Rambler's Top100
Статьи ИКС № 10 2005
А. ХЕНЛИ  01 октября 2005

Следующее поколение BWA

Стандарт IEEE 802.16 и WiMAX

Первое учредительное собрание рабочей группы IEEE 802.16 по проблемам BWA состоялось в июле 1999 г. Первоначально стандарт предназначался для реализации связи по двухточечной топологии в частотном диапазоне 10–66 ГГц, традиционно использующей одну несущую с квадратурной амплитудной модуляцией (QAM). Но вскоре были учреждены еще две самостоятельные рабочие группы, целью которых стало определение требований к интерфейсу, способному обеспечить фиксированную передачу данных вне прямой видимости на частотах ниже 11 ГГц. Данный радиоинтерфейс использует метод модуляции 256 поднесущих с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM); первоначальная версия стандарта обозначалась 802.16d. Именно эти спецификации в июне 2004 г. были официально приняты IEEE как 802.16-2004.

В то время как к исходному стандарту 802.16 для работы в широком спектре 10–66 ГГц в промышленных кругах отнеслись весьма прохладно, его расширение на участок ниже 11 ГГц было воспринято с энтузиазмом. Сегодня уже немало разработчиков оборудования реализуют технические решения, базирующиеся на новом стандарте с интерфейсом OFDM с 256 поднесущими и ориентированные на диапазоны частот от 700 МГц до 5,8 ГГц.

Заметим, что сам по себе стандарт 802.16 не гарантирует функциональной совместимости устройств разных изготовителей. А она, как известно, – стимулятор роста рынка сбыта и сокращения общих затрат. Для решения этих проблем несколько лидирующих в отрасли крупных компаний, в числе которых Intel и Nokia, создали организацию под названием WiMAX Forum. Хотя консорциум WiMAX официально не связан с IEEE, его цели совпадают с общими задачами этого института: оказание помощи по обеспечению функциональной совместимости, принятие мер по внедрению спецификаций 802.16, достижение их всеобщего одобрения на рынке связного оборудования в качестве стандарта BWA. Круг членов WiMAX Forum быстро растет, сегодня их уже более 150.

Одной из первых конкретных задач консорциума стало создание специальных методик проверки на соответствие требованиям стандарта и организация испытательных лабораторий для контроля оборудования и проведения его испытаний. При положительном результате испытаний компания-разработчик получит соответствующий сертификат, а изделия будут оснащаться маркировкой «WiMAX certified» (сертифицировано консорциумом WiMAX).

Такая сертификация гарантирует функциональную совместимость изделия с другими, ранее сертифицированными консорциумом. Выбраны так называемые частотные профили, рабочие диапазоны частот тестируемого оборудования. Для первых испытаний – это диапазоны 3,5 и 5,8 ГГц. WiMAX-сертификация началась в середине июля 2005 г., и первыми испытуемыми, по сообщениям консорциума, стали изделия Alvarion, Proxim, Redline и Wavesat для диапазона 3,5 ГГц.

Возможности и их применение

Сертифицированное WiMAX-оборудование широкополосного беспроводного доступа планируется использовать прежде всего для организации беспроводных высокоскоростных линий связи в телефонных сетях и для организации широкополосного и высоконадежного подключения к территориально удаленным магистралям, а также в качестве замены проводных каналов E1/T1 для сетей малого и среднего бизнеса. Актуальна и беспроводная цифровая абонентская линия в пределах городской зоны, которая обеспечит решение проблемы «последней мили» при подключении домашних абонентов к широкополосной сети Интернет.

Для удовлетворения столь разных потребностей фирмы изготовители предлагают технические решения с различным соотношением цена/производительность. Так, устройства операторского класса обеспечивают функциональную возможность классификации несущих, необходимую операторам связи, а также гарантированные эксплуатационные характеристики, которые сравнимы с получаемыми на выделенных медных или оптоволоконных каналах.

Тот же провайдер услуг сотовой связи может установить такое оборудование для организации широкополосного канала с базовыми станциями удаленной соты, например на нефтяных платформах, где необходима высокая пропускная способность и гарантированные эксплуатационные характеристики. Соотношение цены и производительности этих систем должно быть намного лучше, чем у существующих патентованных технических решений широкополосного беспроводного доступа, по сравнению с медными каналами или ВОЛС.

Один из крупнейших сегментов потенциальной сферы применения WiMAX-технологии – корпоративные пользователи. Типовые решения для них: установление соединений активных участков Wi-Fi с сетью Интернет, замена арендуемых магистралей E1/T1 на коммерческой основе. Поскольку стандарт 802.16 позволяет сетевым операторам конфигурировать системы для набора уровней полосы пропускания и качества обслуживания, то они могут установить рабочие параметры в соответствии с потребностями каждого абонента. Одним нужны полоса и время ожидания, «эквивалентные T1», и они готовы платить $500 в месяц, другие ограничиваются более скромными параметрами за меньшую сумму. WiMAX-устройства позволят удовлетворить всех, притом что соотношение цена/производительность каждого устройства будет оптимизировано индивидуально для каждого абонента.

Типовое WiMAX-устройство абонентского класса предназначено для организации беспроводной цифровой абонентской линии (эфирный хDSL) для дома. Постоянная готовность подключения и скорость передачи данных 1–2 Мбит/с вполне достаточны для обеспечения комфортной связи домашнему потребителю или представителю малого бизнеса. Поскольку WiMAX «умеет» передавать трафик и вне прямой видимости, а базовая приемопередающая станция и пользовательское оборудование будут относительно дешевы, то провайдеры беспроводной связи смогут предоставить широкий канал сразу многим жителям района, где ранее получить сервис широкополосного доступа было проблематично.

С ростом объема продаж ожидается, что пользовательское оборудование, работающее в нелицензируемом диапазоне частот, будет не дороже $200–300.

Особенности радиоинтерфейса

Хотя стандарт 802.16 определен для нескольких радиоинтерфейсов, консорциум WiMAX и большинство фирм изготовителей в настоящее время сосредоточили свое внимание на радиоинтерфейсе, базирующемся на технологии OFDM с 256 поднесущими. В этих спецификациях используются полосы пропускания от 1,25 до 20 МГц в спектре частот ниже 11 ГГц. Но так как выше 5,8 ГГц спектр практически поделен, большинство изготовителей ориентируются на диапазоны от 700 МГц до 5,8 ГГц.

Следует отметить, что из «стандартных» 256 поднесущих фактически задействовано только 200 (передаются и пилот-сигналы, и реальные данные), а остальные используются для организации защитных полос. Кроме того, не надо забывать о нулевой поднесущей на центральной частоте каналов.

Из этих 200 поднесущих для отдельных пользователей или их групп могут выделяться подмножества. Такое выделение – формирование субканалов – позволяет достичь повышенной гранулируемости при динамическом распределении полосы пропускания, ассоциированной с конкретным сервисом. Как известно, пакетная структура базируется на кадрах, каждый из которых включает преамбулу и заголовок с последующими пакетами данных. В наиболее простой конфигурации нисходящего кадра базовая станция передает преамбулу, заголовок и несколько нисходящих пакетов, причем каждый пакет присваивается одному пользователю. В восходящем кадре каждое абонентское устройство выполняет передачу в режиме временного разделения каналов (TDM), при котором на базовую станцию пакеты поступают поочередно: от пользователя 1, затем от пользователя 2 и т.д. Такие каналы транспортировки пакетов можно настроить на разные режимы передачи: дуплексную передачу с временным (TDD) или частотным (FDD) разделением либо на режим полудуплексной передачи с частотным разделением. В режиме TDD нисходящий и восходящий трафики передаются на одной и той же радиочастоте, но не одновременно. В режиме FDD – одновременно, но на разных частотах.

Каждая составляющая кадра (преамбула, заголовок и пакет) создается из одного или нескольких OFDM-символов. Для модуляции OFDM-несущих используются методы двоичной фазовой (BPSK) и квадратурной фазовой (QPSK) манипуляции, 16QAM (16-значная квадратурная амплитудная модуляция) и 64QAM (64-значная). Выбор вида модуляции для конкретных пакетов данных определяется статусом сигнала и требованиями к полосе пропускания.

Особый интерес в реализации WiMАХ-интерфейса представляет возможность базовой станции использовать различные форматы модуляции в каждом пакете данных. Например, для сигнально-точечного пространства I/Q-модулированного реального сигнала возможен управляющий заголовок в формате BPSK, нисходящий пакет 1 в формате QPSK, а нисходящий пакет 2 в формате 16QAM. При этом за счет масштабирования амплитуды точки принятия решений форматы BPSK, QPSK и 16QAM не пересекаются.

***


По прогнозам WiMAX Forum, технология и базовый стандарт IEEE 802.16 приведут к радикальным изменениям в области широкополосного беспроводного доступа. WiMAX «грозит» стать жизнеспособной и конкурентоспособной альтернативой для решения многих прикладных задач, где в настоящее время для передачи данных используются кабели. Предполагается, что он станет дополнением других беспроводных стандартов, например на беспроводные локальные сети (WLAN) и сотовые сети передачи данных. Вместе взятые, они обеспечат множество новых возможностей.
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: