Lớp PHY WiMAX cũng đáp ứng cho việc gán khe và khung trên không gian. Nguồn tần số-thời gian tối thiểu có thể được gán bởi một hệ thống WiMAX tới một đường truyền được gọi là một khe. Mỗi khe chứa một kênh con trên 1, 2, hoặc 3 symbol OFDM, tuỳ thuộc vào sơ đồ kênh con hoá cụ thể được sử dụng. Một dãy nối tiếp các khe được gán tới một người sử dụng được gọi là miền dữ liệu của người sử dụng đó; các thuật toán lập lịch có thể gán các miền dữ liệu tới những người sử dụng khác nhau tuỳ theo nhu cầu, tuỳ theo yêu cầu QoS và các điều kiện kênh.
Hình 3.4 mô tả một khung OFDMA và OFDM hoạt động trong chế độ TDD. Khung này được chia thành 2 khung con: một khung đường xuống và theo sau là một khung đường lên cách khung đường xuống một khoảng phòng vệ nhỏ. Tỉ lệ khung con đường xuống tới đường lên có thể thay đổi từ 3:1 tới 1:1 để hỗ trợ các cấu hình lưu lượng khác nhau. WiMAX cũng hỗ trợ ghép kênh phân chia theo tần số, trong trường hợp đó cấu trúc khung tương tự như trên, ngoại trừ cả
đường xuống và đường lên được phát đồng thời trên các sóng mang con khác nhau. Chỉ có một vài trong số các hệ thống WiMAX cố định hiện tại sử dụng FDD. Hầu hết các triển khai WiMAX sử dụng chế độ TDD bởi vì những ưu điểm của nó, như là cho phép khả năng chia sẻ linh hoạt hơn độ rộng băng giữa đường lên và đường xuống, không yêu cầu phổ đối xứng, có một kênh tương hỗ có thể được sử dụng cho quá trình xử lý không gian, và có một thiết kế thu phát
đơn giản hơn. Phía đường xuống TDD cần thiết cho việc san bằng trên đa trạm
gốc để đảm bảo sự tồn tại không có nhiễu. Tuy nhiên các quy tắc băng đối xứng có thể buộc một vài nhà khai thác triển khai WiMAX trong chế độ FDD.
Như được mô tả trong hình 3.4, khung con đường xuống bắt đầu với một tiếp đầu (preamble) đường xuống được sử dụng cho các thủ tục lớp vật lý, như là san bằng tần số và thời gian, và việc ước lượng kênh ban đầu. Tiếp đầu đường
xuống được theo sau bởi một header điều khiển khung FCH (Frame Control
Header), cung cấp thông tin cấu hình khung như độ dài bản tin MAP, sơ đồ mã hoá và điều chế, và các sóng mang con có thể sử dụng. Đa người dùng được gán các miền dữ liệu trong khung, và việc gán này được cụ thể hoá trong các bản tin MAP đường lên và đường xuống (DL-MAP và UL-MAP), đây là việc phát thanh quảng bá sau FCH trong khung con đường xuống. Các bản tin MAP bao gồm cấu hình cụm cho mỗi người sử dụng, định nghĩa sơ đồ điều chế và mã hoá được sử dụng trong đường lên. Vì MAP chứa thông tin quan trọng cần thiết tới những người sử dụng nên nó thường được gửi trên một đường truyền rất tin cậy như là BPSK với tỉ lệ mã 1/2 và mã lặp. Mặc dù trạm gốc thông tin tới những người sử dụng khác nhau việc gán các bản tin MAP và các cấu hình cụm trên một cơ sở mỗi khung khá đơn giản, nhưng điều này có thể hình thành một overhead đáng kể, đặc biệt khi có một số lượng lớn người sử dụng với các gói nhỏ (ví dụ như
thống WiMAX di động có thể sử dụng tuỳ chọn nhiều bản tin con MAP với các bản tin được đề xuất tới những người sử dụng khác nhau được phát với tốc độ cao hơn, dựa trên các điều kiện SINR của chúng.
WiMAX khá linh hoạt trong trường hợp đa người dùng và đa gói được ghép như thế nào trên một khung đơn. Một khung đường xuống đơn có thể chứa nhiều cụm với kích thước và loại cụm có thể thay đổi để mang dữ liệu cho một vài người sử dụng. Kích thước khung cũng thay đổi trên cơ sở từ khung này đến khung khác từ 2ms tới 20ms, và mỗi cụm có thể chứa đồng thời nhiều gói với kích thước cố định và kích thước thay đổi hoặc một phần (fragment) các gói nhận được từ các lớp cao hơn. Tuy nhiên ít nhất vào thời kỳ ban đầu, tất cả các thiết bị WiMAX sẽ chỉ hỗ trợ các khung 5ms.
Khung con đường lên được tạo thành từ một vài cụm đường lên từ những người sử dụng khác nhau. Một phần khung con đường lên bỏ qua truy cập dựa
trên sự tranh chấp tài nguyên được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Các
khung con này chủ yếu được sử dụng như là kênh ranging để thực hiện việc điều chỉnh tần số, thời gian và công suất vòng kín trong suốt lối ra vào kênh. Kênh ranging có thể được sử dụng bởi các trạm sóng mang con hoặc các trạm di dộng (SS/MS) để thực hiện các yêu cầu độ rộng băng thông đường lên. Hơn nữa, dữ liệu hỗ trợ tốt nhất có thể được gửi trên kênh dựa trên sự tranh chấp tài nguyên, đặc biệt khi một lượng dữ liệu được gửi quá nhỏ để điều chỉnh yêu cầu một kênh được đặt trước. Bên cạnh kênh ranging và các cụm lưu lượng, khung con đường
lên có một kênh chỉ định chất lượng kênh CQICH (Channel-Quality Indicator
Channel) cho SS để hồi tiếp thông tin chất lượng kênh được sử dụng bởi bộ lập
lịch BS và một kênh xác nhận ACK (ACKnowledgment) cho trạm sóng mang
Hình 3.4 Cấu trúc khung TDD mẫu cho WiMAX di động
Để xử lý sự thay đổi theo thời gian, WiMAX có thể lựa chọn hỗ trợ các tiếp đầu lặp thường xuyên hơn. Trong đường lên, tiếp đầu ngắn được gọi là midamble, có thể được sử dụng sau các symbol 8, 16, hoặc 32; trong đường lên, một tiếp đầu ngắn có thể được thêm vào tại thời điểm đầu của mỗi cụm. Người ta ước lượng rằng mỗi 10 symbol có một midamble cho phép khả năng di động lên tới 150 km/h.