Стандарт IEEE 802.16 (WiMAX)Источник: По материалам сайта www.softco.ru
|
| Название стандарта | 802.16 | 802.16a | 802.16e |
|---|---|---|---|
| Дата принятия | декабрь 2001 | январь 2003 | январь 2004 |
| Частотный диапазон | 10-66 ГГц | 2-11 ГГц | 2-6 ГГц |
| Быстродействие | 32-135 Мбит/с для 28МГц-канала | до 75 Мбит/с для 28МГц-канала | до 15 Мбит/с для 5МГц-канала |
| Модуляция | QPSK, 16QAM, 64QAM | OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM | OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM |
| Ширина канала | 20, 25 и 28 МГц | Регулируемая 1,5-20МГц | Регулируемая 1,5-20МГц |
| Радиус действия | 2-5 км | 7-10 км макс. радиус 50 км | 2-5 км |
| Условия работы | Прямая видимость | Работа на отражениях | Работа на отражениях |
Технические характеристики стандарта 802.16a, предусматривающие работу оборудования в диапазоне от 2 до 11 ГГц, являются расширенным вариантом технических характеристик стандарта IEEE 802.16, утвержденных в декабре 2001 г. Широкий диапазон частот, предусматриваемый стандартом 802.16, позволяет развертывать каналы передачи данных с высокой пропускной способностью с использованием передатчиков, устанавливаемых на мачтах сетей сотовой связи и высотных зданиях. Принимающее и передающее оборудование, работающее по этому стандарту, может находиться только в зоне прямой видимости.
Дальность действия: до 50 километров.
Покрытие: расширенные возможности работы вне прямой видимости позволяют улучшить качество покрытия обслуживаемой зоны.
Частота: от 2 ГГц до 11 ГГц.
Спектральная эффективность: до 5 бит/сек/Гц.
Максимальная скорость передачи данных на сектор: до 70 Мбит/с на сектор одной базовой станции.
Типовая базовая станция имеет до 6 секторов.
Качество обслуживания: качество обслуживания контролируется на уровне управления доступом к среде, что позволяет использовать дифференцированные уровни обслуживания. Это дает возможность предоставлять коммерческим предприятиям обслуживание типа T1, а домашним пользователям - типа DSL, а также осуществлять передачу голоса и видео.
Решение операторского класса: данный стандарт предоставляет широкие возможности для масштабирования, необходимого для обеспечения поддержки сотен тысяч пользователей силами одной базовой станции, и позволяет дифференцировать уровни предоставляемых услуг. Один сектор одной базовой станции способен обеспечить скорость передачи данных, достаточную для одновременного обслуживания более 60 предприятий, подключенных по каналам типа T1, и сотни жилых домов, подключенных по каналам типа DSL. Типовая базовая станция имеет до 6 секторов.
Малый инвестиционный риск: этот стандарт несет в себе для поставщиков услуг меньший риск неокупаемости инвестиций по сравнению с уникальными решениями по организации широкополосного доступа, проектируемыми на заказ. Совместимость оборудования, способного работать в этом стандарте, позволяет оператору сократить затраты на конечное клиентское оборудование и одновременно использовать оборудование разных производителей. Обслуживание клиентов и управление этим обслуживанием можно осуществлять удаленно, что позволяет сократить текущие расходы.
Качество обслуживания: управление доступом к среде стандарта 802.16 рассчитано на поддержку передачи голоса и видео.
Широкая зона покрытия: расширенные возможности работы вне прямой видимости позволяют улучшить качество покрытия обслуживаемой зоны, а это значит, что большее количество конечных пользователей сможет получать высокоскоростной беспроводной доступ в Интернет.
Высокая скорость передачи данных: корпоративные пользователи могут получить сервис типа T1 по конкурентоспособным тарифам с ежемесячной оплатой без необходимости ожидания в течение нескольких месяцев, необходимых для организации канала.
Домашние пользователи, не имеющие возможности подключиться к широкополосным кабельным линиям или линиям DSL, могут воспользоваться эквивалентными беспроводными услугами по конкурентоспособным тарифам.
Менее дорогой широкополосный доступ в Интернет за счет использования альтернативного решения на этапе "последней мили" на рынке широкополосного беспроводного доступа, на котором в настоящее время доминирующее положение занимает доступ по проводным, кабельным линиям и линиям DSL.
Подуровень расположен над МАС уровнем и предназначен для организации взаимодействия между более высокими уровнями сети и МАС уровнем. В стандарте определены два типа уровня конвергенции: АТМ и пакетный. Первый обеспечивает взаимодействие МАС уровня 802.16 и АТМ протокола, второй - взаимодействие с пакетными протоколами.
Протокол MАС уровня Протокол описывает порядок взаимодействия между МАС уровнем и подуровнем CS, формат фрейма MAC (MAC Protocol Data Units - PDU), сервисы и механизмы опроса (поллинга), обеспечивающие поддержку качества обслуживания - QoS:
Unsolicited Grant Service (UGS) предназначен для поддержки потоков реального времени, генерирующих пакеты данных фиксированного размера, таких, как передача потоков Е1 и голоса поверх IP без подавления пауз.
Real-Time Polling Service (rtPS) предназначен для поддержки потоков реального времени, формирующих пакеты данных переменной длины, таких, как MPEG видео.
Non-Real-Time Polling Service (nrtPS) предназначен для поддержки потоков, требующих пакетов переменной длины, таких, как широкополосная FTP.
Best Effort (BE) service предназначен для эффективного обслуживания трафика best effort.
В протоколе МАС уровня предусмотрена поддержка дуплекса (частотного или временного), синхронизации, разрешение коллизий, возможных на этапе установления системы или на интервалах запроса на передачу. На этом уровне также обеспечивается измерение дальности до абонентских станций (АС), необходимое для корректной работы протокола, обновление описания канала и разделение абонентского оборудования на абонентские группы.
Уровень безопасности описывает алгоритмы шифрования на участке между базовой станцией (БС) и АС. Уровень безопасности включает два протокола:
Протокол инкапсуляции для шифрования пакетов, включающий несколько вариантов пар шифрование-аутентификация и правила их применения к пакетам МАС уровня;
Протокол управления ключами шифрования PKM (Privacy Key Management), обеспечивающий распределение ключей от БС для АС.
Физический уровень. Протоколы физического уровня описывают методы организации дуплекса, способы адаптации, методы множественного доступа и модуляции.
Предусмотрены режимы временного и частотного дуплекса. Вид модуляции и кодирования могут изменяться адаптивно от пакета к пакету индивидуально для каждого абонента, что позволяет увеличить реальную пропускную способность примерно вдвое по сравнению с неадаптивными системами. Передача от АС к БС строится на комбинации двух методов многостанционного доступа: DAMA - доступ по запросу и TDMA - доступ с временным разделением. Структура пакетов физического уровня поддерживает переменную длину пакета МАС уровня. Предусмотрена рандомизация, помехоустойчивое кодирование и три метода модуляции: QPSK, 16QAM и 64QAM. Два последних метода предусмотрены для АС как опциональные.
Передача от БС к АС ведется в режиме временного дуплекса в едином потоке для всех АС одного сектора. Передатчик осуществляет рандомизацию, помехоустойчивое кодирование и модуляцию QPSK, 16QAM и 64QAM. Последний метод модуляции предусмотрен для БС как опциональный. Информация в системе передается фреймами, которые делятся на два субфрейма. Первый используется для передачи БС, второй - АС.
Стандартом также рекомендуются полосы частот и соответствующие скорости передачи при различных видах модуляции. Максимальная скорость передачи, предусмотренная в стандарте - 134,4 Мбит/с при полосе 28 МГц и модуляции 64QAM. В первой версии стандарта предусматривалось использование диапазона частот 10-66 ГГц для которого рекомендовался режим передачи на одной несущей - single-carrier (SC). Особенности распространения радиоволн этого диапазона ограничивают возможности работы условиями прямой видимости. В типичных городских условиях это позволяет подключить около 50% абонентов, находящихся в пределах рабочей дальности от базовой станции. До остальных 50% прямой видимости, как правило, нет. Поэтому в процессе работы над стандартом диапазон частот был расширен включением полосы 2-11 ГГц, в которой, помимо SC, предусмотрены еще и режимы ортогонального частотного мультиплексирования (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) и множественного доступа на основе ортогонального частотного мультиплексирования (Orthogonal Frequency Division Multiply Access - OFDMA).
В режиме OFDM предусмотрена одновременная передача на 256 поднесущих, что позволяет, за счет увеличения примерно в такое же число раз длительности элементарного символа, одновременно принимать прямой и отраженные от препятствий сигналы или вообще работать только по отраженным сигналам вне пределов прямой видимости. Режим OFDMA предусматривает работу на 2048 поднесущих сразу с несколькими абонентами в режиме OFDM. При стандартном количестве поднесущих - 256, обеспечивается одновременная работа с 8 абонентами.
В стандарте также описаны модели сред распространения радиоволн и на этой основе сформулированы требования к параметрам радиооборудования. Предусмотрены возможности автоматической регулировки усиления, динамического выбора частоты в нелицензируемых диапазонах. Помимо топологии точка-многоточка стандартом опционально предусмотрена полносвязная топология - Mesh Mode, позволяющая обеспечить прямую связь между АС, преодолеть помехи, характерные для безлицензионных диапазонов, за счет выбора направления приема, свободного от них, создавать хорошо масштабируемые сети и работать вне прямой видимости даже в одночастотном режиме SC, за счет ретрансляции сигналов АС.
Участие в WiMAX форуме практически всех производителей систем фиксированного беспроводного доступа, в том числе и компании InfiNet Wireless, начавшийся выпуск pre-WiMAX систем, разработка компаниями Intel и Fujitsu чипсета для массового производства WiMAX оборудования не оставляет сомнений в том, что результат будет достигнут.