ترددات وطبقات خدمة الاتصالات WiMAX

تعتمد خدمة “WiMAX” على معيار “IEEE 802.16” الذي يتيح تقديم خدمات النطاق العريض اللاسلكية في أي وقت وفي أي مكان، كما يمكن أن تستوعب منتجات “WiMAX” نماذج الاستخدام الثابتة والمتنقلة، حيث تم تطوير معيار “IEEE 802.16” لتوفير اتصال غير خط البصر “LoS” بين محطة المشترك والمحطة الأساسية بنصف قطر خلوي نموذجي من ثلاثة إلى عشرة كيلومترات، كما يجب أن تخضع جميع المحطات الأساسية ومحطات المشتركين التي تكون متوافقة مع “WiMAX” لعملية اختبار “WiMAX Forum Certified”.

ترددات نظام WiMAX:

يعطي معيار “IEEE 802.16 WiMAX” القدرة على نقل البيانات باستخدام نطاقات تردد لاسلكية متعددة النطاق العريض، كما حدد معيار “802.16a” الأصلي الإرسال في النطاق “10 – 66 جيجا هرتز”، لكن “802.16d” سمح بترددات أقل في النطاق من “2 إلى 11 جيجا هرتز”، حيث تعني الترددات المنخفضة المستخدمة في المواصفات اللاحقة أنّ الإشارات تتعرض بدرجة أقل من التوهين، وبالتالي فهي تقدم نطاقاً محسناً وتغطية أفضل داخل المباني.

كما يجلب هذا العديد من الفوائد لأولئك الذين يستخدمون روابط البيانات هذه داخل المباني ويعني أنّ الهوائيات الخارجية غير مطلوبة، كما يوجد نطاقات مختلفة لتطبيقات “WiMAX” في أجزاء مختلفة من العالم، حيث أنّ الترددات المستعملة بشكل شائع هي “3.5 جيجاهرتز” و”5.8 جيجاهرتز” لـ “802.16d” و”2.3 جيجاهرتز” و”2.5 جيجاهرتز” و3.5 جيجاهرتز جيجاهرتز” لـ “802.16e”.

• “WiMAX” هي اختصار لـ “Worldwide Interoperability for Microwave Access”.

• “IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association”.

• “LoS” هي اختصار لـ “line of sight”.

أنواع طبقات نظام WiMAX:

أولاً: طبقة “MAC WiMAX”:

تم إنشاء “IEEE 802.16 MAC” لتطبيقات الوصول اللاسلكي عريض النطاق من نقطة إلى عدة نقاط، كما تُعد المهمة الأساسية لطبقة “WiMAX MAC” هي إتاحة واجهة بين طبقات النقل الأعلى والطبقة المادية، حيث تطلب طبقة “MAC” الحزم من الطبقة العليا، وتسمى هذه الحزم وحدات بيانات خدمة “MAC” أي “MSDUs” وترتبها في وحدات بيانات بروتوكول “MAC” أي “MPDUs” للإرسال من خلاال الهواء أمّا بالنسبة لعمليات الإرسال المستلمة، تقوم طبقة “MAC” بالعكس.

يتضمن إنشاء “IEEE 802.16” وكذلك “IEEE 802.16e MAC” على طبقة فرعية للتجميع وتستطيع الارتباط مع مجموعة مختلفة من بروتوكولات الطبقة الأعلى، مثل “ATM TDM Voice” و”Ethernet” و”IP” وأي بروتوكول متطور غير معروف، كما تم إنشاء “802.16 MAC” لتطبيقات نقطة إلى عدة نقاط “PMP” وهو يرتبط في الوصول المتعدد لاستشعار الاصطدام مع الابتعاد عن الاصطدام “CSMA / CA”.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control” و”PMP” هي اختصار لـ “Point to Multipoint Point”.

• “MSDUs” هي اختصار لـ “MAC Service Data Units” و”MSDUs” هي اختصار لـ “MAC Protocol Data Units”.

• “ATM” هي اختصار لـ “Asynchronous Transfer Mode” و”TDM” هي اختصار لـ “Time Division Multiplexing”.

• “CSMA / CA” هي اختصار لـ “Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance” و”IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

ميزات طبقة “MAC WiMAX”:

• التحكم في مفتاح السرية “PKM” لحماية “MAC”، حيث يحتوي المعيار الثاني من “PKM” مساندة بروتوكول “EAP”.

• البث ودعم البث المتعدد.

• بدائل قابلية الإدارة.

• أساسيات التسليم عالي السرعة والتحكم في التنقل.

• ثلاثة مستويات للتحكم في الطاقة هي التشغيل العادي والسكون والخمول.

• إخماد “suppression” الرأس والتعبئة والتجزئة من أجل الاستعمال الفعال للطيف.

• يتضمن خمس فئات خدمة هي خدمة الإعطاء غير الضرورية “UGS” وخدمة الاقتراع في الوقت المحدد “rtPS” وخدمة “nrtPS” و”BE” وخدمة “ERT-VR”.

هذه الميزات جنباً إلى جنب مع الفوائد الموجودة في “OFDMA” القابل للتطوير تجعل “802.16” مناسباً للبيانات عالية السرعة و”IP multimedia applications” المتزامنة، كما يُعد مساندة “QoS” جزءاً مهماً من إنشاء طبقة “WiMAX MAC”، حيث تقتبس “WiMAX” بعض الأفكار الأساسية وراء تصميم “QoS” من معيار مودم كابل “DOCSIS”.

كما يتم الحصول على تحكم قوي في جودة الخدمة “QoS” باستعمال هيكل “MAC” موجهة للاتصال، كما يتم إدارة جميع اتصالات الوصلة الهابطة واتصالات الوصلة الصاعدة من خلال خادم “BS”، وتخصص “WiMAX” أيضاً مفهوماً لتدفق الخدمة، حيث إنّ تدفق الخدمة هو تدفق أحادي الاتجاه للحزم مع مجموعة محددة من معلمات “QoS” ويتم تعيينه بواسطة معرف تدفق الخدمة “SFID”.

ملاحظة:“PKM” هي اختصار لـ “Privacy key management” و”EAP” هي اختصار لـ “Extensible Authentication Protocol”.

ملاحظة:“UGS” هي اختصار لـ “Unsolicited Grant Service” و”rtPS” هي اختصار لـ “real-time Polling Service”.

ملاحظة:“nrtPS” هي اختصار لـ “non-real Time Polling Service” و”BE” هي اختصار لـ “Best Effort”.

ملاحظة:“ERT-VR” هي اختصار لـ “Extended Real Time Variable Rate” و”OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal Frequency Division Multiple Access”.

ملاحظة:“DOCSIS” هي اختصار لـ “Data Over Cable Service Interface Specification” و”QoS” هي اختصار لـ “Quality of Service”.

ملاحظة:“BS” هي اختصار لـ “Base Station” و”SFID” هي اختصار لـ ” Service Flow Identifier”.

ثانياً: الطبقة المادية في WiMAX:

تعتمد الطبقة المادية “WiMAX” على مضاعفة تقسيم التردد المتعامد “OFDM“، حيث أنّه مخطط الإرسال المختار؛ لتمكين اتصالات البيانات عالية السرعة والفيديو والوسائط المتعددة ويستخدم بواسطة مجموعة متنوعة من أنظمة النطاق العريض التجارية، بما في ذلك “DSL” و”Wi-Fi” و”DVB-H” و”MediaFLO” إلى جانب “WiMAX”، كما أنّ تعدد الإرسال بتقسيم التردد العامودي “OFDM” هو مخطط أنيق وفعال للإرسال بمعدل بيانات مرتفع في بيئة راديوية غير خطية أو متعددة المسارات.

1- التعديل والتشفير التكيفي في “WiMAX”:

يدعم “WiMAX” مجموعة متنوعة من مخططات التشكيل والتشفير ويسمح للمخطط بالتغيير على أساس رشقة على حدة لكل وصلة واعتماداً على ظروف القناة، حيث باستخدام مؤشر التغذية الراجعة على جودة القناة، كما يمكن للهاتف المحمول تزويد المحطة الأساسية بتعليقات على جودة قناة الوصلة الهابطة، أمّا بالنسبة للوصلة الصاعدة يمكن للمحطة الأساسية تقدير جودة القناة، بناءً على جودة الإشارة المستقبلة.

2- معدلات بيانات طبقة PHY:

نظراً لأنّ الطبقة المادية لـ “WiMAX” مرنة تماماً، فإنّ أداء معدل البيانات يختلف بناءً على معلمات التشغيل، والمعلمات التي لها تأثير كبير على معدل بيانات الطبقة المادية هي عرض نطاق القناة ومخطط التشكيل والتشفير المستعمل، أمّا المعلمات الأخرى، مثل عدد القنوات الفرعية ووقت الحارس “OFDM” ومعدل الاعتيان الزائد، لها تأثير أيضاً.

• “DVB-H” هي اختصار لـ “Digital Video Broadcast Handheld”.

• “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal Frequency Division Multiple”.

• “DSL” هي اختصار لـ “Digital Subscriber Line”.

• “Wi-Fi” هي اختصار لـ “Wireless Fidelity”.

• “Media FLO” هي اختصار لـ “Media Forward Link Only”.

• “BPSK” هي اختصار لـ “Binary Phase Shift Keying”.

• “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase Shift Keying”.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.

• “PHY” هي اختصار لـ “Physical Layer”.

• “LDPC” هي اختصار لـ “Low Density Parity Check”.

• “RS” هي اختصار لـ “Reed-Solomon”.