Stav na poli WiMAX technologií na českém území

U nás se pro tyto účely nejčastěji používají zařízení založená na standardech 802.11a/b/g, tedy Wi-Fi. Problémem je, že Wi-Fi technologie nebyly navrženy pro venkovní použití. Proto není možné plně rozvinout jejich potenciál a dosahovat přenosových rychlostí, které výrobci slibují.

Někteří výrobci proto začali vyrábět vlastní, vzájemně nekompatibilní zařízení určená pro venkovní použití. Vzájemná nekompatibilita a menší objemy výroby však nedovolují snížit výrobní náklady. Ceny těchto zařízení jsou zbytečně vysoké.

Pro zajištění vzájemné kompatibility bylo nutno vypracovat a schválit všeobecně platný standard. Proto bylo založeno sdružení WiMAX fórum. Jeho úkolem bylo vytvořit návrh normy 802.16, tedy standard pro venkovní bezdrátové sítě.

Po dlouhém vývoji mají dnes výrobci bezdrátových technologií k dispozici čipové sady odpovídající normě 802.16-2004. Přijat byl i standard 802.16e, který k původní normě přidává také možnost mobility. V současné době probíhají testy interoperability a první WiMAX certifikáty byly uděleny 19. ledna 2006.

WiMAX lepší než Wi-Fi?

Základním principem technologie Wi-Fi je komunikace na základě náhodného přístupu s možností kolizí (CSMA/CA). Při nevelkém rozsahu sítě, kde na sebe jednotlivé stanice “vidí”, to nemusí být překážkou. V případě rozlehlé sítě se však projeví nedostatky této technologie. Kolize jsou příliš časté a propustnost se rapidně snižuje. Obvykle se tento jev nazývá problémem skrytých stanic.

Norma 802.11a/b/g také neobsahuje podporu pro řízení toku dat na základě klasifikace typu provozu (QoS). To je nutné například pro bezproblémový přenos hlasové komunikace.

Wi-Fi zařízení pracují na frekvenci 2,4 GHz a 5 GHz. Zvláště pásmo 2,4 GHz je již velmi přetížené a často dochází ke vzájemným interferencím. Wi-Fi používá modulaci DSSS a novější zařízení také OFDM.

Naproti tomu WiMAX zařízení používají pro řízení přístupu centrální plánování (TDM/TDMA). Ke kolizím nedochází, protože základnová stanice má pod kontrolou veškerý provoz v síti. Podpora QoS pak dává možnost přenosu dat citlivých na zpoždění a výpadky, například hlasové služby.

WiMAX zařízení mohou pracovat v rozsahu 2 GHz až 11 GHz, používají modulaci OFDM s kmitočtovým (FDD) nebo časovým (TDD) duplexem. Při volbě pracovního kmitočtu je nutno respektovat nařízení místních národních regulátorů. V České republice je tímto regulátorem Český telekomunikační úřad (ČTÚ).

FDD, nebo TDD?

FDD (Frequency Division Duplexing) neboli kmitočtový duplex znamená, že pro vysílání je použit jiný kmitočet než pro příjem. Pro provoz takového zařízení je nutno vyhradit dvě kmitočtová pásma o stejné šířce. Odměnou nám může být možnost full duplexního provozu. Mohu tedy současně vysílat i přijímat.

Tento typ FDD je často označován zkratkou FD-FDD (Full Duplex - Frequency Division Duplexing). Pokud této možnosti zařízení nevyužívá, pak jen vzájemně přepíná mezi kmitočty pro vysílání a pro příjem. Jde tedy jen o half duplexní provoz označovaný zkratkou HD-FDD (Half Duplex - Frequency Division Duplexing)

TDD (Time Division Duplexing) čili časový duplex naopak využívá pouze jediného kmitočtu pro vysílání i příjem. Mohu tedy buď vysílat, nebo přijímat, ale nikoliv obojí současně. Odměnou nám je lepší využití kmitočtového pásma, zvláště při srovnání s HF-FDD.

Trendem moderní doby je využívání TDD. Málokterý uživatel vyžaduje stejnou kapacitu linky pro download a stejnou pro upload. Obvykle je vyžadována asymetrie provozu. Například 1 Mbps download a 512 kbps upload. Není příliš hospodárné vyhradit pro upload další kmitočet. Vhodným nastavením TDD časovače lze přesně pokrýt požadavky uživatelů i na jednom jediném kmitočtu.

Pro obhajobu FDD technologie je třeba říci, že za určitých okolností zmenšuje riziko vzájemných interferencí, zvláště v Point-to-Point sítích. WiMAX je však typická Point-to-Multipoint síť a pro minimalizaci interferencí je mnohem účinnější přesné plánování sítě.

Aktuální stav

V poslední době se množí stále více tiskových zpráv o nasazení WiMAX technologií. V době, kdy byly vydávány tyto tiskové zprávy, nebyla na trhu ještě žádná WiMAX certifikovaná zařízení. Stále probíhají testy interoperability a výrobci ověřují vzájemnou kompatibilitu svých zařízení.

Do první vlny testů výrobci dodali zařízení určená pro pásmo 3,5 GHz. Toto pásmo je ve většině zemí licencováno. To znamená, že národní regulátor přidělí žadateli kmitočet, na kterém může vysílat. Tak se zabrání vzájemnému rušení mezi jednotlivými provozovateli.

Podle tiskových zpráv se testování účastní následující výrobci:

Výrobci FDD zařízení:

• Airspan
• Axxcelera Broadband Wireless
• picoChip
• SEQUANS Communications

Výrobci TDD zařízení:

• Aperto Networks
• Axxcelera Broadband Wireless
• Proxim Wireless
• Redline Communications
• SEQUANS Communications
• Wavesat Inc.

Je zřejmé, že tradiční výrobci bezdrátových zařízení se soustřeďují na modernější TDD řešení. FDD produkty, zvláště FD-FDD, míří také do vyšších cenových kategorií. První WiMAX certifikáty byly uděleny právě TDD zařízením. Certifikát obdrželi následující výrobci a jejich produkty:

Situace v České republice

Jak již bylo řečeno, na trhu do nedávna nebyla žádná WiMAX certifikovaná zařízení, proto není v České republice spuštěna ani jedna WiMAX certifikovaná síť. Nicméně technologie typu WiMAX se rozvíjí i u nás. Provozovatelé mohou tato zařízení používat v pásmu 3,5 GHz na základě individuálních povolení podle všeobecného oprávnění ČTÚ VO-R/18/08.2005-30.

Provozovatel zařízení musí podat patřičně zpracovanou žádost na ČTÚ, a když má trochu štěstí, dostane přidělené duplexní pásmo o šířce 3,5 MHz. Má tak k dispozici vlastně dvě kmitočtová pásma, každé o šířce 3,5 MHz. Vzájemný odstup obou pásem je 100 MHz.

Na první pohled se může zdát, že vše je výborné. Je možno provozovat buď jedno zařízení typu FDD, nebo dvě zařízení typu TDD. Typ služeb, po kterých je v současné době poptávka, jasně ukazuje na výhody TDD řešení. Ale je tady jeden velký problém.

Všeobecné oprávnění ČTÚ VO-R/18/08.2005-30 nepřipouští použití TDD zařízení. Je zde přesně řečeno, která část pásma musí být využita pro download a která pro upload.

Obdobná situace nastala i v jiných evropských zemích. Prakticky všichni regulátoři kmitočtových pásem vycházeli z doporučení CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) z poloviny 90. let. V té době byla používána téměř výhradně FDD zařízení a nebyl důvod k úvahám o jiných typech rozdělení kmitočtového pásma.

Vývoj jde vpřed a je nutno se mu přizpůsobit. Poptávka na trhu a nové technologie ukázaly, že efektivnější využití kmitočtového pásma přinesou jedině TDD technologie. Vzhledem k tomu, že již je v provozu mnoho FDD zařízení, byly vypracovány studie, které řeší vzájemnou koexistenci TDD a FDD technologií. Bylo dokázáno, že koexistence možná je, a evropští regulátoři přistoupili k povolení provozu TDD zařízení.

Posledními zeměmi, kde není možné používat technologie typu TDD, jsou Maďarsko, Estonsko, Chorvatsko a Česká republika. V prvních třech jmenovaných zemích již proběhla úspěšná jednání o povolení TDD. Zbývá jen Česká republika. U nás ale již více než rok probíhají neúspěšná jednání o povolení TDD technologií. Zůstáváme tak jedinou zemí v Evropě, kde tato moderní zařízení nelze používat.

Bohužel tato situace nápadně připomíná tahanice o pásmo 5,4 GHz. ČTÚ velmi dlouho odolával tlaku na uvolnění tohoto pásma a způsobil značné zpoždění v uvádění těchto zařízení na náš trh.

Totéž nyní hrozí WiMAX technologiím. Cenově výhodná a všeobecně dostupná zařízení, která dokáží výrazně efektivněji využívat přidělené kmitočtové pásmo, jsou u nás zapovězena. Doplatí na to samozřejmě uživatelé internetu. Požadavky na upload jsou obvykle méně než poloviční oproti požadavkům na download. Velká část pásma tak zůstává při použití FDD technologií nevyužita. V případě použití HD-FDD je to dokonce polovina přiděleného kmitočtového pásma.

Český telekomunikační úřad byl na tyto skutečnosti již mnohokrát upozorněn, ale nejeví žádné známky toho, že by chtěl situaci řešit. Česká republika tak zůstává ostrůvkem uprostřed Evropy bez možnosti přístupu k moderním technologiím v licencovaném pásmu 3,5 GHz.

Miroslav Lednický, Avonet.cz

O vyjádření jsme požádali také Český Telekomunikační Úřad:

Obecně se jedná o problematiku širokopásmového bezdrátového přístupu, který je realizován:

a) provozovateli zařízení bez individuální autorizace (přidělení kmitočtu provozovateli) např. místních rádiových sítí ve vymezených pásmech 2,4 GHz a 5 GHz,
b) provozovateli zařízení, provozovaných na přidělených kmitočtech.

Ad a) V minulosti se zejména ze strany dodavatelů zařízení vyskytly výhrady vůči ČTÚ, že neumožnil využívat 5 GHz pásmo bez ohledu na skutečnost, že v dané době existující zařízení neodpovídala podmínkám Rozhodnutí CEPT/ERC/DEC/(99)23 a že bylo připravováno vydání závazných harmonizačních podmínek Rozhodnutím Evropské komise. Toto Rozhodnutí, tj. dokument 2005/513/ES ze dne 11. 7. 2005, bylo v České republice bezprostředně zavedeno všeobecným opatřením č. VO‑R/12/08.2005-34 vydaným ČTÚ (návrh byl zveřejněn 13. 6. 2005, opatření nabylo účinnosti k 1. 9. 2005). Díky tomu jsou v České republice uplatněna pravidla dávající provozovatelům rovné podmínky a možnost obsloužit maximální množství uživatelů při minimalizaci účinků rušení.

Ad b) ČR patří v oblasti širokopásmového přístupu využitím pásem 3,5 GHz, 26 GHz a 28 GHz k předním zemím v Evropě. Např. v pásmu 3,5 GHz provozuje zařízení pokrývající především větší města 55 provozovatelů, dva provozovatelé provozují celoplošné sítě. Rychlá přístupová síť na bázi TDD v pásmu 2 GHz zřizovaná společností T‑Mobile byla již spuštěna v Praze.

Rozhodovat o tom, která technologie má být podporována je bezpředmětné. Požadavek evropského regulačního rámce je jednoznačný – všechny technologie mají mít prostor pro soutěž, žádná nemá být protěžována. Nemá zde opodstatnění ani diskuse o výhodách a nevýhodách jednotlivých technologií (např. že s narůstající symetrií provozu se uváděná přednost TDD oproti FDD ztrácí), ani spory, zda provoz TDD je nebo není možný bez konkrétního uvádění pásma (viz výše uvedený provoz sítě T-Mobile).

Otázkou zůstává, jaký postup pro další rozvoj širokopásmových sítí má být zvolen, a v tom argumentace o situaci v jiných zemích nepomůže. Česká republika má totiž ojedinělé postavení v tom, že právě zmíněné pásmo 3,5 GHz se začalo intenzivně využívat již od roku 1999, takže je již ve velkých městech převážně obsazeno (zbývající úseky lze nalézt ve vyhledávací databázi na www.ctu.cz/main.php?pageid=76), ovšem technologie FDD a TDD nejsou kompatibilní, aby bylo možno zařízení provozovat bez stanovení podmínek náležitého geografického a kmitočtového oddělení.

Regulační opatření (VO-R/18/08.2005-30) stanovující pásma pro vysílání základnových stanic (download) a pro vysílání terminálů (upload) logicky vyplývá ze současného uspořádání pásma a má za cíl účinně chránit existující stanice v tomto pásmu provozované na základě řádného oprávnění, jakož i nerušený provoz zařízení více provozovatelů.

Udělování oprávnění k užívání rádiových kmitočtů není otázkou štěstí. Řídí se zákonem č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích a o změně některých souvisejících zákonů (zákon o elektronických komunikacích), respektuje historický vývoj v tomto pásmu a díky výše uvedené databázi je plně transparentní.

Sjednocení podmínek sdílení vč. možností použití dalších kmitočtových pásem není záležitost jen jediné země. Protože vývoj v řadě evropských zemí je podobný, je předmětem řešení organizace CEPT, v níž jsou zastoupeny telekomunikační správy 46 zemí. Výbor pro elektronické komunikace (CEPT/ECC) na svém zasedání 14. – 18. března 2005 rozhodl o ustavení pracovní skupiny JPT BWA (Broadband Wireless Access) k řešení těchto otázek. Průběžná zpráva skupiny byla poskytnuta Evropské komisi, a ta po projednání ve Výboru pro rádiové spektrum (RSC – Radio Spectrum Committee) vydala 10. 1. 2006 mandát CEPT, jímž zadala CEPT zpracování návrhu harmonizovaných opatření pro pásmo 3,5 GHz (s možností jeho rozšíření) a 5,8 GHz. To znamená, že záměrem je zavést výsledné řešení v zemích Evropské unie závazným dokumentem a jeho podmínky tedy budou určující i pro opatření přijímaná v České republice.

K řešení je třeba přistoupit systémově, harmonizovaně s ostatními zeměmi, nikoli příjímat jakákoliv řešení, na která by doplatili stávající uživatelé širokopásmových služeb a které by byly v rozporu s principy volné soutěže. Je např. vyloučeno porušování existujících práv na základě požadavků na „odebírání“ či „přemísťování“ kmitočtů stávajících provozovatelů a přijímání nesystémových opatření krátkodobé povahy.

V této souvislosti je třeba uvést, že Český telekomunikační úřad je zapojen do činnosti všech výše uvedených orgánů a podpora rozvoji širokopásmových přístupových sítí patří mezi jeho hlavní cíle.

Vývoj v oblasti BWA mohou zájemci lze sledovat jednak v dokumentech CEPT zveřejňovaných na www.ero.dk, jednak ve veřejných dokumentech z jednání RSC na severu informačního systému Evropské komise CIRCA http://forum.europa.eu.int/Public/irc/infso/Home/main.

Praha 27. ledna 2006

Ing. David S t á d n í k v.r.
předseda Rady
Českého telekomunikačního úřadu