GENİŞ BANTTA TELSİZ ERİŞİM: WİMAX

Yrd. Doç. Dr. Aktül KAVAS Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Fakültesi [email protected]

Geniş bant telsiz haberleşme teknolojileri, bilginin geniş kullanıcı kitlelerine her yerden, her zaman, düşük maliyetle erişmesini sağlamaktadır. Böylece bilgi, veri, ses ve video servisleri olarak yüksek haberleşme hızlarında kullanıcıya ulaşır.

WiMAX (Worldwide Interoperability Microwave Access) dünya genelinde sistemlerin birbiriyle uyumlu halde çalışarak mikrodalga erişim sağlayabilmesi amacıyla geliştirilen sistemdir. WiMAX, 802.16x ve ETSI HiperMAN standartlarına dayandırılan, geniş bantta telsiz erişim sağlama ihtiyacına cevap vermek üzere tasarlanmış teknolojidir. Kırsal bölgelerde sabit geniş bant olanaklarını sunmanın güç olduğu yerlerde ya da şehir yaşamında

servis veren şirketlerin kendi bölgesel şebekeleri arasında hızlı ve güvenilir haberleşme altyapısı oluşturmasını sağlar. Bir başka deyişle WiMAX, Metropol Ağ temeli üzerine kurulmuş teknolojidir.

IEEE 802.16 standardı ve uygulanan teknoloji WiMAX ile yüksek veri iletim hızlarında büyük kapsama alanlarında çok sayıda kullanıcıya hizmet verilmesi hedeflenmektedir. Böylece mevcut DSL (sayısal abone hattı), kablo ve Wi-Fi teknolojilerine alternatif olarak kırsal alanlarda kapsamanın oluşturulamadığı ve /veya zayıf olduğu bölgeler ile gelişmekte olan bölgelere yüksek hızlarda telsiz haberleşme imkanı sağlanacaktır. Mevcut telsiz teknolojilerle WiMAX teknolojisinin rekabeti

gerçek yüksek hızlarda haberleşme ve haberleşme menzilinin büyümesi olarak gözükmektedir.

WiMAX doğrudan görüş hattı (NLOS) içerisinde bulunmayan alıcı-verici arasında büyük miktarlarda veriyi büyük mesafelere ileten telsiz geniş bantlı haberleşme standardında çalışan sistemdir. Kablo altyapısının olmadığı bütün bölgelerde çalışabilir ve uygulanabilir olmasının yanı sıra mevcut hücresel haberleşme sistemleri ve Kablosuz Ağ (Wi-Fi) sıcak noktaları ile uyumlu çalışması hedeflenmektedir. WiMAX’in uyumlu çalışması hedeflenen telsiz haberleşme standartları Şekil-1’de verilmektedir.

1. WiMAX STANDARTLARININ GELİŞİMİ

Şekil-1 Telsiz Haberleşme Standartları

Yeni üretilen teknolojiler için standartların geliştirilmesi, teknolojinin pratik kullanımı, mevcut sistemlerle birlikte çalışılabilirliği ve uyumu düşünülerek gerçekleştirilmektedir.

WiMAX için geliştirilmiş IEEE 802.16 standardı sabit geniş bantlı telsiz erişim sistemleri için geliştirilmiş hava arayüzü olarak tanımlanır. IEEE802.16 standardı, ilk olarak Kasım 2001’de tanımlanmış olup Telsiz Metropol Ağlar (WMAN) için hava arayüzü ve MAC protokolleri tanımlanmıştır. Bu standartla ticari ve ev uygulamaları için büyük bant genişliğinde telsiz ses ve veri iletimi amaçlanmıştır.

elektrik mühendisliği 61

WiMAX Standartları ve Özellikleri

802.16 a: 2-11GHz frekans aralığını kullanan, sabit bilgisayarlar arasında telsiz internet erişimini sağlayan standart olarak geliştirilmiştir. KabloNET ve DSL’in ulaşamadığı noktalar için uygulanma alanı bulmuştur. Haberleşme için alıcı-verici sistemler arasında doğrudan görüş (LOS) koşullarına gerek duymaz. Söz konusu standart 2.5GHz, 3.5GHz ve 5.8GHz frekanslarının kullanılması ile 50km uzaklıklarda bile 70Mb/s bant genişliğinde internet erişimine olanak tanımaktadır.

802.16 b: Kullanılan spektrum artırılarak 5-6GHz frekans bandına çıkarılmıştır. QoS desteği sağlanmıştır. Böylece WiMAX’in gerçek zamanlı ses ve video uygulamalarında yüksek performansla çalışması mümkün olmaktadır.

802.16 c: 10-66GHz frekans aralığında çalışan WiMAX standardıdır. Farklı üreticilere ait sistemlerin bir arada çalışmasına olanak tanır.

802.16 d: 2003 yılında hazırlanan bu standart 802.16 a standardının eksik (802.16-2004) özelliklerini tamamlamak üzere geliştirilmiştir. Bu standartla alıcı-verici haberleşmesi için doğrudan görüş hattının gerektiği ve gerekmediği koşullarda haberleşme mümkün olmaktadır. Standart OFDM çoğullama tekniğini kullanmaktadır.

802.16 e: Önümüzdeki birkaç yıl içinde hazır olması ve ticari olarak kullanıma sunulması planlanan bu standartla, sabit ve hareketli sistemler arasında haberleşme mümkün olacaktır. Hareketli sistemler arasında haberleşmenin sürekliliğinin sağlanabilmesi için hızlı aktarma teknikleri bu standartla sağlanmış olacaktır. Sözkonusu standartta belirlenen çalışma aralığı 2.3GHz ve 2.5GHz’dir. Diğer taraftan bu standartla hareket halinde otobüs, tren vb. koşullarda dizüstü bilgisayarlar ve PDA (kişisel asistanlar) ile internet erişimi hedeflenmektedir.

Yukarıda belirtilen standartlar arasından sertifikalandırılarak ticari kullanıma sunulacak olanlar IEEE 802.16d ve 802.16 e standartlarıdır. Bir başka deyişle WiMAX farklı kullanıcı taleplerini karşılayabilmek için sabit erişim ve hareketli erişim olmak üzere iki farklı

standartla kullanıma sunulacaktır. Standartların haberleşme özellikleri açısından karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi Tablo-1’de verilmektedir.

2. WiMAX ŞEBEKESİNE ERİŞİM

WiMAX şebekesine erişim

• Sabit Noktadan Erişim, • Göçebe Erişim, • Taşınabilir Erişim, • Yarı-Gezgin Erişim, • Tam Gezgin Erişim olmak üzere 5 farklı şekilde mümkün olacaktır.

Sabit noktada bulunan kullanıcı cihazı ile WiMAX şebekesi üzerinden haberleşmek mümkün olmaktadır. Sabit noktada yer alan cihaz en güçlü sinyali aldığı WiMAX baz istasyonunu seçerek haberleşecektir. Kullanıcının sinyal seviyesindeki azalma sonucu haberleşmenin kesilmesini önlemek için kullanıcı şebeke tarafından bir başka baz istasyonu/sektör üzerinden haberleştirilecektir.

Tablo-1 WiMAX standart özellikleri

Standart

802.16

Standart Yılı

Eylül 2001

802.16 a/REVd

803.16 e

802.16a Haziran 2003 802.16REVd Eylül 2004

Frekans Spektrumu 10-66GHz

<11GHz

<6 GHz

Haberleşme Özelliği

Doğrudan görüş hattı gerektirmekte

Bant Genişliği

28MHz’de 32-134Mbps 20MHz’de 75Mbps

5MHz’de 15Mbps’a kadar çıkabilir

Modülasyon Hareketlilik Kanal Bant Genişliği

QPSK,16QAM, 64QAM Sabit uygulamalar 20,25 ve 28MHz

Sabit ve taşınabilir uygulamalar

Hareketli uygulamalar

Hücre Yarıçapı

1.6-5 km

5-8 km Kule yüksekliği, verici gücü ve anten kazancına bağlı olarak 1.6-5 km 50km’ye kadar hizmet verebilir.

62 elektrik mühendisliği

Tablo-2 WiMAX Erişim Özelliklerinin karşılaştırılması

Erişim Özelliği

Kullanılan Cihaz

Konum/Hız

Bilgisayar

Tek/Sabit

Bilgisayar/Dizüstü Bilgisayar

Çoklu/Sabit

Dizüstü Bilgisayar

Çoklu/Yaya Hızında

Dizüstü Bilgisayar/ Kişisel Asistan(PDA)

Çoklu/Düşük Araç Hızında

Tam-Gezgin Erişim

Dizüstü Bilgisayar/ Çoklu/Yüksek Kişisel Asistan(PDA) Araç Hızında

Aktarma Özelliği 802.16-2004 802.16 e

Yumuşak Aktarma

Kullanıcının hareket halinde şebeke ile bağlantısını koparmadan haberleşmesinin mümkün olduğu erişim türüdür. Kullanıcı baz istasyonu/sektör değiştirdiğinde yeni bir oturum(session) otomatik olarak açılacaktır.

Kullanıcının cihazı ile birlikte sınırlı kapsama alanı içinde yaya hızıyla hareket ederek WiMAX şebekesi üzerinden haberleşmesinin sağlandığı erişim şeklidir. Bu erişim türünde hareket halinde hücre/sektör değişiminde aktarma gerçekleşir.

Kullanıcının kapsama alanı içinde hareketi sırasında gerçek zamanlı olmayan uygulamalar için aktarmanın gerçekleştiği erişim şeklidir. Tam gezgin erişim özelliği olan “yumuşak aktarma” özelliği geçerli olmadığı için gerçek zamanlı uygulamalarda istenilen performans elde edilemez.

Tam Gezgin Erişim

Yumuşak aktarma özelliği dolayısı ile yüksek araç hızlarında bile gerçek zamanlı uygulamaların yapılabildiği erişim şeklidir.

mümkün olduğunca ucuz yapılabilmesi için geliştirilmektedir.

WiMAX haberleşmesi yeni bir standart olarak 2001 yılında önerilmiş olduğundan mevcut bir standardın devamı/geliştirilmiş uygulaması olarak sunulmamıştır. Bunun sonucu olarak halen mevcut olan değişik standartlardaki haberleşme sistemleriyle uyumlu çalışması hedeflenmektedir.

WiMAX standartlarında gezginlik kavramı 802.16e standardıyla tanımlanmıştır. Buna karşılık 2. nesil hücresel gezgin haberleşme sistemleri (GSM) geliştirilerek uygulanan 3. nesil sistemler hem gezgin haberleşmeyi mümkün kılmakta hem de yüksek veri hızlarına ulaşılmaktadır.

WiMAX sistemleri mevcut haliyle devre anahtarlamalı sistemleri desteklememektedir. WiMAX haberleşmesi ses, veri ve video sinyallerinin paket anahtarlamalı ortamda gönderilmesi ile gerçekleşir. Bunlara ek olarak WiMAX sistemlerinde gerçek zamanlı gezgin haberleşme için gerekli aktarma teknikleri geliştirilmelidir.

WiMAX haberleşmesinde ulusal şebekeler arasında uyum ve birlikte çalışılabilirliğin yanı sıra uluslararası şebekelerde de haberleşmenin sağlanması gerekliliktir. Diğer yandan şebekeler arasında haberleşme için SIM kartı benzeri bir uygulama henüz olmadığından haberleşme sistemlerindeki güvenlik açıkları dikkate alınmalıdır.

Sonuç olarak WiMAX standardı mevcut telsiz haberleşme sistemlerinin rakibi değil tamamlayıcısı olarak gelişmektedir.

3. SONUÇ

IEEE 802.16 standardına göre 10-66GHz frekans aralığında haberleşecek olan WiMAX sistemleri yönlendirilmiş antenlerle yüksek hızda paket veri haberleşmesinin

Şekil-2 WiMAX Erişim Uygulamaları

<

elektrik mühendisliği 63