A Camada Física

Como foi apresentado acima ao IEEE 802.16 focaliza no uso eficiente de uma largura de faixa entre 10 e 66 GHz, mas o que não foi mencionado que essas ondas milimétricas têm uma propriedade curiosa que as microondas mais longas não têm: elas trafegam em linha reta, diferente do som, mas muito semelhante à luz.

E por ter esta característica, a estação-base (BS – Base Station) pode ter várias antenas, cada uma apontando para um setor diferente do terreno em forma de círculo, como mostra a figura 2. Cada setor tem seus próprios usuários e é bastante independente dos setores adjacentes.

Figura 2 -Transmissão 802.16

Como a intensidade do sinal na banda milimétrica cai com a distância da estação-base, a relação sinal/ruído também cai com a distância da estação. Por essa razão, o 802.16 emprega três esquemas de modulação diferentes, dependendo da distância a que a estação do assinante se encontra em relação à estação-base. Para assinantes próximos, é usado o QAM-64, com 6 bits/baud. No caso de assinantes situados a uma distância média, é usado o QAM-16, com 4 bits/baud. Para assinantes distantes, é usado o QPSK, com 2 bits/baud. Por exemplo, para um valor típico de 25 Mhz de espectro, o QAM-64 oferece 150 Mbps, o QAM-16 oferece 100 Mbps, e o QPSK oferece 50 Mbps. Em outras palavras, quanto mais distante estiver o assinante em relação à estação-base,  mais baixa será a taxa de dados.

Dado o objetivo de produzir um sistema de banda larga, e considerando as restrições físicas, os responsáveis pelo projeto 802.16 trabalharam de forma intensa para utilizar, de forma eficiente o espectro disponível. Não foi bem sucedido o uso do GSM e do D-AMPS, pois ambos utilizam bandas de freqüências distintas, mas equivalentes, para tráfego de upstream e downstream. No caso de voz, o tráfego provavelmente é simétrico em sua maior parte, porém para acesso à Internet, em geral existe maior tráfego de downstream do que upstream. Como conseqüência disto, o 802.16 fornece um modo mais flexível de alocar a largura de banda.

São usados dois esquemas, o FDD (Frequency Division Duplexing – duplexação por divisão de freqüência) e TDD (Time Division Duplexing – duplexação por divisão de tempo). Sendo o último ilustrado na figura 3.

Como exemplo pode-se imaginar que a estação-base transmite quadros periodicamente. No qual cada quadro contém slots de tempo, os primeiros se destinam ao tráfego de downstream. Em seguida, há um tempo de proteção (denominado tempo de guarda) que é utilizado pelas estações para comutar o sentido e por fim, tem-se os slots para tráfego upstream.

O número de slots de tempo dedicados a cada sentido pode ser alterado dinamicamente, a fim de fazer a largura de banda em cada sentido corresponder ao tráfego nesse sentido.

Figura 3 Quadros e slots de tempo para duplexação por divisão de tempo

O tráfego downstream é mapeado em slots de tempo pela estação-base. A estação-base tem o controle completo para esse sentido. O tráfego upstream é mais complexo e depende da qualidade de serviço exigida.

Outra característica interessante da camada física é a sua habilidade para reunir vários quadros MAC enfileirados em uma única transmissão física. Esse recurso aumenta a eficiência espectral, reduzindo o número de preâmbulos e cabeçalhos da camada física necessários.

Também vale a pena notar o uso de códigos de Hamming para efetuar a correção antecipada de erros na camada física. Quase todas as outras redes simplesmente empregam totais de verificação (Ckecksum) para detectar erros e solicitam a retransmissão quando os quadros são recebidos com erros. Porém, no ambiente de banda larga geograficamente distribuída, esperam-se tantos erros de transmissão que a correção de erros é empregada na camada física, além dos totais de verificação (Checksum) das camadas mais altas. O efeito final da correção de erros é fazer o canal parecer melhor do que realmente é.

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