Document 962456

WIMAX
1.
GİRİŞ
Hepimizin bildiği “kablosuz bağlantı” deyimi 2002 yılında Wi-Fi teknolojisi ile birlikte ortaya çıktı.
Başlangıçta özellikle hava alanı ve fast-food türü restorantlarda hızlı internet olanağı sağlayan bu teknoloji
günümüzde evimize kadar girmiş durumda.
WiMax ise –adından da anlaşılacağı gibi, yine sabit kablosuz adı verilen teknolojiyi kullanmakta. 2004
yılında ortaya çıkarılan bu teknolojiyi Wi-Fi’dan üstün kılan en önemli özellik ise band genişliği(20 Mhz).
Açılımı Worldwide Interoperability for Microwave Access olan WiMax, hızlı kablosuz internet olanağını 45
kilometrelik bir alana yayabilmektedir. Zihnimizde bir fikir oluşturması açısında WLAN teknolojisiyle
karşılaştırırsak; 30 kilometrelik alan içinde kurulu olan bir hastaneyi ele alabiliriz. Hastanenin içindeki ağın
bütün bir yapıyı içermesi için WLAN ile her departmana bir ağ kurulabilir ve bu ağlar birbirleriyle eş
güdümlü hale getirilebilir. WiMax teknolojisinde ise hastanenin tamamını kapsayan tek bir ağdan
bahsediyoruz. Basit anlamda büyük bir verici direk ve kullanıcılara verileri iletmek üzere kurulmuş
altyapıya sahip bir sistem.
2.
Standartlar ve Teknolojik Altyapı
WiMax teknolojisi ortaya çıktığında büyük firmalar bu teknolojinin parlak bir gelecek vaat ettiğini görerek
desteklemeye ve birbirleriyle yarışmaya başladı. WiMax yayılmaya başladığında tüm sistemlerin
destekleyebilmesi için bir standart ortaya koyulmasının gerekliliği baş gösterdi. Özellikle Intel’in bu
konudaki ısrarlarıyla birlikte WiMax teknolojisi için IEEE 802.16 - 2004 standartı konuldu. Standartlıştıktan
sonra çok zaman geçmeden Intel, Centrino işlemcilerinden sonra ürettiği taşınabilir bilgisayarlarda WiMax
destekli çipler üreteceğini duyurdu.
Gün geçtikçe farklılaşan ihtiyaçları karşılayabilmek için bu standartın çeşitli dalları ortaya çıktı. Sadece
taşınabilir bilgisayarlarda değil masaüstü bilgisayarlarda da kullanılabilmesi için çatıya bağlanacak bir anten
vasıtasıyla bağlantının sağlanması öngörüldü. Bunun için geliştirilen standart 802.16a.
Wimax, cep telefonu, televizyon, IP üzerinden ses iletimi gibi özellikleri de tek başına bünyesinde
barındıracak kapasitede. Sürekli artan bu farklı teknolojiler beraberinde bant genişliği sorununu da
getirmekte. Wimax, yüksek bant genişliği sayesinde tüm bu teknolojilerin bir arada çalışmalarına olanak
sağlamakta; her biri farklı frekans aralıklarında çalıştığı için bir sorun oluşturmamaktadır. Bu sayede
özellikle cep telofunu sektöründeki gelişmeler WiMax’e entegre edilebilecektir.
Wimax, otobüs ve tren yolculukları gibi hız ve değişen baz istasyonlarına uyum gerektiren durumlarda da
hızlı kablosuz internet sağlamayı amaçlamaktadır. Taşınabilir bilgisayar ve PDA gibi araçların seyahat
halinde internete bağlanabilmeleri için geliştirilen standar ise 802.16e.
Haberleşme açısından bir radyo teknolojisi olan WiMax ortaya çıktığından beri çalışma frekansı birkaç defa
değişse de standart gereği şu anda 2-11 Ghz aralığında çalışmaktadır. Başlarda 10-66 Ghz frekans aralığında
çalışması düşünülmüştü. Bu aralık haberleşmenin sağlanacağı aletlerin, baz istasyonunun görüş açısında
olmasını gerektiriyordu. Şu anda ise böyle bir gereklilik görülmemektedir.
Baz istasyonu kurmanın maliyeti kapsama alanına göre değişmekle beraber 5000$ ile 100,000$
aralığındadır.
-WiMax Baz İstasyonu ve Antenini singeleyen bir şematik.Kaynak : http://www.hifn.com-
3.
Wimax Forum
WiMax Forum 2003 yılında 802.16 standartını destekleyen firmalarca kuruldu. Forumun hedefi kar amacı
gütmeden bu teknolojiyi geliştirmenin yanında araçlarının da birbirleriyle çalışabilmelerini sağlamak. 140
firmayı içeren Forum'a en fazla yatırımı yapan ve standartlaşmasında ön ayak olan firma Intel. Nokia ise 3G
teknolojisine önem vermek için Forumdan ayrılmıştır. Halen genişlemekte olan Forum, çeşitli şirketlerce
duyurulan WiMax teknolojilerinin geçerli/sahte olup olmadığı konusunda da tespitte bulunma hakkına
sahiptir.
4.
WiMax || 3G || WiFi Karşılaştırması
Wimax teknolojisinin seyahat halindeki otobüs, tren gibi araçlar içinde hızlı internet bağlantısı
sağlayabildiğinden bahsetmiştik. Bunun yanı sıra IP üzerinden ses iletimi gerçekleştirebilmesini de
düşünürsek geliştirilmekte olan 3G teknoolojisine ciddi bir rakip olduğunu görebiliriz. WiMax
denemelerinde sürekli artan kapsama alanı ve bağlantı hızının yanında fiyatlarının da düşmesi, ileride 3G
teknolojisinin yerini alacağını söylememize olanak tanımaktadır.
Ağlar için standart haline gelen OSI (Open System Connection) katmanları WiMax’in de uyum sağladığı bir
prensiptir. 1. katman olan Fiziksel Katman gelen 1 ve 0’ları sinyal haline getirip gönderirken bu sinyalleri
karşılayan 2. katman Veri Bağı Katmanıdır. Veri Bağı Katmanında, gelen sinyaller değerlendirilerek ortak
protokollere göre veriye kimlerin erişebileceği veya verinin kimlere gönderileceğine karar verilerek bir üst
katmana aktarılabilir. Bu görevden sorumlu olanlar MAC (Media Access Control) ve LLC (Logical Link
Control)’dür.
WiMax, WiFi ile aynı LLC katmanını kullanır. Bu sayede WAN ve LAN bağlantıları WiMax üzerinden
kurulabilir ve bu da WiMax’in mevcut ağları birleştirmesinden ziyade bir altyapı olarak hizmet vermesinin
yolunu açar. WFi ile aralarındaki diğer bir fark ise istemciler konusundadır. WiFi teknolojisinde erişim
noktasına uzak olan istemcilere, yakın olanlara göre her defasında son sıralarda yer verilmektedir. WiMax
teknolojisinde kurulan algoritma gereği ise sadece ilk seferde uzaklığa göre bir sıralama yapılıp daha sonra
her istemciye belli bir zaman dilimi tanınır. Böylece kapsama alanı boyunca daha efektif bir erişim
sağlanmaktadır.
Daha önce de bahsedildiği gibi WiMax ile Wifi arasındaki en belirgin fark ise kapsama alanı ve bağlantı hızı
konusundadır. WiFi teknolojisinde ulaşılan en yüksek hız IEEE’nin Mart 2007’de geliştirdiği 802.11n
standardıyla birlikte 300Mbps’dir. Teorik değer olan bu hız özellikle elektromanyetik alanın sebep olduğu
çevre etkileriyle %50’lere varan kayıplar vermektedir.
WiMax için yapılan son denemelerde ise (bkz. http://www.wimaxforum.org/news) en kısa mesafede 2 Gbps
ve 50 km uzaklıkta 70 Mbps veri hızına ulaşılmıştır.
Wimax teknolojisinin sahip olduğu çoklu yol etkileşimi ve gecikme dağılımı sayesinde istemci baz
istasyonunun görüş alanı dışındayken bile 10 ms'lik gecikmeleri tolere edebilmektedir. 802.11
teknolojisinde ise bu 900 nano saniye civarındadır. Bu da WiMax için daha uzak mesafelerde daha az veri
kaybı anlamına gelmektedir.
Karşılaştırmalar gösteriyor ki yakın zamanda özellikle ülkelerinin desteğini alan şirketler tarafından WiFi
teknolojisinin yerini WiMax’in alması kaçınılmaz. Öte yandan Fransa ve Finlandiya Avrupa Birliği
toplantısında öngörülen frekans aralığını bloke etmiştir.
WIBRO
Adından anlaşılacağı gibi WiBro (Wireless Broadband) geniş band(9 Mhz) internet hizmeti sunan bir
teknoloji. 2002 yılından beri geliştirilmesine rağmen ancak 2004 yılında Intel ve LG tarafından WiBro
çalışmalarının WiMax ile birlikte yürütülmesi kararlaştırıldı. 2005 yılı itibariyle Güney Kore
Telekomünikasyonu tarafından 3G teknolojisine rakip olacak şekilde geliştirilmeye başlandı. IEEE
802.16e standardını kullanan bu teknoloji WiMax’in mobil alandaki uzantısı olarak düşünülebilir.
2.3 - 2.4 Ghz frekanslarında çalışan WiBro, saatte 60 km hızla giderken internet bağlantısı kurmayı
amaçlamaktadır. Bunun yanında, baz istayonundan 1.5 km uzaktayken veri iletişimi sağlamaktadır. Şu
anda veri iletim hızı 18.432 Mbps olarak açıklanmaktadır. Gerçekte (throughput) ise indirme hızı 5.95
Mbps değerine kadar düşmektedir (Ref?).
- Kaynak : SAMSUNG Electronics Co. Ltd.Grafikte görüldüğü gibi WiBro özellikle Video ve Multimedia veri iletimi konusunda oldukça iyi
durumda. Yine de şu anda “Mobil olma” özelliği konusunda WLAN ve 3G arasında bir yere sahip. 2010
sonrası için ise tüm bu ağ teknolojilerinin 4G teknolojisine entegre olacağı öngörülmektedir.
- Kaynak : SAMSUNG Electronics Co. Ltd.Yukarıdaki şekil WiBro’nun Ağ Mimarisini göstermektedir. ACR’de paket özellikleri belirlenip her
paket için başlık (header) oluşturulur. ACR aynı zamanda servis akış yönetiminden ve gerektiğinde
trafiği değiştirmekten sorumludur. RAS’de ise MAC yönetimi, kaynakların önceliklendirilmesi ve
verileri şifreleme/şifreyi çözme işlemleri yapılır. WiBro; QPSK, 16QAM, 64QAM faz modülasyonları
desteklemektedir.
Güney Kore Telekom başta olmak üzere WiBro geliştiricileri bundan sonraki adımda band genişliğini
9Mhz’ın üzerine çıkarmayı hedeflemektedir. 150 km/saat hızda veri hızını 100 Mbps’ye çıkarmak ve
akıllı antem sistemleri kurmak da gelecek hedefleri arasında.
Standardizasyon
WiMax, ‘worldwide interoperability for microwave access’, IEEE 802.16 ve ETSI HiperMAN standartları
kullanılarak geliştirilmiş bir sistemdir.
WiMax Forum’un 2001 yılından beri süren çalışmaları sonucu, 802.16 standardı için farklı teknik özelliklere
sahip farklı versiyonlar geliştirildi. Bunlar; IEEE 802.16a, 802.16b, 802.16c, 802.16d (Rev-D olarak da bilinir)
ve 802.16e standartlarıdır. Yukarıda bahsettiğim bu profiller içerisinden, sertifikalandırılarak ticari kullanıma
sunulacak olanlar, IEEE 802.16d ve 802.16e’dir. Yani WiMax, farklı kullanıcı taleplerini karşılayabilmek için,
iki farklı versiyonla kullanıma sunulacaktır. Bu iki versiyonun arasındaki temel fark birinin sabit erişim (fixed
access), diğerinin ise mobil erişim (mobile access) için tasarlanmış olmasıdır.
Bu iki versiyon, farklı zamanlarda piyasaya sunulacak olsalar da, ileride her ikisi de kullanımda olacak. Bu
nedenle servis sağlayıcılar da; karşılarındaki hedef pazarı, ellerindeki kullanılabilir frekans aralıklarını ve buna
benzer bölgesel kısıtlayıcı faktörleri gözönüne alarak, bu iki farklı teknoloji arasında seçim yapmak zorunda
kalacaklar.
Bu durumda, 802.16d standardının operatörler için daha çekici durduğunu söylemek mümkün. Çünkü 802.16d
daha az kompleks bir donanıma sahip, daha geniş bir frekans aralığında kullanılabilecek şekilde geliştirilmiş,
bazı durumlarda 802.16e ’den daha yüksek throughput vaad ediyor ve ayrıca mobil rakibinden daha önce pazara
çıkması bekleniyor. Diğer taraftan; link marjı, kapalı ortamlarda kapsama yeteneğinin üstünlüğü ve spektrum
kaynaklarını daha esnek kullanabilmesi gibi özellikleri düşünüldüğünde 802.16e ‘nin de avantajları mevcut.
Sabit ve mobil olmak üzere iki farklı teknolojinin piyasaya sunulacak olması nedeniyle, WiMax Forum farklı
erişim türleri tanımladı. Bunlar; fixed, nomadic, portable, simple mobility ve full mobility şeklinde adlandırıldı.
Sayısal iletişim sistemlerinde, hız ve kapasitenin artırılması için bantgenişliği ve iletim gücü gibi kaynakların
efektif kullanılması gerekir. Bunu sağlamak için WiMax’te, uyarlamalı modülasyon (adaptive modulation) ve
çoğullama (multiplexing) gibi teknikler kullanılmaktadır.
Modülasyon, bir taşıyıcı dalganın, iletilecek olan mesaj veya dijital sinyal serisinin özelliklerine göre
işlenmesidir. DSL, CDMA, 3G, Wi-Fi ve WiMAX gibi güncel iletişim teknolojilerinde dijital modülasyon
teknikleri kullanılmaktadır. QPSK (quadrate phase shift keying) ve QAM (quadrate amplitude modulation),
bunlara örnek olarak verilebilir.
QPSK ve QAM teknikleri sayesinde, her bir
sembolde daha fazla veri biti kodlanmasını
sağlanmaktadır. Böylece, her bir periyotta daha
fazla veri biti gönderilmekte ve birim zamanda
yapılan iş (throughput) artırılmaktadır. Bir periyot
içinde daha fazla veri biti gönderilmesi spektral
avantajlar sağlamaktadır ancak bunun, bit hata
oranınını (bit error ratio) ve girişimi (interference)
artıracağı unutulmamalıdır. İşte bu noktada
devreye, ‘uyarlamalı modülasyon’ kavramı
girmektedir. Kablosuz sistemlerde uyarlamalı
modülasyon kullanılması, sistemin kendi kanal
koşullarına göre kendisine en uygun mertebeden
modülasyonu seçmesini sağlar. Yani sistem
menzili (range) artırılmak istendiğinde daha düşük
modülasyonlara geçilirken (örneğin BPSK); baz
istasyonuna yakın bir noktada ise QAM
kullanılarak throughput artırılabilir. Yani
uyarlamalı modülasyon sayesinde, sistemlerin
throughput kazancı ile menzili arasındaki oran en
verimli şekilde ayarlanmış olur.
OFDM, ‘orthogonal frequency division
multiplexing’, yüksek hızlı kablosuz veri iletişimi için uygun görülen, çok-taşıyıcılı bir transmisyon tekniğidir.
Türkçe açılımı, ‘dikey frekans bölümlemeli çoğullama’dır. Aslında OFDM, tarihi 1960’lara dayanan bir
tekniktir, ancak yüksek hızlı işlem yapabilen entegre devrelerin yeni yeni üretilebilmesi nedeniyle, OFDM’in
popüler hale gelmesi vakit almıştır. Günümüzde OFDM; ADSL, Wi-Fi ve WiMAX gibi sistemlerde ve kablosuz
dijital ses ve video yayını uygulamalarında kullanılmaktadır.
OFDM, birden fazla modüle edilmiş taşıyıcıyı efektif şekilde sıkıştırarak, transmisyon için ihtiyaç duyulan
bantgenişliğinin azaltılmasını sağlar. Sıkıştırma işlemi sırasında, modüle edilmiş sinyaller birbirine dik konumda
tutulur, böylece girişim (interference) yaşanmaz.
802.16e profiliyle birlikte gelen handoff (aktarma) desteği, onun ‘mobil’ sıfatı taşımasını sağlayan en önemli
özelliklerden biri. Mobil iletişim sistemlerinde, araç bir hücreden diğerine geçerken taşıyıcının otomatik olarak
yeni hücrenin frekanslarından birine geçmesine handoff adı verilir. 802.16-2004 profili de opsiyonel olarak
handoff seçenekleri sunmaktadır ancak bu sistem profilinde handoff bulunması şart değildir.
802.16e profili, soft ve hard (yumuşak ve sert geçişli) olmak üzere, operatör tarafından seçilebilen farklı handoff
seçeneklerine sahip. Hard handoff, break-before-make yaklaşımını kullanıyor. Yani kullanıcı aynı anda tek bir
baz istasyonuna bağlı kalabiliyor. Bu soft handoff’a göre daha az karmaşık bir yapı, ancak gecikme oranı daha
yüksek. Soft handoff ise; GSM teknolojisindekine benzer şekilde, yeni bir baz istasyonuyla bağlantı kurulana
dek, eski bağlantının kopmasını engelliyor. Bu yaklaşıma da make-before-break ismi verilmiş.
Soft handoff, sahip olduğu düşük gecikmeli istasyon değiştirme özelliği sayesinde, VoIP veya online oyun gibi
real-time uygulamalar için gerekli performansı gösterebilir. Hard handoff ise tipik veri iletimi gerektiren
uygulamalar için kafi gelecektir.
Bilindiği gibi WiMax, kullanıcılarına genişbant kablosuz internet erişimi ve zengin bir multimedia servis
yelpazesi sunuyor. Tabi bu da, diğer network teknolojilerine göre çok daha büyük bir kapasite, çok daha büyük
bir bantgenişliği ve çok daha geniş bir kapsama alanı gerektiriyor. Bu performans artırımlarını sağlayabilmek
için ise WiMax, akıllı anten (smart antenna) teknolojisini kullanıyor.
Günümüzde hücresel telefon sistemlerinde de kullanılmakta olan MIMO gibi akıllı anten teknolojilerinin daha
önce kablosuz yerel ağlarda da (Wi-Fi gibi) gösterdiği başarım, onun geniş alan ağlarında da uygun bir aday
olmasını sağladı. MIMO sisteminde, hem alıcıda hem de vericide çoklu-anten sistemi bulunur ve her bir anten
üzerindeki yük yoğunluğu verici kısım tarafından belirlenir. Böylece birbirinden farklı iki veri yığını, farklı
uzamsal özelliklere sahip iki yol üzerinden birbirlerine karıştırılmadan taşınabilir. Böylece kullanıcı-veri-hızı
ikiye katlanmış olur. Üstelik MIMO, bu verimi sağlarken ekstra bantgenişliği veya ekstra güç
gerektirmemektedir.
IEEE 802.16 grubu tarafından geliştirilen ve kendine özgü teknik özelliklere sahip olan bu standart sayesinde,
‘kablosuz genişbant internet erişimi’ artık hayal olmaktan çıkıyor. Buna paralel olarak, WiMAX Forum’un
endüstri liderlerini bir arada tutması ve desteklemesi, WiMAX’in pazara girişini ve adaptasyonunu hızlandıracak
gibi duruyor. Hatta Kore, Kanada ve diğer birkaç ülke bu hizmetlerden yararlanmaya başladılar. Dünya’da
yaşanan bu gelişmelerin ülkemizde de, WiMAX lisans tahsisi konusundaki çalışmalarda ve uygulama
alanlarında, en yakın zamanda görülmesini temenni etmekteyiz.
HIPERMAN
Avrupada geliştirilmekte olan MAN türevi HiperMAN (High Performance Radio Metropolitan Area Network),
Avrupa Telekominikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI) tarafından geliştirilen ve kablosuz ağlar arasında 2-11
GHz frekans aralığında bağlantı kurmayı hedefleyen teknolojidir. WiMAX ile aynı hedeflere yönelik
olduğundan şu anda WiMAX’e dahil durumda ve beraber geliştirilmektedir.
ETSI 2-11 GHz spektrum bandı için kablosuz MAN standardını oluşturarak Kasım 2003’te yayınlamıştır. ETSI,
IEEE 802.16 grubu ile yakın çalışmakta ve HiperMAN standardı aslında 802.16’yı izleyerek Avrupa için 2-11
GHz bantlarında kablosuz şebeke iletişimini tanımlamaktadır.
HiperMAN standardı 802.16 ile benzer şekilde; bütün bir hizmet kalitesi, hızlı bağlantı kontrol yönetimi, güçlü
güvenlik, kodlamaya hızlı uyum, propagasyon koşullarında modülasyon ve iletim gücü, görüş hattında olmayan
performansı, hem FDD hem de TDD desteği gibi çeşitli hizmet kategorilerini sunmaktadır. Hizmet planlaması ve
katman yakınsamaları IEEE 802.16 ile aynıdır.
Kaynaklar :










http://www.wimaxturkiye.com
http://tr.wikipedia.org/wiki/WIMAX
http://www.wimaxforum.org
http://www.pclabs.com.tr
www.intel.com/technology/wimax/
http://en.wikipedia.org/wiki/WiBro
http://www.wisegeek.com/what-is-wibro.htm
http://www.itu.int/ITU-R/study-groups/was/busan/Presentations/docs/wibro-introduction.pdf
http://chip.com.tr
http://www.palowireless.com/homerf/