Technologie WiMAX pod drobnohledem

Přichází doba vysokorychlostních bezdrátových přenosů. jaké možnosti přináší technologie WiMAX?

Celá řada firem i domácností využívá dnes pro připojení k Internetu bezdrátové technologie. I v současné době je nejpoužívanější a také nejlevnější technologie založená na bázi Wi-Fi. To je však z velké míry pouze jakási z nouze ctnost, protože tento standard nebyl původně navržen pro venkovní spoje, ale pouze jako náhrada kabelových rozvodů v kancelářích a budovách. Jako reakce na tento stav byl vyvinut standard WiMAX, který částečně pracuje na podobných principech, ale je již cíleně zaměřen na venkovní bezdrátové spoje a nabízí se jako řešení poslední míle.

Nejprve si o WiMAXu řekněme několik základních faktů. První norma byla vydána společenstvím IEEE pod číslem 802.16. Počítá s využitím pásma 10-66 GHz. Při využití těchto frekvencí je výhodou možnost dosažení velkých přenosových rychlostí při dosahu 40-50 km, ovšem tyto přednosti zastiňuje nutnost přímé viditelnosti mezi vysílačem a přijímačem.

Později byl uvolněn standard 802.11a, který definuje mobilní přístup a doporučuje frekvence v rozmezí 2-11 GHz, kdy lze bez zajištění přímé viditelnosti mluvit o dosahu kolem 7-9 km. Maximální rychlost na fyzické vrstvě se uvádí 70 Mb/s pro jeden frekvenční kanál o šířce 14 MHz.

Tento kanál je možné rozdělit na subkanály s variabilní šířkou (1,75; 3,5; 5; 7; 10… MHz), což s využitím časového multiplexu zabezpečí rychlý přenos dat k několika desítkám současně aktivních klientů připojených k jedné základnové stanici. Velkou výhodou technologie WiMAX je také implementovaná podpora řízení kvality služeb (QoS), což umožňuje bezproblémové využití např. IP telefonie.

Víc než Wi-Fi

Sítě založené na technologii WiMAX se více než klasickým Wi-Fi sítím podobají mobilním sítím třetí a následujících generací (typicky UMTS). Proto se příliš nehodí pro vytváření spojení point-to-point, ale spíše pro point-to-multipoint. Výhodou ve srovnání s UMTS je také možnost dosahovat vyšších přenosových rychlostí, kterých je UMTS schopno dosáhnout až po využití technologií HSDPA a HSUPA.

Za potenciálními vysokými přenosovými rychlostmi systému WiMAX stojí využití technologie OFDM. Jedná se o modulační techniku, která využívá rozdělení přenosového kanálu na velké množství nosných frekvencí. Díky tomu lze dosáhnout nejen snadného rozdělení přenosového kanálu na subkanály, ale také vyšších přenosových rychlostí oproti systémům s jednou nosnou.

Dalším pozitivem je také lepší rozdělení energie a tím větší odolnost proti rušení a menší náchylnost k interferencím. Ostatně s jejím využitím se počítá nejen u sítí WiMAX, ale i v sítích UMTS, kde slouží jako jádro výše zmíněných vysokorychlostních paketových technologií HSDPA a HSUPA.

Velký dosah i při malém výkonu

Na úrovni fyzické vrstvy je použito několik různých způsobů kódování dat pro různou kvalitu signálu. Díky tomu lze vždy zaručit optimální využití přenosového pásma. Využívá se také pokročilých technik, jako je směrování vlnového toku pouze přímo k příjemci (beamforming), technika diversitního vysílání a příjmu nazývaná MIMO apod.

Další velmi dobrou vlastností je možnost využití tzv. mesh sítí, které počítají s využitím pevných stanic jako retranslačních bodů. Díky tomu lze zvětšit dosah jedné základnové stanice bez nutnosti zvětšovat vysílací výkon. Při tomto řešení je využito principů známých z ad hoc sítí, přičemž je mezi jednotlivými body možná také přímá komunikace bez zatěžování základnové stanice.

V České republice jsou již sítě WiMAX nasazovány v praxi, a to jak lokálními ISP, tak i silnými společnostmi.

V reálném nasazení lze dosáhnout pro jednoho uživatele rychlostí v řádech jednotek megabitů za sekundu, při malé vzdálenosti je možné překročit hranici 10 Mb/s. Spolehlivou funkcí lze zajistit i bez přímé viditelnosti, ovšem uživatelská rychlost je zde nižší než u spojů s přímou viditelností při využití stejné šířky frekvenčního pásma.

Cena je příznivá

Technologie se zatím nejvíce využívá v komerčním sektoru. Cena základnových stanic se pohybuje okolo 150 000 Kč za základní jednotku a cca 60 000 Kč za každou anténní jednotku, což při využití tří antén vychází asi na 350 000 Kč pro pokrytí v úhlu 360°. Další investicí jsou samozřejmě nutné stavební práce a povolení (pro jeden kanál se uvádí cena okolo 30 000 Kč ročně).

I tak jsou ale náklady, vzhledem k možnostem takovéto sítě, překvapivě nízké. Důvodem je také fakt, že všechna nutná logika je soustředěna do základnové stanice a nad ní již funguje standardní IP síť.

Z různých míst již přicházejí zprávy o snahách výrobců hardwaru implementovat technologii WiMAX také do netebooků, PDA a mobilních telefonů, což by v kombinaci s funkčností bez požadavku na přímou viditelnost znamenalo jejího bezproblémového využití v mnoha oblastech každodenního života.

V České republice se nejčastěji využívají frekvence okolo 3,5 GHz, avšak není vyloučeno ani využití pásma 2,5 GHz, jehož část je rezervována pro sítě třetí generace provozované mobilními operátory. Pokud se ale zamyslíme nad možnostmi technologie a s přibývajícím časem také nad její implementací do mobilních zařízení, přišel čas se ptát, zda ti mobilní operátoři, kteří dosud nevybudovali své sítě třetí generace na bázi UMTS, nevyužijí raději právě WiMAX.