WIMAX il futuro del Wi-fi?

Wimax è una tecnologia di trasmissione senza fili d’accesso a banda larga (bwa - broadband wireless access), in grado di fornire elevate prestazioni, in termini di velocità di trasmissione di dati, a basso costo.

La nuova promessa delle comunicazioni Wireless è rappresentata dal neo standard 802.16-2004, anche noto con il nome commerciale di WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), il quale dovrebbe ridurre sensibilmente i costi e aumentare la disponibilità delle tecnologie Wireless a banda larga con estensione metropolitana (WMAN). L’acronimo è stato definito dal W iMax Forum, consorzio formato da più di 420 aziende (tra cui Motorola, Nokia ecc...), il cui scopo è sviluppare, supervisionare, promuovere e testare l’operabilità di sistemi basati sullo standard IEEE 802.16, conosciuto anche come WirelessMan.

Caratteristiche Principali

WiMax è una tecnologia di trasmissione senza fili d’accesso a banda larga, in grado di fornire elevate prestazioni, in termini di velocità di trasmissione dati, a basso costo. Le caratteristiche tecniche parlano di una portata massima di 50 Km, dunque ben superiore alle poche centinaia di metri di Wi-Fi, e di una larghezza di banda che può spingersi, in condizioni ideali, fino a 74 Mbps. Dal punto di vista trasmissivo WiMax consente di operare su una gamma di frequenze compresa tra 2 e 66 GHz. Attualmente lo standard approvato dall’IEEE  è l’802.16a che restringe lo spettro di frequenze tra i 2 e gli 11 GHz permettendo così di superare la limitazione della visibilità ottica prevista dagli apparati funzionanti nella banda di frequenza superiore (10-66 GHz) definita nella prima versione dello standard 802.16. La regolamentazione europea è orientata verso l’assegnazione delle frequenze a 3,5 GHz ai sistemi WiMax fissi; In Italia però, tali frequenze sono al momento utilizzate dai radar e dai sistemi di telecomunicazione del Ministero della Difesa il quale comunque già ha organizzato un gruppo di lavoro per la liberazione dello spettro di frequenze in questione. L’iniziativa è volta ad accelerare la diffusione sul territorio delle infrastrutture WiMax (figura 1 e 2).

Figura 1: fase di sperimentazione in Italia.

Figura 1: fase di sperimentazione in Italia.

 

Figura 2: WiMax nel mondo.

Figura 2: WiMax nel mondo.

Dei 200 MHz previsti per il WiMax  saranno concessi per ora solo 35+35 MHz, attraverso aste su base regionale. L’asta prevede delle concessioni regionali di durata quindicinale, che assegneranno ad un WiSP l’esclusiva del servizio su un determinato territorio per garantire un adeguato rientro economico degli investimenti. Tuttavia, la tecnologia del WiMax consente di coprire vasti territori con una singola antenna, e richiede investimenti molto limitati rispetto ad altre tecnologie, anche Wireless. WiMax (figure 3 e 4) ha un potenziale tale da consentire di allargare a molti milioni gli accessi ad Internet senza fili, proprio per il basso costo e la relativa facilità di implementazione della struttura: la copertura senza fili di WiMax si misura in km², mentre la copertura Wi-Fi viene misurata in decine di m². Per questo motivo è una tecnologia che dovrebbe ridurre il digital divide.

Figura 3: esempio di rete WiMax

Figura 3: esempio di rete WiMax

 

Figura 4: standard WiMax.

Figura 4: standard WiMax.

Alcune caratteristiche che rendono lo standard Wi-Max competitivo sono:

1- implementa diverse tecniche di crittografia, sicurezza ed autenticazione contro intrusioni da parte di terzi.

■  2- supporta 4 tipologie di qualità del servizio:

➤ Unsolicited Grant Service (UGS) per sistemi  real  time  di  dimensione  fissa (es. VoIP ).

➤ Real-Time Polling Service (RTPS) per sistemi real time di dimensione variabile (es. applicazioni video).

➤ Non Real-Time Polling Service (NRTPS) per flussi di dati tolleranti al ritardo (es. applicazioni FTP, File Transfer Protocol = Protocollo di Trasferimento di Files.

➤ Best Effort (BE) per flussi di dati dove non è richiesto livello minimo di servizio.

3- non richiede equipaggiamenti particolari. Un’antenna può essere sufficiente per l’equipaggiamento base di una SS.

■  4- è uno standard e quindi indipendente dal tipo di apparato o dal provider.

■  5- grazie allo standard 802.16e Wi-Max permette connessioni in ambienti mobili fino a 160 km/h.

6- lo standard di tipo “open”, unito all’economia di scala riduce notevolmente i costi per fornitori ed utenti, assicurando la copertura ed elevata velocità di banda.

■  7- NLOS: la capacità di trasmettere

attraverso territori parzialmente ostruiti (per esempio monti), grazie alla modulazione utilizzata: 64QAM 3/4. 64QAM può essere utilizzato soltanto negli stati ottimali della trasmissione. WiMax sostiene l’uso di una vasta gamma delle procedure di modulazione per permettere alla maggior parte della larghezza di banda di essere realizzata in tutte le circostanze. Rispetto al WiFi (IEEE 802.11) il principale punto di forza del WiMax consiste nella copertura territoriale nettamente più ampia rispetto a quanto possibile con il Wi-Fi e nella maggiore velocità di trasmissione. Le capacità del WiMax non comportano comunque alcun tipo di conflitto con la trasmissione  Wi-Fi. Difatti il Wi-Fi è uno standard pensato per reti casalinghe usato per fornire accesso a internet all’interno di una stanza o un edificio, mentre il WiMax  è pensato per reti esterne, con distanze nell’ordine di svariati chilometri. È chiaro comunque che le prestazioni ottimali si hanno in assenza di ostacoli fra stazione e utente. Nello scenario opposto, quando cioè vi siano palazzi, alberi e altri ostacoli si attenua e si riducono sia la banda sia la massima distanza operativa. Di conseguenza, per avere i migliori risultati, l’antenna deve essere collocata in posizione elevata, possibilmente all’esterno. W iMax è un sistema a grande copertura che usa spettro licenziato per connessioni punto-punto a Internet da un ISP a un utente finale. Vari standard 802.16 offrono diversi tipi di accesso mobile (simile a quello fatto con telefono cellulare) o fisso (in alternativa a quello realizzato con cavi). Wi-Fi è un sistema a corto range che usa spettro non licenziato per offrire accesso a una rete locale. Solitamente la rete locale è poi anche connessa a internet per per mettere così all’utente di avere anche accesso alla rete globale (figura 3). A ottobre 2005 è arrivato anche lo standard pensato per l’utilizzo di WiMax in ambito mobile. Le caratteristiche principali del documento approvato dall’IEEE sono le seguenti:

■  1- Frequenze radio utilizzate che coprono le bande dei 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz e 5,8 GHz.

■  2- Modalità di modulazione con accesso multiplo in OFDM, che suddivide lo spazio di frequenze disponibili in diversi gruppi di portanti con sottocanali e riduce le interferenze per i terminali  con antenna omnidirezionale  (tipicamente  i terminali mobili).

3- Scalabilità dell’occupazione dei canali sulla base della disponibilità di banda.

4- Supporto di antenne adattative, ossia con la focalizzazione in ricezione e trasmissione effettuate “formando” il fascio radio (modificando la direzionalità dell’antenna) con mezzi non meccanici ma elettronici.

5- Miglioramento nella gestione dell’handover, ossia il passaggio di un terminale da una stazione base a un’altra senza perdita di connessione.

6- Gestione del roaming, ossia la possibilità per un abbonato di un gestore di connettersi tramite un altro gestore.

Tutto ciò dovrebbe consentire a un terminale su veicolo in movimento di rimanere collegato (trasferendo dati) fino a una velocità di circa 120 km/h, limite dettato dalle caratteristiche del protocollo di handover in base al rapporto di QoS (Quality of Service). Superando questa velocità si incorre inevitabilmente nella disconnessione del proprio computer in quanto la potenza del segnale ed il rapporto segnale/rumore non soddisfa le necessarie caratteristiche qualitative di trasporto. Questo limite potrebbe risultare scomodo per coloro che usano un terminale (notebook, PDA, ecc.) in movimento a grande velocità, che non potranno sfruttare il WiMax a meno che non vengano ulteriormente modificati i parametri dello standard IEEE 802.16 (figura 4) come tecnica di modulazione, larghezza di banda e altre caratteristiche del mezzo trasmissivo. La modulazione OFDM (figure 5 e 6) è di tipo multiportante, che utilizza un numero elevato di sottoportanti, che sono ortogonali tra loro.

Figura 5: stuttura del OFDM.

Figura 5: stuttura del OFDM.

Figura 6: OFDM e OFDMA

Figura 6: OFDM e OFDMA

Ognuna delle sotto-portanti ortogonali è modulata attraverso una modulazione di tipo convenzionale (ad esempio una modulazione di ampiezza in quadratura) con una bassa symbol rate, facendo in modo da mantenere una data rate simile agli schemi a singola portante. Il vantaggio  primario dell’OFDM rispetto agli schemi a singola portante è l’abilità di comunicare anche in condizioni pessime del canale. Nell’OFDM tutte le portanti sono trasmesse in parallelo con la stessa ampiezza, nell’OFDMA, invece, le portanti sono divise in NG sottogruppi ciascuno con NE sottoportanti e in NE sotto canali.

Tecnologie simili e complementari

L’industria delle telecomunicazioni coreana ha sviluppato un proprio standard chiamato W iBro soprattutto con l’appoggio di Samsung ed ETRI, che crede molto in tale tecnologia; le prestazioni offerte da questo collegamento sono pari a circa 1 Mbit/s per dispositivi in movimento ad una velocità di 70 km/h e il servizio opera nella banda dei 2,3 GHz. Verso la fine del 2004 Intel ed LG Electronics hanno raggiunto un accordo per l’interoperabilità fra WiBro e WiMax, secondo lo standard 802.16d. Secondo alcuni WiMax (figura 7) sostituirà l’UMTS, anche se siamo lontani da una miniaturizzazione degli apparati WiMax tale da poterli inserire in un cellulare.

Figura 7: evoluzione delle tecnologie.

Figura 7: evoluzione delle tecnologie.

Attualmente le maggiori tecnologie 3G, CDMA2000 e UMTS, offrono entrambe dei servizi che anche WiMax metterà a disposizione degli utenti: accesso a internet a banda larga senza fili e telefonia.

 

 

 

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