WiMAX - Worldwide interoperability for Microwave Access

Своим названием, которое можно перевести как «всемирное взаимодействие сетей для беспроводного доступа в микроволновом диапазоне», технология обязана, во-первых, своей направленности на реализацию так называемой связи «последней мили» (отсюда «взаимодействие сетей»), а, во-вторых, тому, что изначально (в июне 2004 года, когда разрабатывался стандарт 802.16) планировалось использовать частотный диапазон от 10 до 66 ГГц (отсюда — «микроволновый диапазон»). Однако впоследствии частотный диапазон был изменен на 2-11 ГГц (802.16d), и теперь частоты WiMAX перекрываются с частотами Wi-Fi (2,4 и 5,4 ГГц) и UWB, что, впрочем, не мешает им мирно сосуществовать в эфире, так как в каждой из этих технологий используются разные подходы к кодированию и передаче данных. Хотя, конечно, технология WiMAX во многом схожа с технологией Wi-Fi, впрочем, это объясняется тем, что подходов к увеличению пропускной способности при беспроводной передаче данных не так уж и много. Так что у инженеров, продвигающих технический прогресс вперед, имеется достаточно ограниченный набор инструментов, из которых, тем не менее, удается каждый раз сделать что-то новое.

В то же время, WiMAX не должна стать прямым конкурентом Wi-Fi-сетей, скорее, эта технология претендует на роль сильного конкурента технологиям передачи данных в сетях мобильной связи. Мобильная связь сегодня достигла планетарных масштабов — по некоторым оценкам, покрытие сетей сотовой связи достигает 70% поверхности земной суши, а количество пользователей мобильной связи приближается к двум миллиардам абонентов, что соответствует примерно трети всего населения Земли. При рассмотрении в таком ракурсе, очевидно, что у Wi-Fi-сетей мало шансов стать повсеместными, так как на обеспечение широкого покрытия понадобится слишком много узлов доступа, а это дорого и нецелесообразно. Но это вовсе не означает, что технология Wi-Fi является «ущербной» ‑ её ниша еще совершенно не исчерпана, а спрос на высокую пропускную способность, предела роста которой пока не видно: уже доступная сейчас и обязательная в черновых спецификациях 802.11n технология MIMO[5] позволяет достичь более 100 Мбит/с (в сетях 802.11g), а значит, Wi-Fi должна будет в обозримом будущем стать реальной альтернативой проводных локальных цифровых сетей.

Рис. 6. Доступные и планируемые частотные диапазоны для WiMAX.

Как и UMTS, WiMAX представляет собой целое семейство стандартов с шириной канала от 1,5 до 20 МГц. Согласно спецификациям IEEE 802.16d, принятым в июне 2004 года, предусмотрено три разных физических уровня (PHY): первый из них, 256-точечный FFT (FFT — Fast Fourier Transform, быстрое преобразование Фурье) OFDM, является обязательным.

Также в семействе WiMAX представлены два необязательных стандарта:

SC (Single-Carrier, одна несущая, что роднит этот стандарт с CDMA)

и 2048 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). OFDMA, к слову, представляет собой еще один, новый подход к мультиплексированию каналов связи и является развитием FDMA (Frequency Division Multiple Access), использовавшегося вместе с временным уплотнением (TDMA) в GSM.

Помимо мультиплексирования по ортогональным несущим (OFDM), в WiMAX заложена поддержка большего количества модуляционных схем — BPSK, QPSK, QAM16 и QAM64. В теоретическом случае максимального уровня сигнала, позволяющего использовать квадратурную модуляционную схему QAM64 и присутствия в системе только одного пользователя, которому будут предоставлены все 192 несущих шириной по 20 МГц каждая, пропускная способность связи такого пользователя с базовой станцией составит 75 Мбит/с. Однако в реальности, конечно, так не бывает — в первую очередь, пользователю никогда не будет доступно такое количество свободных частотных диапазонов (192´20=3840 МГц). Наиболее распространенным на сегодняшний день является диапазон 3,5 ГГц (3,3-3,6 ГГц), максимальная пропускная способность в котором, как нетрудно подсчитать, достигает 5,86 Мбит/с.

Еще одним важным отличием WiMAX от Wi-Fi, да и, в общем-то, от HSDPA, является возможность осуществления связи между терминалами, не находящимися на линии видимости друг друга. Это достигается путем использования огибания и отражения сигнала от препятствий, а также ретрансляции данных, направленных одному терминалу, на несколько других терминалов, из которых один или несколько находятся на линии видимости с адресатом. В чем-то этот подход схож с mesh-сетями[6], однако, в случае с WiMAX есть ограничения в виде необходимости связи определенных терминалов (узлов доступа или маршрутизаторов) с глобальной сетью (WAN), в то время как mesh-сети, как предполагается, будут самодостаточны. Существующие mesh-технологии являются закрытыми, но есть надежда, что в скором времени в IEEE появится первый стандарт mesh-сетей.

Как и в последних вариантах сетей сотовой связи, в беспроводных цифровых сетях уделено большое внимание QoS, позволяющей приоритетизировать трафик. QoS WiMAX несколько отличается от QoS HSDPA: главным отличием первой от последней является механизм запросов и разрешений. В каждой группе пакетов предусмотрена пауза (contention slot), предназначенная для установления нового сеанса связи клиентским терминалом. Также частью QoS является алгоритм назначения модуляционной схемы для каждого абонента, причем восходящему и нисходящему трафику могут быть присвоены разные модуляционные схемы.

Кроме того, в WiMAX предусмотрены криптографические алгоритмы (к Wi-Fi в области криптографии было очень много нареканий):

- Режим CBC: DES с 56-разрядным ключом, без аутентификации данных и 3-DES, 128

- Режим CBC: DES с 56-разрядным ключом, без аутентификации данных и RSA, 1024

- Режим CCM: без аутентификации данных и AES, 128