскость фаза для каждого типа кодирования показано на рис. 1. В передатчике амплитуда как функция фазы преобразуется в функцию времени с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). Приемник использует быстрое преобразование Фурье (БПФ) для преобразования амплитуды сигнала как функции времени в функцию частоты.

Варианты отображения битов на фазовом плане

Использование преобразования Фурье позволяет разделить частотный диапазон на поднесущие, спектры которых перекрываются, но остаются ортогональными. Ортогональность поднесущих означает, что каждая из них содержит целое число колебаний за период символа. Как видно из рисунка. 2, спектральная кривая любой из поднесущих имеет нулевое значение для «центральной» частоты соседней кривой. Именно эта характеристика спектра поднесущих гарантирует отсутствие интерференции между ними 2.

Ортогональные поднесущие

Одним из основных преимуществ OFDM является его устойчивость к эффектам многолучевого распространения. Эффект вызван тем, что излучаемый сигнал, отраженный препятствиями, по-разному достигает приемной антенны (рис. 3), вызывая межсимвольные искажения. Этот вид помех характерен для городов с многоэтажными домами из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других построек. Чтобы избежать межсимвольного искажения, перед каждым символом OFDM вставляется защитный интервал, называемый циклическим префиксом. Циклический префикс — это фрагмент полезного сигнала, который гарантирует поддержание ортогональности поднесущих (но только если отраженный сигнал задерживается при многолучевом распространении не более чем на длительность циклического префикса). Кроме того, циклический префикс позволяет выбрать окно для преобразования Фурье в любой момент временного интервала символа (рис. 4) 2.

Иллюстрация эффекта многолучевого распространения

Обработка многолучевых символов OFDM

Помехоустойчивое кодирование

Многолучевое распространение радиосигнала может привести к ослаблению или даже полному подавлению некоторых поднесущих из-за помех прямых и задержанных сигналов. Чтобы обойти эту проблему, используется кодирование с исправлением ошибок. Стандарт IEEE 802.16-2004 предоставляет как традиционные технологии исправления ошибок кодирования, так и относительно новые методы. Традиционные включают сверточное кодирование с декодированием Витерби и кодами Рида-Соломона. Относительно новыми являются блочные и сверточные турбокоды. Чередование данных используется для повышения эффективности кодирования без снижения скорости кодирования. Чередование повышает эффективность кодирования, поскольку пакеты ошибок разбиваются на более мелкие фрагменты, которые система кодирования может обработать.

Гибкость

Важной особенностью физического уровня является возможность выбора полосы пропускания для полосы пропускания канала. Стандарт допускает ступенчатый выбор полосы пропускания от 1,25 МГц до 20 МГц с множеством промежуточных опций для более эффективного использования радиочастотного спектра. Кроме того, стандарт включает в себя адаптивную структуру сигнал-код, что означает, что система постоянно адаптируется к характеристикам канала, «повышая» скорость до помехоустойчивости и наоборот. Согласно стандарту, в зависимости от отношения сигнал / шум (S / N), система выбирает метод модуляции, способный обеспечить стабильную работу (рис. 5) 1.

Предпочтительный метод модуляции в зависимости от отношения сигнал / шум

Дополнительными инструментами физического уровня для повышения эффективности использования радиочастотного спектра являются измерение качества канала и автоматический контроль уровня сигнала.

Метод доступа

Стандарт IEEE 802.16-2004 использует технологию множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), при которой базовая станция назначает временные интервалы абонентским станциям, чтобы они могли передавать данные в определенном порядке, а не в определенном порядке.

Для реализации полнодуплексной связи используются две технологии: нисходящий и восходящий дуплекс с временным разделением каналов (TDD) и дуплекс с частотным разделением каналов (FDD).

Защита информации

В соответствии со стандартом весь трафик, передаваемый по сети, шифруется для предотвращения несанкционированного доступа и защиты пользовательских данных. Базовая станция (BS) WiMAX представляет собой модульную конструкцию, в которой при необходимости могут быть установлены несколько модулей с собственными типами интерфейсов, но при этом должно поддерживаться административное программное обеспечение для управления сетью. Это программное обеспечение обеспечивает централизованное управление всей сетью. Логическое добавление наборов абонентов к существующей сети также выполняется с помощью этой административной функции.

Абонентская станция (SS) — это устройство с уникальным серийным номером, MAC-адресом и цифровой подписью X.509, под которым SS аутентифицируется для BS. Кроме того, согласно стандарту, срок действия цифровой подписи AU составляет 10 лет. После установки динамика на клиенте и включения питания, динамик авторизуется на базовой станции с использованием определенной частоты радиосигнала, после чего базовая станция, в соответствии с указанными выше идентификационными данными, передает файл конфигурации абоненту с использованием протокола TFTP. Этот файл конфигурации содержит информацию о поддиапазоне передачи (приема) данных, типе трафика и доступной полосе пропускания, графике распределения ключей шифрования трафика и другую информацию, необходимую для работы AS. Запрошенный файл с данными конфигурации создается автоматически после входа администратора системы СК в абонентскую базу, с присвоением последней некоторых параметров доступа.

После процедуры настройки аутентификация AU на базовой станции выглядит следующим образом:

• Абонентская станция отправляет запрос авторизации, который содержит сертификат X.509, описание поддерживаемых методов шифрования и дополнительную информацию.
• Базовая станция в ответ на запрос авторизации (если запрос действителен) отправляет ответ, содержащий ключ аутентификации, зашифрованный открытым ключом подписчика, 4-битный ключ для определения последовательности, необходимой для определения следующего ключа авторизации и ключа жизни.
• Во время работы AS по прошествии периода времени, определенного системным администратором, происходят повторные авторизации и аутентификации, и в случае успешной аутентификации и авторизации поток данных не прерывается.

Стандарт использует протокол PKM (Privacy Key Management), в соответствии с которым определяются разные типы ключей для шифрования передаваемой информации:

• Ключ авторизации (AK) — ключ, используемый для авторизации AK на базовой станции;
• Ключ шифрования трафика (TEK) — ключ, используемый для шифрования трафика;
• Ключ шифрования ключа (KEK) — это ключ, используемый для шифрования ключей, передаваемых по воздуху.
• Согласно стандарту, два ключа используются одновременно в определенный момент времени с перекрывающейся длительностью. Эта мера необходима в среде с потерей пакетов (а в воздухе они неизбежны) и обеспечивает непрерывность сети. Существует большое количество динамически меняющихся ключей, которые довольно длинные, а безопасные соединения устанавливаются с использованием цифровой подписи. Согласно стандарту шифрование выполняется по алгоритму 3-DES, и шифрование нельзя отключить. Опционально возможно шифрование для более надежного алгоритма AES 3, 4.

Область и целесообразность применения

Сегодня разработчики по всему миру решают проблему «последней мили» (канал, соединяющий конечное оборудование пользователя с точкой доступа провайдера). К счастью, сейчас существует множество разновидностей технологий последней мили, которые позволяют любому поставщику легко выбрать эту технологию.

Сегодня проблема последней мили не имеет однозначного и универсального решения. Абсолютно каждая существующая технология имеет свою область применения, свои плюсы и минусы.

На выбор той или иной технологии может повлиять большое количество факторов, и вот основные из них:

• способ достижения поставленных целей, эффективное использование ресурсов, целевая аудитория,
• выделение инвестиций, которые пойдут после развития сети;
• доступность и функционирование существующей сетевой инфраструктуры, а также определенные ресурсы, которые будут использоваться для поддержки технической эксплуатации сети.

Каждый из перечисленных факторов играет особую роль при выборе технологического решения.

Я также хотел бы отметить, сравнивая Wi-Fi и WiMAX, что последний позволяет пользователям выходить в Интернет на довольно высокой скорости. Покрытие сетей WiMAX намного больше, чем у Wi-Fi.

Фиксированный и мобильный ВайМакс

Разработчики версий стандартов WiMAX упорно трудились, чтобы найти подходящее решение для различных сценариев использования. До сих пор было невозможно объединить параметры в рамках одного стандарта.

Ниже мы подробно рассмотрим каждый вариант:

• 802.16-2004 (или фиксированный WiMAX). Эта версия была утверждена в 2004 году. Используется мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Поддерживает фиксированный доступ в местах с прямой видимостью или без нее. В этом случае стационарный модем Wimax выступает в роли абонентского оборудования. Такие устройства можно устанавливать как в помещении, так и на улице.
• 802.16-2005 (или мобильный WiMAX). Последний шаг в развитии технологии фиксированного доступа. Оптимизирован для поддержки мобильных абонентов. Стандарт разработан для поддержки множества полезных функций. Предположительно, мобильный WiMAX может работать в частотных диапазонах: 2,3–2,5; 2,5–2,7; ГГц и другие.

Оба варианта отличаются тем, что фиксированный WiMax предназначен только для обслуживания «статических» пользователей, а мобильный стандарт предназначен для работы с абонентами, движущимися со скоростью до 150 км / ч. Концепция мобильности в этом случае предполагает наличие опции роуминга и так называемого непрерывного переключения между BS при перемещении пользователя. В особых случаях Mobile WiMAX может обслуживать и фиксированных абонентов.

WiMAX оборудование

Теперь, когда стало понятно, что такое WiMAX, стоит подробно рассмотреть оборудование, позволяющее использовать эту технологию. Устройства для этого типа сетевых приложений предоставляются различными производителями. Абонентские устройства можно устанавливать как внутри, так и снаружи дома. Стоит отметить, что устройства, которые требуют установки внутри дома и не требуют специальных навыков и знаний при установке, могут работать на гораздо меньшем расстоянии от базовой станции, чем те устройства, которые требуют установки вне помещения. Когда была представлена ​​технология Mobile WiMAX, разработчики сосредоточились на создании соответствующих мобильных устройств, которые могут поддерживать эту технологию.

По сравнению с WIMAX технология Wi-Fi более распространена, поэтому в продаже легко найти ноутбук со встроенным модулем Wi-Fi. По стоимости устройства WiMax будут стоить намного дороже, к тому же пока выбор такого оборудования на рынке очень невелик. Это связано с тем, что WiMAX — молодая и еще не полностью развитая технология. Производители устройств, оснащенных модулем WiMAX, еще не достигли такого роста, как производители оборудования с поддержкой Wi-Fi. Стоимость роутеров, модемов и антенн WiMAX намного выше из-за различных элементов, которые довольно дороги для производителей.

Принцип работы и понятия

WiMAX состоит из следующих элементов: станций (базовых и клиентских), оборудования, образующего связь между станциями, сети Интернет. Частоты от 2 до 11 ГГц используются для связи между базовой станцией и клиентом.

Обычно между базовыми станциями устанавливается оптическая линия и используется диапазон рабочих частот от 10 до 66 ГГц. Прямая видимость между рабочими станциями и частотный диапазон обеспечивает скорость обмена данными до 120 Мбит / с. Но в то же время, одна из рабочих станций должна быть подключена к сети провайдера стандартным проводным способом.

Стандарты IEEE 802.16 имеют структуру сети GSM. Дальность действия базовых станций более нескольких километров и строительство дополнительных вышек, усиливающих сигнал, не является абсолютно необходимым.

Режимы

Стандарт wimax 802.16e-2005 включает все ранее выпущенные версии:

• Фиксированный WiMAX. Используется как альтернатива широкополосному доступу. Диапазон частот составляет 10–66 ГГц. Требуется прямая видимость между приемником сигнала и передатчиком.
• Кочевой WiMAX. Nomadic переводится с английского как «кочевой», и именно от этого слова произошла данная версия технологии. Благодаря ей появилась возможность свободно перемещать оборудование клиента между сеансами.
• Портативный WiMAX. Этот режим включает возможность автоматического подключения клиента с одной рабочей станции к другой, исключая отключение. У режима есть ограничения: скорость передвижения клиентского оборудования должна быть 40 километров в час и не более.
• Мобильный WiMAX, разработанный в стандарте 802.16e-2005, позволяет увеличить скорость передвижения клиентского оборудования до 120 км / ч.

MAC / канальный уровень

В сетях MAC 802.16 используется так называемый алгоритм планирования. Принцип работы этого алгоритма основан на следующем: любая клиентская станция может подключиться к точке доступа, и после подключения будет автоматически создан отдельный слот прямо на точке доступа. К тому же другие пользователи не могут на это повлиять, а значит, исключает отключение.

WiMAX Архитектура

На форуме WiMAX была создана спецификация архитектуры, благодаря которой можно определить огромное количество нюансов работы. В это число входит присвоение сетевых адресов, взаимодействие с другими сетями, аутентификация.

Хочу отметить, что сетевая архитектура не привязана строго к конкретной конфигурации, поэтому обеспечивается достаточно высокая гибкость и масштабируемость.

Сравнение Wi-Fi и WIMAX

Давайте сравним самую популярную и распространенную беспроводную технологию Wi-Fi с наименее известной широкому кругу потребителей: WIMAX.

Вай-фай	WIMAX
Используется абонентами для развертывания собственных беспроводных сетей по месту жительства, работы и т.д.	Он используется на уровне поставщика телекоммуникационных услуг для обеспечения подключения к Интернету конечных пользователей (абонентов) в населенных пунктах.
Лицензирование частот из диапазона 2,4 ГГц не требуется при условии некоммерческого использования. В некоторых странах это утверждение также относится к диапазону 5 ГГц. описание и преимущества технологии» src=»https://rusinfo.info/wp-content/uploads/9/1/d/91d84257b5d4759b592fad3b4bedbf56.jpg» width=»150″ height=»150″ loading=»lazy»> описание и преимущества технологии» src=»https://rusinfo.info/wp-content/uploads/a/1/d/a1dfc0b338ea829c8f73f7339ec4c51d.jpg» width=»150″ height=»150″ loading=»lazy»>	Как правило, все используемые частоты лицензированы.
Зона покрытия стабильного сигнала составляет несколько десятков квадратных метров. Дальность действия сети до 300 м. Требуется прямая видимость.	Зона покрытия стабильного сигнала может составлять десятки квадратных километров. Дальность действия сети в большинстве случаев не зависит от наличия прямой видимости и составляет для стандарта 802.16d (фиксированная версия) — 25-80 км, для стандарта 802.16e (мобильная версия) — 1-5 км.
Теоретическая скорость передачи данных для стандарта 802.11n составляет до 300 Мбит / с.	Теоретическая скорость передачи данных для стандарта 802.16d (фиксированная версия) составляет до 75 Мбит / с, для стандарта 802.16e (мобильная версия) до 40 Мбит / с.

Принцип построения сетей WIMAX очень похож на организацию соединений в сетях GSM.

По крайней мере, одна базовая станция (дальняя, BS) подключена к сети провайдера с помощью классического проводного соединения.

Следует отметить, что чем больше базовых станций подключено таким образом, тем выше надежность сети и скорость передачи данных.

Визуальные соединения устанавливаются между остальными базовыми станциями, которые действуют как магистральные каналы.

В используемом диапазоне частот 10-66 ГГц скорость передачи данных между 2 БС может достигать 140 Мбит / с.

Для подключения базовой станции к клиентской (модемной) станции используется частотный диапазон 2-11 ГГц, для подключения не требуется прямой видимости, а скорость может достигать 70 Мбит / с.

Также стоит отметить разницу в принципах работы механизма качества обслуживания (QoS) для сетей Wi-Fi и WIMAX.

Напомним, что технология QoS подразумевает распределение приоритетов обслуживания согласно классу трафика.

Например, трафику с высокими требованиями к задержке (пакетам IP-телефонии) дается более высокий приоритет, чем трафику, где требования к задержке не так высоки, например, во время передачи файлов.

Если человек, использующий IP-телефонию, слышит собеседника с задержкой в ​​20-30 секунд, важнее то, что конкретный файл будет отправлен или получен с задержкой в ​​20-30 секунд.

Принцип работы механизма QoS в сетях Wi-Fi аналогичен механизму, используемому в Ethernet, и основан на том, что пакеты имеют разные приоритеты, поэтому использование такого подхода не гарантирует одинаковый механизм QoS для каждого соединения.

В сетях WiMAX параметр QoS гарантируется для каждого соединения благодаря использованию специального алгоритма планирования, на котором основано каждое соединение.

Характеристики WiMAX

Слухи о высокоскоростном беспроводном Интернете ходят давно, однако такие технологии стали реальностью с появлением сетей Wimax.

Архитектурные особенности

WiMax определяет множество различных аспектов на этом уровне, таких как аутентификация, распределение сетевых адресов, взаимодействие с другими сетями и многие другие проблемы. Следует отметить, что в этом случае архитектура не привязана к конкретной конфигурации, поэтому имеет высокий уровень гибкости и масштабируемости. При работе в этом случае используется алгоритм планирования.

Как это выглядит на практике? Допустим, у нас есть большое количество пользовательских станций, которые хотят передавать данные в реальном времени через точку доступа. В этом случае устройству достаточно просто подключиться к нему, так как для него уже будет создан определенный слот, на который не могут повлиять другие абоненты. Благодаря этому достигается стабильность передачи данных, что положительно сказывается на общем функционировании сети и ее надежности.

Сравнение WiMax и эфирного интернета

Для страны с большой территорией важно обеспечить связь отовсюду. WiMax, безусловно, хорош для этой цели, если говорить, например, о десяти километрах. Что делать, если абонент находится на расстоянии 50 или даже 80 км? Что ж, WiMax не может обеспечить такой диапазон без нарушения правил здоровья сети (помните, что его диапазон зависит от мощности, которая, когда она превышает определенные пределы, негативно влияет на людей).

В этих случаях на помощь приходит наземный Интернет. Это технология, которая использует те же частоты, что и телевизионные каналы для передачи данных. Благодаря этому вы можете без особых затрат пользоваться достаточно хорошим интернетом (до 3 Мбит / с) на значительном расстоянии. Таким образом, вы можете иметь связь даже в тех случаях, когда эфирная башня находится на расстоянии 80 километров. Такой диапазон возможен только благодаря относительно невысокой скорости, которой все же достаточно для взаимодействия с миром. Эта технология радиосвязи позволит использовать Интернет везде, где можно принимать радиоволны: на даче, в машине, на пикнике за городом и даже в открытом поле. Для подключения достаточно стандартной дециметровой телевизионной антенны и соответствующих настроек компьютера.

правда, здесь есть и обратная сторона. Следовательно, для передачи и приема данных используются два разных канала, что влияет на производительность. Но с другой стороны, стоит эта технология совсем недорого. Вместе со значительным ассортиментом это позволяет считать его довольно удобным и неприхотливым способом обмена данными. Но, увы, за это нужно платить. По сравнению с самим WiMax скорость передачи в десять раз ниже. Хотя благо от простого посещения Интернета (а не огромных загрузок игр или длинных фильмов), разница не очень заметна.

Разработка оборудования WiMAX на базе «систем на кристалле»

Современные тенденции развития телекоммуникационного рынка диктуют развитие так называемых «систем на кристалле». Под устройствами типа «система на кристалле» обычно понимаются устройства на одном кристалле, в которых интегрированы один или несколько процессоров, определенный объем памяти, несколько периферийных устройств и интерфейсов, т.е максимум, необходимый для решения задач, поставленных перед система. Разработка «системы на кристалле» предполагает оптимизацию разработанной схемотехники, что напрямую влияет на энергопотребление, площадь кристалла и, как следствие, на стоимость.

В настоящее время ведущие мировые производители сосредоточились на разработке «систем на кристалле», которые объединяют основные функции физического и MAC-уровней стандарта WiMAX. Первые образцы, разработанные на основе спецификации IEEE 802.16-2004, были представлены Fijitsu, Intel, Sequans Communications, Wavesat и PicoChip. Решения, предлагаемые этими компаниями, используют модуляцию OFDM с 256 поднесущими на физическом уровне и базовую схему кодирования, в которой сверточное кодирование и декодирование Витерби используются для внутреннего кода и коды Рида-Соломона для внешнего кода.

Функционально оборудование WiMAX делится на базовое и абонентское. Микросхемы базовых станций первого поколения имеют более низкий уровень интеграции, чем абонентские станции. Для реализации протокола MAC базовой станции требуется повышение производительности этих решений. Для этого используются внешние процессоры для выполнения верхнего уровня протокола MAC. Следовательно, наборы микросхем WiMAX реализуют функции физического уровня и функции нижнего уровня протокола MAC.

Абонентское оборудование

Для разработчиков абонентского оборудования WiMAX наиболее перспективными являются «системы на кристалле» четырех производителей: Fujitsu, Intel, Sequans и Wavesat.

Intel первой предложила разработчикам «систему на кристалле» PRO / Wireless 5116 для абонентских станций WiMAX, в которую интегрированы функции физического и MAC-уровня. Микросхема Fujitsu MB87M3400 предназначена для более широкого круга приложений и позволяет разрабатывать как базовое, так и потребительское оборудование. Sequans разработала отдельные микросхемы SQN1010 и SQN2010 для базового и абонентского оборудования соответственно.

Системы на кристалле от Fujitsu, Intel и Sequans полностью реализуют функциональность MAC для абонентских станций WiMAX. Другой подход к разработке был предложен Wavesat, выпустив две микросхемы: модем DM256 OFDM (который реализует функции физического уровня) и MC336 (который является вычислительным ядром, реализующим нижний уровень протокола MAC). Fujitsu, Intel и Sequans не нуждаются в дополнительном внешнем процессоре для разработки абонентского модема система на кристалле от Fujitsu, Intel и Sequans.

Характеристики рассматриваемых микросхем, определяемые типом дуплекса, шириной канала и другими параметрами, сильно различаются. Для полнодуплексной работы на базе решения Fujitsu MB87M3400 требуется два чипа. Sequans SQN1010 — первая система на кристалле, поддерживающая полнодуплексный режим. Решение Wavesat DM256 / MC336 также обеспечивает полнодуплексную работу на основе одного чипа модема DM256 OFDM.

Микросхемы от Fujitsu и Sequans позволяют организовывать каналы шириной до 20 и 28 МГц соответственно, при этом максимальная ширина канала для чипов Intel и Wavesat составляет 10 МГц при промежуточных значениях 3,5 и 7 МГц.

Радиоинтерфейс рассматриваемых «систем на кристалле» содержит блоки АЦП / ЦАП для прямого аналогового соединения с внешним трансивером. В таблице 2 представлены основные параметры решений для разработки абонентских устройств WiMAX [6].

Таблица 2. Основные параметры решений по развитию абонентского оборудования WiMAX

Базовые станции

Рассмотрим варианты развития базовых станций WiMAX на базе известных микросхем. Fujitsu разработала микросхему MB87M3400 как для базовых станций, так и для абонентских станций. Однако, в отличие от решения Intel, чип Fujitsu имеет интерфейс для внешнего процессора. Для реализации полнодуплексного режима требуются две микросхемы, одна из которых выполняет функции физического уровня и нижнего уровня протокола MAC, а вторая — внешний (сторонний) процессор для реализации верхнего уровня MAC протокол. Для разработки базовой станции Fujitsu предоставляет полнодуплексный комплект разработчика с процессором Freescale MPC8560, но не предоставляет программное обеспечение для более высокого уровня протокола MAC.

PicoChip предлагает решение PC102 / PC8520 на основе двух параллельных процессоров PC102. Компания поставляет программное обеспечение, реализующее функции физического уровня и нижнего уровня протокола MAC на микросхемах PC102. Как и Fujitsu, PicoChip использует процессор Freescale MPC8565 для реализации протокола MAC более высокого уровня в своем наборе для разработки. Однако, в отличие от Fujitsu, PicoChip лицензировала свое программное обеспечение для протокола MAC более высокого уровня. Поскольку решение PC102 / PC8520 не включает функции шифрования-дешифрования, для их выполнения должен использоваться внешний процессор.

Микросхема разработки базовой станции SQN2010 от Sequans — это первая полнодуплексная система на кристалле. SQN2010 реализует все функции физического уровня и уровня MAC, необходимые для полнодуплексной работы базовой станции. Микросхема SQN2010 отличается от SQN1010 наличием второго центрального процессора, который реализует верхний уровень протокола MAC. Микросхема SQN1010 имеет интерфейс PCI для подключения внешнего процессора.

Решение Wavesat DM256 / MC336 также можно использовать для разработки базовых станций. Это решение поддерживает полнодуплексный режим, но следует отметить, что для реализации функций шифрования-дешифрования требуется внешний процессор. Как и Fujitsu, Wavesat не предоставляет превосходного программного обеспечения MAC, необходимого для проектирования базовых станций.

Из четырех описанных решений только микросхемы PicoChip PC102 не интегрируют функции АЦП / ЦАП. Поэтому проекты, использующие аналоговый радиоинтерфейс, также требуют устройств АЦП / ЦАП. Основные параметры рассмотренных решений по развитию базовых станций представлены в таблице. 3 [6].

Таблица 3. Основные параметры рассмотренных решений для разработки базовых станций WiMAX

Выбор производителя чипа для разработки системы WiMAX — важное стратегическое решение. Для быстрой и эффективной разработки системы требуется наиболее полная поддержка программного и аппаратного обеспечения, а также инструменты для разработки и отладки. Наличие отладочных комплектов позволяет значительно увеличить скорость и снизить затраты на разработку оборудования WiMAX, что является одним из основных критериев при выборе того или иного продукта.

Развертывание систем WiMAX

Построение фиксированной сети беспроводного доступа предполагает использование трех типов оборудования: базовых станций, абонентских станций и оборудования для организации связи между базовыми станциями. Как узконаправленные антенны, так и антенны с более широкой зоной покрытия, вплоть до всенаправленных, найдут применение в сетях доступа на основе WiMAX.

Топология сети

Для соединения «точка-точка» (рис. 6а) используются две антенны, направленные навстречу друг другу; Так, например, строятся радиорелейные линии передачи, в которых расстояние между соседними опорами передачи может составлять десятки километров. В топологии «точка-множество точек» (рис. 6b) базовая станция со всенаправленной или секторной антенной размещается в центре соты, и все абоненты, обслуживаемые ею, оснащены направленными антеннами, сфокусированными на ней.

Другой тип связи будет достигнут за счет использования только всенаправленных антенн. В этом случае можно будет подключить «все ко всем» или «многоточечный-многоточечный» (сетка).

Базовая станция WiMAX — это модульное решение, которое при необходимости может быть интегрировано с различными блоками, такими как модули для связи с магистральной сетью провайдера. В минимальной конфигурации устанавливаются модуль радиоинтерфейса и модуль подключения к проводной сети.

Диапазон частот

При выборе оборудования WiMAX, помимо технических характеристик и цены, важным и часто решающим фактором является такой фактор, как собственные трудности России с получением разрешений на использование частот. Дело в том, что «нелицензионных» групп в России практически нет

Для разных типов оборудования существует разная процедура получения разрешений на посещение. Для работы в любом диапазоне операторы электросвязи должны получить достаточно сложные и многоуровневые разрешения как на частотные услуги, так и на услуги надзора за связью .

очевидно, что в нашей стране основным фактором, влияющим на скорость внедрения систем WiMAX, является регулирование спектра, поскольку развитие рынка услуг WiMAX напрямую зависит от выделения операторам необходимого частотного ресурса. Сегодня наиболее перспективными с точки зрения будущего развития технологии WiMAX являются диапазоны в диапазоне 2,4, 3,5 и 5,6 ГГц.

При этом следует учитывать, что распространение радиоволн в разных частях спектра имеет свои особенности, которые во многом определяют дальность действия оборудования, а также устойчивость к многолучевости.

Разница ВайМакс и вай-фай

Пользователи часто задаются вопросом, в чем разница между WiMAX и Wi-Fi. Несмотря на схожесть названий, WiMax был разработан намного позже. Некоторые считают, что WiMax — это обновленная версия Wi-Fi, но это мнение ошибочно. Обе технологии различаются, прежде всего, сферами использования. Если Wi-Fi в основном используется для организации небольшой сети внутри дома или квартиры, WiMAX предназначен для создания широкополосного соединения за пределами помещения. Следовательно, мы можем сделать вывод, что WiMax — более крупная сеть. К тому же качество связи намного выше. Скорость WiMAX также превосходит Wi-Fi. Часто, когда многие абоненты используют одну и ту же сеть Wi-Fi, возникают проблемы, скорость интернета значительно падает, и пользоваться сетью становится невозможно. В WiMAX такие проблемы исключены, так как каждый абонент получает свой доступ. В ситуациях, когда базовая станция WiMAX близка к максимальной нагрузке, система автоматически перенаправляет «избыточных» абонентов на другую BS. Инфраструктура WiMax сегодня требует инвестиций и улучшений. Несмотря на множество преимуществ, технология пока не получила распространения, как Wi-Fi.

Существует улучшенная версия технологии под названием WiMAX 2. Она все еще находится в стадии разработки. Разработчики обещают скорость WiMAX второго поколения 300 Мбит / с.

Целесообразность использования WiMAX как технологии доступа

Проблема последней мили всегда была актуальной для операторов связи. К настоящему времени появилось много технологий последней мили, и перед любым оператором связи стоит задача выбрать технологию, оптимально решающую задачу доставки любого типа трафика своим абонентам. Универсального решения данной проблемы не существует, каждая технология имеет свою область применения, свои преимущества и недостатки. На выбор того или иного технологического решения влияет ряд факторов, в том числе:

— стратегия оператора, целевая аудитория, предлагаемая и планируемая на данный момент для оказания услуги,
— размер инвестиций в развитие сети и срок амортизации,
— существующая сетевая инфраструктура, ресурсы для ее работы,
— время, необходимое для запуска сети и начала предоставления услуг.

Каждый из этих факторов имеет свой вес, и выбор конкретной технологии рассматривается в совокупности.

Фиксированный и мобильный вариант WiMAX

Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, но его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для стационарных, так и для мобильных приложений, но объединить все требования в единый стандарт не удалось. Несмотря на совпадение ряда базовых требований, ориентация технологий на разные рыночные ниши привела к тому, что создание двух отдельных версий рассматривается как два разных стандарта). Каждая из спецификаций WiMAX определяет диапазоны рабочих частот, полосу пропускания, выходную мощность, методы передачи и доступа, методы кодирования и модуляции сигналов, принципы повторного использования радиочастоты и другие показатели. Следовательно, системы WiMAX, основанные на версиях стандартов IEEE 802.16 eed, практически несовместимы. Ниже приведены краткие характеристики каждой версии.

802.16-2004 (также известный как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с прямой видимостью или без нее. Пользовательские устройства включают фиксированные внутренние и внешние модемы и карты PCMCIA для ноутбуков. В большинстве стран выделены полосы частот 3,5 и 5 ГГц. По данным форума WiMAX, уже существует около 175 реализаций фиксированной версии. Многие аналитики рассматривают это как конкурирующую или дополнительную технологию для проводного широкополосного DSL. 802.16-2005 (также известный как

802.16e и WiMAX для мобильных устройств). Спецификация утверждена в 2005 году. Это новый цикл развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Версия, оптимизированная для поддержки мобильных пользователей, поддерживает ряд специфических функций, таких как передача обслуживания, режим ожидания и роуминг. Используется масштабируемый доступ OFDM (SOFDMA), который может работать как в прямой видимости, так и без нее. Планируемые диапазоны частот для сетей Mobile WiMAX: 2.3–2.5; 2,5–2,7; 3,4–3,8 ГГц. В мире реализовано несколько пилотных проектов, в том числе первый в России, где была реализована сеть «Скартел». Все конкуренты 802.16e — это мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSDPA).

Основное различие между двумя технологиями заключается в том, что фиксированный WiMAX обслуживает только «статических» абонентов, а мобильный WiMAX ориентирован на работу с пользователями, путешествующими со скоростью до 120 км / ч. Под мобильностью понимается наличие функций роуминга и «плавного» переключения между базовыми станциями при перемещении абонента (как это происходит в сотовых сетях). В одном конкретном случае мобильный WiMAX также может использоваться для обслуживания фиксированных пользователей.

Wi-Fi и WiMAX

Сравнение WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость: термины подходящие, названия стандартов, на которых основаны эти технологии, схожи (стандарты, разработанные IEEE, начинаются с «802»), и обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к сети Интернет (канал обмена данными). Но, несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно других задач.

Вай-фай	802.11a	WLAN	до 54 Мбит / с	до 300 метров	5,0 ГГц
Вай-фай	802.11b	WLAN	до 11 Мбит / с	до 300 метров	2,4 ГГц
Вай-фай	802,11 г	WLAN	до 54 Мбит / с	до 300 метров	2,4 ГГц
Вай-фай	802.11n	WLAN	до 450 Мбит / с (в будущем до 600 Мбит / с)	до 300 метров	2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит / с	25–80 км	1,5-11 ГГц
WiMax	802.16e	Мобильный телефон WMAN	до 40 Мбит / с	1-5 км	2.3-13.6 ГГц
WiMax	802,16 м	WMAN, мобильный телефон WMAN	до 1 Гбит / с (WMAN), до 100 Мбит / с (Mobile WMAN)	н / д (стандарт в разработке)	н / д (стандарт в разработке)
Bluetooth v. 1.1	802.15.1	WPAN	до 1 Мбит / с	до 10 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 2.0	802.15.3	WPAN	до 2,1 Мбит / с	до 100 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 3.0	802.11	WPAN	от 3 до 24 Мбит / с	до 100 метров	2,4 ГГц
UWB	802.15.3a	WPAN	110-480 Мбит / с	до 10 метров	7,5 ГГц
ZigBee	802.15.4	WPAN	от 20 до 250 кбит / с	1-100 м	2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов), 868 МГц (один канал)
Инфракрасный порт	IrDa	WPAN	до 16 Мбит / с	от 5 до 50 сантиметров, односторонняя связь — до 10 метров

— WiMAX — это система большого радиуса действия, охватывающая мили пространства, обычно использующая лицензированный спектр (хотя также возможны нелицензированные частоты) для предоставления конечному пользователю поставщика услуг Интернета точка-точка. Различные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные типы доступа, от мобильного (аналогично передаче данных с сотовых телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя зависит от местоположения).

— Wi-Fi — это система ближнего действия, обычно охватывающая десятки метров, которая использует нелицензированные полосы частот для обеспечения доступа к сети. Обычно пользователи используют Wi-Fi для доступа к своей локальной сети, которая может быть не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, Wi-Fi больше похож на беспроводной стационарный телефон.

— WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разные механизмы качества обслуживания (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на соединении между базовой станцией и пользовательским устройством. Каждое соединение основано на определенном алгоритме планирования, способном гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS, аналогичный используемому в Ethernet, в котором пакетам назначаются разные приоритеты. Такой подход не гарантирует одинаковое качество обслуживания для каждого соединения.

Благодаря невысокой стоимости и простоте установки Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет из различных организаций. Например, в некоторых барах, отелях, на вокзалах и в аэропортах вы можете найти бесплатную точку доступа Wi-Fi.