實體層模組的設計

3.4.1.3. MS 媒體存取控制層的模組設計與實作

為了支援穿透式中繼台網路下多段轉傳的功能，除了原本在 IEEE 802.16e 中為了提供 用戶端在移動式 WiMAX 網路中所定義的換手程序與定期測距，在用戶端設計中，我們增加 了 IEEE 802.16j 規格中於媒體控制層所增訂的基本流程管理控制訊息。

在移動式 WiMAX 中，用戶端會定期發送定期測距碼給基地台，用途在校調移動式用戶 端 與 基 地 台 之 間 的 時 序 偏 差 ， 基 地 台 在 接 收 到 用 戶 端 所 發 送 的 定 期 測 距 碼 時 會 回 覆 RNG-RSP 管理訊息通知用戶端測距的結果。除此之外，中繼台必須監聽用戶端所發送的定 期測距碼，並且轉發 MR_RNG-RSP 管理訊息給基地台，提供基地台在進行資料傳輸最佳路 徑規畫使用。

在目前換手程序設計上主要是沿用先前 NCTUns 模擬器上移動式 WiMAX 所使用的機 制，由用戶端發起，如同先前所介紹的，在網路模擬一開始，基地台會透過讀取檔案中記錄 鄰近基地台的資訊來模擬基地台藉由骨幹網路取得鄰近基地台的資訊，之後用戶端會藉由 MOB_SCN_REQ 管理訊息向基地台請求鄰近基地台頻道訊號品質掃描，並且將掃描後的結 果傳回基地台，提供基地台進行換手決策時參考，

在二段式穿透式多段轉傳網路拓樸下，中繼台與用戶端均必須在基地台的訊號涵蓋範圍 下，在我們的設計下，若用戶端是透過中繼台與基地台進行資料傳輸，則用戶端的媒體控制 層將不會接收由基地台直接傳送給用戶端的資料而是透過中繼台於下行穿透地帶傳送的方式 進行接收；在上行方面亦然，在基地台則是接收經由中繼台所轉送的用戶端上行資料。

3.4.2. 實體層模組的設計

IEEE 802.16j 為以 802.16e 點對點模式為基礎而增訂的規格，所使用的實體層為 802.16e OFDMA 實體層的修訂，支援 FDD 與 TDD 兩種模式的訊框配置方式。WiMAX

OFDMA 實體層主要的功能包含訊框控制標頭的處理、調變技術的模擬、通道編碼與解碼的 實作及通道模型的模擬等。

訊框標頭存在於每個訊框一開始的子通道上，為 OFDMA 實體層負責產生，用來儲存 DLFP (Downlink Frame Prefix)，在 DLFP 中會紀錄基地台封裝的 DL-MAP 管理訊息的長度 和使用的調變編碼方式，中繼台與用戶端於接收基地台所傳送的訊框時，必須經由分析 DLFP 來對訊框中的 DL-MAP 管理訊息執行通道解碼，分析訊框中資源的配置方式。在目前的設計 上，當基地台的排程器將 DL-MAP 管理訊息封裝完成後會將 DL-MAP 交由實體層進行 DLFP 的封裝，當中繼台與用戶端收到基地台所傳送的訊框時，再根據 DLFP 將 DL-MAP 管理訊息 解碼出來並且傳送至上層媒體控制層，媒體控制層再根據 DL-MAP 所紀錄的下行存取地帶與 下行穿透地帶的資源配置方式傳回至實體層進行訊框中免競爭區段的解碼。

為了模擬基地台傳送下行資料的傳輸時間，在中繼台與用戶端上根據下行子訊框的配置 方式將下行資料處理的程序分成不同的區段；在穿透式中繼台方面，下行資料的處理分成兩 個區段，第一個區段為處理前置符號和接收 DLFP 與 DL-MAP 的時間，包含一個 symbol 加 上一個 slot 所需的時間，第二個區段則是接收下行存取地帶扣掉處理前置符號與 DL-MAP 所 需的傳輸時間。在用戶端的實體層方面，除了上述中繼台所包含兩個區段，若在訊框排程中 包含下行穿透地帶，則用戶端必須包含第三個區段，此區段為處理中繼台轉送下行資料的時 間，此區段時間於排程器在進行排程時會動態調整，最長為下行子訊框所佔用的 symbol 個 數時間的一半。

在上行子訊框的傳輸時間模擬方面，於上行子訊框中的上行存取地帶設計上，由競爭頻 道區間和免競爭頻道區間組成，競爭頻道為中繼台進行初始測距碼傳送與用戶端進行所有種 類測距碼的傳送所使用，基地台須模擬接收各測距碼所必須的時間；在規格中定義根據測距 碼的方式不同，各測距碼所佔用的 symbol 個數會有所不同，在目前的設計上，初始測距碼 與換手測距碼是以兩個 symbols 作為傳輸時間，定期測距碼與頻寬請求碼，則是以一個 symbol 當作傳輸時間。免競爭區間為用戶端進行上行資料傳送的時間，當基地台於上行存取 地帶接收到資料時，基地台會根據上行存取帶所佔用的 symbol 個數所需的傳輸時間作為模

擬接收此區段資料所需的傳送時間。在上行轉送地帶，亦包含一個競爭頻道區間與一個免競 爭頻道區間，競爭頻道區間為中繼台進行定期測距、換手測距與頻寬測距使用，由於目前設 計中，我們僅支援固定式中繼台，目前在上行轉送地帶我們會保留此測據子通道區塊，但是 中繼台並不會在此區塊上進行定期測距碼與換手測距碼的傳送；另外一段免競爭頻道區段則 是中繼台進行上行資料轉送傳送的區段，同樣地，當基地台於上行轉送地帶接收到資料時，

基地台會以上行轉送地帶所佔用的 symbol 個數所需的時間作為模擬接收此區段資料所需的 傳送時間，圖 3-11 為二段式穿透式網路訊框資料傳輸時間示意圖。

  圖 3-11 二段式穿透式網路訊框資料傳輸時間示意圖

在調變技術模擬方面，由於模擬器無法模擬呈現真實調變技術，我們將僅模擬調變技術 所產生的功能。調變是實體層在進行傳送時將數位訊號轉為類比訊號透過無線介面傳輸到空 氣介質上的程序，一個子載波傳輸類比資料所使用的最小單位是一個 symbol，而一個 symbol 所代表的位元個數，將會影響頻道的傳輸速率。在 IEEE 802.16j OFDMA 實體層規範裡所使 用的調變方式分別為 QPSK、16QAM、64QAM 三種，並且搭配不同的通道編碼率而有多種 組合，以適用於不同的環境。為了要支援媒體控制層用戶端在移動中對於傳輸路徑能夠進行 動態調整的，我們在媒體控制層上支援基地台、中繼台與用戶端之間動態變換調變的方式的 技術。

至於在通道編碼方面，目前 NCTUns 模擬器上 WiMAX 所支援的編碼技術為最基本的 Convolution Code，其通道編碼率包括 1/2、2/3、3/4 三種。由於 OFDMA 實體層所支援的 Convolution Code 是 Tail-Biting，針對原始資料進行區塊編碼時，不會增加額外的填充位元 (padding)。於是所得到的編碼率會與實際取得的資料量相同，但此類的編碼方式與過程將會 較為複雜。解碼方式是採用 Viterbi 演算法來達成，並針對 Tail-Biting 的特性，我們將參考[5]

的想法來實作解碼的流程。另外，在完成 Convolution 編碼後，OFDMA 實體層提供了重複 編碼的功能，用來增加傳輸資料的正確性。在規格中訂定除了 DLFP 訊息必須使用重複編碼 之外，對於其他的資料都是選擇性實作的。於是，在目前的模組設計中，除了傳輸 DLFP 以 外的資料都不提供重複編碼，以降低設計的複雜度。

3.4.2.1. MR-BS 實體層的模組設計與實作

  在中控型基地台實體層模組的實作設計上，由於基地台必須根據 DL-MAP 訊息對訊框一 開始的 FCH 執行 DLFP 封裝，所以當基地台的排程器將 DL-MAP 管理訊息封裝完成後會將 DLMAP 管理訊息交由實體層來進行 DLFP 封裝，然後再將完整封裝好的整個訊框，於下行 存取地帶區段傳送給中繼台與用戶端。

此外，我們沿用目前 NCTUns 上移動式 WiMAX 的做法，假設再同一個拓樸上的所有的 基地台都會運作在不同的頻帶上，且為了區別各自的頻帶，我們將以模擬時的節點識別碼作 為頻帶識別之用，此部份的作法在 IEEE 802.16e 中並無定義。

3.4.2.2. Transparent RS 實體層的模組設計與實作

  在穿透式中繼台實體層模組設計方面，包括兩個區段的接收與兩個區段的資料轉送，在 資料接收方面，由接收基地台下行存取地帶的資料和接收用戶端上行存取地帶的資料組成；

轉送資料則分別為中繼台於下行穿透地帶中轉送下行資料至用戶端和上行轉送地帶進行用戶 端上行資料的轉送。

在中控型排程網路中，由於訊框資源配置主要由提供服務的基地台統籌進行排程，在接

收由基地所傳送的下行存取帶設計方面，中繼台必須根據 DLFP 來對基地台所廣播的 DL-MAP 進行資料解碼，並且將解碼後的 DL-MAP 傳送至媒體控制層進行分析，經由分析 DL-MAP 可以取得基地台對下行存取地帶免競爭區段的資源配置方式並且進行解碼。另外在 接收上行存取地帶設計方面，中繼台會接收用戶端所傳送的上行資料，包含競爭區段測距資 料與免競爭區段一般性用戶端資料，再將解碼後的資料傳送至媒體控制層進行分析。

在傳送下行穿透地帶的資料設計方面，基地台的排程器會將下行穿透地帶所要的轉送的 資料封裝後交由各中繼台，中繼台在於下行穿透地帶區段將資料傳送至用戶端。在傳送上行 轉送地帶資料設計上，各中繼台會根據 UL-MAP 中基地台對於各中繼台的資源配置狀況，於 上行轉送地帶將資料傳送到基地台。

3.4.2.3. MS 實體層的模組設計與實作

  在穿透式中繼台網路中，用戶端所接收的下行資料可能為基地台或中繼台所傳送，用戶 端透過 DLFP 來對基地台所廣播的 DL-MAP 進行資料解碼，再將解碼後的 DL-MAP 傳送至 媒體控制層進行分析。在下行子訊框接收方面分成下行存取地帶與下行穿透地帶兩個區段，

  在穿透式中繼台網路中，用戶端所接收的下行資料可能為基地台或中繼台所傳送，用戶 端透過 DLFP 來對基地台所廣播的 DL-MAP 進行資料解碼，再將解碼後的 DL-MAP 傳送至 媒體控制層進行分析。在下行子訊框接收方面分成下行存取地帶與下行穿透地帶兩個區段，