Sotto il marchio WiMAX sono raccolte tutte quelle periferiche che rispettano lo standard di comunicazione IEEE 802.16.

Questo utilizza lo stesso protocollo LLC o Logical Link Control delle reti IEEE 802.2 tanto che queste possono essere utilizzate per mettere in comunicazione più celle WiMAX. Come accade per la maggioranza degli standard di rete, anche WiMAX non è un concorrente della tecnologia Wi-Fi ma ne costituisce un complemento. Se quest´ultima infatti è utilizzata in ambito domestico per reti senza fili "LAN" (Local Area Network), WiMAX è intesa per un utilizzo decisamente più allargato, per reti esterne che potremmo definire "MAN" (Metropolitan Area Network).

Il funzionamento di WiMAX prevede la presenza di una stazione base con una antenna del tutto simile a quella dei ripetitori per telefoni cellulari.

Una tipica antenna trasmittente WiMAX

Tale ripetitore è in grado di diffondere verso qualunque direzione il segnale WiMAX che potrà essere recepito dal ricevitore sulla parete di casa piuttosto che da un apparato più complesso utile a fornire una linea T1 alle aziende e ancora dal chip di ricezione del nostro notebook o telefono cellulare.

Fonte Intel

Viste le premesse, appare ovvio aspettarsi da WiMAX prestazioni decisamente superiori a quelle fornite da una connessione Wi-Fi, sia che ubbidisca allo standard 802.11b che 802.11g.

* Solo con la versione attuale. Le versioni precedenti prevedevano possibili frequenze fra 2GHz e 66GHz

Anche se la banda di frequenze alle quali la tecnologia WiMAX può operare è molto ampia, lo standard si fissa su alcune di esse. In particolare sono appetibili quelle a 2,5GHz, a 3,5GHz e a 5GHz:

• Banda a 2,5GHz licenziata: utilizzata negli Stati Uniti dove la commissione FCC ha allocato 200MHz di spettro radio compreso fra 2,5GHz e 2,7GHz per servizi MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service).
• Banda a 3,5GHz licenziata: come per quella a 2,5GHz, anche per questa banda sono stati allocati 200MHz compresi fra 3,5GHz e 3,7GHz con i quali possono essere implementati servizi MMDS. Questa banda è stata scelta dalla maggior parte delle regioni del mondo compresa l´Italia.
• Banda a 3,5GHz non licenziata: disponibile negli Stati Uniti dove la commissione FCC ha aperto uno spettro radio ampio 50MHz fra 3,65GHz e 3,7GHz per servizi di WiMAX fisso.
• Banda a 5GHz non licenziata: anche questa banda è stata allocata sul territorio statunitense. Essa è ampia 555MHz ed è compresa fra 5,15GHz e 5,35GHz e fra 5,47GHz e 5,825GHz. Questo spettro è denominato Unlicensed National Information Infrastructure (U-NII) ed è lo stesso utilizzato per le connessioni 802.11a.

La tecnologia WiMAX è stata pensata per soddisfare esigenze di velocità e mobilità allo stesso tempo. In una ipotetica curva di confronto con le altre tecnologie di comunicazione senza fili WiMAX si piazza al centro:

L´utilizzo della tecnologia WiMAX per sostituire una connessione ADSL fornita attraverso un cavo è, come si vede dalla tabella, decisamente conveniente per l´utente finale in quanto egli potrebbe avere potenzialmente a disposizione una banda quasi 4 volte superiore, prendendo a riferimento una ADSL di fascia alta. Quello che accadrà, però, sarà sicuramente una condivisione della banda fra un certo numero di utenti: se ad esempio parliamo di connessioni verso abitazioni private, si potrebbe garantire un servizio con connessione da 1Mbit/s a ben 70 utenti. La cosa più importante, in questi casi, non è però la massima velocità offerta ma la potenziale maggiore penetrazione sul territorio: in zone dove non è conveniente o possibile arrivare con un cavo, i fornitori di accesso alla rete possono installare una antenna per coprire una vasta zona, con notevoli riduzioni di costi e maggiore convenienza del servizio.

Le tecnologie in competizione con WiMAX come quelle più recenti 3GPP per cellulari di quarta generazione 4G, 802.22 Cognitive Radio RAN (Rural Area Network) per aree non raggiunte da segnale su cavo e 802.20, meglio nota come High Speed Mobile Broadband Wireless Access (MBWA), utilizzano tutte costrutti molto simili quelli di WiMAX come le tecnologie multi-channel scalable OFDM. In termini di mercato, i principali competitor di WiMAX sono i sistemi UMTS e CDMA2000 oltre che quelli Internet HIPERMAN e WiBro.

I primi, CDMA2000 ed UMTS utilizzati nei telefoni cellulari 3G offrono un accesso di classe DSL ad Internet, in aggiunta ai servizi di fonia. La tecnologia UMTS prevede anche uno sviluppo in diretta concorrenza con WiMAX, noto come UMTS-TDD, il quale utilizza lo stesso spettro di frequenze di WiMAX e fornisce una migliore esperienza di WiMAX stesso nei casi in cui la banda massima si riduce.

I secondi, ovvero quegli standard "Internet oriented" come lo standard europeo HIPERMAN e quello coreano WiBro (Wireless Broadband) sono stati armonizzati come parte dello standard WiMAX e non sono dunque più visti come reali competitor ma come soluzioni complementari. Tutte le reti sviluppate oggi in Korea, ad esempio, sono compatibili con WiMAX. Per quanto concerne le tecnologie di connessione senza fili a corto raggio, non bisogna dimenticare quelle WiFi 802.11g che si sono molto diffuse negli ultimi anni all´interno di Internet Cafe, aeroporti, centri commerciali e così via.

Il protocollo standard IEEE 802.16 utilizzato per le connessioni WiMAX offre degli spunti di discussione molto interessanti. Esso definisce uno strato MAC, decisamente diverso da quello utilizzato per le connessioni Wi-Fi ed Ethernet, capace di supportare specifiche differenti per lo strato fisico (PHY). Le specifiche dei protocolli di connessione attualmente disponibili sono due, 802.16d e 802.16e. Il primo è relativo a connessioni punto-punto potendo garantire l´accesso ad un singolo ripetitore. Le connessioni verso questo tipo di standard saranno possibili solo da postazioni fisse ma anche da sistemi notebook: già entro il 2008 i computer portatili dovrebbero integrare un controller compatibile con connessioni WiMAX (questo chip è già incluso nella roadmap Intel relativa alle piattaforme Centrino di nuova generazione). In questo modo l´utente potrà connettersi, stando comunque fermo, anche fuori casa, nelle piazze, in un parco o nei centri commerciali.

Lo strato MAC del protocollo IEEE 802.16 prevede l´utilizzo della tecnica a schedatura. Al contrario, nelle connessioni Wi-Fi ed Ethernet viene implementata una tecnica di accesso a contesa. Ogni stazione che vuole avviare una comunicazione compete per ottenere l´"attenzione" del punto di accesso; quest´ultimo decide casualmente a chi offrire la possibilità di comunicare.

Con la tecnica a schedatura, la stazione che sottoscrive il servizio deve avanzare la sola richiesta di accesso iniziale alla rete. La stazione di base si preoccuperà, in seguito, di allocarle uno slot temporale che rimarrà sempre assegnato alla determinata stazione ma che può essere allungato o accorciato a seconda delle necessità. Le altre stazioni attenderanno di conseguenza il proprio turno. I vantaggi di un algoritmo di questo genere risiedono nella stabilità nei confronti del sovraccarico e nella maggiore efficienza rispetto alla larghezza di banda disponibile. Inoltre, grazie alla tecnica della schedatura, è possibile, per la stazione di base, avere un pieno controllo della qualità del servizio (QoS) attraverso un bilanciamento delle assegnazioni degli slot temporali fra le stazioni sottoscrittrici.

La prima versione delle specifiche dello standard 802.16 prevedeva frequenze di funzionamento comprese fra i 10GHz ed i 66GHz e una modalità di comunicazione a vista (LOS o Line-of-Sight). Questo significa che la comunicazione avviene solo se l´antenna trasmittente e quella ricevente si vedono proprio a causa della lunghezza d´onda dei segnali utilizzati. La versione più recente dello standard prevede l´operatività a frequenze comprese fra 2GHz e 11GHz; la maggiore lunghezza d´onda permette alle trasmissioni di avvenire anche non a vista (NLOS o Non-Line-of-Sight).

La versione dello standard che regola la mobilità della connessione WiMAX è noto come IEEE 802.16e. Esso prevede il funzionamento alle frequenze dei 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz e 5,8 GHz con modulazione ad accesso multiplo in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) utilizzando antenne omnidirezionali.

Grazie alla tecnica OFDM lo spazio delle frequenze disponibili è suddiviso in gruppi di portanti con sottocanali al fine di ridurre le interferenze fra le antenne e i dispositivi. Inoltre, lo standard 802.16e prevede la gestione del roaming e algoritmi per migliorare la gestione del passaggio da una stazione base ad un’altra senza perdita di connessione (hand-over). Infatto, a differenza della versione IEEE 802.16d, in questo caso l´apparecchio connesso alla rete non perde la connessione anche se l´utente è in movimento e nel suo percorso passa da una antenna trasmittente all´altra. Unica limitazione è nella massima velocità di switching, che non deve essere superiore ai 120Km/h (solo 10Km/h inferiore ai limiti massimi imposti per legge sul nostro territorio). Fatto salvo questo problema, che potrebbe essere comunque risolto in futuro, WiMAX garantirà una connessione permanente alla rete anche mentre si è in viaggio con la propria auto.