01 - WiMAX

Introdução

Conceitos básicos

O padrão IEEE 802.16, completo em outubro de 2001 e publicado em 8 de abril de 2002, especifica uma interface sem fio para redes metropolitanas (WMAN). A esse padrão foi dado o nome WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Este padrão é similar ao padrão Wi-Fi (IEEE 802.11), que já é bastante difundido, porém agrega conhecimentos e recursos mais recentes, visando a um melhor desempenho de comunicação.

O WiMAX tem potencial para fazer pelo acesso à Internet de banda larga o que os telefones celulares fizeram pelo acesso telefônico. Da mesma maneira que muitas pessoas desistiram de seus telefones fixos em favor dos celulares, o WiMAX poderia substituir os serviços de cabo e DSL, fornecendo acesso universal à Internet praticamente em qualquer lugar para onde você for. O WiMAX também será tão prático quanto o WiFi - ao ligar seu computador você já estará automaticamente conectado à antena WiMAX mais próxima.

Na prática, o WiMAX funcionaria como o WiFi, mas a velocidades mais altas, em distâncias maiores e para um número bem maior de usuários. O WiMAX poderia acabar com as áreas que hoje não têm acesso à Internet de banda larga porque as empresas de telefonia e TV a cabo ainda não levaram os fios necessários até estes locais.

Fornecedores/desenvolvedores

O WiMAX é um padrão aberto de conexão sem fio, certificado pelo IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. Logo, não é uma tecnologia proprietária, não há donos. As diretrizes e discussões ficam à cargo do WiMAX Forum, uma organização sem fins lucrativos formada por dezenas de empresas que enxergam na tecnologia um futuro promissor. Evidentemente, elas tiram o lucro desenvolvendo chips e equipamentos certificados para WiMAX.

Algumas das empresas formadoras do WiMAX Forum e líderes nesse segmento são:

• Intel;
• Airspan Networksm
• Alvarion;
• AT&T;
• Aperto Networks;
• British Telecom;
• Fujitsu;
• KT Corp;
• Samsung;
• Sprint Nextel;
• Wi-LAN;
• ZTE Corporation;
• Cisco;
• etc...

No Brasil, a maior divulgação (e empolgação) vem da Intel, em vários eventos e congressos sobre o tema.

Cronologia

• IEEE 802.16 - Define a interface aérea para 10-66 GHz, também conhecido como Serviço de Distribuição Local Multiponto. Foi aprovado em dezembro de 2001. Permitiu um padrão para a transmissão ponto-multiponto de banda larga wireless na faixa de 10-66 GHz, operando apenas com linha de visada. Utiliza um padrão de portadora única para a camada física (PHY).
• IEEE 802.16.2 - Coexistência com outros sistemas de acesso banda larga wireless.
• IEEE 802.16a - Foi uma emenda à 802.16 e permitiu uma capacidade ponto-multiponto na faixa de 2-11 GHz. Para que isso fosse possível, também exigiu a capacidade de operação sem linha de visada e a camada física foi, portanto, estendida para suportar modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) e OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). O 802.16a foi ratificado em janeiro de 2003 e se destinava a "última milha" de acesso de banda larga fixa.
• IEEE 802.16b - Foi criado para tratar aspectos relacionados à qualidade de serviço.
• IEEE 802.16c - Foi criado para padronizar protocolos, interoperabilidade e especificação de testes de confirmação.
• IEEE 802.16d - Publicado em 2004, foi criado com a intenção de substituir e consolidar os padrões 802.16a e 802.16c em um único padrão. Enfatiza-se as modificações na provisão de suporte para antenas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), que permite o aumento de confiabilidade e do alcance com multipercurso, além de permitir instalações com uso de antenas indoor. É por vezes chamado também de "WiMAX nomádico".
• IEEE 802.16e - A partir desse padrão, o sistema passou a caminhar para uma maior mobilidade. Nele foram implementadas uma série de melhorias, incluindo melhor suporte para Qualidade de Serviço e do uso de SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Access), além da capacidade das estações-base realizarem handoff e roaming, fato que contribuiu para o apelido de "WiMAX móvel" para esse padrão. Em 2007, a Assembléia de Radiocomunicações da União Internacional das Telecomunicações (ITU-R) aprovou o padrão IEEE 802.16e como satisfazendo os requisitos da "International Mobile Telecommunications 2000", que eram geralmente significavos para produtos comercializados como 3G. É comercializado na Coréia do Sul com o nome de WiBRO.

...

• IEEE 802.16m - Interface aérea avançada, com taxas de dados de pico teóricas de 100 Mb/s para sistemas móveis e 1 Gb/s para sistemas fixos. Também conhecido como WirelessMAN-Advanced ou WiMax-2. Tem o objetivo de cumprir com os requerimentos IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced), emitidos pelo ITU-R em 2008 para o que é comercializado como telefonia móvel e serviço de acesso à Internet 4G.

Pontos relevantes

• Alia a alta velocidade do serviço de banda larga, o serviço wireless do WiFi e a ampla cobertura da rede celular todos em um único padrão.
• Permite a oferta de conexão de internet banda larga em regiões onde não existe infra-estrutura de cabeamento telefónico ou de TV por Cabo, que sem a menor dúvida têm o custo mais elevado.
• Possibilita a oferta de serviços de dados, telefonia (VoIP) e televisão (IPTV), simultaneamente.
• A linha de visada não é necessária entre o usuário e a estação-base.

Funcionamento

Princípios básicos de funcionamento

Uma torre WiMAX pode se conectar diretamente à Internet usando uma conexão com fio de alta largura de banda. Pode também se conectar a outra torre WiMAX usando um link de microondas em linha de visão. Esta conexão a uma segunda torre (geralmente chamada de backhaul), junto com a capacidade de uma única torre de cobrir até 8000 km², é o que permite ao WiMAX fornecer cobertura a áreas rurais remotas.

O WiMAX pode fornecer dois tipos de serviço sem fio:

• O serviço sem linha de visada (NLoS - Non-Line-of-Sight), parecido com o WiFi, no qual uma pequena antena no seu computador se conecta à torre. Neste caso, o WiMAX usa um baixo alcance de freqüência - 2 GHz a 11 GHz (semelhante ao WiFi). Por meio desse serviço as transmissões não são interrompidas com tanta facilidade por obstruções físicas.
• O serviço de linha de visão no qual uma antena fixa aponta para a torre WiMAX a partir de um telhado ou de um poste. A conexão de linha de visão é mais forte e mais estável, e consegue enviar muitos dados com poucos erros. As transmissões de linha de visão usam freqüências mais altas, com alcance atingindo até 66 GHz. Em altas freqüências, há menos interferência e muito mais largura de banda.

O acesso parecido com o WiFi (sem linha de visada) será limitado a um raio de 6,5 a 9,7 km (talvez uma cobertura de 65 km², parecida, em termos de alcance, com uma área de cobertura de telefonia celular). Através das antenas com linha de visada, a estação transmissora de WiMAX enviaria dados a computadores habilitados para o WiMAX ou para roteadores configurados dentro do raio de 48,2 km em volta do transmissor (9300 km² de cobertura). É isto que permite que o WiMAX atinja seu alcance máximo.

Fluxo de transmissão/recepção

Similar ao OFDM, a tecnologia OFDMA emprega múltiplas subportadoras sobrepostas, contudo a sua principal diferença pode ser encontrada na subdivisão das subportadoras em grupos, onde cada grupo é denominado de subcanal, estas não precisam ser adjacentes. No fluxo de transmissão descendente (downlink), os subcanais podem ser requisitados por diferentes receptores, já no fluxo de transmissão ascendente (uplink), um transmissor pode ser associado a um ou mais subcanais.

Os subcanais, que podem ser alocados às Estações dos Assinantes (Subscriber Stations - SS's) dependem das condições dos canais e de seus requisitos de transmissão. Com a utilização da subcanalização, uma estação base WiMAX pode alocar uma maior capacidade de transmissão, em um mesmo time-slot, para os dispositivos dos usuários, mesmo que os dispositivos tenham uma menor SNR (Signal to Noise Ratio - Relação Sinal Ruído) e uma potência menor em relação aos dispositivos de usuários com grande SNR.

Com a subcanalização, também é possível às BS’s (Base Station) alocarem uma potência maior para os subcanais associados à SS’s (Subscribers Stations).

A subcanalização do tráfego ascendente (uplink) conserva a capacidade de transmissão dos dispositivos dos usuários, com a concentração de potência somente para os subcanais alocados. Esta é uma característica útil, pois a conservação de energia é uma preocupação crítica em sistemas wireless.

Topologia/arquitetura

Elementos

Para a arquitetura de rede são definidos os seguintes elementos: BS (Base Station) e SS (Subscriber Station) que podem ser encontrados com o nome de CPE (Customer Premise Equipment).

A BS realiza a interface entre a rede sem fio e uma rede-núcleo (Core Network), suportando interfaces IP, ATM, Ethernet ou E1/T1. A SS permite ao usuário acessar a rede, por intermédio do estabelecimento de enlace com a BS, em uma topologia Ponto-Multiponto.

Outra topologia especificada pelo padrão é a topologia Mesh, ou malha, na qual uma SS pode se conectar a uma ou mais SS intermediárias, até atingir a BS.

Referências

Internet

[1] WiMAX - Wikipedia (PT). Acessado em 06/12/11.

[2] WiMAX - Wikipedia (EN). Acessado em 06/12/11.

[3] IEEE 802.16 - Wikipedia (EN). Acessado em 06/12/11.

[4] WiMAX Forum. Acessado em 06/12/11.

[5] Wi-Fi e WiMAX II: As Tecnologias de Rede Sem Fio. Acessado em 06/12/11.

[6] Entenda como funciona a tecnologia do WiMAX. Acessado em 06/12/11.

[7] IEEE aprova padrão 802.16m para o WiMax. Acessado em 06/12/11.

[8] WiMAX vs. LTE vs. HSPA+: who cares who wins?. Acessado em 06/12/11.

[9] IEEE 802.16m Technology Introduction, White Paper. Acessado em 06/12/11.