WiMAX

WiMAX puede proporcionar acceso a internet en el hogar o en dispositivos móviles en ciudades o países enteros. En muchos casos, esto ha generado competencia en mercados que tradicionalmente solo tenían acceso a través de un operador DSL (o similar) ya establecido.

Además, dados los costes relativamente bajos asociados al despliegue de una red WiMAX (en comparación con 3G , HSDPA , xDSL , HFC o FTTx ), ahora es económicamente viable proporcionar acceso a Internet de banda ancha de última milla en ubicaciones remotas.

WiMAX móvil se consideró una alternativa a tecnologías de telefonía celular como GSM y CDMA , o puede utilizarse como capa superpuesta para aumentar la capacidad. WiMAX fijo también se considera una tecnología de enlace troncal inalámbrico para redes 2G , 3G y 4G tanto en países desarrollados como en desarrollo. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

En Norteamérica, el backhaul para operaciones urbanas se proporciona normalmente a través de una o más conexiones de línea de cobre , mientras que las operaciones celulares remotas a veces se realizan mediante satélite. En otras regiones, el backhaul urbano y rural se proporciona generalmente mediante enlaces de microondas . (La excepción a esto es cuando la red es operada por un operador dominante con fácil acceso a la red de cobre). WiMAX tiene requisitos de ancho de banda de backhaul más sustanciales que las aplicaciones celulares tradicionales. En consecuencia, el uso de backhaul inalámbrico de microondas está en aumento en Norteamérica y los enlaces de backhaul de microondas existentes en todas las regiones se están actualizando. ^{[ 9 ]} Se están implementando rutinariamente capacidades de entre 34  Mbit/s y 1  Gbit/s ^{[ 10 ]} con latencias del orden de 1  ms.

En muchos casos, los operadores agregan sitios mediante tecnología inalámbrica y luego envían el tráfico a redes de fibra óptica donde les conviene. En esta aplicación, WiMAX compite con la radio de microondas , la línea eléctrica y la simple extensión de la propia red de fibra óptica.

WiMAX es compatible directamente con las tecnologías que hacen posibles las ofertas de servicios triple-play (como la calidad de servicio y la multidifusión ). Estas tecnologías son inherentes al estándar WiMAX, en lugar de ser añadidas como ocurre con Carrier Ethernet en Ethernet .

El 7 de mayo de 2008, en Estados Unidos, Sprint Nextel , Google , Intel , Comcast , Bright House y Time Warner anunciaron la puesta en común de un promedio de 120  MHz de espectro y se fusionaron con Clearwire para comercializar el servicio. La nueva compañía esperaba beneficiarse de la combinación de servicios y recursos de red para superar a sus competidores. Se esperaba que las compañías de cable proporcionaran servicios multimedia a otros socios, al tiempo que obtenían acceso a la red inalámbrica como operador móvil virtual (MVN) para ofrecer servicios triple play.

Algunos analistas del sector inalámbrico, como Ken Dulaney y Todd Kort de Gartner, se mostraron escépticos sobre el resultado del acuerdo: si bien la convergencia fijo-móvil era un factor reconocido en el sector, los intentos previos de formar alianzas entre empresas de telefonía móvil y cable generalmente no habían generado beneficios significativos para los participantes. Otros analistas de IDC, en cambio, se mostraron favorables al acuerdo, señalando que, a medida que la tecnología inalámbrica avanza hacia un mayor ancho de banda, inevitablemente compite de forma más directa con el cable, el DSL y la fibra óptica, lo que impulsa la colaboración entre los competidores. Asimismo, a medida que las redes de banda ancha inalámbrica se vuelven más densas y los hábitos de uso cambian, la necesidad de aumentar la capacidad de transporte y los servicios multimedia se acelera, por lo que se esperaba que aumentara la oportunidad de aprovechar los recursos de alto ancho de banda.

El Sistema Móvil de Comunicación Aeronáutica para Aeropuertos (AeroMACS) es una red inalámbrica de banda ancha para la superficie del aeropuerto, diseñada para conectar la torre de control, las aeronaves y los activos fijos. En 2007, AeroMACS obtuvo una asignación de frecuencia mundial en la  banda de aviación de 5 GHz. En 2018, existían 25 despliegues de AeroMACS en 8 países, con al menos otros 25 despliegues planificados. ^{[ 11 ]}

Los dispositivos de puerta de enlace WiMAX están disponibles en versiones para interiores y exteriores de fabricantes como Vecima Networks , Alvarion , Airspan , ZyXEL , Huawei y Motorola . La lista de redes WiMAX y el Foro WiMAX ^{[ 13 ]} proporcionan más enlaces a proveedores, productos e instalaciones específicos. Muchas de las puertas de enlace WiMAX que ofrecen estos fabricantes son unidades de interior autónomas de fácil instalación. Estos dispositivos suelen ubicarse cerca de la ventana del cliente con la mejor señal y proporcionan:

• Un punto de acceso Wi-Fi integrado para proporcionar conectividad a Internet WiMAX a múltiples dispositivos en el hogar o la empresa.
• Puertos Ethernet para conectarse directamente a un ordenador, router , impresora o DVR en una red cableada local.
• Una o dos tomas telefónicas analógicas para conectar un teléfono fijo y aprovechar la tecnología VoIP.

Las pasarelas interiores son prácticas, pero las pérdidas de señal de radio implican que el abonado puede necesitar estar mucho más cerca de la estación base WiMAX que con las unidades externas instaladas profesionalmente.

Las unidades exteriores tienen aproximadamente el tamaño de una computadora portátil y su instalación es comparable a la de una antena parabólica residencial . Una unidad exterior direccional de mayor ganancia generalmente ofrece un alcance y un rendimiento mucho mayores, pero con la desventaja obvia de una menor movilidad.

El USB permite la conectividad a una red WiMAX mediante un dongle . Generalmente, estos dispositivos se conectan a un ordenador portátil o netbook. Los dongles suelen tener antenas omnidireccionales con menor ganancia que otros dispositivos. Por ello, se recomienda su uso en zonas con buena cobertura.

HTC anunció el primer teléfono móvil con WiMAX habilitado , el Max 4G , el 12 de noviembre de 2008. ^{[ 14 ]} El dispositivo solo estuvo disponible en ciertos mercados de Rusia en la red Yota hasta 2010. ^{[ 15 ]}

HTC y Sprint Nextel lanzaron el segundo teléfono móvil con WiMAX habilitado, el HTC Evo 4G , el 23 de marzo de 2010 en la conferencia CTIA en Las Vegas. El dispositivo, disponible desde el 4 de junio de 2010, ^{[ 16 ]} es capaz de EV-DO (3G) y WiMAX (pre-4G), así como de sesiones simultáneas de datos y voz. Sprint Nextel anunció en el CES 2012 que ya no ofrecería dispositivos que utilizaran la tecnología WiMAX debido a circunstancias financieras; en su lugar, junto con su socio de red Clearwire , Sprint Nextel implementó una red 4G tras haber decidido migrar y utilizar la tecnología LTE 4G.

WiMAX se basa en la norma IEEE 802.16e-2005 , ^{[ 12 ]} aprobada en diciembre de 2005. Es un suplemento de la norma IEEE Std 802.16-2004, ^{[ 17 ]} por lo que la norma vigente es la 802.16-2004 modificada por la 802.16e-2005. Por lo tanto, estas especificaciones deben considerarse conjuntamente.

La norma IEEE 802.16e-2005 mejora la norma IEEE 802.16-2004 mediante:

• Se añade compatibilidad con la movilidad (transferencia suave y dura entre estaciones base). Este es uno de los aspectos más importantes del estándar 802.16e-2005 y constituye la base de WiMAX móvil.
• Escalado de la transformada rápida de Fourier (FFT) al ancho de banda del canal para mantener constante el espaciado de portadora en diferentes anchos de banda (normalmente 1,25  MHz, 5  MHz, 10  MHz o 20  MHz). El espaciado constante de portadora resulta en una mayor eficiencia espectral en canales anchos y una reducción de costes en canales estrechos. También conocido como OFDMA escalable (SOFDMA).  En el estándar se definen otras bandas que no son múltiplos de 1,25 MHz, pero dado que el número de subportadoras FFT permitido es solo 128, 512, 1024 y 2048, otras bandas de frecuencia no tendrán exactamente el mismo espaciado de portadora, lo que podría no ser óptimo para las implementaciones. El espaciado de portadora es de 10,94  kHz.
• Esquemas avanzados de diversidad de antenas y solicitud de repetición automática híbrida (HARQ).
• Sistemas de antenas adaptativas (AAS) y tecnología MIMO
• Subcanalización más densa, mejorando así la penetración en interiores.
• Introducción y comprobación de paridad de baja densidad (LDPC)
• Introducir la subcanalización de enlace descendente, lo que permite a los administradores intercambiar cobertura por capacidad o viceversa.
• Agregar una clase de calidad de servicio (QoS) adicional para aplicaciones VoIP

SOFDMA (utilizado en 802.16e-2005) y OFDM256 (802.16d) no son compatibles, por lo que habrá que sustituir los equipos si un operador quiere pasar al estándar más reciente (por ejemplo, de WiMAX fijo a WiMAX móvil).

La versión original del estándar en el que se basa WiMAX ( IEEE 802.16 ) especificaba una capa física que operaba en el  rango de 10 a 66 GHz. 802.16a, actualizado en 2004 a 802.16-2004, añadió especificaciones para el  rango de 2 a 11 GHz. 802.16-2004 fue actualizado por 802.16e-2005 en 2005 y utiliza acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal escalable ^{[ 18 ]} (SOFDMA), a diferencia de la versión de multiplexación por división de frecuencia ortogonal fija (OFDM) con 256 subportadoras (de las cuales se utilizan 200) en 802.16d. Las versiones más avanzadas, incluida 802.16e, también incorporan soporte para múltiples antenas a través de MIMO . (Véase WiMAX MIMO ) Esto aporta beneficios potenciales en términos de cobertura, autoinstalación, consumo de energía, reutilización de frecuencias y eficiencia de ancho de banda. WiMAX es la técnica pre-4G más eficiente energéticamente entre LTE y HSPA+ . ^{[ 19 ]}

El protocolo MAC de WiMAX utiliza un algoritmo de programación que permite que la estación abonada solo tenga que competir una vez para acceder a la red. Una vez autorizado el acceso, la estación base le asigna una ranura de acceso. Esta ranura puede ampliarse o reducirse, pero permanece asignada a la estación abonada, lo que impide que otros usuarios la utilicen. Además de ser estable ante sobrecargas y sobreutilización, el algoritmo de programación también optimiza el uso del ancho de banda . Asimismo, permite a la estación base controlar los parámetros de QoS equilibrando la asignación de ranuras de tiempo según las necesidades de la aplicación de la estación abonada.

Como estándar diseñado para satisfacer las necesidades de las redes de datos de próxima generación ( 4G ), WiMAX se distingue por su modulación de algoritmo de ráfaga dinámica, adaptable al entorno físico por el que viaja la señal de RF. La modulación se elige para ser más eficiente espectralmente (más bits por símbolo OFDM / SOFDMA ). Es decir, cuando las ráfagas tienen una alta intensidad de señal y una alta relación portadora a ruido más interferencia (CINR), se pueden decodificar más fácilmente mediante procesamiento digital de señales (DSP). Por el contrario, al operar en entornos menos favorables para la comunicación de RF, el sistema cambia automáticamente a un modo más robusto (perfil de ráfaga), lo que significa menos bits por símbolo OFDM/SOFDMA; con la ventaja de que la potencia por bit es mayor y, por lo tanto, se puede realizar un procesamiento de señal más sencillo y preciso.

Los perfiles de ráfaga se utilizan de forma inversa (algorítmicamente dinámica) a la baja atenuación de la señal; es decir, el rendimiento entre los clientes y la estación base depende en gran medida de la distancia. La distancia máxima se logra utilizando la configuración de ráfaga más robusta; es decir, el perfil con la mayor compensación en la asignación de tramas MAC, que requiere que se asignen más símbolos (una porción mayor de la trama MAC) para transmitir una cantidad determinada de datos que si el cliente estuviera más cerca de la estación base.

Se definen la trama MAC del cliente y sus perfiles de ráfaga individuales, así como la asignación de tiempo específica. Sin embargo, incluso si esto se realiza automáticamente, en la práctica se debe evitar la interferencia excesiva y los entornos con múltiples trayectos. Esto se debe a que un exceso de interferencia provoca un mal funcionamiento de la red y puede distorsionar su capacidad real.

El sistema es complejo de implementar, ya que requiere monitorizar no solo la intensidad de la señal y el CINR (como en sistemas como GSM ), sino también cómo se asignarán dinámicamente las frecuencias disponibles (lo que provoca cambios dinámicos en el ancho de banda disponible). Esto podría generar frecuencias saturadas con tiempos de respuesta lentos o pérdida de tramas.

En consecuencia, el sistema debe diseñarse inicialmente de común acuerdo con el equipo de producto de la estación base para proyectar con precisión el uso de la frecuencia, las interferencias y la funcionalidad general del producto.

La región de Asia-Pacífico ha superado a la región de América del Norte en términos de suscriptores de banda ancha inalámbrica 4G. Había alrededor de 1,7 millones de clientes pre-WiMAX y WiMAX en Asia (el 29 % del mercado total) en comparación con 1,4 millones en EE. UU. y Canadá. ^{[ 20 ]}

El Foro WiMAX ha propuesto una arquitectura que define cómo se puede conectar una red WiMAX con una red central basada en IP, que es la que suelen elegir los operadores que actúan como proveedores de servicios de Internet (ISP); sin embargo, las estaciones base WiMAX ofrecen capacidades de integración perfectas con otros tipos de arquitecturas, como las redes móviles de conmutación de paquetes.

La propuesta del foro WiMAX define una serie de componentes, además de algunas de las interconexiones (o puntos de referencia) entre ellos, etiquetados de R1 a R5 y R8:

• SS/MS: Estación de abonado/Estación móvil
• ASN: la red de servicios de acceso ^{[ 21 ]}
• BS: Estación base, parte de la ASN
• ASN-GW: la puerta de enlace ASN, parte de la ASN
• CSN: la red de servicios de conectividad
• HA: Home Agent, parte de CSN
• AAA: Servidor de autenticación, autorización y contabilidad , parte de CSN
• NAP: un proveedor de acceso a la red
• NSP: un proveedor de servicios de red

La arquitectura funcional se puede diseñar en diversas configuraciones de hardware en lugar de configuraciones fijas. Por ejemplo, la arquitectura es lo suficientemente flexible como para permitir estaciones remotas/móviles de distinta escala y funcionalidad, así como estaciones base de distintos tamaños (por ejemplo, femto, pico y mini, además de macro).

WiMAX 2.1 y versiones superiores pueden integrarse con una red LTE TDD y realizar transferencias desde/hacia LTE TDD. ^{[ 22 ]} WiMAX 3 amplía la integración a 5G NR . ^{[ 23 ]}

No existe un espectro licenciado global uniforme para WiMAX; sin embargo, el Foro WiMAX publicó tres perfiles de espectro licenciado: 2,3  GHz, 2,5  GHz y 3,5  GHz, en un esfuerzo por impulsar la estandarización y reducir los costos.

En EE. UU., el segmento más grande disponible era alrededor de 2,5  GHz, ^{[ 24 ]} y ya está asignado, principalmente a Sprint Nextel y Clearwire . En otras partes del mundo, las bandas más probables que se utilicen serán las aprobadas por el Foro, siendo 2,3  GHz probablemente la más importante en Asia. Algunos países de Asia, como India e Indonesia, utilizarán una combinación de 2,5  GHz, 3,3  GHz y otras frecuencias. Wateen Telecom de Pakistán utiliza 3,5 GHz. 

Las bandas de televisión analógica (700  MHz) podrían estar disponibles, pero se espera la transición completa a la televisión digital , y se han sugerido otros usos para ese espectro. En EE. UU., la subasta de la FCC para este espectro comenzó en enero de 2008 y, como resultado, la mayor parte del espectro fue para Verizon Wireless y la siguiente mayor para AT&T. ^{[ 25 ]} Ambas compañías declararon su intención de apoyar LTE , una tecnología que compite directamente con WiMAX. La comisaria europea Viviane Reding ha sugerido la reasignación del  espectro de 500 a 800 MHz para comunicaciones inalámbricas, incluyendo WiMAX. ^{[ 26 ]}

Los perfiles WiMAX definen el tamaño del canal, TDD/FDD y otros atributos necesarios para la interoperabilidad de los productos. Los perfiles fijos actuales están definidos para TDD y FDD. Actualmente, todos los perfiles móviles son solo TDD. Los perfiles fijos tienen tamaños de canal de 3,5  MHz, 5  MHz, 7  MHz y 10  MHz. Los perfiles móviles son de 5  MHz, 8,75  MHz y 10  MHz. (Nota: el estándar 802.16 permite una variedad mucho mayor de canales, pero solo los subconjuntos mencionados anteriormente son compatibles con los perfiles WiMAX).

Desde octubre de 2007, el Sector de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-R) decidió incluir la tecnología WiMAX en el conjunto de estándares IMT-2000. ^{[ 27 ]} Esto permite a los propietarios de espectro (específicamente en la banda de 2,5 a 2,69  GHz en esta etapa) utilizar equipos WiMAX en cualquier país que reconozca el IMT-2000.

WiMAX no puede ofrecer 70 Mbit/s a más de 50 km (31 millas) . Al igual que todas las tecnologías inalámbricas, WiMAX puede operar a velocidades de bits más altas o a distancias mayores, pero no ambas cosas a la vez. Operar al alcance máximo de 50 km (31 millas) aumenta la tasa de error de bits y, por lo tanto, resulta en una velocidad de bits mucho menor. Por el contrario, reducir el alcance (a menos de 1 km) permite que un dispositivo opere a velocidades de bits más altas.      

Un despliegue de WiMAX en toda la ciudad de Perth , Australia, demostró que los clientes en el borde de la celda con un equipo de cliente (CPE) en interiores suelen obtener velocidades de entre 1 y 4  Mbit/s, mientras que los usuarios más cercanos a la estación base obtienen velocidades de hasta 30  Mbit/s.

Como en todos los sistemas inalámbricos, el ancho de banda disponible se comparte entre los usuarios de un sector de radio determinado, por lo que el rendimiento podría verse afectado si hay muchos usuarios activos en un mismo sector. Sin embargo, con una planificación de capacidad adecuada y el uso de la calidad de servicio (QoS) de WiMAX, se puede garantizar un rendimiento mínimo para cada abonado. En la práctica, la mayoría de los usuarios dispondrán  de servicios con velocidades de entre 4 y 8 Mbit/s, y se añadirán tarjetas de radio adicionales a la estación base para aumentar el número de usuarios que pueden recibir servicio según sea necesario.

Varias empresas especializadas fabricaron circuitos integrados de banda base y circuitos integrados de radiofrecuencia para estaciones de abonado WiMAX en las  bandas de 2,3, 2,5 y 3,5 GHz (véase «Asignación de espectro» más arriba). Entre estas empresas se incluyen, entre otras, Beceem, Sequans y PicoChip .

Las comparaciones y la confusión entre WiMAX y Wi-Fi son frecuentes, ya que ambos están relacionados con la conectividad inalámbrica y el acceso a Internet. ^{[ 28 ]}

• WiMAX es un sistema de largo alcance, que cubre muchos kilómetros, y que utiliza espectro licenciado o no licenciado para proporcionar conexión a una red, en la mayoría de los casos a Internet.
• La conexión Wi-Fi utiliza las bandas de radiofrecuencia de 2,4  GHz y 5 GHz para proporcionar acceso a una red local. 
• La conexión Wi-Fi es mucho más popular en los dispositivos de usuario final.
• Wi-Fi funciona con el protocolo CSMA/CA de Control de Acceso al Medio , que no requiere conexión y se basa en la contención, mientras que WiMAX utiliza un protocolo MAC orientado a la conexión.
• WiMAX y Wi-Fi tienen mecanismos de QoS bastante diferentes:
  • WiMAX utiliza un mecanismo de calidad de servicio (QoS) basado en las conexiones entre la estación base y el dispositivo del usuario. Cada conexión se basa en algoritmos de programación específicos.
  • Wi-Fi utiliza acceso por contención : todas las estaciones suscriptoras que desean transmitir datos a través de un punto de acceso inalámbrico (AP) compiten por la atención del AP mediante interrupciones aleatorias. Esto puede provocar que las estaciones suscriptoras alejadas del AP sean interrumpidas repetidamente por estaciones más cercanas, lo que reduce considerablemente su rendimiento.
• Tanto el estándar IEEE 802.11 , que incluye Wi-Fi, como el IEEE 802.16 , que incluye WiMAX, definen redes ad hoc inalámbricas punto a punto (P2P) , donde un usuario final se comunica con usuarios o servidores en otra red de área local (LAN) mediante su punto de acceso o estación base . Sin embargo, el estándar 802.11 también admite redes ad hoc directas o punto a punto entre dispositivos de usuario final sin un punto de acceso, mientras que los dispositivos de usuario final del estándar 802.16 deben estar dentro del alcance de la estación base.

Aunque Wi-Fi y WiMAX están diseñados para situaciones diferentes, son complementarios. Los operadores de redes WiMAX suelen proporcionar una Unidad de Abonado WiMAX que se conecta a la red WiMAX metropolitana y ofrece conectividad Wi-Fi en el hogar o la empresa para ordenadores y smartphones. Esto permite al usuario colocar la Unidad de Abonado WiMAX en la zona con mejor recepción, como una ventana, y tener acceso a datos en toda su propiedad.

El lenguaje de especificación de pruebas TTCN-3 se utiliza para especificar pruebas de conformidad para implementaciones WiMAX. El conjunto de pruebas WiMAX está siendo desarrollado por un Grupo de Trabajo Especializado en ETSI (STF 252). ^{[ 29 ]}

El WiMAX Forum es una organización sin fines de lucro creada para promover la adopción de productos y servicios compatibles con WiMAX. ^{[ 30 ]}

Una función principal de la organización es certificar la interoperabilidad de los productos WiMAX. ^{[ 31 ]} Aquellos que superan las pruebas de conformidad e interoperabilidad obtienen la designación "WiMAX Forum Certified" y pueden mostrar esta marca en sus productos y materiales de marketing. Algunos proveedores afirman que sus equipos son "WiMAX-ready", "WiMAX-compliant" o "pre-WiMAX", si no cuentan con la certificación oficial del WiMAX Forum.

Otra función del Foro WiMAX es promover la difusión del conocimiento sobre WiMAX. Para ello, cuenta con un programa de formación certificado que actualmente se ofrece en inglés y francés. Además, organiza diversos eventos para sus miembros y apoya algunos eventos del sector.

WiSOA fue la primera organización global compuesta exclusivamente por propietarios de espectro WiMAX con planes para desplegar tecnología WiMAX en esas bandas. WiSOA se centró en la regulación, comercialización y despliegue del espectro WiMAX en los rangos de 2,3–2,5  GHz y 3,4–3,5  GHz. WiSOA se fusionó con la Wireless Broadband Alliance en abril de 2008. ^{[ 32 ]}

En 2011, la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones publicó tres estándares técnicos (TIA-1164, TIA-1143 y TIA-1140) que cubren los aspectos de interfaz aérea y de red central de los sistemas Wi-Max High-Rate Packet Data (HRPD) que utilizan una estación móvil/terminal de acceso (MS/AT) con un único transmisor. ^{[ 33 ]}