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TECNOLOGÍAS FUNDAMENTALES DE WIMAX Y ELEMENTOS BÁSICOS DE SUS CAPAS

Para que una tecnología este preparada para ofrecer altas tasas de datos y una gran cobertura, debe sustentarse en las más modernas técnicas, las cuales brindan características para sobresalir a la competencia.
            La base técnica es una de las características más importantes de WiMAX, ya que esta tecnología combina las más avanzadas técnicas de multiplexación, modulación y antenas, las cuales convierten a WiMAX en una de las tecnologías con mayor proyección en la actualidad.
            A continuación se detallan las técnicas que sustentan WiMAX. Se detallan, por ejemplo, las técnicas de acceso al medio, como FDD y TDD, la modulación adaptativa, OFDM, OFDMA, entre otros, explicando sus características y su influencia en la capacidad y cobertura del sistema.

PROTOCOLO INTERNET IP:

  El Protocolo Internet (IP, Internet Protocol ) es un protocolo no orientado a conexión, no se establecen circuitos o canales exclusivos, sino que esta orientado a la conmutación de paquetes.
   Aunque su nombre lo indique, el protocolo no es exclusivo para uso con Internet, también se puede usar en redes dedicadas que no tienen relación en absoluto con Internet.

DATAGRAMAS

Los datos en una red que usa IP empaquetados y enviados en bloques conocidos como paquetes o datagramas de tamaño variable. Se dice que IP no es orientado a la conexión, ya que no se preocupa por los nodos por donde pasa un datagrama a lo largo de la ruta.
            El Protocolo de Internet provee un servicio de datagramas no fiable, donde el sistema lo hará lo mejor posible, pero no garantiza su llegada (best effort). IP no tiene capacidad inherente para verificar que un mensaje enviado se reciba en forma correcta. IP no provee ningún mecanismo para determinar si un paquete alcanza o no su destino y únicamente proporciona seguridad de sus cabeceras y no de los datos transmitidos.
            Los datagramas pueden tomar distintas rutas entre el origen y destino, dependiendo de las condiciones de la red. El IP es responsable del enrutamiento de un datagrama, determinando a dónde será enviado y concibiendo rutas alternativas en caso de problemas.
            Si la información a transmitir supera el tamaño máximo en el tramo de red por el que va a circular, podrá ser dividida en paquetes más pequeños y reensamblada cuando sea necesario, en un proceso llamado fragmentación y reensamblaje. Estos fragmentos podrán ir cada uno por un camino diferente dependiendo de cómo estén de congestionadas las rutas en cada momento.

Direccion IP:
La dirección IP es un número que identifica de manera lógica y jerárquicamente a una interfaz de un dispositivo dentro de una red IP, que corresponde al nivel tres del modelo OSI.
Para un mejor aprovechamiento de los recursos, se crearon las direcciones IP dinámicas, las cuales se le asignan a los dispositivos sólo cuando se conectan y al momento de terminar la conexión se liberan para ser usadas en otro usuario. Existe un protocolo para asignar direcciones IP dinámicas llamado DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) .
WiMAX tiene una estructura de extremo a extremo IP, lo cual le proporciona una estructura más simple y de mayor aprovechamiento de recursos. WiMAX incorpora sistemas de calidad de servicio, para darle mayor fiabilidad a la conexión.

Acceso Al Medio

  A continuación se describen las técnicas principales en procesado de señal de acceso al medio destacando aquellas que utiliza WiMAX. Dentro del concepto de acceso al medio se diferencian tres tipos: cómo se gestiona el acceso para los dos canales (subida y bajada de la información), el acceso de los usuarios y la multiplexación de la información.

Acceso Bidireccional

Este tipo de comunicaciones tiene una característica dúplex, es decir, existe una transmisión y recepción en los dos extremos. Como ambas comunicaciones comparten el mismo medio, es necesario establecer algún mecanismo para el control del acceso. Los métodos principales son FDD (basado en reparto de la frecuencia) y TDD (reparto temporal).
El estándar WiMAX soporta ambas técnicas de transmisión. Las soluciones para bandas licenciadas recurren a la técnica FDD, mientras que las orientadas a bandas libres usan la técnica TDD. De todas maneras, dentro de las bandas existe cierta flexibilidad a la hora de usar cada tipo de tecnología.

FDD

Técnica Frequency Division Duplex, o transmisión bidireccional por división en frecuencia. Se basa en la utilización de dos bandas diferentes de frecuencia para la transmisión, una para el envío y otra para la recepción. Esta técnica es la utilizada en telefonía móvil de segunda generación (GSM) y tercera generación. Como desventaja tiene el hecho de tener que recurrir a buenos filtros separadores de frecuencia (ya que se tratan normalmente de bandas conexas). Este tipo de filtros reciben el nombre de duplexores.
  El FDD segrega el uplink y el downlink en diferentes portadoras de frecuencia. Las BSs transmiten a la frecuencia de portadora de downlink mientras que las SSs transmiten a la frecuencia portadora de uplink.
  Una SS en el sistema FDD debe ser capaz de operar por encima del burst downlink y uplink. Por otra parte dada una parametrización apropiada de un burst downlink, una SS debe también ser capaz de realizar una operación downlink continua.
  Un frame burst de downlink no debe exceder la longitud de un subframe de downlink, pero es necesario que no llene enteramente el subframe downlink. En sistemas FDD, los canales se dividen igualmente entre uplinks y downlinks. Éstos se acoplan en pares, cada uno de los cuales tiene la misma separación de frecuencia.


Figura FDD
Figura 1: FDD
           

Está técnica es la que mejor se adapta al tráfico de voz, ya que permite tener un retardo mínimo, pero, por contra es la que requiere una implementación más costosa, principalmente por la adquisición de la licencia para operar en el espectro. Además, presenta la ventaja de no tener que recurrir a bandas de guardia temporales como en el caso TDD.
            En general, se recomienda su utilización en entornos con patrones de tráfico predictivos, donde el coste del equipamiento sea más importante que la eficiencia espectral.

TDD

Técnica Time Division Duplex, o transmisión bidireccional por división en tiempo. A diferencia de la técnica FDD, se utiliza una única banda de frecuencia para envío y recibo de la información, compartiendo los periodos de transmisión. Esto provoca que los retardos de transmisión limiten el tamaño de las celdas.
   Es una técnica muy eficiente para tráfico asimétrico, ya que se adapta al perfil del tráfico, por lo que se considera más adecuado para perfiles con descargas masivas de Internet, por ejemplo. Ésta es la técnica utilizada en telefonía DECT y en redes inalámbricas. En general se usa en entornos donde no están disponibles pares de frecuencia. Presenta un uso más inteligente de las smart antenas y está enfocada a usos donde la eficiencia espectral sea más importante que el coste.
    En el modo TDD el acceso múltiple se hace por división en código y en tiempo: existe una única portadora e intervalos temporales de transmisión, que se reparten entre distintos usuarios y, a su vez, entre los dos sentidos de transmisión.
     En TDD el downlink y uplink se alternan ocupando un paquete compartido, con el subframe downlink precediendo al subframe uplink. El tamaño del paquete compartido debe ser constante, sin embargo el tamaño de los subframes uplink y downlink dentro del paquete compartido deben variar acorde a la localidad dirigida. TDD multiplexa el uplink y el downlink en la misma portadora por sobre intervalos diferentes de tiempo dentro del mismo paquete MAC.

Figura TDD
Figura 2: TDD


Por multiplexaci ón se entiende el proceso donde múltiples canales de información se combinan en un canal de transmisión. Existen dos métodos de multiplexación principales: TDM (multiplexación en tiempo) y FDM (multiplexación en frecuencia), en función del recurso que comparten.
En FDM muchos canales se combinan repartiendo rangos de frecuencias espectrales, de manera similar al FDD, teniendo que reservar bandas de guardia para evitar solapamientos. Para conseguir una mayor eficiencia se ha desarrollado el método OFDM.
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) es una técnica de multiplexación multiportadora que proviene de la década de 1960, pero que ha resurgido en la actualidad por sus aplicaciones en transmisiones inalámbricas. En cuanto a sus aplicaciones, además de las relacionadas con el uso militar de sus orígenes, está presente en la ADSL, DAB (radio digital europea), DVB-T (televisión digital terrestre), junto a las utilizadas en comunicaciones inalámbricas Wi-Fi (802.11a) y WiMAX.
  La tecnología OFDM fue planteada por los Laboratorios BELL, siendo incorporado en varios equipos de líneas en suscriptor digital (DSL), basado en el proceso matemático de la llamada Transformada Rápida de Fourier (FFT). Permite obtener una alta eficiencia espectral y habilitar los canales para ser procesados en el receptor de forma más eficiente. OFDM es popular en aplicaciones inalámbricas ya que es resistente a las interferencias y degradaciones por efectos de multitrayectoria y retardos. Los recursos, en los sistemas OFDM, en el dominio del tiempo se denominan símbolos OFDM y en el dominio de la frecuencia se denominan subportadoras. En la frecuencia se pueden organizar subcanales, los cuales se pueden asignar a un usuario, de la estructura de subcanales se genera OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access) .
    OFDM es una técnica de modulación multiportadora, que permite solucionar los problemas debidos a la propagación multicamino, en lugar de transmitir la información en una única portadora, se divide el ancho de banda disponible en un conjunto de portadoras, en la figura 4.3 se muestra la comparación entre sistema monoportadora y multiportadora.

Figura Sistema monoportadora vs. Multiportadora
Figura 3: Sistema monoportadora vs. Multiportadora.
          

  La base de OFDM reside en la combinación de múltiples portadoras moduladas solapadas espectralmente, pero manteniendo las señales moduladas ortogonales, de manera que no se producen interferencias entre ellas. Además, es posible utilizar diferentes técnicas de modulación entre portadoras, con lo cual se consigue una funcionalidad extra.

 

Figura Modulación OFDM.
Figura Portadoras OFDM ortogonales (N=5).
Figura 4: Portadoras OFDM ortogonales (N=5).
             

Se pueden mencionar las siguientes características principales de OFDM:

  • Las comunicaciones basadas en el estándar IEEE 820.16e se basan en la utilización OFDMA.
  • OFDM corresponde a una forma de multiplexación en frecuencia (FDM, Frecuency Division Multiplexing).
  • Típicamente se utilizan 192 portadoras para transmitir datos, dividiendo una secuencia de bits en 192 secuencias.
  • En OFDMA (Orthogonal Frecuency Division Multiple Access) se permite asignar conjuntos de sub portadoras a distintos usuarios. Estos grupos de sub portadoras se llaman sub canales.

W-OFDM: Es una variante de la multiplexación OFDM, que es la que se está generalizando en los estándares inalámbricos, tratando de resolver los problemas que presenta la técnica anterior. Se basa en la transmisión de símbolos de entrenamiento, que permiten reducir los efectos adversos del canal, mediante una estimación y división respecto a la respuesta en frecuencia.
            Además, utiliza un código FEC (Forward Error Correcting) como el Reed-Solomon, para expandir los símbolos sobre un amplio rango de frecuencias, que convierten la señal en un espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS). De esta manera, es posible recuperar los símbolos aunque se pierdan algunas de las portadoras.
            Para compensar el problema del excesivo ratio peak-to-average en amplitud, debido al multitrayecto, esta técnica incorpora una aleatorización de la señal y una estimación del canal. La aleatorización en la transmisión permite blanquear la señal y eliminar la necesidad de amplificadores específicos. Por otro lado, el incluir datos conocidos en la señal, es posible calcular la respuesta del canal y utilizar esta respuesta para corregir los efectos que produce sobre los datos.
            De esta manera, esta tecnología permite la utilización de menores potencias, manteniendo una baja tasa de interferencia con otras redes. Así, es posible que diferentes canales operen en la misma banda, como pueden ser redes punto a multipunto y las punto a punto de backbone.
En primer lugar se deben conocer las técnicas tradicionales TDMA y CDMA, que se usan ya en telefonía de 2G y 3G. A continuación la técnica de acceso OFDMA, basada en la modulación OFDM.
TDMA y CDMA: TDMA se define como Time Division Multiple Access, mientras que CDMA como Code Division Multiple Access. Ambas tecnologías persiguen el mismo objetivo mediante la utilización de diferentes mecanismos, conseguir la mejor utilización del espectro permitiendo a múltiples usuarios compartir el mismo canal físico.
TDMA se basa en la división del canal en ranuras temporales, transmitiendo los diferentes usuarios con una técnica similar a la del paso de testigo, es decir sólo uno de los usuarios utiliza el canal de manera simultánea. CDMA, por otro lado, permite a todos los usuarios transmitir de manera simultánea, algo que era imposible con las técnicas de modulación tradicionales, por lo que se basa en técnicas de espectro ensanchado. Mediante estas técnicas los bits a transmitir por un usuario se reparten a lo largo del canal de una manera seudo-aleatoria.
En CDMA se habla de la posibilidad de realizar “soft handoff”, o cambio transparente de celdas en las comunicaciones. Otra de las ventajas es la capacidad que proporciona, dada su elevada eficiencia espectral ya que acomoda más usuarios por ancho de banda.
Entre las varias implementaciones existentes de TDMA, cabe destacar el GSM, que utiliza la técnica de saltos de frecuencia. En el caso de TDMA es el switch el encargado de determinar cuando debe conmutar la señal.
OFDMA: También denominada como multiuser-OFDM, está siendo considerado como un método de modulación y acceso múltiple para tecnologías inalámbricas como WiMAX. Se trata de una extensión de la técnica Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), que es la técnica de multiplexación en uso en los sistemas inalámbricos 802.11a/g y 802.16/a/d/e.
En los sistemas OFDM actuales, un único usuario puede transmitir sobre todas las subportadoras en cualquier momento y se utilizan técnicas de acceso múltiple por división en frecuencia o en tiempo para soportar múltiples usuarios. El principal problema de estas técnicas de acceso estáticas es el hecho de que los usuarios ven el canal de una manera diferente cuando no es utilizado. OFDMA, por el contrario, permite a múltiples usuarios transmitir en diferentes subportadoras por cada símbolo OFDM. Así, se asegura de que las subportadoras se asignan a los usuarios que ven en ellas buenas ganancias de canal.
También introduce la tecnología TDMA que asigna diferentes segmentos de tiempo a diferentes grupos de usuario. Todas las subportadoras OFDMA se dividen en diversos grupos de subportadoras en dominios de frecuencia, cada uno de los cuales se denomina subcanal. Un usuario puede ocupar uno o más subcanales. En ámbitos temporales, muchos equipos de usuario en un segmento de tiempo dado pueden transmitir datos simultáneamente a través de diferentes subcanales. Asimismo, el OFDMA presenta un mecanismo de asignación flexible que hace posible asignar subportadoras dinámicamente dependiendo del tráfico, mientras distintos modos de modulación y potencias de transmisión son aplicados en diferentes subportadoras lo que resulta en niveles más altos de utilización de espectro.

En general existen dos tipos de permutaciones de subportadora: distribuidas (que se comportan mejor en ambientes de movilidad) y adyacentes (para entornos fijos o de bajo movimiento).

Figura Funcionamiento OFDMA.
Figura 5: Funcionamiento OFDMA.


  En OFDM el CPE transmite usando todo el espacio de las portadoras de una vez. OFDMA soporta múltiple access , donde cada usuario transmite sólo por el subcanal asignado.
En la figura se muestra subportadoras OFDM y OFDMA.


Figura Subportadoras OFDM y OFDMA

Figura 6: Subportadoras OFDM y OFDMA.


SOFDMA: El SOFDMA posee más ventajas que el OFDMA. El SOFDMA no modifica el ancho de las subportadoras por otros anchos de banda de canal y determina los números de subportadora tomando una medición directa y proporcional del ancho de banda de canal. El ancho de la portadora constante adquiere una utilización de espectro más alto en los canales anchos, reduce el costo de los canales angostos y mantiene la capacidad de interferencia anti-multi-path por medio de diferentes anchos de banda de canal, lo que es básicamente consistente con la capacidad de soporte de movilidad.
            El rango del ancho de banda dinámico que provee el SOFDMA es entre 1.25MHz-20MHz. En caso de un ancho de banda de 10MHz, las tasas de downlink y uplink son de alrededor de 63Mbps y 28Mbps respectivamente.
            Escalable se refiere a que puede soportar diferentes anchos de bandas y FFT. El espaciamiento entre subportadoras es independiente del ancho de banda y la FFT, asimismo, el tamaño de los subcanales, también es independiente. La cantidad de subcanales varía con la FFT
ACCESO EN WIMAX: El protocolo 802.16, al igual que el ETSI Hiperlan, considera tres modos de acceso: TDMA con portadora simple, TDMA con OFDM y OFDMA. Los primeros perfiles a certificar se encuentran en la banda de los 3,5 Ghz, tanto para TDD como FDD y 3,5 o 7,0 Mhz de ancho de banda, pero siempre con multiplexación OFDM con 256 portadoras.
            Para el caso del 802.16e, se considera únicamente la utilización de método de acceso OFDMA y SOFDMA, con un número de portadoras variables en múltiplos desde 128 a 2048. En particular, los primeros perfiles, todos para la banda de los 2,4 Ghz con TDD, usan OFDMA con 512 o 1024 subportadoras.

     WiMAX (802.16) usa en su arquitectura diferentes normas propias de la serie IEEE 802, particularmente en lo referente a la Ethernet. En Ethernet, la capa física (PHY) contiene los estándares correspondientes al de medios físicos tales como el cable clase 5 (propio de los servicios de conmutación local), es decir tanto WiMAX como su estándar precedente 802.11 (Wi-Fi) son formas inalámbricas para Ethernet.
       Los diseñadores (IEEE 802.16 Working Group D) han creado un sistema para que en la máxima capacidad se ofrezca una confiabilidad del 99.999%. El nivel físico incluye OFDM (Orthogonal Frecuency Division Multiplexing), TDD (Time Division Duplex), FDD (Frequency Division Duplex), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) y QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Los tipos de modulación (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), donde BPSK es el método menos eficiente, y se emplea donde las estaciones de suscriptor o SS están más alejadas de las estaciones base o BS, y por lo tanto se requiere mayor potencia para realizar la transmisión.
            Por otro lado, se utiliza 64QAM, donde las SS están relativamente cerca del BS, y se requiere menos potencia para la transmisión. En el gráfico 4.10 se muestra el tipo de modulación utilizado en términos del alejamiento a la estación base.
El estándar 802.16, al igual que el resto de estándares de la familia IEEE 802 define las especificaciones para las múltiples capas físicas (PHY) y la capa de acceso al medio (MAC). En la figura 4.11 se ilustra la pila de protocolos del estándar 802.16 donde la capa MAC está compuesta por las siguientes partes: Convergence Sublayer (CS), MAC Common Part Sublayer (MAC CPS) y la Privacy Sublayer .

Capa Física (PHY): En la capa física, el flujo de datos está formado por una secuencia de ráfagas de igual longitud. Los modos de operación FDD y TDD, se consideran tanto como para Uplink (UL) y Downlink (DL).
            En el modo FDD, las subráfagas de UL y DL, son transmitidas simultáneamente y sin interferencia, gracias a que estas son transmitidas a distintas frecuencias. En el modo TDD, las subráfagas de UL y DL son transmitidas de manera consecutiva. Puede usarse 0.5, 1 ó 2 milisegundos como tiempo de ráfaga. En este modo las posiciones de DL y UL pueden variar.
            El estándar 802.16-2004 especifica un total de 5 capas radio diferentes, resultado del gran margen de operación frecuencial y entornos de despliegue que permite cubrir. En la tabla 3.1 se especifican las principales características de estas 5 capas radio, es importante notar que WirelessHUMAN no es una especificación concreta sino que surge de la aplicación en bandas sin licencia de las capas WirelessMAN-Sca, WirelessMAN-OFDM y WirelessMAN-OFDMA.

Caracteristicas capas fisicas

Figura 7: Comparación de capas.

            Como se observa en la tabla, todas las capas radio excepto WirelessMAN-SC están diseñadas para poder trabajar en el margen frecuencial de 2Ghz hasta 11Ghz, en estas bandas no es necesario tener línea de vista para poder interconectar los equipos. Por este motivo 802.16 incorpora toda una serie de técnicas para compensar los efectos de la propagación multicamino, algunos de estos son:
AAS ( Adaptive Antenna Systems). Permite utilizar múltiples antenas para adaptar el diagrama de radiación a una dirección o direcciones particulares
STC ( Space Time Coding ). Mecanismos que realizan diversidad de transmisión.
ARQ (Automatic Repeat-reQuest ). Protocolo utilizado para el control de errores que retransmite aquellos paquetes que no llegaron correctamente a su destino. WiMAX también utiliza técnicas de modulación adaptativa que provocan una subida a una codificación más robusta cuando las condiciones del canal empeoran. De este modo, cuanto más cerca se encuentren las SS de las BS más probabilidades tendrán de poder transmitir a una mayor velocidad.
CARACTERÍSTICAS DE LA CAPA FÍSICA: Una de las características más relevantes de WiMAX es su capacidad en la capa física de adaptar el tipo de modulación a la característica de la conexión específica del enlace. Así para conexiones cercanas emplea QAM 64, consiguiendo una mayor velocidad y robustez frente a interferencias. En conexiones de mayor distancia puede seleccionar QAM 16 o QPSK, consiguiendo un mayor alcance a costa de una menor velocidad.
WiMAX debe de ser capaz de soportar un servicio de comunicación fiable sobre grandes distancias utilizando terminales de interior y tarjetas tipo PCMCIA [1] para PC. Estos requisitos han de cumplirse con una potencia de transmisión limitada, compatible con las limitaciones impuestas por los organismos de control sanitario y regulatorio. El empleo de “sub channeling” en los enlaces ascendentes (uplink), así como la utilización de antenas inteligentes en la estación base, consiguen superar las limitaciones impuestas a la potencia.
Las siguientes son algunas características de la Capa Física:

  1. Modulación adaptiva y codificación, El estándar IEEE 802.16d presenta siete combinaciones de modulación y rangos de codificación que pueden ser usados para alcanzar varios niveles en de la tasa de datos y en la robustez de la transmisión, dependiendo de las condiciones de canal y de interferencia. Utiliza un bloque de código concatenado Reed-Salomon (RS) externo, con un código convolucional interno. El código RS externo esta fijado por medio de un RS sistemático (N = 255, K = 239, T = 8) usando GF (28), y así agregar un 10 por ciento por más. El código convolucional interno, tiene una longitud de 7, y un rango entre ½ y ¾. Esta interpolación también se utiliza para reducir el efecto de ráfaga de error.
  2. Una característica opcional del sistema es la codificación Turbo, la cual aumenta la cobertura, a un costo de aumentar la latencia de decodificación y su complejidad.
  3. Los tipos de modulación permitidos para Uplink y Downlink son: BPSK, QPSK, QAM y 64-QAM.
  4. Además se conocen los preámbulos usados por el protocolo IEEE 802.16d, de tal manera que esto ayuda al receptor en la estimación del canal y con la sincronización. En el Downlink se tiene un largo preámbulo de dos símbolos OFDM, estos son enviados para el inicio de cada cuadro. En el Uplink un corto preámbulo de un símbolo OFDM es enviado por el SS al inicio de cada cuadro.
  5. Modulación adaptable y corrección codificada de error de variable por ráfaga de radiofrecuencia: Asegura un enlace robusto de radio frecuencia, a la vez que maximiza el número de bits por segundo para cada unidad de suscriptor.
  6. Soporta TDD, FDD duplex y también half - duplex FDD esto es, H - FDD: Se adapta a las diferentes regulatorias a nivel mundial.
  7. Flexible tamaño de canales (3.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz): Provee la flexibilidad necesaria para operar en diferentes bandas de frecuencias con diferentes variantes y requerimientos del canal alrededor del mundo.
  8. Diseño para soportar sistemas de antenas inteligentes: Las antenas inteligentes se están convirtiendo en soluciones beneficiosas y convenientes inclusive a nivel económico. Su capacidad de suprimir interferencia y de mejorar la ganancia del sistema son características que impactan el desarrollo de los sistemas de acceso inalámbricos.

Esta es la otra capa característica del protocolo IEEE 802.16, fue diseñada para accesos a las aplicaciones PMP (Punto MultiPunto) de banda ancha de muy alta tasa de datos y con una distinta variedad de requerimientos de calidad de servicios (QoS), por lo que esta orientada a la conexión.
Permite que el mismo terminal sea compartido por múltiples usuarios. Lo que hace flexible a este sistema es que maneja algoritmos que permiten que cientos de usuarios finales puedan tener distintos requerimientos de ancho de banda y de latencia. Esta capa también se encarga de manejar la necesidad de tener muy alta tasa de bits, tanto para el uplink (hacia la BS) como para el downlink (desde la BS). El sistema ha sido diseñado para incluir multiplexación por división del tiempo (TDM) de voz y datos, protocolo de Internet (IP), y voz sobre IP (VoIP).
Esta capa es la encargada de validar las tramas que se reciben, comprobando errores de transmisión y verificando el destinatario, es decir si está o no dirigida al propio elemento que las recibe (maestro o esclavo).
El protocolo IEEE 802.16, debe soportar los variados requerimientos del backhaul, como el modo de transferencia asíncrono (ATM) y protocolos de packet-based. La capa de control de acceso al medio (MAC) es capaz de funcionar con diferentes especificaciones de capa física (PHY) optimizadas para diferentes bandas de frecuencia, además de ser orientada a conexión. Esta capa se divide en subcapas con servicios específicos hacia las capas superiores.
Estas subcapas son: La Subcapa de convergencia Específica de Servicio CS (Service Specific Convergente Sublayer CS), la Subcapa Común MAC CPS (MAC Common Part Sublayer) y Subcapa de Seguridad (Security Sublayer).
La primera tarea de la subcapa es la clasificación de unidades de datos de servicios (SDUs) hacia una conexión MAC apropiada, configurando QoS y asignación de ancho de banda.
La principal de estas es la subcapa de Parte Común, es en ella donde se maneja el ancho de banda, se establece la conexión, y se establecen los protocolos de unidad de datos (PDUs). También se encarga de hacer el intercambio de la unidad de servicios de datos de la MAC (SDU) con la capa de convergencia. Esta subcapa se encuentra fuertemente ligada con la capa de seguridad.
La subcapa de convergencia es la encargada de adaptar las unidades de datos de protocolos de alto nivel al formato MAC SDU y viceversa. También se encarga de clasificar los SDUs de la MAC entrantes a las conexiones a las que pertenecen.
Existen dos servicios específicos: el Modo de Transferencia Asincrónica (ATM) y los Paquetes CS y la subcapa común MAC (CPS) provee un mecanismo de comparación eficiente para redes que utilicen medios compartidos, considera las topologías Punto - Multipunto y en Malla.
La Subcapa de Seguridad tiene la función de autenticación, encriptación e intercambio seguro de claves . Es en ella donde se realiza el intercambio de los PDUs de la MAC con la capa física.
Para disminuir el overhead [1] , múltiples SDUs (Service Data Unit) pueden concatenarse en un único PDU y múltiples PDUs en una única ráfaga (burst).


En la Figura se muestra la estructura que tiene la capa MAC

Figura 8: La estructura de la capa MAC

 

 

 

 

 

 


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