2015-04-30
2685
Беспроводные сети связи городского масштаба WiMAX активно развиваются на протяжении уже 10 лет (рис. 24), развернутые решения создают конкуренцию другим решениям проблемы предоставления широкополосного доступа, эквивалентного технологии xDSL. Основным преимуществом сетей WiMAX по сравнению с другими технологиями является относительно быстрое развертывание систем на достаточно больших территориях без проведения работ по прокладке кабеля и предоставление конечным пользователям скоростных каналов связи, что особенно актуально для мест с неразвитой сетевой инфраструктурой (например, новые загородные районы, исторические центры городов и т. п.). Заметим, что основным конкурентом сетей WiMAX являются системы связи четвертого поколения LTE.
Европейский институт телекоммуникационных стандартов ETSI и рабочая группа BRAN (Broadband Radio Access Networks) разработали стандарт HiperMAN. В основу HiperMAN на физическом уровне положен стандарт IEEE 802.16-2004. Некоторые различия наблюдаются на канальном (MAC) и сетевом уровнях. Основное внимание ETSI уделяет типам приложений и качеству услуг.
Рисунок 24 - Эволюция стандартов IEEE 802.16
Рабочая группа IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA), утвержденная в декабре 2002 г., сосредоточена на предоставлении услуг мобильным пользователям, движущимся со скоростью до 250 км/ч.
Спустя два года после создания рабочей группы IEEE 802.16 появился форум WiMAX, образованный фирмами Nokia, Harris Corp., Ensemble и Crosspan. К маю 2005 г. форум объединял уже 230 участников, а на сегодняшний день форум включает в себя более 400 различных производителей, лабораторий и поставщиков телекоммуникационного оборудования.
Необходимо различать стандарты связи серии IEEE 802.16 и форум WiMAX (рис. 25). Стандарты серии IEEE 802.16 — это множество стандартов, определяющих беспроводные сети городского масштаба. Разработаны для обеспечения беспроводным широкополосным доступом стационарных и мобильных пользователей. Форум WiMAX является некоммерческой организацией для продвижения и сертификации устройств беспроводного широкополосного доступа, основанных на согласованном стандарте IEEE 802.16/ETSI HiperMAN. Сотрудничает с поставщиками услуг, производителями оборудования, производителями тестового оборудования, сертификационными лабораториями и поставщиками программно-аппаратных ресурсов для обеспечения соответствия ожиданиям заказчика и государственным стандартам.
Рисунок 25 - Стандарты связи серии IEEE 802.16 и форум WiMAX
Стандарты серии IEEE 802.16 определяет радиоинтерфейс для систем широкополосного беспроводного доступа (уровни MAC и PHY, рис. 25) с фиксированными и мобильными абонентами в диапазоне частот 1–66 ГГц, рассчитанных на внедрение в городских распределенных беспроводных сетях операторского класса. Сети, построенные на основе этих стандартов, займут промежуточной положение между локальными сетями (IEEE 802.11х) и региональными сетями (WAN), где планируется применение разрабатываемого стандарта IEEE 802.20. Указанные стандарты совместно со стандартом IEEE 802.15 (PAN — Personal Area Network) и IEEE 802.17 (мосты уровня МАС) образуют иерархию стандартов беспроводной связи.
Для обеспечения работоспособности систем в диапазоне 10–66 ГГц вследствие относительно малой длины волны требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. В таких условиях при анализе канала связи многолучевостью среды можно пренебречь. Данные передаются на одной несущей. Ширина полосы частот одного канала составляет 25 или 28 МГц, скорость передачи данных до 120 Мбит/с.
В диапазоне частот 1–11 ГГц за счет увеличения длины волны возможен сценарий взаимодействия передатчика и приемника в условиях отсутствия прямой видимости. При этом необходимо применять более сложные (по сравнению с системами, функционирующими в диапазоне частот 10–66 ГГц) методы регулировки мощности, различные способы борьбы с межсимвольной интерференцией. Для передачи данных используется одна или множество несущих (сигналы с OFDM).
Архитектура сетей WiMAX IEEE 802.16
Базовая станция размещается в здании или на вышке и осуществляет связь с абонентскими станциями по схеме ― точка – мультиточка. Возможен сеточный режим связи, когда любые клиенты могут осуществлять связь между собой непосредственно, а антенные системы, как правило, являются ненаправленными. БС предоставляет соединение с основной сетью и радиоканалы к другим станциям. Радиус действия БС может достигать 30 км (в случае прямой видимости) при типовом радиусе сети 6–8 км. АС может быть радиотерминалом или повторителем, который используется для организации локального трафика. Трафик может проходить через несколько повторителей, прежде чем достигнет клиента. Антенны в этом случае являются направленными.
Канал связи предполагает наличие двух направлений передачи: восходящий канал (АС – БС, uplink) и нисходящий (БС – АС, downlink). Эти два канала используют разные неперекрывающиеся частотные диапазоны при частотном дуплексе и различные интервалы времени при временном дуплексе.
Радиосеть обмена данными между БС и АС работает в СВЧ-диапазоне от 2 до 11 ГГц. Такая сеть в идеальных условиях может обеспечить техническую скорость передачи информации до 75 Мбит/с и не требует того, чтобы БС находилась на расстоянии прямой видимости от пользователя. В настоящее время в РФ выданы разрешения на полосы частот в соответствии с табл. 3.
Диапазон частот от 10 до 66 ГГц используется для установления соединения между соседними базовыми станциями при условии, что они располагаются в зоне прямой видимости друг от друга. Так как в городской среде это условие может оказаться невыполнимым, связь между базовыми станциями иногда организуют посредством прокладки кабелей.
При более детальном рассмотрении сеть WiMAX можно описать как совокупность беспроводного и базового (опорного) сегментов. Первый описывается в стандарте IEEE 802.16, второй определяется спецификациями WiMAX Forum. Базовый сегмент объединяет все аспекты, не относящиеся к абонентской радиосети, т. е. связь базовых станций друг с другом, связь с локальными сетями (в том числе, интернетом) и т. п. Базовый сегмент основывается на IP-протоколе и стандарте IEEE 802.3-2005 (Ethernet). Однако само описание архитектуры в части, не относящейся к беспроводной клиентской сети, содержится в документах WiMAX Forum, объединенных под общим названием ―Network Architecture.
Таблица 3 Основные режимы для стандарта IEEE 802.16 в РФ
| Диапазон частот, ГГц | Разрешенные полосы частот, МГц | Общая ширина выделенных полос, МГц | Тип беспроводного доступа |
| 2,5 | 2500–2530 2560–2570 2620−2630 2660−2670 2680−2690 | мобильный | |
| 3,5 | 3400−3450 3500−3550 | фиксированный | |
| 5150−5350 5650−5725 5725−6425 | фиксированный |
Сети WiMAX должны быть легко масштабируемыми и гибко изменяемыми и основываться на принципе декомпозиции (строиться на основе стандартных логических модулей, объединяемых через стандартные интерфейсы). Свойства масштабируемости и гибкости необходимо обеспечивать по таким эксплуатационным характеристикам, как плотность абонентов, географическая протяженность зоны покрытия, частотные диапазоны, топология сети, мобильность абонентов. Сети WiMAX должны поддерживать взаимодействие с другими беспроводными (3GPP, 3GPP2) или проводными (DSL) сетями. Большое значение имеет способность обеспечивать различные уровни качества обслуживания QoS.
