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Redes WiMAX – Aspectos de Arquitetura e Planejamento
 

A Tabela 3 apresenta sumário contendo características gerais definidas para os padrões IEEE 802.16 na faixa entre 2 e 11 GHz.
 

Tabela 3 – Resumo de características IEEE 802.16
 

As Seções seguintes apresentam detalhamento a respeito dos padrões IEEE 802.16 rev 2004 e IEEE 802.16e.

2.2.1. IEEE 802.16 rev 2004

O Grupo de Trabalho IEEE 802.16 desenvolveu um padrão de acesso sem fio ponto-multiponto, banda larga, para operação nas faixas de freqüências de 10-66 GHz e abaixo de 11 GHz (basicamente, 2-11 GHz). O padrão cobre camada MAC (Media Access Control) e PHY (Physical). [3], [4]

Uma série de considerações de camada PHY foram feitas, devido aos ambientes objetivo de operação dos novos sistemas empregando a tecnologia. Para freqüências elevadas, linha de visada (LOS – Line of Sight) é mandatório. Este requisito enfraquece o efeito do multipercurso, permitindo canais de banda larga, tipicamente maiores que 10 MHz. Isso provê ao IEEE 802.16 rev 2004 a habilidade de prover enlaces de alta capacidade, tanto em uplink como em downlink. Para as faixas abaixo de 11 GHz, a capacidade de operação sem linha de visada (NLOS – Non Line of Sight) é um requisito. A camada MAC original, sofreu melhorias para acomodar diferentes camada PHY e serviços, que endereçam as necessidades dos diferentes ambientes. O padrão é projetado para acomodar tanto duplexação TDD (Time Division Duplex) como FDD (Frequency Division Duplex), permitindo ainda, no caso FDD, terminais half e full-duplex.

A necessidade de operação sem visada (NLOS) foi o direcionador do projeto da camada física (PHY) para a faixa de 2-11 GHz. São vislumbradas aplicações residenciais e SOHO (Small Office Home Office), de forma que é esperado que topos de edificações sejam muito baixos (obstruídos por vegetação e edificações mais altas) para que seja possível linha de visada entre SSs e BS. Propagação por multipercursos será predominante, quer pela faixa de freqüências envolvida, quer pelo ambiente em que a propagação estará imersa. Ainda, para baixar custo e promover praticidade, a montagem outdoor de antenas deverá ser evitada, levando as CPEs (Customer Premise Equipments), ou seja, as estações de usuário (SSs), para dentro da residência ou escritório. [5]

Foi desenhada uma camada MAC especificamente para o ambiente de acesso sem fio. Suporta protocolos de transporte como ATM, Ethernet e IP, sendo projetada para facilmente acomodar futuros protocolos ainda não desenvolvidos. A camada é projetada para as elevadas taxas de transmissão (até 268 Mbps em cada sentido) de uma autêntica camada física banda larga, permitindo ainda QoS (Quality of Service) compatível com ATM; UGS, rtPS, nrtPS e Best Effort.

Mecanismos na camada MAC provêm QoS diferenciado para suportar as diferentes necessidades das diversas aplicações. Por exemplo, voz e vídeo requerem baixa latência, porém toleram alguma taxa de erro. Por outro lado, aplicações genéricas de dados são muito restritivas quanto a erro, mas latência não costuma ser crítica. O padrão acomoda voz, vídeo e outras comunicações de dados pelo uso de características apropriadas na camada MAC, o que é mais eficiente do que prover tais características em camadas de controle acima da MAC.

Muitos sistemas no passado e atuais operam com esquemas fixos de modulação. Modulações de mais alta ordem oferecem maiores taxas de transmissão, ao preço da existência de enlaces ótimos; em contrapartida, modulações de mais baixa ordem são mais robustas, porém suportando apenas baixas taxas de transmissão. O novo padrão proposto suporta modulação adaptativa, efetivamente balanceando diferentes taxas de transmissão às diversas condições do enlace. O esquema de modulação pode ser ajustado quase que instantaneamente para transmissão ótima na comunicação. Modulação adaptativa possibilita melhor uso do espectro e permite diversificação da base de usuários.

A estrutura de quadros permite que sejam associados dinamicamente, aos terminais de cliente, diferentes perfis de rajada, de acordo com as condições do enlace. Isso permite o controle do compromisso entre capacidade e robustez, em tempo real; essa característica também provê, a grosso modo, um aumento médio de duas vezes na capacidade, quando comparado a sistemas não-adaptativos, mantendo disponibilidade adequada do enlace.

A camada MAC usa PDUs (Protocol Data Unit) de tamanho variável que, em conjunto com outros conceitos desenvolvidos, aumenta significativamente a eficiência do padrão. Múltiplos PDUs de camada MAC podem ser concatenados em uma rajada única, economizando em overhead da camada PHY. Adicionalmente, múltiplos SDUs (Service Data Units) para o mesmo serviço podem ser concatenados em um único PDU MAC, economizando em overhead da camada MAC.

Mediante uso de esquema de auto-correção de requisição/garantia de banda, a camada MAC elimina o overhead e o atraso em acknowledgements, enquanto que, simultaneamente, permite melhor gerência de QoS do que são capazes os esquemas tradicionais de acknowledgement. Os terminais possuem uma variedade de opções disponíveis para a solicitação de banda, dependo dos parâmetros de QoS e tráfego dos serviços. Os terminais podem ser acessados (polled) individualmente ou em grupos. Terminais também podem sinalizar sobre a necessidade de serem acessados (polled), aproveitando ainda para enviar (piggyback) pedidos de banda.