I de nordligaste utkanterna av Europa, närmare bestämt i Skellefteå, ska en ny, mycket lovande och intressant teknik testas under våren. Den kallas Wimax och ger en trådlös koppling till internet med hög överföringshastighet.

Redan i dag är Skellefteå ett eldorado för trådlös nätverksanslutning. Där finns ett 80-tal trådlösa accesspunkter som förvandlar hela innerstaden till en enda stor hotspot som täcker såväl citykärnan som marinan och campingplatsen. Universitetsstudenterna i staden får surfa gratis medan andra kan köpa ett skrapkort som kostar 20 kronor och ger trådlös tillgång till internet i 24 timmar.

Nästa steg är att ge kommunens samtliga 71 000 invånare tillgång till bredband.
- Och det är ingen lätt uppgift med tanke på att kommunens yta är 7 200 kvadratkilometer. Många mindre orter i kommunen har inte tillgång till bredband i dag eftersom det är för dyrt med befintlig teknik, säger Göran Eriksson, chef för Mobile City, som är ett EU-finansierat projekt där industriföretag och universitet samverkar kring forskning och utveckling av produkter och tjänster för trådlös kommunikation.

Att använda samma trådlösa lösning som i Skellefteås innerstad är inget alternativ, räckvidden med 802.11 är helt enkelt för liten. Hur stor räckvidden uppges vara varierar från tillverkare till tillverkare. Apple säger att företagets Airport Extreme, som använder 802.11g, har en räckvidd som gör att man kan befinna sig 15 meter från basstationen och få en överföringshastighet på 54 megabit per sekund. Med en överföringshastighet på 11 megabit per sekund ökar räckvidden till 45 meter. Utomhus, med fri sikt mellan sändare och mottagare, blir räckvidden kanske ett par hundra meter. För att täcka Skellefteå kommun skulle det behövas ett enormt antal basstationer, som dessutom måste vara förbundna med ett stamnät på något sätt.

Lösningen på problemet är en ny standard för trådlösa nätverk - Wimax eller 802.16d som den egentligen heter. Wimax står för Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum och är en sammanslutning som ska säkerställa att utrustning från olika tillverkare kan användas tillsammans, på samma sätt som Wi-Fi Alliance ska garantera att en godkänd 802.11-produkt från en tillverkare fungerar med andra godkända produkter. I media kallas dock 802.16d ofta för Wimax, vilket vi också har valt att göra.

Räckvidden är huvudsaken
Det är det internationella standardiseringsorganet IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) som tagit fram 802.16d. Samtidigt har ETSI (European Telecomunication Standardisation Institute) tagit fram en mycket snarlik standard vid namn Hiperman. Ett av målen med Wimax är att skapa en standard som omfattar både 802.16d och Hiperman.

Den stora nyheten med Wimax är inte överföringshastigheten utan räckvidden. Som vi redan nämnt har 802.11 en räckvidd på som mest ett par hundra meter. Wimax har en räckvidd på upp till 50 kilometer, åtminstone i teorin.

Den här kategorin av radioteknik kallas ibland för BWA, vilket står för Broadband Wireless Access. Ett annat namn är FWA eller Fixed Wireless Access som på svenska översätts till fast yttäckande radioaccess. Ibland kallas Wimax även för Wireless MAN vilket står för Metropolitan Area Network. En tredje benämning är wider-fi, som indikerar att tekniken bygger vidare på wi-fi men har större räckvidd.
- Tekniken innebär stora möjligheter, dels för länder som Sverige där befolkningen är spridd på stora ytor, dels för länder där kommunikationsinfrastrukturen fortfarande är dåligt utbyggd, säger Göran Eriksson på Mobile City.

Förespråkarna för Wimax menar att tekniken har flera tänkbara användningsområden. Wimax kan till exempel användas för att skapa bredbandsförbindelser direkt till företag eller hushåll. En enda basstation ska kunna förse flera hundra företag och hushåll med bredband. Med Wimax kan operatören använda olika typer av servicenivåer. Man skulle kunna tänka sig att företag, som betalar en högre abonnemangsavgift, får en viss garanterad överföringshastighet medan hushåll, som betalar en lägre månadsavgift, får en lägre, ej garanterad, överföringshastighet.

Wimax kan även användas för att koppla samman 802.11-hotspots med operatörens stamnät. Användningen av vanligt trådlöst nätverk har exploderat under de senaste åren. Med Wimax skulle det bli ännu enklare att bygga nya hotspots. I Skellefteå skulle man kunna tänka sig att det i en by finns en eller flera hotspots som använder 802.11 och att dessa med hjälp av Wimax är förbundna med fiberstamnätet som är draget i Skellefteås innerstad.

Spretig standard
På sikt kan det även komma trådlösa hybridnät. Är du i närheten av en hotspot med 802.11, är du ansluten till den, men när du inte är nära en hotspot ansluts du till närmaste Wimax-basstation.

802.16 är en spretig standard. Radiosändningar kan ske på en lång rad olika frekvensutrymmen, där vissa frekvenser är fria medan andra kräver tillstånd för drift av radionät. Standarden kan också använda olika tekniker för att styra hur sändare och mottagare delar på radioresurserna och även flera olika modulationstekniker. Dessutom kan radiokanalens bredd variera.

Den första versionen av standarden heter 802.16c men kallas ofta kort och gott för 802.16. Den är avsedd att användas i frekvensområden mellan 10 och 66 gigahertz. Som jämförelse kan sägas att 802.11 använder frekvenser kring 2,4 respektive 5,2 gigahertz.
- De frekvensområden som det utvecklas utrustning för nu är områdena kring 26 och 28 gigahertz, säger Niclas Löwendahl, forskningsingenjör på Teliasonera Mobile Networks.

Dessa frekvensområden är licensbelagda i nästan hela världen. Ett företag som vill erbjuda 802.16c i Sverige måste alltså ha en licens från Post- och telestyrelsen. 802.16c ger en mycket hög överföringshastighet på upp till 134 megabit per sekund. Men den höga radiofrekvensen gör att sändare och mottagare måste "se" varandra. Det får alltså inte vara några hus, träd, kullar och liknande som skymmer sikten mellan dem. Avståndet mellan basstation och mottagare kan typiskt vara två till fem kilometer.

Den standard som förknippas med Wimax är 802.16a eller 802.16d, som är en mindre revidering av 802.16a. I Skellefteå kommer man att använda utrustning som bygger på den standarden. 802.16d är avsedd att använda frekvensområden mellan 2 och 11 gigahertz. Enligt Niclas Löwendahl är det frekvensområdet kring 3,5 gigahertz som är mest intressant i Europa. Det området är licensbelagt i Europa medan det i USA används för militärt bruk. Där är området kring 2,5-2,7 gigahertz mer intressant.
- Ytterligare ett frekvensområde som nämns i samband med Wimax är 5,8 gigahertz. Det området är mest intressant i USA. I Europa finns det för närvarande begränsningar i hur hög uteffekt som får användas, vilket i praktiken gör det frekvensområdet ointressant, säger Niclas Löwendahl.

802.16d kan även använda frekvensområdet kring 2,4 gigahertz, som redan i dag används av vanliga trådlösa nätverk.
- Men det vore inte så lyckat, säger Niclas Löwendahl. Det frekvensområdet är sprängfullt med 802.11-utrustning. Skulle man använda 802.16d i samma geografiska område skulle kapaciteten i båda typerna av nätverk sjunka drastiskt.

Teoretisk räckvidd fem mil
Den stora skillnaden gentemot 802.16c är att d-varianten stöder det som på engelska kallas för "non line of sight", alltså att sändare och mottagare inte behöver vara synliga för varandra. Med 802.16d ska räckvidden vara upp till 50 kilometer. Det ska alltså gå att sitta flera mil från basstationen och ändå få tillgång till trådlöst bredband.
- Men det är bara nys, i praktiken är räckvidden betydligt kortare, säger Niclas Löwendahl. Med en lång räckvidd sjunker överföringshastigheten och vice versa. 802.16d har en maximal överföringshastighet på 75 megabit per sekund. Men då är räckvidden kanske en kilometer, om mottagaren inte är inomhus och om det i princip är fritt synfält mellan sändare och mottagare. Med en överföringshastighet på 25 megabit per sekund får man en räckvidd på några kilometer.

Med 802.16d kan bredden på en radiokanal vara upp till 20 megahertz.
- Ju bredare kanal, desto mer data kan överföras samtidigt. Men ju bredare kanalen är, desto högre blir brusnivån och risken för störningar, säger Niclas Löwendahl. Med en viss given signalstyrka blir räckvidden kortare med en bred kanal än med en smal.

En operatör som inför 802.16d kan därför välja att använda smalare kanaler för att få längre räckvidd. Detta sker då på bekostnad av överföringshastigheten, som blir lägre.

I förra numret kunde du läsa om hsdpa eller 3.5g som är en vidareutveckling av dagens 3g-nät. En av nyheterna i hsdpa är adaptiv modulation. Samma teknik används i 802.16d. Det innebär att radiosändaren väljer hur pass effektivt data ska moduleras på bärvågen och vilken kodhastighet som ska användas beroende på hur långt från sändaren mottagaren är.

Som vi nämnde i förra numret skickas data som så kallade symboler. En symbol representerar en viss kombination av ettor och nollor. Ju fler symboler som kan användas, desto fler bit-kombinationer kan beskrivas och desto mer data kan överföras samtidigt.

I 802.16d används tre modulationsmetoder: qpsk (Quadrature Phase Shift Keying), 16qam (16-Quadrature Amplitude Modulation) samt 64qam. Med qpsk används fyra olika symboler som var och en beskriver två databitar. Med 16qam används 16 olika symboler, som var och en representerar en viss kombination av fyra ettor och nollor. Med 64qam används 64 olika symboler, där varje symbol beskriver åtta databitar.

Qpsk är alltså den modulationsmetod som är minst effektiv för dataöverföring medan 64qam är den mest effektiva metoden. Omvänt är 64qam mest känslig för störningar. Eftersom den symbol som tagits emot kan vara en av 64 olika (i stället för en av fyra olika som med qpsk) är det svårare för mottagaren att veta vilken symbol det var som skickades.

Traditionell radio använder en enda bärvåg för att skicka information. Skulle den bärvågen störas påverkas hela sändningen. 802.16d sänder i stället data med en teknik som kallas för ofdm eller Orthogonal Frequency Division Multiplexing. Den innebär att data sänds samtidigt i ett stort antal underbärvågor. En störning som påverkar en eller ett par underbärvågor påverkar förhoppningsvis inte övriga bärvågor, vilket gör att sändningen blir mindre känslig för enstaka störningar.

Skulle en störning inträffa kan man med hjälp av felkorrigerande koder eventuellt återskapa förlorade data utan att informationen behöver sändas om. Precis som hsdpa kan 802.16d använda olika moduleringsmetoder och kodhastigheter beroende på hur bra mottagningsförhållandena är.

Är mottagaren nära basstationen används moduleringsmetoden 64qam och kodhastigheten 3/4 (för tre bitar information skickas fyra kodade bitar). Med en kanalbredd på 20 megahertz blir överföringshastigheten 75 megabit per sekund.

Befinner sig mottagaren långt ifrån basstationen, som kanske dessutom är skymd av hus, träd och liknande, används moduleringsmetoden qpsk och en långsam kodhastighet på 1/2 (för en bit information skickas två kodade bitar). Med den mindre effektiva moduleringen och den långsammare kodhastigheten sjunker överföringshastigheten till 16 megabit per sekund.
- Wimax är bättre än 802.11 men inte så mycket bättre, säger Niclas Löwendahl. Wimax kommer inte att slå ut 802.11. Det scenario jag tror mycket på är att man som slutanvändare är ansluten till 802.11 och att dessa nätverk är anslutna till stamnätet via 802.16.

Nämnas bör att Telia har licens att driva radionät i frekvensområdena kring 3,5 och 26 gigahertz, alltså två av de frekvensområden som kan bli aktuella för 802.16.

IEEE arbetar även med en vidareutveckling av 802.16d. Den blivande standarden går under namnet 802.16e och kan bli riktigt intressant. Den stora nyheten i 802.16e är stöd för mobila användare och för roaming mellan basstationer. Med roaming menas att en användare som lämnar en basstations täckningsområde automatiskt ansluts till nästa basstation utan att överflyttningen märks. Överföringshastigheten ska bli upp till 70 megabit per sekund. Även här gäller det att ta den uppgivna hastigheten med en stor nypa salt.

Intel gillar Wimax
IEEE arbetar dessutom med ytterligare en standard, 802.20, för mobila nätverk med hög överföringshastighet. Den standarden ligger dock längre fram i tiden. Enligt uppgift har arbetet med 802.20 sinkats av interna motsättningar i arbetsgruppen.

En av de varmaste förespråkarna för Wimax är Intel. I ett tal som företagets operative chef Paul Otellini höll vid årets 3GSM World Congress i Cannes framgår att Intel år 2006 avser att ha stöd för Wimax i sin Centrinoplattform. Två år senare, år 2008, räknar Otellini med att 60 procent av alla bärbara datorer kommer att ha stöd för Wimax.

I en presentation som hölls av Wimax Forum i januari i år sade man att den första "plug-festen" ska hållas i november eller december i år och att man i december kommer att påbörja certifieringen av Wimaxkompatibla produkter. Därefter ska de första Wimaxprodukterna komma ut på marknaden. På en "plug-fest" testar olika tillverkare sina produkter för att se om de kan användas tillsammans.
- De första Wimaxgodkända produkterna kommer att dyka upp i början av nästa år, säger Anders Huge, chef för Intels Wireless Competence Center i Sverige. Produkterna som lanseras under första halvan av 2005 kommer att kräva utomhusmottagare. Under andra hälften av 2005 kommer produkter där mottagaren kan stå inomhus. Året efter, år 2006, kommer de första produkterna för 802.16e.

Än så länge finns det alltså inga färdiga Wimaxprodukter för allmänheten. I Skellefteå kommer man att använda prototyputrustning som sänder i frekvensområdet 5,8 gigahertz. Pilotprojektet i Skellefteå ska pågå under våren och utvärderas under hösten.
- Vi kommer inte bara utvärdera Wimax ur ett tekniskt perspektiv utan även ta reda på vad trådlöst bredband kan innebära för de som bor i glesbygden, säger Göran Eriksson på Mobile City.

Av Per Lövgren

Artikeln finns publicerad i MikroDatorn nummer 10/2004 som finns i butik nu.

Fakta

Det finns flera användningsområden för Wimax, menar förespråkarna. Det kan användas för att förse företag och hushåll med bredband, till exempel på platser där befolkningen är spridd över stora ytor eller i länder där kommunikationsinfrastrukturen är dåligt utbyggd. Wimax kan också användas för att koppla samman hotspots med stamnätet. I framtiden blir det kanske möjligt att automatiskt växla över till Wimax om man befinner sig utanför en hotspots täckningsområde.

802.16c (som också kallas för 802.16) sänder i höga frekvensområden och ger en överföringshastighet på upp till 134 megabit per sekund. Sändare och mottagare måste dock vara synliga för varandra. 802.16d sänder i lägre frekvensområden. Det ger lägre överföringshastighet men å andra sidan krävs inte fritt synfält mellan sändare och mottagare.