MAC通用子層是整個MAC的處理核心，掌握MAC層以下的資料處理與控制，例如MAC層的資料傳送與接收、實體層晶片的控制，和射頻模組的參數設定等，皆是由控制模組根據目前狀態或量測結果，以及基地台傳遞的訊息處理後，而對各模組做參數的更改，或回覆基地台訊息，對整個MAC運作的正確性將產生重要影響。
MAC通用子層是整個MAC的處理核心，掌握MAC層以下的資料處理與控制，例如MAC層的資料傳送與接收、實體層晶片的控制，和射頻模組的參數設定等，皆是由控制模組根據目前狀態或量測結果，以及基地台傳遞的訊息處理後，而對各模組做參數的更改，或回覆基地台訊息，對整個MAC運作的正確性將產生重要影響。
無線網路的規範標準大致可分為歐規與美規，其中，歐規標準由歐洲電信標準組織(ETSI)統籌規畫，美規則由業者或IEEE統整規範。IEEE802.16正是美規標準下的無線都會型網路技術(Wireless WAN)，用於連結現行無線區域網路的接取熱點至網際網路；或是連結公司與家庭等有線區域網路，進而實現最後一哩的無線接取，因此被視為纜線和DSL的無線擴展技術。表1列出目前IEEE802.16中與無線接取部分相關的技術規格，本文即以802.16-2004與2004-D5作為規範基礎進行開發設計。
圖1是IEEE802.16通訊標準內所定義的各階層名稱，由上至下分為四層：
1.收斂子層
收斂子層(Convergence Sublayer, CS)的工作是進行分類(Classification)與檔頭壓縮(Payload Header Suppression)。分類目的是協助封包尋找適合的服務流(Service Flow)進行資料傳遞；檔頭壓縮則是為了減少頻寬的浪費。
2.MAC通用子層
MAC通用子層(MAC Common Part Sublayer)是MAC層的核心，負責控制訊息(MAC Management Message)的處理與程序，例如初次進入網路的初始流程(Network Entry Procedure)、週期性測距(Periodic Ranging)、連線管理(Dynamic Service Management)、連線品質維護(Synchronization/ Radio Link Maintenance)；當然也包括了資料的傳遞與接收，例如封包合併(Packing)、切割(Fragment)等。
3.安全子層
安全子層(Security Sublayer)負責用戶端的認證(Authorization)、資料的加解密(Encryption/ Decryption)以及加解密所需的私鑰交換(Key Change)。本文並不討論安全子層的設計。
4.實體層
實體層(Physical Layer)負責資料的調變與解調變、錯誤更正碼(Channel Coding)等；若是採用OFDM的實體層，還會包含傅立葉轉換(FFT and IFFT)等複雜運算。本文也不討論實體層的設計。
由於IEEE802.16是具有服務品質保證(QoS-guaranteed)且連線導向(Connection-oriented)的媒體存取控制層(MAC)技術，設計上採取每個連線擁有各自的佇列，儲存待處理的封包。當收到上鏈排程(UL-MAP)時，MAC會通知封包排程器根據各連線的服務品質進行頻寬配置，並組成協定資料單元(PDU)再轉送到實體層。當收到下鏈排程(DL-MAP)時，MAC會根據訊息內容，設定實體層的參數與時序，進行接收程序；在完成PDU的接收與處理後，會依各連線的特性轉送到不同的模組進行下一步動作；例如：傳輸層連線(Transport Connection)的資料會往收斂子層(CS)傳遞，而廣播連結(Broadcast Connection)與管理連結(Management Connections)的資料會往MAC的控制中心(Control Plane)傳遞。在服務品質(QoS)設定方面，是由動態服務管理(Dynamic Service Management)負責處理規格所定義的數位訊號(DSx)並與端點(Peer)進行協商，並定義每個服務流(Service Flow)的參數，包含該服務流上搭載的收斂子層類別、分類規則、服務品質等。
在建立服務流之後，若已配置連線代碼(Connection ID)，則會在資料處理單元(Control Plane)中建立一連線佇列，以利資料的傳送與接收。
在資料處理單元中，還有負責初次進入網路的註冊程序、同步控制程序、無線連結控制程序(Radio Link Control)、量測與報告程序(Measurement and Report)等。這些都是處理規格文件中定義的相對應的控制訊息(Management Message)。根據以上敘述，設計出如圖2的MAC層系統架構。
另外也可以發現，在用戶端與基地台端的MAC通訊協定中，有些模組是可以共用的，避免進行重覆設計(Redesign Wheel)，例如收斂子層、資料傳送模組(Tx)、資料接收模組(Rx)、動態服務管理(Dynamic Service Management)等。值得注意的是，動態服務管理模組在基地台端才有決定服務資料流識別碼(SFID)與連線識別碼(CID)的權力，用戶端則沒有。
由於目前並無任何硬體平台支援，上述的設計架構是在純軟體環境下執行，許多介面與模組也須以軟體模擬方式進行；例如以Socket/Ethernet模擬實體層的行為，而計時器(Timers)的間隔設定，也應以符合軟體模擬的時間為原則。不過，由於軟體模擬在執行上並沒有真實硬體平台來得快，因此必須延長等待的時間。開發環境在一般的Linux伺服器下進行，表2陳述開發環境等資訊。
MAC通用子層即是整個MAC的處理核心，掌握整個MAC層以下的資料處理與控制，例如MAC層的資料傳送與接收(Data Plane)，實體層晶片的控制和射頻模組的參數設定等，皆是由控制模組根據目前狀態或量測結果，以及基地台傳遞的訊息處理後，而對各模組做參數的更改，或回覆基地台訊息，對整個MAC運作的正確性將產生重要影響。以下先介紹資料結構設計，之後便進一步介紹用戶端的初始流程、連線建立流程和執行時期的控制項等設計。
圖3是以規格文件中的物件模型(Object Model)為基礎修改後所設計的資料結構；其中結合了前述的收斂子層內的分類規則與檔頭壓縮規則。
此結構設計與規格文件的描述幾乎相同，不同的是，用戶站上下文(Subscriber Station Context)是儲存用戶端本身的MAC層所需的資訊，例如MAC位址、狀態、安全資訊以及服務串流表格。而服務串流表格與服務資料流上下文(Service Flow Context)是一對多的關聯。通道上下文(Channel Context)則是紀錄無線通道的資訊，例如基地台代碼、上傳通道描述子(UCD)、下傳通道描述子(DCD)、通道量測資訊等，當用戶端與基地台進行網路註冊時，通道上下文才會開始使用。
首先初始狀態時，MAC在實體層搜尋到下載通道後，便開始一連串下載通道同步以及上載通道參數攫取等動作。完成以後接著進行測距(Ranging)，用以修正上載參數，以達上載訊號同步的目的。當上下載通道全部同步後，接下來就是一步步訊息的交換，來協調設備的傳輸能力、加解密溝通和用戶設備認證等工作，全部完成後離開初始程序，並進入執行時期開始傳輸訊息服務。
因為初始狀態必須按照步驟依序進行，所以可設計狀態機(State Machine)來實作上述的處理程序(圖4)。而在訊息交換的過程中，會不斷更新通道資訊和用戶端狀態，即圖3中的通道上下文與用戶站上下文。通道資訊包括碼框序號(Frame Number)與通道描述(Channel Descriptor)等資訊。另外，在初始程序中所需使用到的計時器(Timer)，本文也將之整理成表3，以供初始程序設計的參考。
連線建立的狀態機與流程設計，在規格書(6.3.14)已相當清楚，此處不再贅述，但須配合圖3的資料結構關聯。首先，在進行數位訊號交換時，會產生相對應的數位訊號傳輸(DSx Transaction)紀錄進行狀態，而數位訊號傳輸的狀態變化以及處理結果，皆會反應到服務資料流上下文的狀態。當建立好新的服務資料流，亦會建立相對應的QoS設定、分類規則、PHS規則和連接排序。
執行時期的控制項
執行時期除了處理與基地台的訊息聯繫之外，還須要持續監控本身設備的狀態，分別為連線訊號的量測，發射功率的控制以及統計資訊的監控。
通道量測主要為兩項數值，其一為接收訊號的強度值(Receive Signal Strength Indicator, RSSI)，另一個就是傳送訊號與干擾訊號的比值(Carrier to Interference plus Noise Ratio, CINR)，以上兩種數值都可由實體層晶片的估測運算求得，而MAC層則須持續監控。而當數值變化大於設定界限時，就表示下載通道已有大幅變化，須傳遞DBPC-REQ的訊息要求基地台傳輸方式(某些情況下須以RNG-REQ進行之，請參見規格文件)，以適合目前的通道來傳送。
功率控制則是操作在上載通道，是基地台用來讓用戶台的傳送功率維持在一定的範圍內。避免當傳送功率太低時，基地台無法辨識其傳送的訊號；也防止當傳送功率太大時，而造成過高的頻外干擾(Adjacent Interference)。
此外封包經過標頭檢查序列(Header Check Sequence, HCS)、循環冗餘檢查(Cyclic Redundancy Check, CRC)等檢查的通過率以及失敗後丟棄的封包數量統計等，也必須持續監控，以便有效判斷目前的傳輸狀態，並做出正確的動作決策。
IEEE802.16-2004標準規範支援四種服務類別，分別為非請求的頻寬分配(Unsolicited Grant Service, UGS)、即時輪詢服務(real-time Polling Service, rtPS)、非即時輪詢服務(non-real-time Polling Service, nrtPS)和盡力傳送(Best Effort, BE)。其中UGS以及rtPS是屬於即時性(Real-time)的訊息服務，必須滿足時間參數上的要求，例如延遲(Delay)、延遲變化(Jitter)等；反之nrtPS和BE比較不具有即時性(Non-real-time)。因此在排程的實作上，針對不同的服務種類可分為不同的優先權等級(表4)，可將這四種服務種類依序設計為UGS→rtPS→nrtPS→BE，也就是先對所有的UGS服務先排程，接著才是rtPS與nrtPS，最後才排入BE。
另外在佇列(Queuing)的設計上，考慮UGS、rtPS資料即時性的需求和無線傳輸條件下的影響，為了維持其傳輸品質可將佇列設計為加權公平佇列的方式，來維持同等級中各連線的公平性。而nrtPS的考量上，因為QoS參數只有最小傳輸速率和服務優先權，所以可使用簡單的比重法排程方式，即可滿足其QoS需求。而BE則幾乎沒有嚴謹的QoS參數，所以實作上使用最簡單的先進先出佇列即可完成；值得注意的是，若假設在一個用戶端上的所有BE服務流都不具優先權的設定時，可將這些服務流簡化成使用「單一佇列」，來降低排程的複雜度。
接下來的討論重點，將集中於以WiMAX用戶站(SS)的角度來判斷MAC協定層的需求與限制，並分析適合的軟硬體分割方式。
圖5摘錄自802.16-2004標準規格，其表示在分時多工(Time Division Duplex, TDD)系統下UL-MAP和DL-MAP在描述區間使用方式的最大和最小時間。
從圖5可看出下鏈排程(DL-MAP)一定是描述目前的碼框(Frame)，而上鏈排程(UL-MAP)則是考慮用戶站的上鏈處理能力，最小是描述目前的碼框，最大則可延至下一碼框。也就是說以目前WiMAX論壇第一波認證所定義的5毫秒碼框長度來看，上鏈排程最大反應處理時間在5～10毫秒之間，而下鏈排程的反應更必須是即時的。因此由硬體做排程(MAP)的解譯，來對實體層的接取模式(Burst Profile)做控制，是合理且必須的；另外在碼框一開始的控制標頭，也就是下鏈碼框前置碼(Downlink Frame Prefix, DLFP)，更須要即時處理，以下分別詳細討論。
由標準所定義的DLFP可知其長度及格式為固定，而且可描述至多4個不帶任何連線識別碼(Connection ID)的下傳區間，因此處理簡單非常適合實作於硬體，而且DLFP所描述的第一個下載區間通常攜帶MAP及通道描述(Channel Descriptor, CD)等即時資料，因此DLFP的即時要求更是嚴謹，而目前的平台也幾乎都交由硬體來處理。
而MAP的格式中會因為所攜帶的資訊元素(Information Element, IE)在數量上和種類上的不同變得比較不容易完全由硬體解譯，因此設計上可採部分IE由硬體負責其功能，部分IE則由軟體判斷後操作。以DL-MAP而言，接取模式的IE就可由硬體判讀並直接控制實體層的接取，將所須讀取的資料以適合的模式接收，而其他延伸的IE則由軟體判讀並執行相對應的程序。
相對於上述DL-MAP處理，UL-MAP的操作直接影響了整個傳輸排程的步驟，並且與其他模組有密切，如圖6所示，若只使用軟體來處理MAP的接收，則經過實體層處理和I/O的存取後，將資料傳至軟體MAC層，接著會經過接收模組解譯標頭和訊息分配(Message Dispatch)的操作，然後交由控制模組中DL-MAP所屬的訊息操作函數分析所攜帶的IE，以及算出本次碼框可傳送之訊息量給MAC排程器(Scheduler)模組，排程本次應該傳遞的封包及數量；之後由傳送模組負責切割、合併和串連等處理。最後經由I/O的存取傳給實體層做傳輸的處理。從圖6的比較可以看出UL-MAP的處理設計，將減少過多的訊息傳遞並利用硬體加速，有助於提升整體傳輸排程的處理時間。
另外，一些重複性的單一功能模組，也是軟硬體分割時的考慮方向之一，例如以用戶站而言，在WiMAX MAC裡的加解密模組，HCS與CRC的檢查，以及用戶站中對於非所屬連線識別碼封包的過濾等。這些模組的功能獨立，而且以硬體方式會比軟體方式更容易實作。例如圖7的暫存器實作HCS檢查電路的硬體架構，只需要數個D型正反器和簡單的組合電路即可達成，而軟體實作可能還需要迴圈等較繁瑣的處理，因此相當適合切割為硬體來做實現。
除了上述幾種功能性的限制外，為了商用價值，其實更重要的是成本、功率損耗和尺寸的考量，這些可能都不是初期標準制訂所能顧及的，但又是影響產品成功與否的重要關鍵。成本決定了產品的市場競爭力，若一味地為了功能完整及性能卓越而使用高階元件，則高昂的價格未必能為大眾接受，尤其近年電子業進入微利時代，各項成本錙銖必較，設計者更不可忽略。另外，以用戶站產品而言，還須考慮功率損耗和產品尺寸的問題。在產品界定上，用戶站是屬於非行動(Immobile)但卻可攜帶(Portable)的產品，因此是否耗電、是否容易攜帶等客戶端的感受，也是重要的設計參數，將影響整個WiMAX MAC軟硬體協同設計的結果。
IEEE802.16規格已問世多時，目前也有越來越多廠商提供完整軟硬體解決方案，並通過WiMAX論壇認證。但是礙於篇幅，許多技術細節無法詳述；事實上，IEEE802.16的MAC有部分功能是早已習知的技術，或是從其他相關領域衍生的概念，例如服務資料流的觀念，即可參考電纜數據服務介面規格(DOCSIS)相關技術文件。讀者若有興趣，可進一步參考技術規格或廠商提供的產品資訊。本文重點在於了解目前熱門的技術，並提供一個WiMAX MAC設計上的基礎想法；然而主要的設計與實作方式，還是會依照所採用的硬體平台而有些許變化，例如利用硬體快速的特性，亦可將排程器實作於硬體內；因此須視所採用的平台而決定並進行最佳化。