В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

WIMAX: максимум всего

АлександрГолышко
эксперт

Прежде чем о чем-то мечтать, подумай – а вдруг сбудется.

Генезис беспроводного доступа

Из многочисленных трудов телекоммуникационных аналитиков, консультантов, а также представителей поставщиков оборудования и операторов хорошо известно, что беспроводные сети – наиболее быстрый путь для формирования инфраструктуры связи. Особенно там, где она в дефиците. Дефицит же, в свою очередь, присутствует везде, поскольку сегодня "продвинутого" пользователя должен интересовать не просто канал связи, а канал передачи данных со скоростью "не менее... (нужное вписать)", причем скорость эта растет весьма быстро. Именно поэтому прогнозируется спад интереса к технологиям xDSL, имеющим известные технологические пределы. Именно поэтому в мире уже сотни миллионов хотспотов Wi-Fi. Именно поэтому с приходом HSDPA сети UMTS получили "второе дыхание". И пошли разговоры о массовом развертывании FTTH. И уже разработаны и испытаны образцы мобильного оборудования 4G.

И именно поэтому на гребне успеха Wi-Fi появилась концепция WiMAX, обещающая "тотальный" triple play не только там, куда дотянулись провода. В отличие от Wi-Fi, мобильный WiMax (IEEE 802.16е, принятый в ноябре 2005 г.) изначально разрабатывался для обеспечения мобильности пользователей вне помещений (в том числе вне прямой видимости). И неспроста эта концепция собрала под знамена WiMAX Forum уже несколько сотен заинтересованных компаний, предложив стандартизировать системы беспроводного широкополосного доступа. Это именно то, чего в свое время не хватало системам LMDS, MVDS и пр. (если кто-то о них еще помнит), чтобы по-настоящему завоевать рынок.
Из всего БШД удачным стал лишь Radio-Ethernet, известный более как Wi-Fi и стандартизованный как IEEE 802.11a/b/g/n.

WiMAX: краткая история

Работы по тематике IEEE 802.16 были начаты в 1998 г. специалистами Национального общества испытания беспроводных электронных систем (N-WEST) при Национальном институте стандартов и технологий США (TIA). Через год в Европе в ETSI (проект BRAN) была создана исследовательская группа для разработки стандартов HyperMAN (High Performance Radio Metropolitan Area Network) и HyperACCESS (High Performance Radio Access Network), преследующих те же цели, что и IEEE 802.16. Несмотря на некоторые отличия стандартов с разных континентов, со временем обе группы разработчиков объединили усилия под "брендом" 802.16.

Необходимость построения беспроводной сети только в зоне прямой видимости привела к тому, что устройства стандарта 802.16 так и не получили широкого распространения.

В 2002 г. появилось приложение 802.16с-2002, расширяющее профили и корректирующее погрешности, выявленные в стандарте 802.16-2001. В январе 2003 г. был принят 802.16a-2003 (он же 802.16а), описывающий параметры радиоинтерфейса оборудования ШБ Д в диапазоне 2-11 ГГц. Его основным отличием стало отсутствие требования обязательного наличия условий прямой видимости с целью расширения зоны покрытия. Помимо альтернативы проводным/кабельным решениям сети стандарта 802.16а планировалось применять в качестве радиомостов для точек доступа Wi-Fi, с этой целью предусматривались узконаправленные антенны. Система на базе 802.16а должна была обеспечивать скорость передачи информации 1-75 Мбит/с на сектор одной базовой станции в радиоканалах с изменяемой полосой пропускания от 1,5 до 20 МГц на расстоянии 6-9 км (теоретически до 50 км).

Логическим продолжением стандарта 802.16а призван был стать стандарт 802.16d, в котором собирались превзойти все предыдущие версии 802.16 и, по-видимому, обеспечить полную совместимость оборудования различных производителей (есть такая "универсальная", но редко достижимая мечта у всех разработчиков). В июле 2004 г. был принят стандарт 802.16-2004 (часто упоминается так: "известный ранее как 802.16d"), объединивший в себе все предыдущие версии и технологии. Стандарт 802.16-2004 предусматривает работу в диапазоне радиочастот 2-66 ГГц, содержит требования к физическому уровню (PHY) – методам множественного доступа, организации дуплекса, модуляции; к управлению доступом к среде (МАС-уровню), включая поддержку QoS; к подуровню конвергенции – взаимодействию МАС-уровня с более высокими уровнями сети; к уровню безопасности – управлению алгоритмами шифрования.

Правда, с полной совместимостью "разношерстных" режимов мультиплексирования SC, SCa, OFDM и OFDMA, разной ширины радиоканалов, а также режимов FDD, TDD и других требований (не говоря уже о разных рабочих частотах) возникли сложности, в результате чего оборудование разных поставщиков не полностью совместимо. Действующая версия стандарта 802.16-2004 подразумевает упрощенную процедуру сертификации на соответствие спецификациям WiMAX Forum, допускающую работу системы не во всех предусмотренных режимах. Совместимость систем определяется не по соответствию всем параметрам существующего стандарта, а по набору характеристик физического уровня и частично уровня управления доступом к среде (MAC). Таким образом, даже если оборудование разных поставщиков и будет взаимодействовать друг с другом по радиоинтерфейсу, оно может иметь много уникальных особенностей. Параметры физических уровней европейских стандартов HyperMAN (2-11 ГГц, 256 OFDM) и HyperACCESS (11-42 ГГц, SC TDM) во многом соответствуют 802.16-2004 и есть подозрение, что эти названия постепенно исчезнут на фоне бренда WiMAX.

А тем временем "поезд" WiMAX Forum шел дальше. В ноябре 2005 г. появилась долгожданная мобильная версия 802.16е – Mobile WiMAX или 802.16-2005, для которого были рекомендованы частоты 2,3 ГГц, 2,5-2,7 ГГц и 3,5 ГГц. В связи с этим WiMAX Forum рекомендовал для систем стандарта 802.16-2004 радиочастотные диапазоны 3,5 и 5,8 ГГц.

Прежде всего, стандарт IEEE 802.16е ориентирован на конечных пользователей, причем мобильных, и в этом смысле он представляет собой альтернативу стандартам 802.Ha/b/g/n. По мнению экспертов Intel, в недалеком будущем пользователь, имея ноутбук или "наладонник" со встроенной радиокартой IEEE 802.16е, сможет постоянно оставаться на связи в любой точке города. Ключевым различием между стандартами 802.16-2004 и 802.16е является техника мультиплексирования – в последнем предусмотрен масштабируемый OFDMA (Scalable OFDMA – SOFDMA), который признан более эффективным благодаря использованию механизма SDR (software-defined radio – программного выбора радио) и AAS (адаптивной антенной системы), которая на 40% улучшает радиопокрытие, усиливая сигнал в заданном направлении.

 Концепция масштабируемости, используемая в OFDMA, базируется на переменном числе поднесущих (не обязательно смежных), объединяемых в канал. В зависимости от числа поднесущих в подканале используется преобразование Фурье с разным количеством членов в сумме (разным числом точек). В результате метод OFDMA позволяет получить большую гибкость при управлении различными пользовательскими устройствами с разными типами антенн. Он уменьшает взаимные помехи для устройств с ненаправленными антеннами (например, ноутбуков) и улучшает прием в условиях непрямой видимости, что весьма существенно для перемещающихся пользователей (аналогичные, но более "простые" проблемы решаются в сетях сотовой связи). Подканалы могут быть распределены между разными абонентами в зависимости от условий передачи и требуемой пропускной способности, чем достигается более эффективное использование ресурсов пропускной способности радиотракта.

Другим важным дополнением в стандарте 802.1 бе является поддержка передачи управления при перемещении между сотами сети ШБД. При этом будет возможен как жесткий (hard-handover), так и мягкий (soft-handover) режим передачи управления. При hard-handover AC должна разорвать связь с текущей сотой, прежде чем подключиться к следующей (аналогично работают "сотовые" технологии TDMA, в частности стандарт GSM). Этот метод достаточно прост, однако есть риск возникновения длительной задержки сигнала. В свою очередь, soft-handover работает подобно "сотовой" технологии CDMA и позволяет АС оставаться на связи со старой станцией до тех пор, пока она не подключится к новой. Преимуществами этого режима могут воспользоваться критичные к задержкам игровые приложения, VoIP и IPTV. Полностью мобильный доступ достигается именно при soft-handover.

Кроме того, помимо AAS в системах 802.1 бе предусматривается поддержка технологии MIMO (Multiple Input, Multiple Output), которая существенно повышает пропускную способность и прием в условиях непрямой видимости.

Системы IEEE 802.1 бе имеют три профиля: А, В и С, отличающиеся степенью стандартизации типового узла доступа WiMAX. В него входит набор базовых станций, которые присоединяются к специализированному шлюзу межсетевого взаимодействия (ASN-GW), подключаемому к какой-либо внешней сети NGN.

Профиль А не предусматривает какой-либо интероперабельности оборудования различных поставщиков. ASN-GW включает в себя систему управления радиоресурсом, контроллер радиоресурса и осуществляет хен-довер между базовыми станциями. В данном профиле используются открытые интерфейсы Rl, R3, R4 и R6 по определению WiMax Forum. Летом прошлого года в Мадриде WiMAX Forum решил закрыть профиль А как не имеющий перспектив.

Профиль В предусматривает повышение интеллекта базовых станций, которые играют более существенную роль в управлении трафиком и мобильностью. В свою очередь, ASN-GW функционирует как некий "черный ящик" и связывается с базовыми станциями по специализированному протоколу, признанному ноу-хау поставщика.

Профиль С – наиболее открытая и потому перспективная система, использующая указанные выше открытые интерфейсы R1, R3, R4 и R6. В этом случае базовые станции ответственны за все управление радиоресурсом. В отличие от профиля А, они имеют в своем составе систему управления радиоресурсом и контроллер радиоресурса, отвечая за обеспечение хендовера между базовыми станциями. По сути, в идеальном случае все элементы такой системы взаимозаменяемы на продукты других поставщиков, сертифицированных WiMAX Forum.

Сегодня общим знаменателем развития индустрии WiMAX является:
•          доставка Интернета для каждого потенциального пользователя;
•          изучение прошлого опыта систем БШД, 3G, Wi-Fi;
•          интероперабельность + интегрированные устройства + экосистема – залог успеха индустрии;
•          поэтапный подход к построению успешного бизнеса.

Таким образом, спектр систем WiMAX охватывает теперь весь фиксированный ("расширение 2004") и мобильный ("расширение 2005") широкополосный доступ. Впрочем, ничто не мешает использовать, к примеру, мобильный WiMAX под "фиксированные" задачи. В обоих стандартах используются одинаковые виды модуляции, которые автоматически переключаются на более эффективные по мере удаления от базовой станции, и может быть достигнута скорость передачи данных 15 Мбит/с в радиоканале шириной 5 МГц и 35 Мбит/с – в 10 МГц.

WiMAX сегодня и завтра

Индустрия WiMAX должна отвечать двум основным требованиям рынка: обеспечение доступа там, где плохо развита проводная инфраструктура, и обеспечение мобильного Web 3.0, пользователям которого понадобятся скорости до 10 Мбит/с. Ну а дорожная карта мобильного WiMAX приведена на рис. 1. На ней нетрудно заметить, что нынешний мобильный WiMAX – еще не предел, ибо грядет его версия 1.5, а потом и 2.0 (она же, по сути, – новый стандарт IEEE 802.16m).

Рис. 1. Дорожная карта мобильного WiMAX

В октябре 2007 г. на Тайване прошел четвертый WiMAX Forum Plug-fest, где были проведены тесты оборудования и принято "Руководство" по сценариям для сопряжения поставщиков оборудования (в том числе по биллингу). Текущие мобильные профили WiMAX приведены на рис. 2.

Рис. 2. Мобильные профили после WiMAX Forum Plugfest

Становится понятно, какой линии нужно держаться, чтобы построить полноценную мобильную сеть. А вот чего сегодня ожидают операторы от WiMAX Forum, так это сертификации процедуры роуминга, без которого, как известно, мобильность будет неполной.

Интересно, что не так давно WiMAX был признан в качестве технологии семейства мобильной связи IMT-2000. В октябре 2007 г. отделение радиосвязи Международного союза телекоммуникаций ITU-R включило стандарт WiMAX в диапазоне 2,5 ГГц в набор стандартов семейства 3G IMT-2000. Ранее этот набор содержал пять стандартов связи: W-CDMA, EDGE, CDMA TDD, CDMA2000 и DECT.

Таким образом, отныне радиоинтерфейс WiMAX стал основным проек том и для IEEE, и для WiMAX Forum, однако впереди еще много работы. Эволюция технологии мобильного WiMAX и ее вход в будущий мир IMT-Advanced (называемый иногда 4G) приведены соответственно на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Эволюция технологии мобильного WiMAX

Рис. 4. Вход в "мир IMT"

Присоединение стандарта WiMAX к этому набору, с одной стороны, можно расценивать как признание перспективности стандарта. Но есть и другая сторона – Международный союз электросвязи ввел в семейство IMT-2000 не просто WiMAX, а технологию OFDM, которую используют все перспективные системы мобильной связи, включая LTE и UMB/ EV-DO rev.C.

Проблемы текущие и будущие

В ноябре 2007 г. в докладе компании Synterra на конференции "WiMAX Russia & CIS" были проанализированы практические перспективы развертывания сетей WiMAX в отечественных условиях. В частности, фиксированный WiMAX в рамках городской застройки имеет радиус действия базовой станции от нескольких километров до 10 км с непредсказуемой структурой покрытия. Его основные конкуренты – сети КТВ и ADSL. Здесь ключевые преимущества WiMAX – быстрое развертывание (не считая времени согласования с надзорными органами), а преимущества конкурентов заключаются в высокой производительности, надежности, бюджетности. Сеть WiMAX, разумеется, быстро развертывается и набирает абонентскую базу, однако развитие конкурирующих технологий все же вытесняет беспроводную связь с рынка за счет лучших цены и качества услуг. В сельской местности радиус действия базовой станции WiMAX составляет 10-15 км, а основными соперниками являются сеть SkyLink cdma2000 EV-DO и другие сети БШД, демонстрирующие хорошее покрытие. В результате доходность услуг неустойчива и ограничена.

В свою очередь, мобильный WiMAX в условиях городской застройки имеет радиус действия базовой станции 300-500 м с непредсказуемой структурой покрытия. Основными противниками могут стать мобильные сети 3G, которые, скорее всего, будут обеспечивать лучшее покрытие, качественные голосовые услуги, большой ассортимент абонентского оборудования и его относительную "бюджет-ность". Заметим, кстати, что абонентское оборудование сегодня является слабым звеном в "семействе" мобильного WiMAX. С учетом начавшегося развертывания сетей 3G, наличия у них национального и международного роуминга сеть WiMAX не будет иметь перед ними каких-либо преимуществ и еще рискует запаздывать в развертывании. В сельской местности проблемы те же, а конкурентом, как всегда, станет SkyLink.

В итоге получается: с точки зрения оператора WiMAX везде кому-то уступает и вправе рассчитывать лишь на нишевое применение, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Потенциальное место WiMAX на рынке

Стоит заметить, что следующее поколение мобильного WiMAX (IEEE 802.16m), как и оборудование мобильной связи 4G – LTE и cdma2000 EV-DO Rev.С, вообще будут мало отличаться друг от друга по техническим характеристикам (50-100 Мбит/с при скорости перемещения до 300 км/ч) и применяемым технологиям (полоса радиоканала 20 МГц, OFDMA, MIMO, AAS и прочее). Спектральная эффективность всех трех технологий разнится также незначительно, как показано на рис. 6.

Следует иметь в виду, что осенью 2007 г. в Европе не только был утвержден "очередной" стандарт мобильной связи LTE, но и выделен соответствующий диапазон радиочастот 2,5-2,7 ГГц (ранее для мобильного WiMAX Европа выделила диапазон 3,5 ГГц). В США был освобожден от телевидения и распродан на аукционе диапазон 700 МГц, причем один из покупателей и одновременно один из крупнейших операторов США – Verizon даже собрался "изменить" свою "ориентацию" с cdma2000 на LTE.

И, значит, разговоры о том, что мобильные операторы "подхватят идею WiMAX" и начнут строить конвергентные сети, останутся лишь разговорами. Сегодня у мобильных операторов (обладающих колоссальной се тевой инфраструктурой, многомиллиардной абонентской базой, узнаваемыми брендами и, главное, поддерживающей их мощной мобильной индустрией) появились свои четкие "корпоративные" ориентиры при переходе из 3G в 4G. Заметим, WiMAX к ним не относится. Не следует забывать: технологии 4G активно разрабатываются известными поставщиками, которые входят и в WiMAX Forum и, несомненно, с максимальной эффективностью использовали это обстоятельство для разработки перспективных систем мобильной связи, продолжающих известные линейки 3GPP и 3GPP2. То есть у "мобилыциков" мотивов строить именно мобильные сети WiMAX вроде бы уже не так много. Другое дело, если мобильные операторы захотят выйти на рынок фиксированного broadband – тогда им сгодится все: FTTx, xDSL, DOCSIS и, разумеется, WiMAX.

Примеры и перспективы

Впрочем, нет причин не строить сети WiMAX. Недостаточные скорости доступа в существующих мобильных сетях – известный "раздражитель" рынка. Поэтому операторы Sprint Nextel и Clearwire ведут в США строительство национальной сети мобильного WiMax, которая, как было объявлено, обещает предоставлять клиентам скорость передачи данных в пять раз выше, чем ныне действующие системы, и за меньшую плату. По информации от неназванных источников, цитируемых Wall Street Journal, крупнейшие кабельные компании США, Comcast и Time Warner ведут переговоры с беспроводными операторами Sprint и Clearwire об участии в проекте развертывания WiMax-сети национального масштаба. Предположительно речь идет об инвестициях в размере не менее $1,5 млрд (Comcast готов расстаться с 1 млрд, Time Warner избавится от 500 млн). Кроме того, в проект рассчитывает вложиться еще одна кабельная компания, Bright House Networks, вклад которой может составить от $100 до $200 млн, как сообщает Telecoms.

Предполагается, что управлять новой сетью станет совместное предприятие Sprint и Clearwire, а кабельные "монстры" будут иметь в этой структуре свою долю, с возможностью льготного использования беспроводных ресурсов. Подразумевается, что единая высокоскоростная сеть в масштабе целой страны произведет настоящую революцию доступа к Глобальной сети.

Любопытно, что появление этой информации практически совпало по времени с громким заявлением австралийской Buzz Broadband, отказавшейся от развития своей WiMax-сети ввиду серьезных недостатков технологии. Buzz Broadband, первая запустившая в эксплуатацию сеть WiMax, внезапно свернула работы в этом направлении, а ее исполнитель-

ный директор Гарт Фримен, выступая недавно в Бангкоке на международной конференции, посвященной WiMax, объявил о глубоком разочаровании в этой технологии беспроводной связи. В своем выступлении Фримен заявил, что за пределами прямой видимости всего в двух километрах от базовой станции на открытой местности сеть была практически недоступна. Попытка же выйти на связь из помещения сразу сократила это расстояние до 400 м. А время ожидания порядка 1000 мс (1 с) сделало невозможным использование WiMax для IP-телефонии, которая была основным, широко разрекламированным, потенциальным преимуществом сети, как сообщает CommsDay.

Соответственно в своем выступлении Фримен сделал основной упор на тезис о том, что WiMax, вполне вероятно, еще нельзя назвать технологией, готовой к практическому применению. Он подчеркнул, что множество сообщений о работе WiMax-сетей в мире относится к тестовым или пилотным проектам, и большинство иллюзий вокруг этой технологии нельзя всерьез сравнивать с коммерчески успешными HSPA-сетями, каковых в мире насчитывается уже свыше 150.

Забавно, что всего год назад на этой же самой конференции Гарт Фримен источал бесконечный оптимизм и хвастался подготовкой к оказанию массовых VoIP-услуг на базе WiMax.

Между тем еще в прошлом году на конференции IEEE представители индийской VSNL сообщали, что сигнал сети WiMax полностью затухает в помещениях на расстоянии всего лишь 200 м от базовой станции. Впрочем, покрытия в помещениях в стандарте IEEE 802.16е никто и не обещал – ведь это сети для работы вне помещений ("outdoor") с возможностью обеспечения хендовера.

Вполне возможно, что WiMAX не заслужил столь резкой критики, которую можно встретить на страницах печати, поскольку не существует технологий, сразу дающих все, что от них ожидают. Относительно прогнозов, то к 2013 г. чуть более половины всех WiMax-подписчиков мира будут проживать в странах Азии. Исследования показывают готовность телекоммуникационных рынков таких стран, как Индия, Корея, Пакистан, Тайвань и Австралия, к бурному развитию WiMax в ближайшие годы. Всего же к 2013 г. в мире будет насчитываться около 80 млн пользователей WiMax, а полная стоимость этого рынка составит $23 млрд, как со ссылкой на отчет исследовательской компании Juniper Research сообщает Telecommunications Industry News.

Зато японский сотовый оператор NTT DoCoMo недавно заявил об успешном тестировании технологии связи следующего поколения под условным названием "Super 3G", в ходе которого мобильное устройство получало данные на скорости порядка 250 Мбит/с. Представитель компании заявил, что результаты испытаний открыли дорогу для внедрения технологии в коммерческую эксплуатацию.

И это означает, что расслабляться даже по поводу форы по времени выхода на рынок, которой пока обладает WiMAX, уже нельзя.

Опубликовано: -2008
Посещений: 14904

Автор Голышко Александр Викторович эксперт Всего статей:  22

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций