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寬帶固定無線接入網(wǎng)MAC層設計

云知道


一、引言
寬帶接入網(wǎng)被認為是信息高速公路的最后一公里，必將成為未來國家信息基礎設施發(fā)展的重點 。目前有幾種寬帶接入方式，如光纖接入、xDSL、寬帶固定無線接入網(wǎng)等 。與其它寬帶接入方式相比，寬帶固定無線接入網(wǎng)有許多優(yōu)點，如建網(wǎng)快、低成本、易維修和可克服某些地理環(huán)境的限制等，已成為一種非常有前途的接入方式 。
寬帶固定無線接入網(wǎng)是指節(jié)點固定的無線通信系統(tǒng)，主要用來在用戶終端和核心網(wǎng)之間傳送數(shù)據(jù)［１］ 。寬帶固定無線接入網(wǎng)的拓撲結構如圖1所示 。寬帶固定無線接入網(wǎng)是一種點到多點的結構，主要包括基站(BS)、用戶站(SS)和網(wǎng)管系統(tǒng)三大部分，非凡情況下在基站和用戶站之間可以通過接力站(RS)進行中繼 。與用戶站相連的可以是單個的用戶終端(TE)，也可以是一個用戶駐地網(wǎng)(CPN)［２］ 。
　
寬帶固定無線接入網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方向是雙向的，上行鏈路是指數(shù)據(jù)傳輸方向從用戶站到基站，速率為5.12 Mbit/s,下行鏈路是指數(shù)據(jù)傳輸方向從基站到用戶站,速率為8.86 Mbit/s 。寬帶固定無線接入網(wǎng)采用的雙工方式是頻分復用（FDD） 。下行鏈路基站以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，各用戶站采用時分復用（TDM）方式共享下行鏈路資源 。上行鏈路用戶站以突發(fā)方式數(shù)據(jù)，各用戶站采用時分多址（TDMA）方式共享上行鏈路資源 。本文介紹的寬帶固定無線接入網(wǎng)工作在3.5 GHz頻段上，提供電路性業(yè)務和數(shù)據(jù)性業(yè)務的接入 。
寬帶固定無線接入網(wǎng)分為物理層和MAC層，協(xié)議模型如圖2所示 。物理層為基站MAC和用戶站MAC之間提供透明的比特流傳輸［３］ 。本文以下部分將研究MAC層功能，重點是設計實現(xiàn)MAC層功能的技術方案，最后用Altera公司的FPGA芯片實現(xiàn) 。
　
二、MAC層
寬帶固定無線接入網(wǎng)MAC層由2個子層組成，即特定業(yè)務匯聚子層和公共部分子層 。特定業(yè)務匯聚子層位于公共部分子層之上，并利用公共部分子層提供的服務 。特定業(yè)務匯聚子層接收來自于高層的業(yè)務數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)封裝成業(yè)務包，以便接收方特定業(yè)務匯聚子層能夠將這些業(yè)務包恢復成高層信息 。公共部分子層是MAC層的核心部分，包括成幀、帶寬分配、安全性、鏈路的建立和維護等 。成幀是將特定業(yè)務匯聚子層的業(yè)務包封裝構成幀然后傳遞給物理層；帶寬分配是如何將寬帶固定無線接入網(wǎng)的帶寬資源分配給不同用戶站的不同業(yè)務；安全性是防止非法用戶站的侵入；鏈路建立和維護是在用戶站與基站之間建立通信鏈路，并維護這條鏈路 。
MAC層設計目的就是設計出實現(xiàn)上述各項功能的技術方案，分為特定業(yè)務匯聚子層設計和公共部分子層設計 。
三、特定業(yè)務匯聚子層設計
特定業(yè)務匯聚子層設計的要害是業(yè)務包的設計，不同的業(yè)務數(shù)據(jù)其封裝的業(yè)務包格式是不同的 。寬帶固定無線接入網(wǎng)提供數(shù)據(jù)性業(yè)務和電路性業(yè)務的接入，本文根據(jù)其業(yè)務特點設計出數(shù)據(jù)性業(yè)務包和電路性業(yè)務包，并將特定業(yè)務匯聚子層分為2種，數(shù)據(jù)性業(yè)務匯聚子層和電路性業(yè)務匯聚子層，分別用于實現(xiàn)這兩種業(yè)務的封裝過程 。
1.數(shù)據(jù)性業(yè)務包
寬帶固定無線接入網(wǎng)接收來自于高層的數(shù)據(jù)性業(yè)務數(shù)據(jù)是基于IEEE802.3幀格式 。IEEE802.3幀自身不能進行幀定界，需要底層給出幀定界符 。數(shù)據(jù)性業(yè)務包主要功能就是對IEEE802.3幀進行幀定界 。數(shù)據(jù)性業(yè)務包由3字節(jié)的包頭和凈荷組成 。包頭是“0x0FFFF0”，功能就是使接收端數(shù)據(jù)性業(yè)務匯聚子層能夠從接收到數(shù)據(jù)流中對IEEE802.3幀進行幀定界 。凈荷就是一個是加擾碼的IEEE802.3幀 。為了防止IEEE802.3幀數(shù)據(jù)與包頭相同的，必須對IEEE802.3幀加擾碼 。加擾碼的原則是當連續(xù)3個半字節(jié)均為“0xF”時，加一個字節(jié)的“0x00” 。數(shù)據(jù)性業(yè)務包封裝和加擾碼的原理如圖3所示 。

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