Fue creado en el año de 1998 con el objetivo de crear una interfaz de radio de banda ancha inalámbrica, basándose en la arquitectura de los sistemas con acceso inalámbrico punto a multipunto con línea de vista (LOS, Line of Sigth), las cuales trabajan en la banda de frecuencia de 10 a 66 GHz. Concluyó su desarrollo en el 2001 basándose en la capa física de la portadora (PHY) y con un multiplexaje por división de tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) en la MAC. Los estándares para su desarrollo se tomaron basándose en los estándares para cable MODEM DOCSIS (especificaciones del la interfaz de servicios de datos por cable).
Con el fin de dar soporte a los sistemas que trabajan en la banda de frecuencia de 2 a 11 GHz, la IEEE se vió en la necesidad de crear normas y estándares para garantizar la interoperatividad de los usuarios formando el foro WiMax, que al igual que el foro Wifi (Fidelidad Inalámbrica, Wireless Fidelity), cuenta con las
facultades de realizar pruebas y certificaciones para lograr dicha interoperatividad.
1.3.5.1 Estándar IEEE 802.16a
El grupo 1 de tareas especiales del comité de desarrollo del IEEE 802.16 desarrolló un estándar de acceso inalámbrico de banda ancha punto a multipunto para los sistemas que trabajan dentro de la banda de frecuencias de 10 – 66 GHz, este estándar cubre tanto a la capa MAC como la capa PHY (física), esto se fue modificando para poder aplicarlo de igual manera a las bandas sin licencia del rango entre 2 – 11 GHz aplicando NLOS hasta crear el estándar IEEE 802.16a aprobado en enero del 2003, el cual tiene un rango de hasta 48 Km. con celdas de 6.5 a 9.5 km. sin línea de vista, es capaz de conectar WLANs 802.11 y hotspots8 comerciales con Internet, basándose en OFDM para la capa física y OFDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal, Orthogonal Frequency Division Multiple Access) para la capa MAC, haciendo de esta tecnología la más apropiada para sistemas de última milla, donde obstáculos como árboles o edificios estén presentes además de que las estaciones base pueden ser montadas en techos de casas o edificios en vez de montañas o torres.
La configuración básica de una estación base en un edificio o torre con una comunicación punto a multipunto hacia los abonados con datos compartidos de 75 Mbps, cuenta con suficiente ancho de banda para soportar simultáneamente 60 puntos de negocio con conectividad nivel T1 y cientos de hogares con línea de abonado digital (DSL, Digital Suscriber Line), con un ancho de banda de 20 MHz. Cuenta con grandes funciones de seguridad y QoS para servicios de video y voz, el cual puede ser por TDM o voz sobre IP (VoIP).
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1.3.5.2 Estándar IEEE 802.16 - 2004
Al tratar de mejorar el estándar IEEE 802.16a se tuvo como consecuencia un nuevo estándar IEEE 802.16-2004, certificada en octubre del 2004, la cual vino a sustituir todas la versiones anteriores dando como resultado la primer solución 802.16 orientada a conexiones fijas, conocido como WiMax Fijo, es decir, es un reemplazo a la tecnología de DSL inalámbrico. Este nuevo estándar trabaja en las bandas de frecuencia licenciadas de 2 a 11 GHz, utilizando OFDM.
Los sistemas basados en este estándar tienen la ventaja de ser interoperables con otros productos disminuyendo sus costos de implementación. Cuenta con una velocidad de 75 Mbps y un rango de 10 km. Para poder utilizar esta tecnología sólo se requiere de una antena montada en un techo o en una torre.
1.3.5.3 Estándar IEEE 802.16e - 2005
Al estándar IEEE 802 16-2004 se le fueron agregando nuevas aplicaciones resultando el IEEE 802 16e-2005 el cual ahora incluía movilidad, este estándar era la solución para aplicaciones móviles y nómadas, conocida como WiMax móvil.
Las principales diferencias entre los estándares IEEE 802.16-2004 y el IEEE 802.16e-2005 se enlistan a continuación:
• Se agregaron estaciones móviles (MS). Una estación móvil de servicios de telecomunicaciones, está destinada a ser utilizada en movimiento o en puntos específicos. Sin embargo, una estación móvil (MS, Mobile Station) 802.16e también se comporta como una estación de abonado (SS, Suscriber Station).
• Procedimiento de transferencia del servicio (handover o handoff) en la capa MAC.
• Modo de ahorro de potencia (para la movilidad apoyando MSs): modo de espera y modo de inactividad.
• SOFDMA (Escalable OFDMA).
• Seguridad (subcapa de privacidad).
• Sistema de Antenas de Entrada Múltiple, Salida Múltiple (MIMO Múltiple Input, Múltiple Output) y Técnicas de Sistemas de Antenas Adaptables (AAS), aunque ya estaban en el IEEE 802.16-2004, se mejoró en la versión IEEE 802.16e.
• Aparecen sistemas multicast y broadcast (MBS).
• Una nueva clase de QoS: Servicio de Contención en Tiempo Real Extendido (ertPS, Extended Real Time Polling Service). (Además de el IEEE 802.16-2004 rtPS), ertPS que es un apoyo en tiempo real a toda clase de servicios que generan los flujos de paquetes de datos de tamaño variable, en forma periódica, por ejemplo, VoIP con supresión de silencio.
• Mencionando otros: Códigos de Paridad de Baja Densidad (LDPC, Low Density Parity Codes) que es un código opcional para la codificación de canal, etc.
Dentro de la capa física (PHY) se tomaron en cuenta una serie de consideraciones sobre el medio, ya que por ejemplo, para frecuencias superiores a 6 GHz es necesario garantizar la línea de vista entre las estaciones, este detalle obligó a estudiar el efecto de multitrayectorias y de esta manera lograr enlaces de alta capacidad tanto de bajada como de subida con canales mayores de 10 MHz.
Por otro lado, para frecuencias bajas no es necesaria la línea de vista para su operación. Se utilizan perfiles de ranuras adaptables (cambiando tanto la modulación como la Corrección de Error avanzado (FEC) que son usados para aumentar la capacidad de los sistemas 802.16 con respecto a tecnologías más viejas. La MAC fue diseñada para dar cabida a diferentes entornos de capa física. La portadora de la PHY esta diseñada para acomodar tanto TDD o FDD
23 permitiendo terminales full y half duplex en el caso de FDD. De igual manera, la MAC permite el acceso inalámbrico PMP (punto a multipunto), diseñada para el transporte de capa superior o cualquier otro protocolo de transporte como el modo de transferencia asíncrono (ATM), Ethernet o protocolo de Internet (IP), además de que es capaz de adaptarse a cualquier otro protocolo que se desarrolle en un futuro, cuenta con una velocidad de hasta 268 Mbps en cada dirección.
La MAC de IEEE 802,16 utiliza una unidad de datos de protocolo de longitud variable (PDU, Protocol Data Unit), junto con una serie de otros conceptos que aumentan en gran medida la eficacia de la norma. Es posible que múltiples MAC PDUs puedan estar interconectadas en una misma ráfaga PHY para ahorrar gastos, así mismo, varias unidades de servicio de datos pueden estar conectados en una única MAC PDU.
La MAC utiliza un algoritmo de autocorrección de banda ancha conocido como Acceso múltiple con asignación por demanda / Acceso múltiple por división de tiempo (DAMA / TDMA) que elimina las deficiencias de la técnica CSMA / CA (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Prevención de Colisiones, Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). La técnica DAMA se adapta de acuerdo a la necesidad de la demanda de cambios entre múltiples estaciones, la asignación de horarios para los canales varía según sea necesario. Para la transmisión entre una estación base y abonados, existen dos modos de funcionamiento, uno apoya la transmisión de corriente continua (Modalidad A), como el audio o video, y el otro apoya la transmisión de ranuras de información (modo B), como el trafico IP. Los usuarios finales tienen la oportunidad de solicitar el ancho de banda que necesiten en función de los parámetros QoS de tráfico y sus servicios. A continuación la tabla 1.2 muestra una comparación entre los estándares antes mencionados:
IEEE 802.16 IEEE 802.16a IEEE 802.16- 2004 IEEE 802.16e Banda de Frecuencia (GHz) 10 – 66 < 11 2 – 11 < 6
Funcionamiento LOS NLOS NLOS NLOS
Tasa de datos (Mbps) 32 – 134.4 32 – 134.4 1 – 75 1 – 75 Modulación QPSK, 16 QAM, 64 QAM OFDM con 256 portadoras QPSK, 16 QAM, 64 QAM QPSK, 16 QAM, 64 QAM QPSK, 16 QAM, 64 QAM
Movilidad Fijo Fijo Fijo móvil
Ancho de Banda (MHz) 20, 25 y 28 Seleccionable entre 1, 25 y 20 1.25, 1.75, 3.5, 5, 7, 8.75, 14, 10, 15 1.25, 1.75, 3.5, 5, 7, 8.75, 14, 10, 15, Radio de Celda (Km) 2 – 5 5 - 10 10 2 – 5
Tabla 1.2 Tabla comparativa de estándares IEEE 802.16