Rok technologii WiMAX

Wiele faktów wskazuje, że w roku 2006 nastąpi szybki rozwój technologii bezprzewodowego dostępu do danych, czyli WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

Marek Młynarski, MSI Polska

Instalacje WiMAX coraz częściej są montowane przez światowych i polskich operatorów telekomunikacyjnych. Rozwój ten wynika przede wszystkim z próby rozwiązania problemu braku swobodnego, szerokopasmowego dostępu do Internetu i transmisji danych, szczególnie na obszarach podmiejskich i słabo zurbanizowanych. Według informacji podanych przez Annę Streżyńską, podsekretarza stanu w Ministerstwie Transportu i Budownictwa, w Polsce dostęp do szerokopasmowego Internetu ma ok. trzy razy mniej ludności niż średnio w UE, zaś ceny w porównaniu do zarobków należą do 3–4 najwyższych w Europie.

Różne są przyczyny tego stanu rzeczy. Poza przeszkodami tkwiącymi w sferze prawnych uregulowań, zaniedbań i błędnych decyzji, istotne są przyczyny natury technicznej.

Problem „ostatniej mili”

W przypadku niedostatku infrastruktury telekomunikacyjnej, co w szczególnym stopniu dotyka obszaru Polski, kwestia połączenia siedzib klientów biznesowych, jak i indywidualnych z Internetem od dawna stanowiła trudny problem. Budowa napowietrznych lub podziemnych linii kablowych, nawet przy wykorzystaniu już istniejących struktur (np. sieci kanalizacyjnej) jest bardzo droga („ostatnia mila” nazywana jest też „złotą milą”). Wykorzystanie do tego celu linii energetycznych niskiego napięcia również jest skomplikowane i kosztowne.

Rozwiązaniem o wielu zaletach – z wyjątkiem ceny – jest dostęp satelitarny lub działające gdzieniegdzie lokalne sieci radiowe. Wmiejscach, gdzie zapotrzebowanie na szerokopasmowy dostęp do Internetu jest stałe i duże (hotele, lotniska, ośrodki konferencyjne itp.) rozwiązaniem stało się uruchomianie dla większej liczby użytkowników hot-spotów, które jednak także nie wszędzie można łatwo połączyć z Internetem. Tymczasem zapotrzebowanie na szybki dostęp szerokopasmowy gwałtownie rośnie, użytkownicy oczekują także zapewnienia mobilności.

Standardy WiMAX

WiMAX to nazwa standardu IEEE 802.16, opracowanego przez Institute of Electrical and Electronics Engineers, organizację pracującą nad standaryzacją w IT i telekomunikacji, oraz WiMAX Forum. Organizacja WiMAX Forum zrzesza firmy i instytucje zainteresowane promowaniem tego standardu. Należy do niej około 300 firm, a największy wpływ mają m.in.: Airspan, Alcatel, Alvarion, Aperto, AT&T, BT, Cambridge Broadband, Cisco, Fujitsu, Intel, Lucent, Marconi, Motorola, Nokia, Siemens i w zasadzie wszystkie znaczące podmioty działające na rynku telekomunikacji.

Ta technika radiowa, oparta na standardach IEEE 802.16 oraz ETSI Hiper- MAN, zapewnia szerokopasmową, niezwykle szybką transmisję danych. Szczególną jej cechą jest wysoka jakość i niezawodność oraz zasięg, który teoretycznie wynosi 50 km, praktycznie jednak ok. 30 km. Duże znaczenie ma także fakt, że odbiorniki mogą wykorzystywać sygnały odbite, bez bezpośredniej widoczności nadajnika, odbywa się to jednak kosztem zasięgu. Maksymalny zasięg transmisji zależy od wielu czynników, takich jak: środowisko, schemat modulacji, zysk anteny, poziom mocy nadawanej, wysokość anteny i pasma wykorzystywanej częstotliwości. Pierwszy standard IEEE 802.16, opublikowany w kwietniu 2002 r., zakładał wykorzystywanie fragmentu widma radiowego od 10 do 66 GHz, a więc wymagał widzialności optycznej terminali. Uznano to za poważną wadę, która uniemożliwi tanie wdrażanie standardu na masową skalę, kontynuowano więc prace.

W rezultacie WiMAX przeszedł długą drogę ewolucji, która zakończyła się dokumentem 802.16 (2004 r.), w którym rozszerzono widmo radiowe o pasma licencjonowane oraz nielicencjonowane, leżące w zakresie częstotliwości od 2 do 11 GHz. Pasma licencjonowane zapewniają niezakłócone przesyłanie sygnału i wymagają zgody odpowiednich urzędów regulacyjnych. Pasma nielicencjonowane, chociaż nie pociągają za sobą zezwoleń i opłat, zawierają szumy i zakłócenia, a działający w tych zakresach operatorzy nie mogą zapewnić bezbłędnego i skutecznego przekazu do odbiorcy.

Wszystkie standardy wiąże technika punkt – wielopunkt, działająca w licencjonowanych pasmach między 2 a 6 GHz (z preferencją w USA w pobliżu 2,5 GHz, a w innych częściach globu – w okolicach 3,5 GHz), o modulacji OFDM (orthogonal frequency divison multiplexing). Wramach standardu IEEE 802.16- 2004 zdefiniowano również interfejs radiowy, włączając warstwę MAC (Media Access Control) dostępu radiowego, co ma na celu umożliwienie pracy w sieciach metropolitalnych.

Następnie uzgodniono standardy 802.16a, 802.16d (wykorzystywany obecnie do połączeń stacjonarnych) i najnowszy 802.16e, który jest docelowym, mobilnym WiMAX-em. Standard ten został zatwierdzony w połowie grudnia 2005 r., po wielu miesiącach oczekiwania. Jego powszechniejsze zastosowanie ma nastąpić w 2006 roku. Wprowadzenie i implementacja tej wersji znacznie zwiększy atrakcyjność techniki dostępu bezprzewodowego.

Zasadnicze znaczenie dla wdrażania techniki WiMAX ma opracowany przez firmę Intel nowy układ scalony PRO/wireless 5116 (Rosedale), zaprezentowany w kwietniu 2005 roku. Wykorzystany jest do konstrukcji szybkich modemów bezprzewodowych, pracujących w standardzie WiMAX.

Według przewidywań standard WiMAX doprowadzi do konsolidacji rozdrobnionego dziś rynku szerokopasmowego dostępu bezprzewodowego dzięki standaryzacji i możliwości współpracy urządzeń różnych producentów, bardzo wysokiej wydajności uzyskiwanej z kanału radiowego, możliwości pracy bez bezpośredniej widoczności terminali oraz silnemu wsparciu ze strony producentów urządzeń radiowych oraz chipsetów.

Standard WiMAX, definiujący sieć dostępową ogólnego użytku, opartą w całości na protokole IP, z jednoczesnym naciskiem na zaawansowane funkcje transmisji radiowej, może znaleźć zastosowanie w sieciach dostępu stałego oraz mobilnego, stanowiąc dopełnienie innych bezprzewodowych technik szerokopasmowych. WiMAX może być w prosty sposób zintegrowany z funkcjonującymi obecnie architekturami sieci stałych i mobilnych, dzięki czemu operatorzy mogą łączyć tę technikę ze swoimi sieciami szkieletowymi, realizując ideę i wykorzystując możliwości konwergentnych sieci szerokopasmowych, zorientowanych na użytkowników.

Biorąc pod uwagę pojemność systemu WiMAX w kierunkach dosyłowym i zwrotnym, klasyczny tryb FDD (Frequency Division Duplex) powoduje, że jest to system w zasadzie symetryczny. Ruch krótkookresowy i średniookresowy będzie jednak wg przewidywań fachowców z Alcatela raczej asymetryczny, czyli preferowanym trybem będzie TDD (Time Division Duplex). Ponadto systemy TDD są bardziej elastyczne, mniej skomplikowane i tańsze. Powszechna dostępność urządzeń mobilnych, takich jak laptopy, terminale PDA (Personal Digital Assistant) oraz smartfony zwiększa zainteresowanie świadczeniem podobnych usług dla klientów, którzy zmieniają miejsce podczas korzystania z nich.

Technika WiMAX umożliwia operatorom uruchamianie usług typu DSL na obszarach, w których infrastruktura miedzianych pętli abonenckich jest albo niedostępna, albo charakteryzuje się niską jakością, oraz o małej gęstości zaludnienia, w których techniki przewodowe okazują się zbyt drogie. System ten może być więc stosowany jako stały lub mobilny dostęp radiowy.

Szczególną rolę będą odgrywały techniki „inteligentnej anteny” (smart antenna) oraz formowania charakterystyki anteny (beam forming). Dzięki nim zwiększy się wydajność do poziomu zapewniającego pokrycie zgodne z siatką węzłów stosowaną obecnie przez operatorów sieci komórkowych.

Standard WiMAX jest interesujący dla wszystkich operatorów – sieci stałych i mobilnych, operatorów klasycznych i alternatywnych. Uruchamiając sieć dostępową w technice WiMAX, operatorzy sieci stałych będą mogli nie tylko proponować dostęp bezprzewodowy, lecz również oferować usługi internetowe dla użytkowników mobilnych, co stanowi doskonałe uzupełnienie pakietów usług opartych na technikach DSL i Wi-Fi. Operatorzy mobilni mogą uzupełniać swoje sieci o technikę WiMAX w celu rozszerzenia oferty o usługi szerokopasmowe, uzupełniające oferowane wcześniej usługi z zakresu transmisji danych. Dostęp do uniwersalnego zestawu aplikacji (wiadomości, kalendarz, portal itd.) poprzez różne techniki transmisji radiowej będzie oferowany w ramach zbiorczego rachunku i dowolnie wybranego przez użytkownika zakresu usług.

Ponieważ wymagania środowiskowe oraz finanse powodują, że węzły stają się bardzo cennym zasobem, najbardziej optymalną strategią wydaje się wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieci komórkowej i współdzielenie jej przez sieci komórkowe oraz sieci WiMAX.

Wdrożenia w Polsce

SferaNET – projekt WiMAX Południe

Pierwsza komercyjna sieć WiMAX uruchomiona została przez firmę SferaNET z Bielska–Białej w lipcu 2005 r. we współpracy z firmami Intel i Alvarion. Zastosowano produkowany przez Alvarion system BreezeMAX wykorzystujący chip Intela PRO/Wireless 5116. Jako pierwszy zasięgiem stacji nadawczej Wi- MAX objęty został obszar Bielska–Białej i okolic. Stacja nadawcza umieszczona jest na kominie elektrociepłowni, a wśród instytucji korzystających z tego rozwiązania znajduje się: 5 szpitali, 5 szkół wyższych, galerie i placówki handlowe, centrum biznesowe, Radio Bielsko oraz liczni klienci biznesowi i indywidualni. Sieć budowana przez SferaNET zapewnia stały dostęp przy wykorzystaniu stacji bazowej i anteny zewnętrznej użytkownika (standard 802.16d). W roku 2006 planowane jest zapewnienie przenośności i możliwości stosowania wewnętrznych urządzeń odbiorczych, pełna mobilność ma być osiągnięta w latach 2007/8 (standard 802.16e).

Kolejnym etapem rozwoju systemu WiMAX jest uruchomiona w połowie grudnia 2005 r. w Żywcu na górze Grojec stacja powiększająca zasięg sieci Sfera- NET nie tylko o miasto Żywiec, ale i całą Kotlinę Żywiecką. Dzięki tej inwestycji łączna powierzchnia pokryta zasięgiem tych dwóch stacji nadawczych to ponad 1300 km kwadratowych i ok. 400 tysięcy osób. Stacja nadawcza WiMAX w Żywcu została uruchomiona w ramach projektu WiMAX Południe, który zakłada stworzenie nowoczesnej infrastruktury teleinformatycznej na obszarze ponad 10 tys. km kwadratowych Polski południowej i uruchomienie nadajników WiMAX w 16 miastach. Następny nadajnik, zwiększający zasięg sieci o ponad 2000 km kwadratowych, zostanie uruchomiony na początku 2006 r. na kominie elektrociepłowni w Czechowicach Dziedzicach.

Crowley – Zielonka (gmina blisko Warszawy)

Historycznie pierwszą instalacją zgodną z zaleceniami WiMAX Forum był uruchomiony w maju 2005 r. przez firmę Crowley Data Poland bezprzewodowy dostęp do Internetu w podwarszawskiej gminie Zielonka. Gmina dysponuje własnym centrum zarządzania siecią, co stworzyło możliwość przekazywania niewykorzystanych okresowo przepływności (po godz. 16.00) m.in. do szkolnych klubów internetowych. Zaimplementowany w Zielonce system radiowy ma możliwość konfiguracji parametrów emisyjnych, może pracować w paśmie od 5,7 do 5,9 GHz, co w okresie uruchomienia pozwoliło na wykorzystanie pasma niekoncesjonowanego 5,7 GHz, czyli umożliwiło znaczne przyspieszenie realizacji inwestycji bez czekania na koncesję z URTiP. Budowa regionalnej sieci opartej na radiowym systemie transmisji danych ma także służyć stworzonemu systemowi monitorowania wizyjnego miasta (z centrum w miejscowym komisariacie policji) oraz opracowaniu i implementacji systemu obiegu dokumentów, z możliwością zapewnienia komunikacji obywateli z urzędem. System ma sztucznie ograniczony zasięg, aby unikać zakłóceń innych sieci.

Exatel i jego plany

Działający na obszarze całego kraju operator telekomunikacyjny Exatel, który dysponuje przyznanymi licencjonowanymi kanałami radiowymi w paśmie 3,5 GHz, po uruchomieniu systemu WiMAX w Warszawie (instalacja firmy Alvarion), Krakowie (instalacja firmy Airspan) oraz Poznaniu (instalacja firmy ZTE) zamierza objąć techniką WiMAX obszar podzielony na zasięg 50 nadajników umiejscowionych w różnych regionach całej Polski. Stacje podzielone zostały na trzy typy: BT maxi (poza wymienionymi także w Gdańsku, Olsztynie, Łodzi, Wrocławiu, Katowicach), stacje BT std (w Szczecinie, Białymstoku, Rzeszowie) oraz 26 BT mini umiejscowionych na obszarze całego kraju.

NASK i sieci bezprzewodowe

NASK dysponuje czterema licencjonowanymi dupleksowymi kanałami częstotliwości o szerokości 3,5 MHz w zakresie 3,6–3,8 GHz. Pierwsza stacja bazowa o zasięgu ok. 30 km uruchomiona została w Warszawie. System NASK nie jest „czystym” WiMAX-em, oferuje bowiem usługi oparte nie tylko na IP, ale również na kanałach cyfrowych i ATM. Kolejne trzy stacje bazowe są w Trójmieście i na Górnym Śląsku. W 2006 r. ma działać kolejnych 8 stacji w dużych miastach Polski. Na terenach słabo zurbanizowanych planowane jest zbudowanie szerokopasmowej sieci teleinformatycznej umożliwiającej dostęp do Internetu na terenie województwa świętokrzyskiego projekt „e-świętokrzyskie”). Przedsięwzięcie jest realizowane przy wsparciu Unii Europejskiej w ramach Zintegrowanego Programu Operacyjnego Rozwoju Regionalnego (działanie 1.5). W projekcie przewiduje się zainstalowanie stacji bazowych w Kielcach, Końskich, Jędrzejowie, Grzybowie, Ostrowcu Świętokrzyskim i Sandomierzu. Przewidywany zasięg pojedynczej stacji bazowej ma wynieść ok. 30 km, co pozwoli na pokrycie nawet 64% powierzchni województwa.

Netia i Alcatel budują WiMAX

Najnowsze porozumienie dotyczące budowy systemu WiMAX zawarte zostało przez Netię i Alcatel pod koniec 2005 r. Dotyczy ono budowy testowej sieci w Lublinie. Alcatel dostarczy, zainstaluje i zintegruje rozwiązanie zgodne z techniką WiMAX, które zapewni bezprzewodowy, szerokopasmowy dostęp do Internetu, a także korzystanie z funkcji przesyłania głosu (z gwarantowanym poziomem jakości usług) reprezentacyjnej grupie kilkudziesięciu użytkowników. Netia wykorzysta przyznane przez URTiP Netii Mobile (w wyniku przetargu na UMTS) licencjonowane częstotliwości z zakresu 3,6–3,8 GHz i technikę Wi- MAX na obszarach, gdzie nie sięga jej sieć stacjonarna.

W technice WiMAX, realizowanej m.in. przez SferaNET, stacja nadawcza jest w stanie objąć zasięgiem całą aglomerację miejską włącznie z przedmieściami. Na przykład jeden z naszych nadajników znajdujący się na kominie bielskiej elektrociepłowni pokrywa swoim sygnałem całe Bielsko-Biała z okolicami. Odbiornik nie musi znajdować się w bezpośredniej widoczności optycznej ze stacją nadawczą, a sygnał jest odporny na panujące warunki atmosferyczne (deszcz, śnieg itp.), pracując stabilnie i nieprzerwanie w najbardziej ekstremalnych sytuacjach.

Co więcej, praca w licencjonowanym paśmie powoduje, że inne urządzenia radiowe nie są w stanie zakłócić przesyłanego sygnału. Wtechnice WiMAX wyeliminowane zostały wszelkie wady, z jakimi do tej pory nie mogła sobie poradzić najbardziej rozpowszechniona do dzisiaj radiowa technika Wi-Fi, co powoduje, że w końcu bez zbędnych kabli można mieć wszędzie bezawaryjny, najwyższej jakości szerokopasmowy Internet, coraz bardziej niezbędny do nauki, pracy i rozrywki w e-społeczeństwie XXI w.