thumb|Station WiMAX avec une antenne sectorielle.
WiMAX (acronyme pour ) désigne une norme de communication sans fil. Aujourd'hui, il est surtout utilisé comme système de transmission et d'accès à Internet à haut débit, portant sur une zone géographique étendue. Ce terme est également employé comme label commercial, à l'instar du Wi-Fi.
thumb|CPE WiMAX Alvarion.
Principes généraux WiMAX est défini par une famille de normes (IEEE 802.16) qui définissent une technique de transmissions de données à haut débit, par voie hertzienne. Le WiMAX Forum regroupe tous les acteurs (industriels, opérateurs, exploitants, diffuseurs...) impliqués dans cette série de normes.
WiMAX avait pour objectif de faire converger des normes et standards de réseaux sans fil précédemment indépendants : HiperMAN développé en Europe par l'ETSI () ou encore 802.16 développé par l'IEEE ().
WiMAX utilise plusieurs technologies de diffusion hertziennes destinées principalement avec une architecture dite « point-multipoint » : un ou plusieurs émetteurs/récepteurs centralisés couvrent une zone où se situent de multiples terminaux.
Le WiMAX procure des débits de plusieurs dizaines de mégabits par seconde sur une zone de couverture portant sur quelques dizaines de kilomètres au maximum. Le WiMAX s'adresse notamment au marché des réseaux métropolitains, le MAN () de HiperMAN mais également aux secteurs péri-urbains voire ruraux qui n'ont pas d'infrastructure téléphonique filaire exploitable.
Plusieurs normes et standards relèvent de l'acronyme WiMAX : certaines concernent les usages en situation fixe de type "boucle locale radio" (l'usager est équipé d'une station domestique et d'une antenne extérieure) ; les autres concernent une version mobile "802.16e" (connexion à haut débit en situation de mobilité) dont la première norme a été publiée par le WiMAX Forum début 2006.
WiMAX : un terme, plusieurs normes Un des objectifs fondateurs du WiMAX Forum est la volonté d'interopérabilité. Cet objectif est obtenu grâce à la normalisation et la certification qui représentent un des enjeux majeurs du WiMAX, à l'instar du succès obtenu par le Wi-Fi. WiMAX était défini pour exploiter une gamme de fréquences allant de 2 à - dans laquelle d'autres modes de transmission existent comme le Wi-Fi - autorisant des débits, des portées et des usages variés.
La multiplicité des bandes de fréquences, des différents débits exploités, de l'étendue des couvertures et d'applications envisageables représentait le principal écueil que devait surmonter cette famille de normes : selon différents points de vue, le WiMAX est tour à tour, un simple prolongement du Wi-Fi, le cœur de réseau du Wi-Fi, voire encore, la convergence du Wi-Fi et du réseau cellulaire de troisième génération (UMTS, dite « 3G »).
La famille 802.16 WiMAX réunit donc plusieurs normes, toutes à des états d'avancement différents, qui sont autant d'axes de travail du groupe IEEE 802.16.
Norme Description Publié Statut IEEE std 802.16-2001 définit des réseaux métropolitains sans fil utilisant des fréquences supérieures à (jusqu'à ) obsolètes IEEE std 802.16c-2002 définit les options possibles pour les réseaux utilisant les fréquences entre 10 et . IEEE std 802.16a-2003 amendement à la norme 802.16 pour les fréquences entre 2 et . IEEE std 802.16-2004 (également désigné 802.16d) il s'agit de l'actualisation (la révision) des normes de base 802.16, 802.16a et 802.16c. obsolète/actifs IEEE 802.16e (également désigné IEEE std 802.16e-2005) . actifs IEEE 802.16f Spécifie la MIB (Management Information Base), pour les couches MAC () et PHY () IEEE 802.16m Débits en nomade ou stationnaire jusqu'à et en mobile grande vitesse. Convergence des technologies WiMAX, Wi-Fi et 4G 2009 (IEEE 802.16-2009) actifs Les principales normes publiées au début de l'année 2005 sont indiquées en gras : a, d et e.
Historiquement conçue pour la partie 10- en 2001, la norme 802.16 a concerné par la suite les bandes 2- pour donner naissance, en 2003, à la norme 802.16a. En Europe, la gamme des a été retenue pour le déploiement du 802.16a ; aux États-Unis, les bandes choisies sont proches de celles exploitées par le Wi-Fi avec 2,4 et . Cette portion du spectre est celle qui concentre le plus d'applications et de développements au sein du WiMAX Forum.
Le 802.16a a été amendé depuis, par le 802.16-2004 ce qui d'un point de vue technique devrait entrainer l'abandon de la terminologie « a ». Conduite par le groupe de travail IEEE 802.16d, cette version amendée est parfois également appelée 802.16d.
En plus du 802.16-2004 qui représente le WiMAX du début d'année 2005, figure également le 802.16.2, un standard qui définit l'interopérabilité entre toutes les solutions 802.16 et les solutions (comme le Wi-Fi) qui sont présentes sur les mêmes bandes de fréquence.
Deux standards complémentaires ont également été publiés : « e » est considéré comme le plus avancé et le plus intéressant d'un point de vue commercial car il apporte la mobilité (permettant à la fois le passage d'un relais à l'autre ainsi qu'un fonctionnement embarqué en véhicule, lors de déplacements) « f », secondaire, lequel doit spécifier une MIB pour la gestion des couches MAC et physiques.
À ces standards, doivent s'ajouter certains tests de conformité dont certains ont été publiés ; notamment ceux portant sur les fréquences entre 10 et . Les tests concernant les fréquences entre 2 et ont été publiés dans un second temps.
Évolution et architecture du WiMAX La technologie BWA (Broadband Wireless Access) WiMAX basée sur la norme IEEE 802.16 est le résultat d’un important amendement proposé pour y ajouter la mobilité, ce qui a donné, en 2005, le système dit « Mobile WiMAX » (IEEE 802.16e). Un des objectifs majeurs est d’avoir une haute efficacité spectrale, c’est-à-dire un nombre élevé de bits transmis/s/Hz, dans un environnement où cohabitent plusieurs services ayant souvent des contraintes différentes. Ces contraintes peuvent porter sur le débit de données, le délai (moyen, maximal ou autre) et le taux d’erreur de transmission ou encore d’autres paramètres. Le système WiMAX cherche à atteindre cet objectif au prix d’un système proposé relativement complexe et très riche. WiMAX, technologie de communication mobile, conçue pour le WLAN (Wireless Local Area Network), est une norme de gestion de réseau sans fil qui a pour objectif l'interopérabilité des produits basés sur la norme IEEE 802.16. WiMAX définit un WLAN (Wireless Local Area Network), un énorme hot-spot qui fournit la connectivité sans fil large bande aux utilisateurs fixes, portatifs et nomades. Elle permet des communications sans visibilité qui sont une alternative au raccordement par câble, au système ADSL et aux hot-spots Wi-Fi. De ce fait, il devient une solution pour le développement de plateformes industrielles à large bande. Les produits peuvent être combinés avec d'autres technologies pour offrir l'accès large bande avec plusieurs scénarios possibles d'utilisation. La figure suivante montre un exemple de déploiement du système. thumb|Exemple de possibilités de déploiement de WiMAX.
Le WiMAX avait pour objectif de remplacer les autres technologies à large bande concurrentes du même segment pour devenir une solution pour le dernier kilomètre dans le déploiement des infrastructures d'accès dans des endroits avec des conditions difficiles pour les autres technologies ; par exemple là où le câble ou l’ADSL ne seraient pas rentables pour des raisons de coûts de déploiement ou d'entretien. Ainsi, le WiMAX tente de relever le défi en reliant des secteurs ruraux dans les pays en voie de développement tel que des services de sous zones métropolitaines. Le WiMAX mobile (IEEE 802.16e) a été un candidat malheureux aux réseaux cellulaires 4G () et pour le marché des terminaux associés (smartphones, tablettes), mais la norme de réseau mobile LTE a pris (en 2013 et 2014) une part dominante du marché des systèmes (réseaux et terminaux) 4G Gsacom.com, le 10 mars 2014.
Normes WiMAX La norme IEEE 802.16 a été initialement conçue pour les communications en visibilité directe (point à point, en ligne de vue) dans la bande des 10 - . Étant donné que les transmissions à hautes fréquences en visibilité indirecte sont difficiles, la spécification 802.16a a été conçue pour travailler dans une bande plus basse couvrant les fréquences de 2 à . La spécification IEEE 802.16d est une variante de la norme fixe IEEE 802.16a avec pour avantage principal l’optimisation de la puissance consommée par les dispositifs terminaux (Subscriber Station). La spécification IEEE 802.16-2004 inclut de nouvelles améliorations. La norme IEEE 802.16e est un amendement des spécifications de base 802.16-2004 qui visait le marché des terminaux mobiles par l’ajout du transfert intercellulaire. Les produits basés sur les normes IEEE 802.16-2004 et IEEE 802.16e sont conçus pour fonctionner parallèlement avec les anciens standards WiMAX.
Caractéristiques techniques du réseau WiMAX La norme IEEE 802.16 a été développée selon une architecture en couches au nombre de deux qui sont définies comme les couches PHY (physique) et MAC (Media Access Control) du modèle OSI (Open System Interface). La figure suivante illustre l’architecture de la norme IEEE 802.16.
Couche MAC / liaison de données Quelques fonctions incluant les données à transmettre dans les trames et le contrôle d'accès au milieu sans fil partagé sont associées avec le service à fournir aux abonnés. La couche de contrôle du moyen d'accès (MAC) située au-dessus de la couche physique, groupe les fonctions mentionnées.
La couche MAC originale est améliorée pour s'adapter aux caractéristiques multiples et aux services de la couche physique, s'adaptant aux contraintes des différents environnements. Elle est généralement conçue pour fonctionner avec les topologies de réseaux point à multipoint, avec une station de base pilotant simultanément des secteurs indépendants. Les algorithmes d'allocation d'accès et de bande passante doivent s'adapter à des centaines de terminaux par canal, qui peuvent être partagées par les multiples utilisateurs. Par conséquent, le protocole de la couche MAC définit comment et quand une station de base BS (Base Station) ou une station d'abonné SS (Subscriber Station) peut initialiser une transmission. Dans la liaison descendante DL (DownLink), il y a un émetteur seulement, et le protocole de la couche MAC de la norme 802.16-2004 emploie un mode TDM (Time Division Multiplexing) conçu pour multiplexer les données et qui est remplacé par une modulation OFDMA pour la variante la plus évoluée IEEE 802.16e. Dans la liaison montante UL (Up Link), de multiples stations d'abonnés (SS) se concurrencent pour accéder au milieu. Le protocole de la couche MAC 802.16-2004 applique la technique d'accès multiple par répartition dans le temps TDMA (Time Division Multiplexing Access), de ce fait il permet une utilisation efficace de la bande passante.