Hình dưới minh họa mơ hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn. Trong mơ hình tham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tương ứng với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) trong mơ hình OSI.
Mơ hình tham chiếu 4.1 Lớp vật lý PHY
Lớp vật lý cung cấp kết nối vô tuyến giữa BS và SS. Chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa các kỹ thuật khác nhau để truyền thông tin qua môi trường vô tuyến.
Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ 2 băng tần: băng tần 10-66 GHz và 2-11 GHz.
• Băng tần 10-66 GHz hỗ trợ cho các môi trường truyền dẫn u cầu tầm nhìn thẳng LOS, khơng có vật cản giữa trạm phát và trạm thu. Đặc tả giao tiếp không gian (air interface) tại băng tần 10-66 Ghz được gọi là WirelessMAN-SC, sử dụng phương thức truy cập TDMA (Time Division Multiplexing Access) cho hướng truyền uplink và phương thức truy cập TDM (Time Division Multiplexing) cho hướng truyền downlink.
• Băng tần 2-11 GHz (cấp phép và không cấp phép) hỗ trợ môi trường truyền dẫn không có tầm nhìn thẳng NLOS, tín hiệu có thể truyền qua các vật cản theo nhiều cách khác nhau.Lớp vật lý hỗ trợ cả 2 phương thức truyền song công : song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplex). Chế độ TDD sử dụng các khe thời gian, mỗi một SS được BS cấp cho các khe thời gian sử dụng để truyền và nhận dữ liệu, cho phép dữ liệu
truyền không đồng thời trên cả hai hướng uplink và downlink nhưng có thể sử dụng chung tần số. Chế độ song công FDD phân chia thành hai kênh uplink và downlink hoạt động trên hai tần số riêng biệt, cho phép truyền dữ liệu đồng thời trên cả hai hướng.
Các quá trình Ranging và DFS (Dynamic Frequency Selection) được thực thi tại lớp vật lý.
• Ranging là q trình thực hiện điều chỉnh công suất phát của trạm BS đến trạm SS phù hợp với vị trí của trạm SS.
• DFS là quá trình tự động quét dải tần dành riêng cho SS để tìm một tần số hoạt động phù hợp.
4.2.Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC)
Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cung cấp giao diện hoạt động độc lập với lớp vật lý do giao diện lớp vật lý là giao diện vô tuyến. Phần chủ yếu của lớp MAC tập trung vào việc quản lý tài nguyên trên airlink (liên kết vơ tuyến). Giải quyết được bài tốn u cầu tốc độ dữ liệu cao trên cả hai kênh downlink và uplink. Các cơ chế điều khiển truy cập và thuật tốn cấp phát băng thơng hiệu quả có khả năng đáp ứng cho hàng trăm đầu cuối trên mỗi kênh.
Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 bao gồm 3 lớp con
• Lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ (Service-specific Convergency Sublayer – CS). • Lớp con phần chung MAC (MAC Common Part Sublayer – CPS).
• Lớp con bảo mật.
.4.3 Cơ chế u cầu và cấp phát băng thơng
• Yêu cầu
Cơ chế yêu cầu băng thông được trạm SS sử dụng để thông báo cho trạm BS cần cấp phát băng thơng. Thơng báo u cầu băng thơng có thể là tiêu đề u cầu băng
thông hoặc thông báo PiggyBack.
Các yêu cầu băng thông chia làm bốn kiểu:
o Implicit request: Trong thực tế, kiểu yêu cầu này là những thỏa thuận tại thời điểm thiết lập kết nối.
o Bandwidth Request message: Có hai kiểu thơng báo incremental hoặc aggregate. Khi trạm BS nhận được một thông báo yêu cầu băng thông kiểu incremental, sẽ cấp phát bổ sung một lượng băng thông theo yêu cầu cho kết nối. Ngược lại, khi trạm BS nhận được một thông báo yêu cầu băng thông kiểu aggregate, sẽ cấp phát một lượng băng thông thay thế cho lượng băng thông hiện tại. Trường Type trong tiêu đề yêu cầu băng thông chỉ thị kiểu thông báo yêu cầu băng thông là incremetal hay aggregate.
o PiggyBacked request (cho các dịch vụ khác UGS): Được chứa trong tiêu đề con Grant Management, khơng có trường Type, do đó mặc định kiểu incremental.
o Poll-Me bit (chỉ cho dịch vụ UGS): Được trạm BS sử dụng để thăm dị băng thơng cho các dịch vụ khác UGS.
• Cấp phát
Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cung cấp hai kiểu cấp phát băng thông cho trạm SS, được phân biệt ở hình thức cấp phát băng thơng cho mỗi kết nối hay cấp phát băng thông cho mỗi trạm SS. Cả hai kiểu cấp phát đều yêu cầu băng thông trên các kết nối, cho phép các trạm BS điều chỉnh các yêu cầu QoS cho phù hợp khi tiến hành cấp phát băng thông.
Hai kiểu cấp phát băng thông được định nghĩa:
o Cấp phát trên mỗi kết nối GPC (Grant per Connnection): Băng thông được BS cấp phát riêng cho mỗi kết nối, và SS sử dụng băng thông được cấp phát chỉ cho kết nối đó. Thích hợp trong trường hợp số lượng các kết nối hạn chế trên mỗi trạm SS.
o Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao GPSS (Grant per SubScrible): Băng thơng được BS cấp phát tồn bộ tương ứng với yêu cầu của SS. SS chịu trách nhiệm phân phối lượng băng thông được cấp phát cho các kết nối, duy trì mức QoS trên các kết nối và thỏa thuận các mức dịch vụ. Thích hợp trong trường hợp có nhiều kết nối trên mỗi trạm SS.
Trong thực tế, một số yếu tố ảnh hưởng đến q trình cấp phát băng thơng như: Trạm BS không nhận được thông báo yêu cầu băng thông hay trạm SS không nhận được băng thông được cấp do lỗi lớp vật lý, hoặc trạm BS không cung cấp đủ lượng băng thông theo yêu cầu…
Do đó, trong cả hai kiểu cấp phát, lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 sử dụng cơ chế tự sửa lỗi (self-correcting) thay cho cơ chế gửi acknowledge. Cơ chế self-correcting ít tốn băng thơng và độ trễ nhỏ hơn cơ chế acknowledge.
Đối với cơ chế tự sửa lỗi, các yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình cấp phát băng thông sẽ được giải quyết cùng một lúc. Sau một khoảng thời gian timeout thích hợp, trạm SS sẽ gửi Banwidth Request đến trạm BS. Thông thường loại thông báo yêu cầu là incremental nghĩa là trạm SS yêu cầu bổ sung băng thông cho một kết nối. Tuy nhiên đôi lúc thông báo yêu cầu băng thông là aggregate nghĩa là trạm SS yêu cầu băng thơng cho tồn bộ các kết nối mà nó quản lí.
• Polling
Cơ chế polling được thực hiện tại BS, là quá trình thăm dị để cấp phát băng thơng cho SS gửi Banwidth Request. Có thể cấp phát cho từng SS riêng biệt hay cho một nhóm các SS. Có hai kiểu polling:
o Unicast: thăm dò một SS riêng biệt. Nếu như một trạm SS không cần cấp phát băng thơng, nó gửi lại request có độ dài 0 byte.
o Multicast và Broadcast: thăm dị một nhóm hay tồn bộ các trạm do khơng đủ băng thơng để thăm dị từng trạm SS riêng lẻ.