Realita WiMAXu v ČR - 2. díl

Takto začínal první článek o WiMAX realitě v ČR. Tehdy jsme se zaměřili na základní seznámení s touto technologií, přehled norem a představení nejrozšířenějšího řešení nejen v ČR - BreezeMAX 3500. Pokud jste první článek nečetli máte možnost se s ním seznámit zde.

Druhý díl naší mini série je zaměřen na popis reálných instalací, typické použití a skutečné zážitky z používání této technologie. Povíme si o „mobilních“ vlastnostech WiMAXu na fixní normě 802.16d, kde je i zajímavé porovnání s WiFi technologií.

Na úvod si ale shrňme co nového se za dobu od prvního článku tohoto tutoriálu ve WiMAXu v ČR změnilo. Mohlo by se zdát, že uplynula poměrně krátká doba na nějaké výrazné změny v jakékoliv tak komplikované technologii. Opak je pravdou a je vidět, že výrobci stále pracují na dalším vývoji a vylepšování této technologie. Nejedná se jen o rychlý rozvoj mobilního WiMAXu - 802.16e, kde se již zapojují i velké společnosti jako je Motorola a Siemens, ale neustále pokračuje rozvoj i na stávajících technologiích tzv. fixního WiMAXu - 802.16d. Mezi nejsilnější hráče na celosvětovém trhu stále patří společnost Alvarion, která stále pracuje na zdokonalování obou řešení - fixní i mobilní.
To může potěšit všechny WiMAX poskytovatele i uživatele v ČR, jelikož toto řešení je stále jedničkou na našem území. Za tuto dobu došlo hned k několika změnám a vylepšením, ale zde se zmíníme pouze o dvou nejvýznamnějších z nich:

Podpora diverzitního příjmu:
Podstatně zlepšuje šíření a hlavně zpracování signálu při tzv. NLOS (Non-Line-Of-Sight) spojích - tedy spojích na nepřímou viditelnost. Možnost využít této vlastnosti prakticky vyžaduje pouze připojení další rádiové jednotky na základnové stanici - při již existující instalaci. To přinese tzv. časovou diverzitu ve směru download (ZS ke Klientovi) a tzv. prostorovou diverzitu ve směru upload (Klient k ZS). To v praxi přináší podstatné zlepšení pokrytí při NLOS spojích a jejich stabilitu. Jako další podstatná výhoda je redundance WiMAX bezdrátové sítě. Pokud nastane porucha na jedné rádiové jednotce, dojde pouze k výpadku diverzity, ale bezdrátové spojení bude stále funkční a klienti nezaznamenají žádný výpadek.

Podpora 7 MHz kanálu:
Jak jsme psali v prvním článku, tak standardní WiMAX zařízení pro fixní WiMAX používá 3,5 MHz široký kanál. Horkou novinkou jsou zařízení, která umožňují
i 7 MHz kanál, což přináší velmi příjemné zvýšení kapacity až na dvojnásobek - tedy zajímavých 16Mbps-FD. Pro používání 7MHz zařízení ve stávající síti je nutná pouze změna vnitřní jednotky na základnové stanici. Klientská zařízení, která mají chipset R2 mají podporu tak širokého kanálu. Více informací z těchto nových jednotek přineseme v některém dalším článku k této technologii.
Jak jsem slíbil již v úvodu, tak si nyní povíme něco o reálných instalacích v ČR, kde se dá setkat s WiMAX sítí a co je přes tuto síť nabízeno za služby. Díky celkem netradiční kmitočtové politice našeho národního regulačního orgánu - ČTU, je v ČR možné WiMAX technologii v pásmu 3,5 GHz provozovat i na tzv. lokálních licencích. To znamená, že WiMAX sítě mohou být provozovány i lokálními poskytovateli a ne jen celoplošnými operátory. Díky tomu jsou dnes WiMAX sítě prakticky kdekoliv a užívaný k různým účelům. Můžeme na WiMAX síť narazit snad v každém středním a velkém městě. WiMAX signál můžeme ale velmi často nalézt i mimo tyto velké městské aglomerace. Často je WiMAX technologie nasazována v málo osídlených oblastech, kde se právě využívá velký dosah a robustní pokrytí velké oblasti, kde by jiná bezdrátová technologie neuspěla.

Z obr. 3 je tedy zřejmé, že WiMAX sítě jsou používány hlavně pro fixní outdoorové spoje, které slouží k připojení firemní klientely i domácích uživatelů. Pro větší rozšíření mezi domácími uživateli jsou vhodné tzv. indoor klientské stanice, které lze použít do zhruba 3km od základnové stanice. Mají šest integrovaných antén, které nevyžadují složitou instalaci a pomocí takového klienta se může připojit i nezkušený domácí uživatel - prostě položí klienta na stůl vedle PC nebo notebooku, propojí pomocí datového kabelu a komunikuje přes WiMAX síť - tedy samozřejmě po povolení u poskytovatele. Dále je pak vhodná pro tzv. WiFi backhaul, což znamená přivést pomocí WiMAXu kvalitní bezdrátovou konektivitu do určité lokality a zde přes standardní WiFi AP předávat konektivitu koncovým uživatelům. Takto jsou připojeny jak standardní HotSpoty, tak i například satelitní městečka na okraji velkých měst nebo okolní obce.

Tuto technologii využívají i celoplošní operátoři, kteří mají licenci na celém území ČR. Samozřejmě nejde o celoplošné pokrytí, které by v pásmu 3,5GHz bylo velmi finančně náročné (jako každá celoplošná síť v GHz pásmech). Jde spíše o vykrytí lokalit, kde není dostatečná infrastruktura nebo o lokality, kde se využívá garantované bezdrátové řešení k rychlému a stabilnímu připojení velkého počtu klientů.

Co se týče středních a malých provozovatelů WiMAX sítí, tak těch je v současnosti několik desítek. Jde většinou o poskytovatele internetu a VoIP služeb, kteří původní sítě na technologiích v pásmech 2,4 GHz a 5 GHz nahrazují právě WiMAXem. Vede je k tomu jednoduchý fakt - kvalitní technologie a garantované služby. Tyto dva parametry (kvalita a garance) jsou dnes již nutností. Toho lze dosáhnou pouze změnou volného (zarušeného) pásma na pásmo licencované - tedy 3,5 GHz.

Z mnohých reakcí těchto ISP (poskytovatelů internetu) jsou patrné základní praktické rozdíly mezi technologiemi ve volných pásmech - WiFi, a technologií v licencovaném pásmu - WiMAX:
- WiMAX standard je určen pro venkovní (outdoor) PtMP spoje i s velkým počtem klientů - až 250 klientů na jednu základnovou stanici
- WiMAX technologie má robustnější rádiový protokol a kvalitnější zpracování signálu - OFDM, ARQ a FEC
- WiMAX se automaticky přizpůsobuje změnám na rádiovém prostředí - automatická volba modulace s každým klientem zvlášť
- WiMAX má nativní podporu QoS

To vše vede k jednoduchým závěrům většiny provozovatelů:
- Mohou nabízet opravdu garantované služby - data i VoIP
- WiMAX síť si vyžaduje minimální náklady na údržbu a provoz sítě
- Žádné problémy s rušením od jiných poskytovatelů nebo technologií
- WiMAX síť umožňuje rychlé pokrytí a připojení i vzdálených klientů

Několik typických provozovatelů a jejich případové studie naleznete zde.

Většina provozovatelů WiMAX technologie začíná s menší instalací - typicky 1x základnová stanice - BST, a zhruba 20x klientská stanice. Po velmi krátké době, když si technologii tzv. "osahají" a zjistí co jim přináší, tak přechází i s dalšími klienty na technologii WiMAX. A nasazují nové základnové stanice v dalších lokalitách. Maximální počet klientských jednotek na jedné základnové stanici v ČR je někde kolem 150ks.

Jako perličku nakonec Vám přináším porovnání WiMAX vs. WiFi při testech "mobility". Toto měření prováděli specialisté z ČVUT v Praze. Nejednalo se o testy hand-offu (tedy předávání klienta mezi více BST), ale o testy stability spojení při pohybu klientské jednotky v rámci pokrytí od jedné základnové stanice.
Testy probíhali na WiMAX řešení BreezeMAX 3500 a WiFi řešení Mikrotik v pásmu 5GHz. Šlo o porovnání stability spojení a garantování přenosové rychlosti.

Z obr. 4 je vidět, jak při rostoucí rychlosti a vzdálenosti klientské jednotky dochází u WiFi technologie ke snižování SNR (červená křivka). Naopak WiMAX díky ATPC (Automatic-Transmit-Power-Control) funkci automaticky reguluje vysílací výkon a drží SNR (tmavě modrá a tmavě fialová křivka) na maximální možné úrovni. Díky tomu je rádiové spojení stabilní i při pohybu klientské jednotky a měnících se rádiových podmínkách. Je samozřejmostí, že reálná propustnost těchto technologií koreluje s kvalitou rádiového spoje - WiMAX jako jediný garantuje své parametry u při pohybu (fialová křivka). Naopak WiFi postupně snižuje svoji reálnou propustnost až dojde k výpadku celého spoje (světle modrá křivka).

Na obr. 5 jsou zobrazeny hodnoty z testu, kdy byl požadován stabilní přenos 3 Mbps a klientská jednotka se vzdalovala od základnové stanice. Je vidět, že WiFi automaticky začíná na nejvyšší modulaci a následně snižuje modulační schéma až dojde k výpadku spoje. Naopak WiMAX začíná na minimální modulaci a následně zvyšuje na maximální možnou modulaci, kterou následně drží po celou dobu testu.

Závěrem mi dovolte malý výhled do nejbližší budoucnosti WiMAXu v ČR. Dá se předpokládat stále zvyšující se problém se zarušením technologií ve volných pásmech. Tyto sítě budou nadále více problematické a jediná volba pro náhradní technologii jsou PtMP technologie v licencovaných pásmech. V ČR je jediná možná volba pásmo 3,5 GHz a technologie WiMAX. Již dnes jsou lokality, kde nejsou dostupné kmitočty pro nové poskytovatele a je tedy velmi důležité začít používat WiMAX dříve než konkurence....
Dalším významným zlepšením je technologie 7 MHz WiMAXu, která přináší až dvojnásobnou kapacitu na sektor a otevírá další možnosti použití.
Co se týče dalších pásem, která by měla být uvolněna, tak nejblíže je tomu pásmo 3,6 GHz. Zde už se čeká několik let na harmonizaci s EU a bohužel konečné rozhodnutí je stále v nedohlednu.