В июне 2008 года было объявлено о создании нового стратегического консорциума — Open Patent Alliance (ОРА), в который вошли такие гиганты широкополосной индустрии, как: Cisco, Alcatel-Lucent, Intel, Clearwire, Samsung и Sprint. Цель создания альянса – продвижение дальнейшей стандартизации в области технологий WiMAX, снижения стоимости на услуги и оборудование, а также расширение их многообразия. Немного позже к ним присоединились Alvarion и Huawei. За это время был создан так называемый патентный пул —соглашение о взаимном использовании межу участниками патентов, которыми сможет воспользоваться любой из членов альянса по предсказуемой цене.

Одним из наиболее активных членов альянса WiMAX Forum является компания Intel, которая участвует во всех его начинаниях – от постановки задачи, заканчивая ратификацией стандартов и разработкой конечного оборудования. Сейчас Intel сотрудничает с компаниями, уже развернувшими предварительно стандартизованные широкополосные беспроводные сети WiMAX более чем в 125 странах. Они обеспечивают широкий диапазон вариантов – от стационарных систем беспроводного доступа до двухточечных систем передачи масштаба предприятия.Сейчас Intel сотрудничает с компаниями, уже развернувшими предварительно стандартизованные широкополосные беспроводные сети WiMAX более чем в 125 странах. Они обеспечивают широкий диапазон вариантов – от стационарных систем беспроводного доступа до двухточечных систем передачи масштаба предприятия.

Сегодня WiMAX-форум насчитывает более 500 членов, 17 из них из России и стран СНГ.[4].

2 ЗАДАЧИ,ЦЕЛИ,ПРЕИМУЩЕСТВА WiMAX

Для продвижения и развития технологии WiMAX был сформирован WiMAX-форум на базе рабочей группы IEEE 802.16, созданной в 1999 году. В форум вошли такие фирмы, как Nokia, Harris Corporation, Ensemble, Crosspan и Aperto. К маю 2005 года форум объединял уже более 230 участников. В том же году Всемирный съезд по вопросам информационного сообщества (World Summit on Information Society, WSIS) сформулировал следующие задачи, которые были возложены на технологию WiMAX.

Задачи технологий WiMAX:

1. Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий для небольших поселений, удалённых регионов, изолированных объектов, учитывая при этом, что в развивающихся странах 1,5 миллиона поселений с числом жителей более 100 человек не подключены к телефонным сетям и не имеют кабельного сообщения с крупными городами;

2. Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий более половины населения планеты в пределах своей досягаемости, учитывая при этом, что общее число пользователей Интернета в 2005 году составляло приблизительно 960 млн. человек, или около 14,5 процента всего населения Земли.

Цель технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводный доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома", портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения локальных сетей.

Надо отметить, что технология имеет ряд преимуществ:

1. По сравнению с проводными (xDSL, T1), беспроводными или спутниковыми системами сети WiMAX должны позволить операторам и сервис-провайдерам экономически эффективно охватить не только новых потенциальных пользователей, но и расширить спектр информационных и коммуникационных технологий для пользователей, уже имеющих фиксированный (стационарный) доступ;

2. Стандарт объединяет в себя технологии уровня оператора связи (для объединения многих подсетей и предоставления им доступа к Интернет), а также технологии "последней мили" (конечного отрезка от точки входа в сеть провайдера до компьютера пользователя), что создает универсальность и, как следствие, повышает надёжность системы;

3. Беспроводные технологии более гибки и, как следствие, более просты в развёртывании, так как по мере необходимости могут масштабироваться;

4. Простота установки как фактор уменьшения затрат на развертывание сетей в развивающихся странах, малонаселённых или удалённых районах;

5. Дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. Не требует прямой видимости между объектами сет, благодаря использованию технологии OFDM создает зоны покрытия в условиях отсутствия прямой видимости от клиентского оборудования до базовой станции, при этом расстояния исчисляются километрами;

6. Технология WiMAX изначально содержит в себе протокол IP, что позволяет легко и прозрачно интегрировать её в локальные сети;

7. Технология WiMAX подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных объектов сетей на единой инфраструктуре.

3 ПРИНЦИП РАБОТЫ WiMAX

3.1Физический уровень базового стандарта IEEE 802.16

Как уже отмечалось, стандарт IEEE 802.16 описывает работу в диапазоне 10-66 ГГц систем с архитектурой «точка-многоточка» (из центра – многим). Это – двунаправленная система, то есть предусмотрены нисходящий (downlink, от базовой станции к абонентам) и восходящий (uplink, к базовой станции) потоки. При этом каналы подразумеваются широкополосные (порядка 25 МГц), а скорости передачи – высокие (например, 120 Мбит/с).

Тракт обработки данных и формирования выходного сигнала для передачи через радиоканал в стандарте IEEE 802.16 достаточно обычен для современных телекоммуникационных протоколов (см. рис. 3) и практически одинаков для восходящих и нисходящих соединений. Входной поток данных скремблируется – подвергается рандомизации², то есть на него накладывается (XOR) псевдослучайная последовательность (ПСП), вырабатываемая с помощью линейного регистра сдвига длины 15 с характеристическим многочленом и начальным заполнением (см. рис. 3.1) Далее скремблированные данные кодируют с помощью помехоустойчивых кодов (FEC-кодирование³). При этом используется одна из четырех схем: код Рида-Соломона (над ), код Рида-Соломона с дополнительным свёрточным кодом (скорость ) (схема свёрточного кодирования показана на рис. 3.2), код Рида-Соломона с дополнительным контролем четности ( ) и блочный турбокод. Размер кодируемого информационного блока и число избыточных бит не фиксированы – эти параметры можно задавать в зависимости от условий среды и требований к качеству предоставления услуг (QoS). Первые две схемы кодирования обязательны для всех устройств стандарта, остальные два алгоритма – дополнительные.

Тракт формирования выходного сигнала в стандарте IEEE 802.16 (нисходящий канал)

Рис. 3.1

Генерация ПСП Схема кодирования сверточным кодом

Рис. 3.2 Рис. 3.3

В диапазоне 10-66 ГГц стандарт IEEE 802.16 предусматривает схему с модуляцией одной несущей (в каждом частотном канале). Стандарт допускает три типа квадратурной амплитудной модуляции: четырехпозиционную QPSK и 16-позиционную 16-QAM (обязательны для всех устройств), а также 64-QAM (опционально). Кодированные блоки преобразуются в модуляционные символы (каждые 2/4/6 бит определяют один символ QPSK/16-QAM/64-QAM) в соответствии с приведенными в стандарте таблицами – каждой группе из 2/4/6 бит ставится в соответствие синфазная ( ) и квадратурная ( ) координаты. Далее последовательность дискретных значений в каналах и преобразуется посредством так называемого синусквадратного фильтра (square-root raised cosine filter)⁴ в непрерывные (сглаженные) сигналы. Фильтрованные потоки и поступают непосредственно в квадратурный модулятор, где формируется выходной сигнал как функция , - несущая частота. Далее сигнал усиливается и передается в эфир. На приемной стороне все происходит в обратном порядке.

Данные на физическом уровне передаются в виде непрерывной последовательности кадров. Каждый кадр имеет фиксированную длительность – 0,5; 1 и 2 мс, поэтому его информационная емкость зависит от символьной скорости и метода модуляции. Кадр состоит из преамбулы (синхропоследовательности длиной 32 QPSK-символа), управляющей секции и последовательности пакетов с данными (см рис. 3.3.). Поскольку определяемая стандартом IEEE 802.16 система двунаправленная, необходим дуплексный механизм. Он предусматривает как частотное (FDD⁵), так и временное (TDD⁶) разделение восходящего и нисходящего каналов.

При временном дуплексировании каналов кадр делится на нисходящий и восходящий субкадры (их соотношение в кадре может гибко меняться в процессе работы, в зависимости от потребной полосы пропускания для нисходящих и восходящих каналов), разделенные специальным интервалом (рис. 3.4а). При частотном дуплексировании восходящий и нисходящий каналы транслируются каждый на своей несущей (рис. 3.4б).

Структура кадра в стандарте IEEE 802.16 для систем с временным (а) и частотным (б) дуплексированием каналов

Рис. 3.4

В нисходящем канале информация от базовой станции передается в виде последовательности пакетов (метод временного мультиплексирования - TDM⁷) (рис. 3.5). Для каждого пакета можно задавать метод модуляции и схему кодирования данных – то есть выбирать между скоростью и надежностью передачи. TDM-пакеты передаются одновременно для всех абонентских станций, каждая из них принимает весь информационный поток и выбирает «свои» пакеты (декодируя заголовки пакетов и определяя адрес назначения). В нисходящем субкадре пакеты выстраиваются в очередь так, что самые помехозащищенные передаются первыми (управляющая секция всегда передается посредством QPSK-модуляции). Если этого не сделать, абонентские станции с плохими условиями приема, которым предназначаются наиболее защищенные пакеты, могут потерять синхронизацию в ожидании своей порции информации.

Пакеты в нисходящем субкадре следуют друг за другом без интервалов и предваряющих их заголовков. Чтобы абонентские станции могли отличить один пакет от другого, в управляющей секции передаются карты нисходящего (DL-MAP) и восходящего (UL-MAP) каналов. В карте нисходящего канала указана длительность кадра, номер кадра, число пакетов в нисходящем субкадре, а также точка начала и тип профиля каждого пакета. Точка начала отсчитывается в так называемых физических слотах, каждый физический слот равен четырем модуляционным символам.

Профиль пакета – это список его параметров, включая метод модуляции, тип FEC-кодирования (с параметрами схем кодирования), а также диапазон значения отношения сигнал/шум в приемном канале конкретной станции, при котором данный профиль может применяться. Список профилей в виде специальных управляющих сообщений (дескрипторов нисходящего и восходящего каналов, DCD/UCD) транслируется базовой станцией с периодом в 10 с, присеем каждому профилю присваивается номер, который и используется в карте нисходящего канала.

Структура нисходящего канала

Рис. 3.5

Абонентские станции получают доступ к среде передачи посредством механизма временного разделения каналов (TDMA - Time division multiple access) (структура восходящего канала представлена на рис. 3.6). Для этого в восходящем канале субкадре для каждой передающей АС (абонентской станции) базовая станция резервирует специальные временные интервалы – слоты. Информация о распределении слотов между АС записывается в карте восходящего канала UL-MAP, транслируемой в каждом кадре. UL-MAP функционально аналогична DL-MAP – в ней сообщается сколько слотов в субкадре, точка начала и идентификатор соединения для каждого из них, а также типы профилей всех пакетов. Сообщение UL-MAP текущего кадра может относиться как к данному кадру, так и к последующему. Скорость модуляции (частота символов) в восходящем канале должна быть такой же, как и в нисходящем. Отметим, что, в отличие от нисходящих TDM-пакетов, каждый пакет в восходящем канале начинается с преамбулы – синхропоследовательности длиной 16 или 32 QPSK-символа.