WIMAX

Wat is Mobiele WiMAX?

Definitie en Doel

Mobiele WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) is een draadloze breedbandtechnologie gebaseerd op de IEEE 802.16e-standaard. Het is ontworpen om hoge datasnelheden en naadloze mobiliteit te bieden aan gebruikers die zich verplaatsen tussen verschillende locaties, bijvoorbeeld reizende gebruikers in voertuigen, voetgangers of mobiele apparaten. In tegenstelling tot vaste WiMAX, die gericht is op stationaire gebruikers, biedt mobiele WiMAX volledige ondersteuning voor handover en mobiele toegang tot internet en andere IP-gebaseerde diensten.

Belangrijkste Kenmerken van Mobiele WiMAX

• Mobiele connectiviteit: Ondersteunt mobiliteit tot snelheden van 120 km/u zonder de verbinding te verliezen.
• Handover-ondersteuning: Maakt naadloze overdracht tussen basisstations mogelijk zonder onderbreking van actieve sessies.
• Hoge datasnelheden: Biedt downloadsnelheden tot tientallen Mbps, afhankelijk van configuratie en omgeving.
• QoS-beheer: Kwaliteit van dienstverlening garandeert betrouwbare prestaties voor toepassingen zoals VoIP, videostreaming en gaming.
• IP-gebaseerde architectuur: Volledig geoptimaliseerd voor IP-netwerken en internetdiensten.

Technische Architectuur

Component	Beschrijving
Mobile Station (MS)	Het mobiele apparaat dat verbinding maakt met het WiMAX-netwerk, zoals een smartphone, tablet of modem.
Base Station (BS)	Zend- en ontvangstinstallatie die draadloze communicatie verzorgt tussen gebruikersapparaten en het netwerk.
Access Service Network (ASN)	Beheert toegangscontrole, mobiliteit en verbinding tussen de mobiele stations en het core-netwerk.
Connectivity Service Network (CSN)	Verzorgt IP-connectiviteit, internettoegang, beleidshandhaving en roamingdiensten.

Mobiele WiMAX gebruikt geavanceerde technologieën zoals OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en MIMO (Multiple Input Multiple Output) om spectrale efficiëntie en signaalrobustheid te verbeteren. OFDMA maakt het mogelijk om meerdere gebruikers tegelijk te bedienen door frequentiebanden op te splitsen, terwijl MIMO gebruik maakt van meerdere antennes voor hogere datasnelheden en betrouwbaarheid.

Voordelen van Mobiele WiMAX

• Snelle implementatie: WiMAX-netwerken kunnen sneller worden uitgerold dan traditionele bedrade netwerken.
• Grote dekking: Eén basisstation kan meerdere kilometers bestrijken, ideaal voor plattelandsgebieden.
• Lagere kosten: Minder infrastructuur vereist dan bijvoorbeeld 4G-netwerken, wat kostenbesparend werkt voor aanbieders.
• Ondersteuning voor voice en data: Door QoS-mechanismen kunnen spraak- en dataverkeer tegelijkertijd efficiënt worden afgehandeld.
• Roaming: Ondersteuning voor internationale roaming maakt het geschikt voor wereldwijde toepassingen.

Gebruiksscenario’s

Mobiele WiMAX wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, zowel commercieel als openbaar. Enkele voorbeelden:

• Stadsbrede draadloze netwerken: Voorziening van breedbandtoegang in grote stedelijke gebieden zonder bekabeling.
• Mobiele toegang in voertuigen: Biedt internetverbinding in bussen, treinen of taxi’s.
• Rampenbeheer: Snelle communicatie-infrastructuur opzetten in gebieden waar vaste netwerken zijn uitgevallen.
• Toegang in landelijke gebieden: Biedt connectiviteit waar kabelinfrastructuur niet rendabel is.

De flexibiliteit, prestaties en mobiliteit van mobiele WiMAX maken het een waardevolle oplossing voor breedbandtoegang, vooral in ontwikkelingslanden of in gebieden waar snelle draadloze toegang vereist is. Hoewel het tegenwoordig in sommige regio’s is ingehaald door LTE en 5G, blijft het een betrouwbare en efficiënte technologie voor specifieke marktsegmenten.

Wat is WiMAX?

WiMAX, wat staat voor Worldwide Interoperability for Microwave Access, is een technologie die is ontworpen om breedbandinternettoegang te bieden via draadloze verbindingen. Het is gebaseerd op de IEEE 802.16-standaard en richt zich op het leveren van snelle en betrouwbare breedbanddiensten, zowel in stedelijke gebieden als op het platteland. WiMAX wordt vaak beschouwd als een aanvulling op of vervanging voor traditionele bekabelde breedbandtechnologieën zoals DSL en kabel.

Belangrijkste Kenmerken van WiMAX

• Draadloze Breedband: WiMAX biedt draadloze toegang tot breedbandinternet, waardoor fysieke bekabeling niet nodig is.
• Grote Dekking: De technologie kan verbindingen bieden over afstanden tot 50 kilometer in plattelandsgebieden en enkele kilometers in stedelijke omgevingen.
• Hoge Snelheid: WiMAX ondersteunt datasnelheden tot 70 Mbps, afhankelijk van de configuratie en omstandigheden.
• Schaalbaarheid: Geschikt voor zowel punt-tot-punt-verbindingen als multipoint-netwerken, waardoor het bruikbaar is voor zowel huishoudens als bedrijven.

Werking van WiMAX

WiMAX maakt gebruik van radiogolven om data te verzenden tussen een basisstation en gebruikersapparaten. De technologie gebruikt een combinatie van modulatie- en multiplexingstechnieken, zoals Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), om efficiënte en betrouwbare communicatie te garanderen.

Aspect	Beschrijving
Frequentiebanden	WiMAX werkt in zowel gelicentieerde als ongelicentieerde frequenties, meestal tussen 2,5 GHz en 3,5 GHz.
Modulatietechnieken	WiMAX gebruikt adaptieve modulatie zoals QPSK, 16-QAM en 64-QAM om datasnelheid en signaalkwaliteit te optimaliseren.
Netwerkstructuur	Ondersteunt zowel point-to-multipoint (voor klanten) als point-to-point (voor backhaul) connectiviteit.
Beveiliging	WiMAX gebruikt geavanceerde encryptie en authenticatiemethoden om veilige communicatie te waarborgen.

Voordelen van WiMAX

• Flexibiliteit: Het kan worden gebruikt voor zowel vaste als mobiele breedbanddiensten.
• Snelle Implementatie: Omdat geen fysieke kabels nodig zijn, kan WiMAX sneller worden geïmplementeerd in afgelegen gebieden.
• Kostenefficiëntie: Het biedt een kosteneffectieve oplossing voor breedbandtoegang in gebieden waar bekabelde infrastructuur niet haalbaar is.
• Schaalbaarheid: WiMAX kan worden aangepast aan het aantal gebruikers en de vereiste bandbreedte.

Toepassingen van WiMAX

WiMAX heeft een breed scala aan toepassingen in verschillende sectoren:

• Internettoegang: Draadloos breedbandinternet voor zowel stedelijke als landelijke gebruikers.
• Backhaul Verbindingen: Wordt gebruikt voor het verbinden van basisstations in mobiele netwerken.
• Bedrijfstoepassingen: Bedrijven gebruiken WiMAX voor private netwerken en veilige communicatie.
• Gemeenschapsdiensten: WiMAX wordt ingezet voor onderwijsinstellingen en gezondheidszorgvoorzieningen in afgelegen gebieden.

Uitdagingen en Beperkingen

Hoewel WiMAX veel voordelen biedt, zijn er ook enkele uitdagingen:

• Concurrentie: Technologieën zoals LTE hebben een groot marktaandeel, wat de adoptie van WiMAX beperkt.
• Spectrumlicenties: Het verkrijgen van gelicentieerde frequenties kan duur en tijdrovend zijn.
• Hardwarecompatibiliteit: Apparaten moeten compatibel zijn met WiMAX-standaarden, wat beperkingen kan opleggen.
• Interferentie: Werken in ongelicentieerde frequenties kan leiden tot interferentie met andere draadloze systemen.

Conclusie

WiMAX speelt een belangrijke rol in de evolutie van draadloze breedbandtechnologie. Het biedt een flexibele en efficiënte oplossing voor gebieden waar bekabelde netwerken niet haalbaar zijn. Hoewel de concurrentie van andere technologieën zijn adoptie heeft beperkt, blijft WiMAX een waardevolle optie in specifieke scenario’s, zoals afgelegen gebieden en nichemarkten. Door zijn brede toepassingsmogelijkheden blijft WiMAX relevant als een robuuste technologie voor draadloze communicatie.

Naast 3G kunnen op Wi-Fi gebaseerde systemen worden gebruikt om draadloos breedband te bieden. Wi-Fi is gebaseerd op de IEEE 802.11-standaarden en is in de eerste plaats een LAN-technologie (Local Area Network) die is ontworpen om breedbanddekking in gebouwen te bieden.

Wi-Fi is de naam van een draadloze netwerktechnologie die radiogolven gebruikt om snelle draadloze internet- en netwerkverbindingen te bieden. Een veel voorkomende misvatting is dat de term Wi-Fi staat voor “wireless fidelity”, maar dit is niet het geval. Wi-Fi is eenvoudigweg een eigen uitdrukking die IEEE 802.11x betekent.

De huidige Wi-Fi-systemen op basis van IEEE 802.11a/g ondersteunen een maximale datasnelheid op de fysieke laag van 54 Mbps3 en bieden doorgaans dekking binnenshuis over een afstand van 30 meter. Wi-Fi is de defacto standaard geworden voor breedbandconnectiviteit in woningen, kantoren en openbare hotspotlocaties. In de afgelopen paar jaar hebben een aantal gemeenten en lokale gemeenschappen over de hele wereld het initiatief genomen om Wi-Fi-systemen buiten te implementeren om breedbandtoegang tot stadsnetwerken te bieden.
centra en metrozones, maar ook in landelijke en achtergestelde gebieden.

Het is deze toepassing van Wi-Fi die overlapt met de vaste en nomadische toepassingsruimte van WiMAX. Wi-Fi-implementaties in het grootstedelijk gebied zijn afhankelijk van zenders met een hoger vermogen die worden ingezet op lantaarnpalen of daken van gebouwen en die uitstralen op of dichtbij de maximaal toegestane vermogenslimieten voor gebruik in de vergunningsvrije band.

Zelfs met zenders met een hoog vermogen kunnen Wi-Fi-systemen doorgaans een dekkingsbereik bieden van slechts ongeveer 300 meter vanaf het toegangspunt. Bijgevolg vereisen metro-Wi-Fi-toepassingen een dichte inzet van toegangspunten, wat het onpraktisch maakt voor grootschalige alomtegenwoordige inzet.

Niettemin kunnen ze worden ingezet om breedbandtoegang te bieden tot hotzones binnen een stad of gemeenschap. Wi-Fi biedt opmerkelijk hogere piekdatasnelheden dan 3G-systemen, vooral omdat het over een grotere bandbreedte van 20 MHz werkt.

Het inefficiënte CSMA-protocol (Carrier Sense Multiple Access) dat door Wi-Fi wordt gebruikt, samen met de interferentiebeperkingen van het werken in de vergunningsvrije band, zal waarschijnlijk de capaciteit van Wi-Fi-systemen buitenshuis aanzienlijk verminderen. Bovendien zijn Wi-Fi-systemen niet ontworpen om hogesnelheidsmobiliteit te ondersteunen. Een belangrijk voordeel van Wi-Fi ten opzichte van WiMAX en 3G is de ruime beschikbaarheid van eindapparaten.

 

Een grote meerderheid van de laptops die tegenwoordig worden verzonden, hebben een ingebouwde Wi-Fi-interface. Wi-Fi-interfaces worden nu ook ingebouwd in een verscheidenheid aan apparaten, waaronder persoonlijke gegevensassistenten (PDA’s), draadloze telefoons, mobiele telefoons, camera’s en mediaspelers.

Het grote aantal ingebouwde terminals maakt het voor consumenten gemakkelijk om gebruik te maken van de diensten van breedbandnetwerken die met Wi-Fi zijn gebouwd. Net als bij 3G worden de mogelijkheden van Wi-Fi verbeterd om nog hogere datasnelheden te ondersteunen en betere QoS-ondersteuning te bieden.

In het bijzonder zal de opkomende IEEE 802.11n-standaard, door gebruik te maken van ruimtelijke multiplexingtechnologie met meerdere antennes, een peak layer 2-doorvoersnelheid van minimaal 100 Mbps ondersteunen. Er wordt ook verwacht dat IEEE 802.11n aanzienlijke verbeteringen in het bereik zal opleveren door het gebruik van zenddiversiteit en andere geavanceerde technieken.

 

Ruimtelijke multiplexing

In een multipath-omgeving is de toename van de datasnelheid als gevolg van MIMO gelijk aan het aantal MIMO-antennes.

In plaats van hetzelfde bit van meer dan twee antennes te verzenden, verzendt de Spatial Multiplexing-methode een databit van de eerste antenne en tegelijkertijd een ander bit van de tweede antenne, het symbool. Zolang de ontvanger meerdere antennes heeft en het signaal van voldoende kwaliteit is, mag de ontvanger de signalen scheiden. Deze Spatial Multiplexing-methode brengt extra complexiteit en kosten met zich mee, zowel voor de zender als voor de ontvanger. Met twee zendantennes en twee ontvangstantennes kunnen gegevens echter twee keer zo snel worden verzonden in vergelijking met systemen die ruimte-tijdcodes gebruiken met een enkele antenne-ontvanger.

Het distribueren van gegevens over co-kanalen op ruimtelijk verplaatste antennes, in een omgeving met meerdere paden, levert een tijdelijk verplaatste reeks substromen op die door de ontvanger kunnen worden gezien.

Ontvangerwinst

Maximale verhouding die diversiteit combineert – MRC in ontvangerwinst

In maximale verhouding wordt elke signaaltak gecombineerd met een gewichtsfactor die evenredig is met de signaalamplitude in ontvangerversterkingen

Dat wil zeggen dat takken met een sterk signaal verder worden versterkt, terwijl zwakke signalen worden verzwakt.

Bij MRC is de verzwakkings-/versterkingsfactor evenredig met de signaalamplitude ai = ri voor elk kanaal i.

Maak gebruik van een aantal ontvangstantennes die goed gescheiden zijn (coherentieafstand) om onafhankelijke ontvangsten van het verzonden signaal te genereren. Selectiediversiteit: kies ontvangen signaal met het grootste ontvangen vermogen, S/N, enz. Geschakelde diversiteit: kies een alternatieve antenne als het signaal onder een bepaalde drempel valt.

Lineair combineren: combineer lineair een gewogen replica van alle ontvangen signalen. Er is een waardevolle verbetering, zelfs met diversiteit in de selectie van twee takken. De prestaties verbeteren met het aantal diversiteitstakken, maar de complexiteit neemt sterk toe.

Selectie en geschakelde diversiteit: Dit zijn vrij eenvoudige systemen

Space Time Coding – STC Space-Time Diversity Coding. Codeert, interleaves en verspreidt hetzelfde symbool over

meerdere antennes. Ruimtelijke multiplexing Codeert, verweeft en distribueert verschillende symbolen over meerdere antennes. Voor beide zenden antennes uit op co-kanalen

Codering van diversiteit in ruimte en tijd

Het gebruik van ruimte-tijddiversiteitscodering in een omgeving met meerdere paden vergroot de Rx-signaalsterkte en vergroot de afstand.

Het distribueren van dezelfde gegevens over co-kanalen op ruimtelijk verplaatste antennes levert een tijdelijk verplaatste reeks substreams op die door de ontvanger kunnen worden gezien.

We weten dat we normaal gesproken meerdere onafhankelijke paden hebben van TX naar Rx met verschillende lengtes, deze worden op verschillende manieren beïnvloed en vertraagd. Signalen die samen bij de zender beginnen, worden in de tijd gescheiden wanneer ze de ontvanger bereiken

Diversiteit werkt niet met Line of Sight. Dit is het exploiteren van Multipath in plaats van ertegen te vechten om grote voordelen te behalen.

Diversiteitsversterking: De SNR-versterking die wordt verkregen door dezelfde informatie te extraheren uit twee of meer onafhankelijk vervagende kanalen.

Ruimtediversiteit: Er worden meerdere antennes gebruikt om het signaal te ontvangen. De antenneafstand moet zodanig zijn dat de fading bij elke antenne onafhankelijk is (coherentieafstand).

Tijddiversiteit: signaal wordt verzonden in verschillende tijdslots (coherentietijd). Kanaalcodering plus interleaving wordt gebruikt om tijddiversiteit te bieden. Niet effectief bij langzaam vervagende kanalen. Ruimte-tijdverwerking: slimme antennes waarbij antennes worden gecombineerd in ruimte EN tijd.

Spatial multiplexing (SM): Transmissiebenaderingen waarbij verschillende zendantennes meerdere signalen onafhankelijk van elkaar transporteren om de datasnelheden te verhogen.

Frequentiediversiteit: signaal wordt verzonden in verschillende frequentiebanden (coherentie BW). Niet effectief op vlakke (niet-frequentieselectieve) kanalen. Technieken die gebruik maken van frequentiediversiteit zijn onder meer: ​​RAKE-ontvangers, OFDM en egalisatie.

Polarisatiediversiteit: gebruik twee antennes met verschillende polarisatie voor ontvangst en/of verzending. Het gebruik van kruisgepolariseerde antennes voor de ontvangst van een signaal dat, als gevolg van meerdere reflecties, met verschillende polarisaties arriveert.