宽带固定无线接入网mac层设计

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1、宽带固定无线接入网MAC层设计～教育资源库一、引言　　宽带接入网被认为是信息高速公路的最后一公里，必将成为未来国家信息基础设施发展的重点。目前有几种宽带接入方式，如光纤接入、xDSL、宽带固定无线接入网等。与其它宽带接入方式相比，宽带固定无线接入网有许多优点，如建网快、低成本、易维修和可克服某些地理环境的限制等，已成为一种非常有前途的接入方式。　　宽带固定无线接入网是指节点固定的无线通信系统，主要用来在用户终端和核心网之间传送数据［１］。宽带固定无线接入网的拓扑结构如图1所示。宽带固定无线接入网是一种点到多点的结构，主要包括基站(B

2、S)、用户站(SS)和网管系统三大部分，特殊情况下在基站和用户站之间可以通过接力站(RS)进行中继。与用户站相连的可以是单个的用户终端(TE)，也可以是一个用户驻地网(CPN)［２］。　　　　　　宽带固定无线接入网数据传输方向是双向的，上行链路是指数据传输方向从用户站到基站，速率为5.12Mbit/s,下行链路是指数据传输方向从基站到用户站,速率为8.86Mbit/s。宽带固定无线接入网采用的双工方式是频分复用（FDD）。下行链路基站以广播方式发送数据，各用户站采用时分复用（TDM）方式共享下行链路资源。上行链路用户站以突发方式数据

3、，各用户站采用时分多址（TDMA）方式共享上行链路资源。本文介绍的宽带固定无线接入网工作在3.5GHz频段上，提供电路性业务和数据性业务的接入。　　宽带固定无线接入网分为物理层和MAC层，协议模型如图2所示。物理层为基站MAC和用户站MAC之间提供透明的比特流传输［３］。本文以下部分将研究MAC层功能，重点是设计实现MAC层功能的技术方案，最后用Altera公司的FPGA芯片实现。　　　　　　二、MAC层　　宽带固定无线接入网MAC层由2个子层组成，即特定业务汇聚子层和公共部分子层。特定业务汇聚子层位于公共部分子层之上，并利用公共部

4、分子层提供的服务。特定业务汇聚子层接收来自于高层的业务数据，并将这些数据封装成业务包，以便接收方特定业务汇聚子层能够将这些业务包恢复成高层信息。公共部分子层是MAC层的核心部分，包括成帧、带宽分配、安全性、链路的建立和维护等。成帧是将特定业务汇聚子层的业务包封装构成帧然后传递给物理层；带宽分配是如何将宽带固定无线接入网的带宽资源分配给不同用户站的不同业务；安全性是防止非法用户站的侵入；链路建立和维护是在用户站与基站之间建立通信链路，并维护这条链路。　　MAC层设计目的就是设计出实现上述各项功能的技术方案，分为特定业务汇聚子层设计和公

5、共部分子层设计。　　三、特定业务汇聚子层设计　　特定业务汇聚子层设计的关键是业务包的设计，不同的业务数据其封装的业务包格式是不同的。宽带固定无线接入网提供数据性业务和电路性业务的接入，本文根据其业务特点设计出数据性业务包和电路性业务包，并将特定业务汇聚子层分为2种，数据性业务汇聚子层和电路性业务汇聚子层，分别用于实现这两种业务的封装过程。　　1.数据性业务包　　宽带固定无线接入网接收来自于高层的数据性业务数据是基于IEEE802.3帧格式。IEEE802.3帧自身不能进行帧定界，需要底层给出帧定界符。数据性业务包主要功能就是对IEE

6、E802.3帧进行帧定界。数据性业务包由3字节的包头和净荷组成。包头是0x0FFFF0，功能就是使接收端数据性业务汇聚子层能够从接收到数据流中对IEEE802.3帧进行帧定界。净荷就是一个是加扰码的IEEE802.3帧。为了防止IEEE802.3帧数据与包头相同的，必须对IEEE802.3帧加扰码。加扰码的原则是当连续3个半字节均为0xF时，加一个字节的0x00。数据性业务包封装和加扰码的原理如图3所示。　　　　　　2．电路性业务包　　宽带固定无线接入网接收的高层电路性业务数据是基于E1帧，其帧结构符合ITU-TG.704。电路性业

7、务汇聚子层将接收的E1帧数据封装成电路性业务包，在接收端电路性业务汇聚子层将接收到的电路性业务包恢复成E1帧。电路性业务包长度是18字节，包括2个字节的头和16个字节的净荷。包头由一个字节的用户站标志和一个字节的时隙标志组成。用户站标志是宽带固定无线接入网用来区分不同的用户站，时隙标志是用来区分同一用户站不同的时隙。净荷是由时隙标志对应的那个时隙的连续16帧的数据组成。电路性业务包结构如图4所示。CPEID是用户站标志，TSID是时隙标志，F1到F16是时隙中的数据。　　　　　　四、公共部分子层设计　　公共部分子层设计是MAC层设计

8、的核心部分。公共部分子层关键技术是带宽分配方案、帧结构和用户站注册过程。带宽分配方案设计的目标既要满足不同业务对QoS的要求，又要有比较高的带宽利用率。为此，本文提出固定按需混合分配方案的带宽分配方案。帧结构直接决定着宽带固定无线接入