Standardizace WiMAX-u, aneb: není WIMAX jako WIMAX

Příprava standardů WIMAXu začala již v roce 1999, kdy byla v rámci americké společnosti IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ustavena nová pracovní skupina.

Jelikož se stejná instituce zabývá také vývojem celé řady dalších standardů, má takovýchto pracovních skupin více, a pro rozlišení je čísluje. Nová skupina proto dostala to pořadové číslo, které bylo právě volné: číslo 16. Plným názvem pak byla pojmenována jako "The IEEE 802.16 Working Group on Broadband Wireless Access Standards".

Označení "IEEE 802.16" bychom si měli pamatovat - nesou jej i všechny standardy WIMAXu. První standard, který skupina vytvořila, se jmenoval "IEEE 802.16 WirelessMAN® Standard for Wireless Metropolitan Area Network" (standard IEEE 802.16 pro bezdrátové metropolitní sítě). Další standardy pak již jsou rozlišovány doplňujícím písmenkem: například "802.16a" (přijat v roce 2003), či "802.11e" (teprve dokončovaný) atd.

Nepředbíhejme ale historický vývoj a zůstaňme ještě u první verze standardu 802.16. Ten byl dokončen v roce 2001, a formálně schválen 8.3.2002. Důležité je na něm to, že vznikl s předpokladem využití frekvencí v širokém rozmezí od 10 až do 66 GHz, kde se vyskytují povětšinou jen tzv. licenční pásma (vyžadující explicitní licenci od národního regulátora). Pro vlastní komunikaci vyžadoval frekvenční kanály o šířce 20, 25 nebo 28 MHz, a dokázal na nich dosáhnout přenosové rychlosti v poměrně velkém rozmezí od 32 do 134 Mbit/s. Reálně ale dosahovaná přenosová rychlost hodně závisela na konkrétních podmínkách, zejména geografických. Důležitou podmínkou také byla přímá viditelnost mezi oběma komunikujícími stranami. Bez ní to jednoduše nešlo, a i s ní byl očekávaný dosah jen asi 1 až 3 míle (do cca 5 km).

Původní standard 802.16 tedy byl tzv. LOS (Line of Sight) technologií. Pravdou ale je, že se ještě moc neprosadil, a řešení postavená na jeho bázi žádnou díru do světa neprorazily. Z dnešního pohledu lze tento původní standard považovat v podstatě za již překonaný (mrtvý).

O WIMAXu se začíná hovořit až v souvislosti s další verzí standardů řady 802.16, tentokráte již "802.16a". Ta pochází z ledna 2003, a byla ještě "doupravena" revizí D z roku 2004 - takže je někdy označována jako 802.16a, a jindy jako 802.16REVd. Možná proto, aby se to tak nepletlo, se v nedávné době zavedlo ještě další označení: 802.16 - 2004.

Důležité je ale to, že stejně jako původní verze (802.16) není ani nová verze (802.16 - 2004) vázána na žádnou konkrétní frekvenci či frekvenční pásmo, ale umožňuje využít obecně jakékoli pásmo z velmi širokého rozsahu. Tento rozsah se ale u verze 802.16 - 2004 zásadně změnil, z původního "od 10 do 66 GHz" na "2 až 11 GHz". To již je pásmo, které je pro praktické použití výhodnější - je obecně méně náchylné na různé atmosferické vlivy, a zahrnuje jak licenční pásma, tak i pásma bezlicenční. Dává tedy operátorům větší šanci, že najdou nějaké frekvence, které budou moci použít - buďto takové, na které mají licenci (v licenčních písmech), nebo frekvence v bezlicenčním pásmu.

Velmi důležité je také to, že posun do nižšího frekvenčního rozsahu umožnil najít takové technické řešení, které již nevyžaduje přímou viditelnost! Tedy řešení, označované v angličtině jako "NLOS" (Non-Line of Sight). Díky tomu mohou řešení na bázi standardu 802.16 - 2004 překonávat i některé terénní překážky, a díky tomu dosahovat dále. Ostatně, zvětšil se i čekávaný dosah. Jako jeho maximum s uvádí 30 mil (cca 48 km), ale to jen při skutečně optimálních podmínkách a na přímou viditelnost. V praxi je očekávaná velikost (poloměr) buňky mezi 3 až 5 mílemi (cca 5 až 8 km), což je stále o dost více než u původní verze.

Co se naopak snížilo, je maximální propustnost. I ta bude záviset na řadě faktorům, ale všeobecně se uvádí až 75 Mbit/s, při využití nejširšího frekvenčního kanálu (25 MHz).

Oba dosud popisované standardy, 802.16 a 802.16 - 2004, se shodují v tom, že vyžadují aby obě komunikující strany byly stacionární a vůbec se nepohybovaly. To proto, že příslušné technologie nepočítají s fyzikálními jevy, ke kterým dochází při příjmu rádiového signálu pohybujícím se přijímačem, nesnaží se je nijak kompenzovat. Samozřejmě to neznamená, že by se přijímající stanice nemohla přemisťovat - jen se neřeší to, aby mohla stále přijít a vysílat i v situaci, kdy se právě pohybuje. S pohybem stanic nepočítají ani základnové stanice, které v žádném z uvedených standardů nepodporují vzájemné předávání si pohybujících se stanic, z jedné buňky do druhé.

Přesto se s postupem času objevila snaha zavést i do WIMAXu podporu mobility. Dokonce takové mobility, která by umožňovala pohyb stanice až do rychlosti 150 km/h. To by mohlo stačit alespoň na většinu aut. Příslušný standard, který takovouto mobilitu umožní, se jmenuje IEEE 802.16e, ale ještě není na světě. Měl by být dokončen a přijat snad ještě v letošním roce (2005). Přesto již existuje poměrně ustálená představa o tom, co by měl nabízet a jak by asi měl fungovat.

Kromě podpory mobility (do rychlosti 150 km) bude významnou změnou to, že počítá s použitím omezenějšího rozsahu frekvencí - již jen do 6 GHz. To ale stále zahrnuje většinu oblíbených licenčních i bezlicenčních pásem, se kterými mají operátoři a provideři zkušenosti: pásma 2,4 GHHz, 3,5 GHz a 5,8 GHz. Určitou daní za mobilitu je ale snížení dosahu i maximální přenosové rychlosti, které lze dosáhnout: rychlost klesne "jen" na 15 Mbit/s (s použitím frekvenčních kanálů o šířce 5 MHz), a dosah na max. 3 míle (4,8 km). Zachována naopak zůstane možnost komunikace bez přímé viditelnosti - tj. stále půjde o řešení NLOS (Non-Line of Sight).

Zhruba v době, kdy byl dokončen úplně první standard řady 802.16 (ještě bez rozlišujících písmen), konkrétně v dubnu 2001, bylo založeno i konsorcium s názvem WIMAX FORUM. Založily jej přední firmy z ICT branže a operátoři (např. Intel, AT&T, Siemens Mobile, British Telecommunications, France Telecom, Qwest), s cílem podporovat rozvoj nových technologií, na bázi standardů vyvíjených v pracovní skupině 802.16, a jejich uvádění do praxe. Jak jsme si již uvedli výše, název tohoto fóra (WIMAX, od: Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum) se vžil i pro označení příslušných technologií, byť podobně jako termín "Wi-Fi" má spíše charakter nálepky.

Součástí tohoto záměru je již výše zmiňovaná certifikace, neboli ověřování toho, že konkrétní produkty vyhovují standardům a fungují tak jak mají. K tomu ale dosud nedošlo, a WIMAX fórum již několikrát odložilo zahájení takovéhoto testování. Striktně vzato to znamená, že v současné fakticky ještě neexistují žádné produkty, které by měly právo pyšnit se označením "WIMAX Forum Certified". Nanejvýše by se mohly označovat jako "pre-WIMAX", kvůli tomu že jsou z doby kdy testování shody se standardy ještě nebylo započato.

Jedním z důvodů, proč se dosud testovat nezačalo, je zřejmě i to, že není podle čeho, resp. co testovat. Jak jsme si již uvedli, WIMAX není homogenní technologie, a není ani vázána na jeden frekvenční rozsah. Znamená to tedy, že v praxi bude existovat celá řada variant produktů, které budou fungovat v různých frekvenčních písmech, a budou tedy z principu vzájemně nekompatibilní. Některé produkty mohou být určeny pro bezlicenční pásma 2,4 GHz a5,8 GHz, jiné zase pro licenční pásmo 5,8 GHz. WIMAX FORUM proto připravuje různé profily, ve kterých specifikuje co a jak mají zařízení, určená pro jednotlivá pásma, vlastně splňovat, a co na nich hodlá Forum testovat.

Pro úplnost se ještě zmiňme o dalším standardu, který také vzniká v rámci IEE, ale v jiné pracovní skupině - 802.20. Jde o řešení, označované také jako Mobile BWA (Mobile Broadband Wireless Access), a bude tedy konkurentem jen pro připravovaný "mobilní WiMAX", alias 802.16e. Obě tyto technologie (802.16e a 802.20) si jsou v mnoha ohledech blízké, včetně toho, že teprve vznikají. Jejich blízkost je dokonce tak velká, že s objevují názory zda je vůbec rozumné řešit pod jednou střechou (v rámci společnosti IEEE) dvě tak podobná řešení samostatně.

Na druhou stranu mezi nimi existují i významné rozdíly. Například MBWA (802.20) má podporovat "větší" mobilitu, až do pohybu rychlostí 250 km/h. Také využitelná frekvenční pásma se budou lišit, protože "Mobilní BWA" (IEEE 802.20) má využívat frekvence od 500 MHz jen do 3,5 GHz. Pokud jde o rychlost, ta by měla nárazově překračovat 1 Mbit/s (na uživatele).