Case Study: WiBro MAC 2007.10 미래기술연구소. 1 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics

Case Study: WiBro MACCase Study: WiBro MAC

2007.102007.10

미래기술연구소

2

목차 PART I : Basic Topics

Introduction to MAC

Convergence sublayer

MAC PDU

Ranging

MAP

PART II: Advanced Topics (For your reference)

Basic Access Procedure

QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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WiBro System

분류 특성

사용주파수 대역 2.3~2.4GHz (100MHz 대역폭 )

서비스종류 실시간 ( 예 : 동영상 )비실시간 ( 예 : 파일전송 )최선형 ( 예 : 웹 브라우징 )

기반 프로토콜 IP

사용자 전송속도 최대 3Mbps 이상

기지국 전송속도 30Mbps/FA (10MHz)( 기본형 )

50Mbps/FA (10MHz)( 고속형 )

이동속도 <= 60 Km/h

셀 크기 ~1 Km

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Definitions (1/3) Base Station (BS)

SS 의 연결 , 관리 및 제어 기능을 제공하는 일반화된 장치의 집합Serving BS (16e scope)

SS 가 최근에 등록을 수행한 BS

Target BS (16e scope)

SS 가 핸드오버 마지막 과정에서 등록을 하려고 하는 BS

Subscriber Station (SS)

가입자 장치 (UE) 와 BS 사이의 연결성을 제공하는 일반적인 장치MSS (Mobile Subscriber Station): SS with Mobility (16e scope)

PSS (Portable Subscriber Station): MSS in WiBro (TTA)

5

Definitions (2/3) Connection

하나의 Service flow 의 트래픽을 전송 BS 와 SS 의 MAC peer 들 사이의 unidirectional mapping

Connection Identifier (CID)

BS 와 SS 의 MAC 계층 내의 connection 을 식별하는 MAC 계층 주소 Unidirectional Connection ID

Connection 의 종류 Basic Connection

Initial SS ranging 동안에 설정 (RNG-RSP)

지연에 민감한 MAC mgmt. 메시지들을 전송 Management Connection

지연에 민감하지 않은 MAC mgmt. 메시지들을 전달 Primary mgmt. connection; Secondary mgmt. connection

Transport Connection

사용자의 데이터를 전송하기 위하여 사용되는 연결

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Definitions (3/3) MAP

DL/UL 에서 주파수 및 시간상 자원을 정의하는 MAC 계층의 메시지 자원 위치와 Offset 으로 자원 살당 (Subchannel 및 Symbol)

Downlink MAP (DL-MAP); Uplink MAP (UL-MAP)

Channel Descriptor

DL/UL 에서 PHY/MAC 특성을 기술하는 MAC message

Downlink Channel Descriptor (DCD), Uplink Channel Descriptor (UCD)

Interval Usage Code (IUC)

Burst profile 을 식별하는 부호 Downlink Interval Usage Code (DIUC); Uplink Interval Usage Code (UIUC)

- 프로파일 (profile) 은 변조방식 ; 순방향 오류정정 방식 ; 프리앰블 길이 ;

보호기간 등을 포함

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Reference Model Convergence Sublayer (CS)

DL(BS), UL(SS): Classifying SDUs to CID

Payload header suppression

MAC CPS

Bandwidth allocation

Connection establishment

Connection maintenance

Quality of Service

Scheduling of data over the PHY

Privacy Sublayer

Providing authentication

Secure key exchange

Encryption

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Functional Model

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP

PART II: Advanced Topics


QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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Packet Header Suppression (PHS)

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Packet Header Suppression (PHS) ATM CS

12

Header Compression

13

Suppression & Compression

14

Packet Classification

15

Packet Classification

16

MAC Connection and CID

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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Payload with GMH Fragmentation and Packing

Subheaders: Fragmentation subheader /Packing Subheader

MAC SDU and MAC management message -> MAC PDU

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PDU Handling (1/2) Concatenation

Burst 를 구성하는 PDU 를 연접하여 전송하는 것 (GMH 를 사용 )

MAC PDU Concatenation Example

Fragmentation

SDU 를 분할하여 PDU 들에 나누어 전송하는 것 (Fragmentation Subheader 를 사용 )

MAC PDU Concatenation Example

20

PDU Handling (2/2) Packing

다수 개의 SDU 또는 SDU fragment 들이 PDU 를 구성하는 것 MAC PDU Packing Example – Packing with fragmentation

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ARQ Mechanism ARQ (Automatic Repeat reQuest)

MAC Layer 의 optional 기능

Connection 설정시 ARQ 사용여부 결정

Per-connection basis 로서 수행

Cumulative/Selective ACK 를 가지는 Selective Repeat ARQ bitmap

방식으로서 Bitmap Block 의 크기를 가변적으로 운용 가능함

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PAC PDUs With Generic MAC Header (GMH) and CRC

Subheader (SH) and extended subheader (ESH): HT=0

Only with MAC Header

No CRC But the field of “header check sum” protects it

Small size

Header type (HT) =1

Bandwidth request header

Several headers (8 ones in 16e/D6)

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MAC PDUs with GMH (HT=0)

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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Ranging and BW Request

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Initial & HO Ranging

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Periodic Ranging

28

UP Link BW Request

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CDMA Code-Based

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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Normal MAP DL-MAP & UL-MAP

Management Messages (GMH and CRC0

DL-MAP IEs and UL-MAP IEs

Burst Profile 방식 (DIUC and UIUC)

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Data Identification In MAP Allocation Unit

Per-Burst: 동일한 변조 / 코딩을 사용하는 데이터의 집합

다른 사용자들의 CID 를 모음

Per-User: 사용자 단위 데이터 (CID)

Burst Profile 방식 데이터의 크기와 상관없이 변조 및 채널 코딩 결정

채널 상태 (SNR) 변조 및 채널코딩 결정

DL: DIUC & UL:UIUC

Ex) DIUC 0 = [QPSK (CTC) 1/2]

Nep & Nsch 방식

Nep: 입력 데이터 양 , Nsch: 할당된 sub-channel 양

데이터 크기에 따라 변조 및 채널코딩 결정

채널 상태 (SNR)+Nep 변조 및 채널 코딩 결정

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Compressed MAP Compressed DL-MAP & Compressed UL-MAP

No GMH and one CRC

DL-MAP IEs and UL-MAP IEs

Burst Profile 방식 (DIUC and UIUC)

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HARQ MAP HARQ MAP Message

Different modulation and channel coding with MAP

HARQ for downlink and uplink

Compact DL-MAP IEs and compact UL-MAP IEs

Nep & Nsch 방식

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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Access Procedures 셀 방송정보 (UCD/DCD)

초기 무선 접속 (Initial RNG)

AT 기본 협상 장치 및 사용자 인증 셀 등록 IP 연결 서비스 흐름 추가 / 변경 / 종료 등록 해제

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AP Initialization 셀 초기화 관리

셀 설정

SI 설정 (UCD/DCD)

방송 정보 설정

상태 관리

셀 해제 관리 정상 : 셀 해제

오류 : 셀 재시작

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SS Initialization Overview

39

MAC Synchronization

40

DCD Parameter Update

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Network Entry – Initial Ranging

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Network Entry – SBC negotiation

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Network Entry - Registration

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Network Entry – Provisioned Connection

45

Network Entry – IP Connectivity

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Basic Access 셀 방송정보

UCD/DCD

UL-MAP/DL-MAP

초기 무선접속 CDMA Ranging

Initial Ranging

AP 기본 기능협상 장치 및 사용자 인증

EAP 지원

셀 등록 IP 연결

Mobile IP

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Traffic Access and DeRegistration 서비스 흐름 추가

무선 트래픽 추가 MAC: DSA-XXX

ANAP: DSAxxx

서비스 흐름 변경 무선 트래픽 변경 MAC: DSC-XXX

ANAP: DSCxxx

서비스 흐름삭제 무선 트래픽 삭제 MAC: DSD-XXX

ANAP: DSDxxx

AT 접속 해제 DREG-CMD

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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QoS Objective Model Service Flow and Service Class

Connection ID

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Service Types Unsolicited Grand Service (UGS)

T1/E1 및 voice over IP without suppression 등과 같은 고정된 크기의 데이터 패킷들을 생성하는 real-time service flow 들을 지원함

Real-Time Variable Rate (RT-VR)

MPEG video 등과 같은 주기적인 가변크기의 데이터 패킷들을 생성하는 service flow 들을 지원함

Extended Real-Time Variable Rate (ERT-VR)

UGS + RT-VR

Non-Real-Time Variable Rate (NRT-VR)

High bandwidth FTP 등과 같은 가변 크기의 Data Grant Burst Type 들을 re

gular basis 로서 필요로 하는 service flow 들을 지원

Best Effort (BE)

WWW 등과 같은 Best Effort Traffic 에 대하여 효과적인 서비스를 제공하기 위한 것

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Uplink 자원 요청 및 할당 정책 UGS (Unsolicited Grand Service)

Connection 설정시 고정 대역을 할당 받는다 . SI (Slip Indicator) bit 가 설정된 경우를 제외하고는 Maximum Sustained Traffic Rate Parameter

보다 많은 대역폭을 할당받을 수 없음

rtPS (real-time Polling Service)

Connection 설정시 polling 주기를 할당 받아 BS 로부터 poll 을 받으면 ,

매 PDU 전송마다 bandwidth request 또는 piggybacking 으로 자원 요청

ertPS (extended real-time Polling Service)

UGS + rtPS

nrtPS (non-real-time Polling Service

BS 의 상황에 따라 정규적으로 (periodic or non-periodic) poll 될 때 bandw

idth request 를 하거나 , connection based 로 요청할 수 있음

BE (Best Effort)

Connection based 또는 piggybacking 으로 자원을 요청할 수 있음

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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Sleep Mode Operation (1/2) IEEE 802.16e Sleep-Mode

Awake Mode: SS 는 정상적인 방법으로 PDU 들을 수신 / 전송 Sleep Mode: SS 는 PDU 들을 수신하거나 전송하지 않음

Definitions of Two intervals during Sleep Mode Sleep-interval:

Sleep mode 로 동작하는 구간 Sleep period 동안에 minimum 부터 maximum limits 까지 지수적으로 증가

Listening-interval

Awake mode 로 상태변경을 BS 가 알려주는 지속 시간 DL transmission 과 동기를 맞추고 DL 데이터를 복조 할 수 있음

Sleep Mode 의 동작 Sleep mode 로 들어가기 이전에 SS 는 BS 에게 통지 및 승인이 필요 Sleep mode 동안 BS 는 incoming PDU 들을 저장

Listening-interval 에 DL 데이터 유무를 통지 통지 후 Awake mode 로 복귀

SS 는 sleep mode 를 종료하고 , 언제라도 awake mode 로 복귀 가능

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Sleep Mode Operation (1/2) Sleep Interval Update Algorithm

SS 는 SLP-RSP message 를 수신한 이후에 sleep mode 로 진입 SS 는 sleep mode 로 진입할 때 , sleep-interval 에 대하여 min-window 를 사용 이후 sleep-interval 의 지속시간을 두 배로 하여 다시 sleep-mode 로 재진입 이 절차는 sleep-interval 이 max-window 를 넘지 않을 때까지 계속되고 , 이후

max-window 크기인 sleep-interval 이 반복됨

Traffic Indication Signaling

SS 는 동기가 맞지 않는 경우 Awake mode 로 복귀 PHY 의 frame number 가 expected frame number 와 다른 경우

BS 는 traffic 유무를 listening interval 동안에 통지 (TRF-IND)

SS 가 자신의 CID 에 대하여 Positive Traffic Indication 을 발견하지 못하면 ,

sleep-mode 로 복귀

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Sleep Mode Example Example: Sleep Mode Operation – HPi & 802.16e Harmonization

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Sleep Mode: Additional Functions Sleep Mode Operation (additional functions)

SLPID Update

Periodic Ranging During Sleep Mode

SLPID Grouping Indication

Guaranteed Mode of Minimum Sleep Duration

Power Saving Classes, etc

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Power Saving Class (1/2) Power Saving Classes

Power saving class 1:

Recommended for connections of BE and NRT-VR type

Relevant parameters

- Initial-sleep window

- Final-sleep window base

- Listening window

- Final-sleep window exponent

- Start frame number for initial sleep window

- Traffic triggered wakening flat

Sleep window update algorithm

Sleep_window = min (2*(Previous_sleep_window),

Final_sleep_window_base*2^(Final_sleep_window_exponent))

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Power Saving Class (2/2) Power Saving Classes

Power Saving Class 2:

Recommended for connections of UGS, RT-VR type

Relevant parameters

- Initial-sleep window

- Listening window

- Start frame number for initial sleep window

Power Saving Class 3:

Recommended for multicast connections as well as for management operations, for e

xample, Periodic Ranging, DSx operations, NBr-ADV

Relevant parameters

- Final-sleep window base

- Final-sleep window exponent

- Start frame number for sleep window

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Sleep Mode Operation Example: Sleep Mode operations with two Power Saving Classes

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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PSS-initiated Idle Mode Transition

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Idle Mode Idle Mode

Concept

MSS 가 DL broadcast messaging 을 받으면서 다수 BS 는 이동

MSS 가 handover 나 normal operation 에 요구사항을 따르지 않음

Discrete interval 에만 호출여부를 점검하여 power save 를 할 수 있는 상태

Conditions

모든 connection 및 management connection ID 들은 해제 / 반납됨

ID address 도 반납됨

MBS service flow 및 SA 는 유지

Idle Mode Entering procedure

BS-initiated unsolicited DREG-Cmd Message (code=0x05)

MSS-initiated DREG-REG, then the BS shall Tx DREG-Cmd (code=0x05)

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Paging Listening & Unavailable MSS Broadcast paging Message time synchronization

Preferred BS 의 평가 및 선택 :DCD 및 DL-MAP 수신 MSS Paging Unavailable Interval

MSS Paging Listening Interval

MSS paging Unavailable interval 수행 가능한 동작

Power down

Scan neighbor BSs

Re-select Preferred-BS

Ranging trial

기타 다른 action 들을 수행

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Paging Procedure

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Paging Cycle BS Paging Interval

BS Paging interval 은 다음을 만족하는 frame 에서 시작하는 5 frame

구간임

N_frame modulo PAGING_CYCLE == PAGING_OFFSET

BS 는 backbone message 를 통하여 실제 PAGING_CYCLEs 를 통보 받음

BS Broadcast Paging message

단말기에게 다음 사항을 알려줌

- BS 또는 어떤 network entity 를 통하여 pending 서비스 요청

- Location update 를 수행하도록 poll

Broadcast CID 를 사용하여 , BS Paging Interval 동안 전송

MSS 를 식별하기 위하여 MSS MAC Address Hash 를 포함

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Paging & Location Update Paging and Location Update

Paging and Location Update

Paging Group ID, Paging Cycle, Paging Offset 값에 의해 Paging interval 동안에 paging 가능 (Paging controller/serving BS 에 의하여 )

RNG-REG/RSP 메시징을 통하여 Location Update 가능

Location Update Types

Zone-based (Paging Group ID change detection) Location Update

Timer-based Location Update

Power down-based Location Update

MAC hash Skip Threshold-based Location Update

Location Update Process

Secure Location Update

- RNG-REG msg 내에 Ranging Purpose Indication “Location Update Request”

& paging controller ID TLV & HMAC Tuple 을 포함하여 전송

Un-secure Location Update

- RNG-REG msg without HMAC Tuple

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Fast Re-entry Procedure from Idle Mode

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Introduction to MAC


MAC PDU

Ranging

MAP



QoS

Sleep mode

Idle & Paging

Handover

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WiBro System Architecture

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Handover Types Handover Types

Inter-Sector Handover

Inter-BS(RAS) Handover

Inter-ACR Handover

HO Type based on Initiator MS-initiated HO

BS-initiated HO

L2 Connection Types

Hard HO

Fast BS Switching (FBSS)

Soft HO: Macro Diversity HO (MDHO)

Specification of L3 Handover

Out of Scope of IEEE 802.16

Link extension (tunneling) or MIP

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Neighbor BS Information Trade-off of MOB_NBR-ADV Interval

Acquisition Time

Broadcast Data Overhead

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SCAN and HO initiation

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HO Ranging

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Neighbor BS Scanning

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Scan and Periodicity Scanning

Scanning without Association

Scanning with Association

Determined by “Scanning Type”

Multiple Scanning Intervals

“Trigger” in DCD

Type/Function/Action descriptor

Controls scanning request, scanning report and HO initiation

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SCAN and ASSOCIATION Scanning

Message based scanning procedure and iterative scanning interval

No downlink data during scanning interval

Association

Optional initial parameter negotiation when scanning

Purpose of association

To select the proper target BS for HO

To expedite a potential future HO to a target BS

By acquiring and recording ranging parameters and service availability information

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ASSOCIATON LEVELS Three Association levels

Association level 0: contention-based ranging

Association level 1: non-contention-based ranging

Association level 2: non-contention-based ranging, no wait for RNG-RSP

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HO Decision Parameters HHO: Hysteresis margin & Time-to-Trigger margin in DCD msg.

SHO: H_Add_Threshold & H_Delete_Threshold in DCD msg.

Trigger in DCD message

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Handover Decision

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HO procedure in serving BS

81

HO Procedures

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Example: Inter-AP HO procedure

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FBSS & SHO FBSS (Fast BS Switching)

An MS receives/transmits data from/to only one BS, an anchor BS

SHO (Soft HO)

An MS receives/transmits data from/to all BSs in the current Active Set.

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Conditions for FBSS/SHO FBSS

BSs are synchronized based on a common time source

Frames from any BSs in Active Set arrive at the MS within the prefix interval

BSs have synchronized frames

BSs operate at the same frequency channel

BSs are required to share or transfer MAC context

SHO

All conditions required to enable FBSS

BSs shall use the same set of CIDs for the connections that are established with

the MS

The same MAC/PHY PDUs shall be multicast by the Bses to the MS

Monitoring method of DL control information and DL broadcast messages

DL-MAP & UL-MAP of the anchor BS

DL-MAPs & UL-MAPs of all the active BSs

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ACTIVE SET UPDATE (ADD) Control of Active Set

H_ADD_Threshold (DCD)

H_Delete_Threshold (DCD)

MSS BS1 BS2

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ACTIVE SET UPDATE (DROP)

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ANCHOR BS UPDATE

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ANCHOR BS UPDATE: FAST-FEEDBACK CH

Anchor BS report 8 codewords numbered from 32 to 39

Each codeword maps to one of TEMP BS ID

Fast-feedback CH allocation from a new Anchor BS Pre-allocated by MOB_BSHO-RSP or MOB_BSHO-REQ

Anchor_Switch_IE during anchor switching operation

UL-MAP of the new anchor BS after the switching period

Cancellation of Anchor BS Update be MS MS can not cancel anchor BS update during anchor switching operation

MS stay with the previous Anchor BS and transmit the CQI on the same CQICH allocated by the pre

vious anchor BS

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Thank you for your kind attention!

Documents

Case Study: WiBro MAC 2007.10 미래기술연구소. 1 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics