معيار IEEE 802.16: الدليل الشامل لتقنية WiMAX

معيار IEEE 802.16 وتقنية WiMAX

يُعد IEEE 802.16 سلسلة من معايير النطاق العريض اللاسلكي التي وضعها معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE). تأسس فريق عمل في عام 1999 لتطوير معايير مخصصة للشبكات اللاسلكية في المناطق الحضرية (Wireless Metropolitan Area Networks)، وهو جزء من لجنة معايير الشبكات المحلية والشبكات الحضرية IEEE 802.

التسمية التجارية: WiMAX

على الرغم من أن عائلة معايير 802.16 تُسمى رسمياً WirelessMAN داخل IEEE، إلا أنها تم تسويقها تجارياً تحت اسم WiMAX (اختصار لـ Worldwide Interoperability for Microwave Access) من قبل تحالف صناعي يُعرف باسم WiMAX Forum. يعمل هذا المنتدى على تعزيز واعتماد التوافق والتشغيل البيني للمنتجات القائمة على معايير IEEE 802.16.

المعايير والمشاريع

تقوم المشاريع بنشر مسودات المعايير المقترحة مسبوقة بالحرف "P". وبمجرد المصادقة على المعيار ونشره، يتم حذف الحرف "P" واستبداله بشرطة متبوعة بسنة النشر. على سبيل المثال، تم تنفيذ ونشر التعديل 802.16e-2005 على مستوى العالم بحلول عام 2009، كما تم تعديل الإصدار IEEE 802.16-2009 بواسطة IEEE 802.16j-2009.

تقنية 802.16e-2005

يقوم معيار 802.16 بتوحيد جانبين أساسيين من الواجهة الهوائية: الطبقة الفيزيائية (PHY) وطبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC).

الطبقة الفيزيائية (PHY)

تستخدم تقنية 802.16e نظام Scalable OFDMA (الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد القابل للتوسع) لنقل البيانات، وهو يدعم عرض نطاق ترددي للقنوات يتراوح بين 1.25 ميجاهرتز و20 ميجاهرتز، مع ما يصل إلى 2048 حامل فرعي. كما يدعم التعديل والترميز التكيفي، حيث يتم استخدام 64 QAM في ظروف الإشارة الجيدة، بينما يتم استخدام BPSK في الظروف الضعيفة لضمان القوة والاستقرار.

تتضمن الميزات الأخرى للطبقة الفيزيائية دعم هوائيات MIMO (تعدد المداخل وتعدد المخارج) لتوفير خصائص انتشار جيدة في حالات عدم وجود خط رؤية مباشر (NLOS)، بالإضافة إلى تقنية HARQ لتصحيح الأخطاء بكفاءة عالية.

طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC)

تصف طبقة MAC في 802.16 كيفية تغليف التقنيات السلكية مثل Ethernet وATM وIP على الواجهة الهوائية، وكيفية تصنيف البيانات. كما تتناول تأمين الاتصالات عبر تبادل المفاتيح الآمن أثناء المصادقة، والتشفير باستخدام معايير AES أو DES.

تتميز تقنية 802.16 بأنها تقنية موجهة للاتصال، حيث لا يمكن لمحطة المشترك (SS) إرسال البيانات حتى يتم تخصيص قناة لها من قبل المحطة الأساسية (BS)، مما يتيح دعماً قوياً لـ جودة الخدمة (QoS).

جودة الخدمة (QoS)

يتم دعم جودة الخدمة في 802.16e من خلال تخصيص كل اتصال بين محطة المشترك والمحطة الأساسية (ما يسمى بتدفق الخدمة) إلى فئة QoS محددة. هناك خمس فئات من جودة الخدمة لضمان أن بيانات التطبيقات تتلقى المعالجة المناسبة بناءً على متطلبات النطاق الترددي والتأخير.

الاعتماد والشهادات

بما أن IEEE تضع المواصفات فقط ولا تختبر المعدات، فإن WiMAX Forum يدير برنامج اعتماد يضمن توافق الأجهزة وتشغيلها البيني مع معدات الشركات المصنعة الأخرى، مما يهدف إلى تعزيز انتشار منتجات النطاق العريض اللاسلكي.