Características Técnicas

Throughput
Fazendo uso de uma modulação bastante robusta, o IEEE 802.16 entrega altas taxas de throughput a grandes distâncias e com eficiência espectral tolarente às possíveis reflexões do sinal. A transmissão dos dados se dá em velocidades entre 1 e 75Mbps.
A estação base consegue realizar um compromisso entre alcance e throughput realizando uma modulação adaptativa dinâmica, ou seja, caso a estação base possua um usuário a uma distância considerável e o link entre a base e este usuário não seja robusto, a base pode reduzir de uma modulação de maior ordem (64 QAM) para modulações de ordem menores (16 QAM ou QPSK), reduzindo o throughput porém aumentando o alcance possível para o sinal (veja figura).

Tipos de Modulação
O IEEE 802.16 pode utilizar tanto a modulação QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) ou QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
Na modulação QPSK, a fase da portadora carrega a informação relativa a qual bit está sendo transmitido. No QPSK são utilizadas as fases de 0°, 90°, 180° e 270° para carregar informação. Veja tabela abaixo.

Na modulação QAM, tanto a fase como a amplitude variam e o receptor tem que receber este sinal modulado, detectar a modulação e transforma-lo de volta no sinal original. Na figura abaixo, temos um exemplo de uma modulação 16-QAM, onde cada símbolo agora representa 4 bits, ao contrário de cada símbolo representando 2 bits como é o caso do QPSK.

A modulação 64-QAM permite mandar ainda mais bits por símbolo do que a modulação 16-QAM, porém é necessária uma melhor relação sinal ruído (SNR) para ser possível sobrepor as interferências e manter uma determinada taxa de erro de bits.

Escalabilidade

Para permitir um fácil planejamento das células tanto nos espectros licenciados e sem licença, o 802.16 suporta canais com largura de bandas flexíveis, ou seja, se um determinado operador possui um espectro de 20MHz, ele pode dividir seu espectro em duas seções de 10MHz ou em 4 seções de 5MHz. O operador pode aumentar o número de usuários aumentando o número de seções de menor largura de banda, bom alcance e bom throughput.

Cobertura

O padrão IEEE 802.16 permite suporte a tecnologias que aumentam a cobertura, tais como as antenas inteligetes (smart antenas). A medida que as tecnologias a radio melhoram e os custos diminuem, é possível aumentar o throughput e a cobertura utilizando múltiplas antenas. Isto permitirá uma melhor cobertura em ambientes hostis.

Controle de Acesso do Meio (Médium Access Protocol - MAC)

O IEEE 802.16 foi projetado para um acesso de banda larga de ponto para multiponto, com necessidade de altas taxas de bits tanto para downlink (recebendo da estação base), como para uplink (enviando para a estação base). Os algoritmos de alocação de banda e acesso tem que suportar centenas de terminais por canal, sendo que os terminais podem ser compartilhados por múltiplos usuários finais, sendo que os serviços requisitados pelos usuários finais são diferenciados. Para atender a estes serviços diferenciados, o MAC do 802.16 tem que ser capaz de suportar tráfego contínuo e em rajadas, sempre mantendo a qualidade do serviço desejada pelo usuário.
A camada MAC ganhou um protocolo de uplink/downlink com TDMA entre a estação base e o terminal do usuário que permite a melhoria da latência, afetando a capacidade da rede de suportar serviços de voz e vídeo, além de melhorar a confiabilidade geral do serviço.
Questões relativas à eficiência do transporte também são endereçadas na interface entre o MAC e a camada física (PHY). O IEEE 802.16 é projetado para ser escalável, eficiente e auto-corretor. O sistema não perde eficiência quando conectado a várias conexões por terminal e múltiplos níveis de qualidade de serviço por terminal.
Além de alocar largura de banda e transportar dados, o MAC também faz a autenticação do acesso à rede e estabelecimento da conexão para evitar o roubo do serviço, e promove a troca das chaves e encriptação para proteger a privacidade dos dados trafegados.
Algumas das características da camada MAC podem ser vistas na tabela abaixo:

Característica	Benefício
Quadros de Uplink/Downlink com TDM/TDMA	Uso eficiente de largura de banda
Escalonamento de Assinantes	Distribuição de custos por suportar uma quantidade suficiente de assinantes para entregar um serviço robusto
Suporte a modulação adaptativa	Possibilita maiores taxas de dados de acordo com as condições do canal, aumentando a capacidade do sistema
Segurança e Encriptação	Mantem a privacidade do assinante

Camada Física (PHY)

10-66GHz

Quando era feito o projeto para a especificação da camada física, a propagação em linha de visada era tida como necessária e portanto foi escolhida uma modulação mono-portadora. Devido a configuração ponto a multi-pontos, a estação base basicamente transmite em TDM e recebe em uplink sinais em TDMA. Depois de algumas conversas, foi escolhido um projeto que permite tanto o TDD (Time Division Duplexing), que possibilita que o uplink e o downlink compartilhem o mesmo c anal, sem que ambos transmitam simultaneamente, e o FDD (Frequency Division Duplexing), em que o uplink e o downlink operam em canais separados, porém podendo operar ao mesmo tempo.
O FEC (Forward Error Correction) utilizado é o Reed-Solomon, com tamanho de bloco variável e capacidade de correção de erros. Além do Reed-Solomon, existe um bloco de código convolucional para transmitir os dados críticos (tais como controle de quadro) de forma mais robusta.
A estrutura do subquadro de downlink é mostrada na figura abaixo

O subquadro de downlink começa com uma seção de controle de quadros que possui o DL-MAP (Downlink map) para o quadro de downlink atual e o UL-MAP (Uplink map), para um tempo especificado no futuro. O DL-MAP especifica quando uma transição de camada física (mudança na modulação e FEC) ocorre dentro de um subquadro de downlink. Após a seção de controle, existe uma porção de TDM. Os dados de downlink são transmitidos para cada estação de assinante um perfil de rajada negociável, e os dados são transmitidos em ordem crescente de robustez, para permitir que a estação do assinante receba seus dados antes de receber perfis de rajada que possam fazer com que a estação perca a sincronização com o downlink.
Nos sistemas FDD, a parte de TDM pode ser seguida por uma porção de TDMA, que inclui um preâmbulo extra em cada começo de novos perfis de rajada.
Um subquadro típico de uplink é mostrado na figura abaixo:

Ao contrário do downlink, o UL-MAP garante banda para as estações dos assinantes. A estação do assinante transmite na alocação especificada pelo UIUC (Uplink Interval Usage Code).

2-11GHz

O projeto do IEEE 802.16a não prevê a operação sem a necessidade de linha de visada (NLOS - Non-Line-Of-Sight). Como espera-se utilizar esta faixa de freqüências para transmissão residencial, as antenas possivelmente estarão colocadas sobre as casas e prédios, podendo, dessa forma, não possibilitar uma linha de visada adequada com a antena da estação base. Desta forma, uma propagação com múltiplos caminhos é esperada.
Para alcançar esta tipo de operação sem linha de visada, foram necessárias mudanças na camada física nessa faixa de freqüência, com a introdução de três novas especificações (monoportadora (single carrier), FFT de 256 pontos OFDM e FFT de 2048 pontos OFDMA.).
O formato OFDM foi escolhido em detrimento de outras tecnologias, pois possibilita uma melhor performance sem linha de visada mantendo um alto nível de eficiência espectral maximizando o uso do espectro disponível. A tecnologia CDMA requer que a banda de rádio freqüência seja muito maior que o throughput de dados para poder sobrepor as interferências, o que é impraticável pois para freqüências abaixo de 11Ghz, uma taxa de dados de aproximadamente 70Mbps precisaria de uma banda de radio freqüência superior a 200MHz.
Algumas outras características da camada física que possibilitam que esta tecnologia seja robusta são: largura de canais flexível, perfis de rajada adaptativos, corretor de erro com Reed-Solomon e codificação convolucional, sistema de antenas avançadas opcional e seleção de freqüência dinâmica. A tabela abaixo fornece uma visão geral de algumas das características mencionadas acima.

Característica	Benefício
FFT de 256 pontos OFDM	Suporte para multi percurso em ambientes sem linha de visada
Modulação adaptativa	Possibilita um link de radio freqüência robusto enquanto maximiza o numero de bits por segundo que cada assinante recebe
Tamanho variável de canais	Possibilita a flexibilidade necessária para operar em diferentes bandas de freqüência com variação dos requisitos de canal ao redor do mundo
Projetado para suportar antenas inteligentes	Habilidade para diminuir interferência e aumentar o ganho do sistema

Interoperabilidade

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Conclusão