信息技术系统间远程通信和信息交换低压电力线通信第1部分：物理层规范

信息技术系统间远程通信和信息交换低压电力线通信第1部分：物理层规范

国家标准 GB/T40786.1一2021 信息技术系统间远程通信和信息交换 低压电力线通信 部分物理层规范 nformationtechnology一Telecommunieationsandinformationexehange etweensystems一Lowvolagepowerlimecommnieatio Part1:Physieallayerspeeifieation 2021-10-11发布 2022-05-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB;/T40786.1一2021 目 次 前言 引言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 符号和缩略语 符号 4.2缩略语 物理层 5.1系统概述 5.2物理编码子层(PCS 5.3物理媒体附属子层(PMA) 5.4物理媒体相关子层(PMD 附录A规范性LFsR生成的伪随机比特序列 34 附录B(规范性)物理层控制域 40 附录c规范性)LDPC码循环矩阵 74 附录D(规范性)LDPC码校验矩阵 75 附录E(资料性国际业余无线电频段 82
GB;/T40786.1一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分;标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草 本文件是GB/T40786《信息技术系统间远程通信和信息交换低压电力线通信》的第1部分 GB/T40786已经发布了以下部分 第1部分:物理层规范; 第2部分:数据链路层规范 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归口 本文件起草单位电子技术标准化研究院、清华大学、北京卓越信通电子股份有限公司,深圳市 海思半导体有限公司、深圳市中兴微电子技术有限公司、青岛东软载波科技股份有限公司、安徽德诺科 技股份公司,深圳市力合微电子股份有限公司,、电力科学研究院有限公司、威胜信息技术股份有限 公司、北京全电智领科技有限公司,深圳市国电科技通信有限公司 本文件主要起草人;杨肪、寇宏,宋健、卓兰、孙伟、姜彤、程晨、徐文学、刘培、董海涛、徐鹏程、刘鲤、 刘宣、李晓、刘思聪、彭波、董晨、张海龙、彭克武、刘庆扬
GB/T40786.1一2021 引 言 GB/T40786(信息技术系统间远程通信和信息交换低压电力线通信)借鉴了国际主流标准的 组帧及数据传输方法和协议架构,主要对宽带电力线通信网络组网、管理维护,安全机制、邻居干扰协 调,贤醉调度等部分进行了捕述 本文件拟由两个部分成 第1部分-物理层规范 目的在于规范适用于复杂恶劣环境中低压电力线通信技术中的物理 层协议 第2部分:数据链路层规范 目的在于规范宽带低压电力线通信网络拓扑,设备数据链路层协 议栈结构、数据链路层帧格式和管理消息格式、基于信标的竞争和非竟争的信道访问机制、网 络准人及退出机制,阿络管理及维护流程,路由及招扑管理协议、安全机制等低压电力线通信 技术内容 本文件的发布机构提请注意,声明符合本文件时,可能涉及到5.4.6,5.3.4,5.4.4,5.4.9、5.4.8,5.4.9、 5.4.9与“基于APsK星座图的星座映射方法编码调制方法及系统”“一种多码率LDPC码的构造方 法”“基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法”“时域同步正交频分复用系统的时域加窗方 法及装置”“基于非对等训练序列填充块传输系统的迭代信道估计方法及装置”“TDs-OFDM中功率受 “数字通信系统中的赖同步序列生成方法及装置”相关的专利使用 限频段的功率抑制方法及装置”“ 本文件的发布机构对于该专利的真实性,有效性和范围无任何立场 该专利持有人已向本文件的发布机构保证,他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下， 就专利授权许可进行谈判 该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案 相关信息可以通过以下 联系方式获得 1.201l10099872.4《基于APSK星座图的星座映射方法、编码调制方法及系统》 联系人:杨肪 联系方式:010-62795221 g(@tsinghua.edu.cn 电子邮件，fangyang 2.201210272811.8《一种多码率LDPC码的构造方法》 联系人:杨盼 联系方式:010-62795221 电子邮件:ftangyang@tsinghua.edu.cn 3.201210460943.3《时域同步正交频分复用系统的时域加窗方法及装置》 联系人:杨盼 联系方式:010-62795221 g@tsinghua.edu.cn 电子郎件，fangysaneG 4 .201210529973.5《基于非对等训练序列填充块传输系统的迭代信道估计方法及装置》 联系人;杨吩 联系方式:010-62795221 电子邮件:ftangyang(@tsinghua.edu.cn 5.201310027786.1《TDs-OFDM中功率受限频段的功率抑制方法及装置》 联系人;杨吩 联系方式:010-62795221 电子邮件:fangyang(@tsinghua.cedu.cn
GB;/T40786.1一2021 6.201310037606.8《数字通信系统中的帧同步序列生成方法及装置》 联系人;杨晰 联系方式:010-62795221 电子邮件，fangyang@tsinghua.cdu.cm 请注意除上述专利外,本文件的某些内容仍可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别专利的 责任
GB;/T40786.1一2021 信息技术系统间远程通信和信息交换 低压电力线通信第1部分:物理层规范 范围 本文件规定了一种宽带低压(1kV以下)电力线通信系统物理层的功能模块、传输通信协议和编码 调制方式等 本文件适用于利用低压电力线作为通信媒体的物理层设备的设计,制造,使用及维护 规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 物理层帧physieallayerframe 物理层传输的基本单元包含前导符号、控制域和数据域 3.2 物理编码子层physiealcodingsub-layer 连接MAc层和PMA,实现MPDU与物理层帧比特流的相互转换 3.3 物理层管理physieallayermanagement 控制系统物理层所包含的物理编码子层(PCs)、物理媒体附属子层(PMA)和物理媒体相关子层 PMD)三个主要功能子层的模块 3.4 控制域controlfied 位于物理帧前导符号之后、数据域之前的物理层头部分,用于控制物理层帧传输模式与物理层帧 结构,包含控制物理层帧类型、帧结构、传输模式等物理层帧相关控制比特域,以及与DLL的控制接口 比特域 3.5 数据子帧datasub-frame 物理层数据域中传输数据的基本单元 3.6 控制子赖 controlsubh-frame 物理层控制域中传输控制信令的基本单元 3.7 数据域dataield 由整数个数据子赖组成,携带需要传输的MPDU信息
GB/T40786.1一2021 3.8 线性反馈移位寄存器 linearfeedlbackshiftregister 给定前一状态的输出,将该输出的线性函数再用作输人的移位寄存器 3.9 前导符号preamble 位于物理层帧最前端、用于辅助实现接收机信号突发检测、自动增益控制、同步、频偏估计、信道估 计、检测帧边界等功能的若干段已知序列 3.10 陷波ntching 通过特定的技术手段实现某些频段上的信号功率低于预设值 3.11 加窗windowing 将时域待发送信号与特定窗函数相乘 3.12 循环后缀eyelicpustix 将时域待发送信号的前面部分复制到信号尾部 3.13 附加信道估计子帧adaitionalehannelestimationsub-frame 位于物理层MsG帧的控制域之后、数据域之前用于更加精细的信道估计的附加子帧 3.14 物理媒体附属子层physicalmediumattachmentsub-layer 连接PCS和P\MD,实现物理层帧比特流和子帧之间的相互转换 3.15 物理媒体相关子层physiealmediumdependentsub-layer 连接PMA和电力线媒体,实现子帧和电力线信号的相互转换 3.16 屏蔽子载波maskedsubrearrier 用于非数据传输的子载波,包括永久屏蔽子载波和区域屏蔽子载波 3.17 永久屏蔽子载波permanentlmaskedsbrearriler 被永久屏蔽的子载波,只用于非数据传输 3.18 区域屏蔽子载波regionallymaskcdsub-earrier 在特定区域用于非数据传输,但在其他区域可传输数据的子载波 3.19 支持子载波supportedsub-earrier 允许在满足PSD要求的前提下传输数据的子载波,包括活跃子载波和不活跃子载波 3.20 活跃子载波activesubearrier 可用于加载1个以上的数据比特,实现数据传输的子载波 3.21 inactivesub-carrier 不活跃子载波 不用于加载数据比特进行传输的子载波,其上的信噪比一般较低,可以用于测量或其他辅助应用
GB;/T40786.1一2021 如用于发射信号成型等 3.22 资源粒子 reS0urceelement 划分数据子帧比特流的单位;由连续的N个比特组成 注:在子载波映射时,一个资源粒子中的比特填充到一簇子载波,即完全填充整数个子载波,同一簇子载波加载相 同数目的比特并采用相同的星座映射 3.23 比特分配bitalloeation 每个资源粒子映射到特定的子载波,单个子载波加载一个或者多个比特 3.24 比特加载bhitloading 允许同一数据子帆内不同标号的子载波加载不同数目的比特、采用不同的星座映射 3.25 比特置换bhitpermtation 有限个比特按照顺序排列成一组,对组内比特的顺序进行调整 3.26 基础模式basicmode 不支持比特加载技术,不支持资源粒子划分,所有ssC均加载相同数目的比特并采用相同的星座 映射方式 3.27 一般模式normalmode 支持比特加载技术,支持资源粒子划分,每个资源粒子包含N个比特,每簇子载波根据BAT加载 对应数目的比特 仅在星座映射不支持1024APsK时允许采用一般模式 3.28 高速模式high-speedmode 支持比特加载技术,支持资源粒子划分,每个资源粒子包含N个比特,每簇子载波根据BAT加载 对应数目的比特 注仅在星座映射支持1024振幅移相键控(APsK)时允许采用高速模式 3.29 灵活模式lexiblemode 支持比特加载技术,不支持资源粒子划分,每个子载波根据BAT加载对应数目的比特 符号和缩略语 4.1符号 下列符号适用于本文件 Kure;信息比特长度 NRe;编码比特长度 R ure:码率 G;lDPC生成矩阵 G:G第i行第列的循环矩阵 Hw;LDPC校验矩阵
GB/T40786.1一2021 H.;H第i行第列的循环矩阵 E;H的偏移地址 bH.的行数或列数 C:交织器矩阵 N.;交织器矩阵C列数 N.:交织器矩阵c行数 G;行内交织参数 m;加载比特数目 Ncw;:控制子帧数目 ke:控制子所能携载的最大控制信息比特数 Ne;:控制信息比特流重复次数 Ne.Ine;控制信息比特流的LDPRC编码码长 Nw;数据子赖数目 数据子赖所能携载的最大数据域比特数 kDF Np:数据域比特流包含的IDPC码字个数 N使上e数据域比特流的1DPRC编码码长 F;子载波间隔 Fe;系统中心频率 子载波数 Nsee;MSC的数目 N;,PMSC的数目 Ne;RMsC的数目 NSsscC的数目 Nwe;AsC的数目 Nec;IsC的数目 NG:一个资源粒子的比特数 NeE;数据子帧中的资源粒子数 力:比特置换图样 PHYH:控制域核心部分的长度 S.;填充未满加载SSC的LFsSR的初始化种子 M;星座映射阶数 从;功率控制参数 4.2缩略语 下列缩略语适用于本文件 ACE 附加信道估计(AdditiomllchanmdEatimaiom) 幅度相移键控(AmplitudePhaseShiftKeying) " 活跃子载波(AetiveSubCa arrier 比特分配表(IBitAlocationTable) BPsK 运shifKeyne》 二进制相移键控(BinaryPhase 信道估计(ChannelEstimation) 循环前缀(CycliePrefix) DLL. 数据链路层(DataLinklayer
GB;/T40786.1一2021 oorwardErrorCorrection FEC 前向纠错(Fo 帧类型(FrameType) 保护间隔(Guardlnterval DFrT 离散傅里叶反变换(InverseDiscreteFourierTransform FFT 快速傅里叶反变换(InverseFastFourierTransform 1sc 不活跃子载波(InactiveSubCarrier DRc 低密度奇偶校验码(Low-DensityParity-Check ISR 线性反馈移位寄存器(LinearFeedbackshiftRegister) 反相长训练序列(L.ongTrainingSequenceMliror) Is 最低有效位(LeastSignifieantBit) 长训练序列L.ongTrainingSequence) 媒体访问控制(MediunmAccessControl) 媒体相关接口(Medium-Dependentlnterface) 品 媒体无关接口(Medium-Independentlnterface) ediaAccessControlProtocol olDataUnio) MAC层协议数据单元(Me s0 icantBit 最高有效位(MostSignifie Msc 屏蔽子载波(MaskedSubCar rler umplitudePhasShifKeying NU-APSK非均匀幅度相移键控(Non-UniformedAn NU-QAM 非均匀正交幅度调制(Non-UniformedQuadratureAmplitudeModulation) OFDM 正交频分复用(OrthogonalFrequeneyDivisionMuliplexing 物理编码子层(PhysicalCodingSublayer) B隔 物理层(PhysicalLayer) m 物理媒体附属子层(PhysicalMediumAttachmentSublayer) MD 物理媒体相关子层(PhysiealMediumDependentSublayer) PMIsc 永久屏蔽子载波(PermanentlyMaskedSub-Carrier) 叭N 伪随机噪声(PseudorandomNoise) PR 优先级分辨(PriorityResolution) PsD 功率谱密度(P PowerSpectralDensity -Check yParity QC-lDPC 准循环低密度奇偶检测码(QuasiCyclieL.ow-Density QPSK 正交相移键控(QuadraturePhasesShifKeying' RE 资源粒子(ResourceElement) RMsc 区域屏蔽子载波(RegionallyMaskedSub-Carrier ssl 扰码器初始化(Scramblerlnitialization sLT 加扰长训练序列(SerambledLongTrainingSequenee) ssC 支持子载波(supportedsubCarrier) TRM 传输模式(TransnmissionModey TXOP 竞争传输机会(TransmissionOpportunity 5 物理层 5.1系统概述 物理层为上层业务提供传输通道,可支持一路或多路业务 物理层功能模块划分如图1所示 MI是物理层与MAC层之间的划分参考点,MD是PHY层与传输媒体之间的划分参考点 物理层
GB/T40786.1一2021 划分为三个主要的功能子层:PCs,PMA和PMD 控制三个主要功能子层的模块是物理层管理 在发射端,来自于MAC的数据以MPDU的格式经由MI进人物理层 物理层接收到MPDU后 在PCS将MPDU映射到物理层帧比特流,在PMA进行扰码、FEC编码、比特交织、比特分割到子帧等 操作得到控制子比特流和数据子比特流,在PMD实现载波映射、比特置换、比特填充、星座映射、 OFDM调制加窗、插人前导、上变频等操作得到射频信号,经MD合到电力线媒体上 在接收端,接收到的射频信号从电力线媒体经MDI进人物理层,在物理层实现解调解码后,将得到 的MPDU经MI传送给MAC层 物理层 MPDU 管理 MPDU MI PCs将MPDU映射到物理锁比特流 PCs控 制信号 PMA扰码、FEC编码、比特交织、分割到子顿 PMA控 制信号 RD《校这晚比的里换，比林城星地肤时 OFDM调制、加窗、插入前导、上变频 PMD控 制信号 牡城信号 MDI 力霞媒体 图1物理层功能模块 5.2物理编码子层(PCS) 5.2.1概述 PCS的功能模块如图2所示 物理层 管理 MPDU MPDu MI MPDU MPDU 映射 解映射 Pcs控制信号 生成控 制信息 PCs控制信号 提取顿控 复用 制信息 物理桃 物理以 比特流 比特流 图2CS功能模块
GB;/T40786.1一2021 在发送端,来自MAC层的MPDU被映射到物理层帧的数据域比特流(见5.2.9) 根据MAC层数 据生成控制信息比特流,控制信息比特流与数据域比特流复用合成为一路待发送的物理层比特流,随 后将待发送物理层帧比特流送人PMA做进一步的数据处理 在接收端,接收机对来自PMA的控制信息比特流和数据域比特流进行分离后,根据数据城比特流 恢复出MPDU,并经由MI传送到MAC层 5.2.2物理层帧结构 系统的物理层帧结构如图3所示 物理层倾结构基本单元为物理层帧,每个物理层倾包含前导符 号、控制域和数据域 前导符号不携带任何业务数据，主要用于辅助接收机同步、信道估计、载波检测、 OFDM符号校准等 控制域由整数个控制子帧组成,其主要功能是承载帧控制信息,包括物理层帧的 具体配置信息、信号解调和解码所需系统参数,快速实时信息等 数据域由整数个数据子帧组成,携带 需要传输的MPDU信息 前导 控制域 数据域 图3物理层帧结构 5.2.3物理层帧类型 支持多种物理层帧类型,不同类型的物理层帧用于实现不同的用途 表1规定了本文件支持的物 理层帧类型及其描述 物理层帧类型由控制域中的FT参数表示 表1物理层类型 赖类型 控制城 数据域 描述 BEAcoN 有 有 信标,净荷包含一个MPDu MsG 携带用户数据和/或管理数据,净荷包含一个MPDu ACK 无 确认顿,相关ARQ数据由顿头携带 有 无 RTS 发送请求顿,相关ARQ数据由倾头携带 CTS 有 无 允许发送顿,相关ARQ数据由头携带 有 探测赖,净荷包含一个探测信号,用于发射探测信号 有 Probe AcKRQ 有 无 AK重发请求赖,相关数据由赖头携带 BMsG 双向消息赖 BACK 双向确认帧 有 无 FTE 类型扩展 注:中存在数据域与否取决于帧类型的定义 5.2.4前导符号 5.2.4.1 前导符号总体结构 前导符号辅助实现接收机信号突发检测、自动增益控制、同步、频偏估计、信道估计、检测帧边界等 前导符号在每个物理层帧的开始位置,由主序列和辅助序列两个部分组成,如图4所示 前导符号的第
GB/T40786.1一2021 部分由l0个长为512个时域采样点的已知训练序列及其循环前缀CP1构成,训练序列包括LT、LM 和sL.T三种,其中LM序列由LT序列在时域乘以一1(即相移开)得到,SIT序列由LT序列在时域乘 以旋转因子(一1)"得到;第二部分由2个长为512的CE序列及其长为256的循环前缀CP2构成 主 序列及辅助序列的生成方法见5.2.4.2 主序列 辅助序列 个数10 个数2 CP1 LT CE LT LT LT LT LM M SLT SL1 CP2 图4物理层帧前导符号总体结构 5.2.4.2前导符号生成方法 主序列中的LT、LM和sLT三种序列的生成方式如下 LT序列的生成方式为;对长度为1024、仅在偶数子载波上非零,在奇数子载波上为零的频域伪随 机序列L，做1024点的IFFT变换,得到长为1024的1段序列,由于IFFT的性质,该时域序列等价于 时域的2段相同的长为512的LT序列,其子载波间隔为净荷子载波的4倍;将这2段IT序列在时域 再次扩展复制2次,得到共6段相同的LT序列 L的各偶数非零子载波对应取值由线性反馈移位寄 十r》十r'十1,如图5所示 存器(LFsR)生成 LFsR生成器采用的生成多项式为尽() LFSR的最高有效位(MSB)b输出用于决定当前子载波的取值,其映射关系见表2;每指定1个子载波 的取值,LFSR应右移1位(即向LSB方向移1位),同时LFSR产生的反馈比特从最高有效位(MSB) b输人 LFSR共生成长度为512的伪随机比特序列B,LFSR的生成种子可任意选定,作为优选 以wD=(o10110o11010)为种子生成比特序列,其生成的比特序列Bs应符合附录A中A.1 的要求;依据给定的比特相位映射表2,将Bu映射为恒模二值序列Ssk;将s的共512个值依次 分配给频域伪随机序列L的偶数子载波对应位置上,见公式(1) S[m],k=2m,m=0,1,2,,511 L[k]一 lo,k=2m十1,朋=0,1,2,,51m 式中: 子载波序号 LFSR生成器 LFSR比特右移 b12 b10 b7 b4 生成种子:b1bI=(0101100110110) 最高有效位MSB比特输出 图5线性反馈移位寄存器LISR生成伪随机比特序列
GB;/T40786.1一2021 表2ISFR输出的最高位比特b2与恒模二值序列s取值的映射关系 ISFR输出最高位比特bg 恒模二值序列S取值 LM序列的生成方式为;将LT序列相移x,即时域各采样点乘以一1,见公式(2) LM[n]=-LT[n],n=0,l,2,,511 式中 时域采样点序号 再将LM序列在时域复制1次,得到2段相同的LM序列 SL.T序列的生成方式为;将1.T序列在时域乘以旋转因子(一1)”得到,见公式(3). SLTn=LTLn (一1)”,n=0,l,2,,51l 再将SLT序列在时域复制1次,得到2段相同的SLT序列 主序列部分循环前缀CP1的长度为128,取值为LT序列的后半段128个采样点,见公式(4). CPI[n]=LT[n十384],n=0,1,2,,127 (4 辅助序列部分生成方式为;对长度为512的频域伪随机序列C做IFFT变换,得到时域的1段长 度为512的CE序列;将CE复制一次,得到2段CE序列;添加长为256的循环前缀CP2 频域伪随机 序列c,的取值由线性反饿移位寄存器LFsR)生成,LrsR生成器采用的生成多项式为R(.)- =.rl十 .'十.r=十r'+l;LFSR优选种子为b1b=(o1o1100110110)!,生成与产生主序列的伪随机比特序 列相同的伪随机比特序列BR,其长度为512,并符合A.1的要求;依据比特相位映射表2,将Bu映射为 恒模二值序列Sk;将Ss的共512个值依次分配给频域伪随机序列C的所有子载波,见公式(5) C[n]=SuR[n],"=0,l,2,,51 辅助序列部分循环前缀CP2的长度为256,取值为CE序列的后半段256个点,见公式(6). CP2[]=CE[n十256],1=0,1,2,,255 6 5.2.4.3前导符号处理 物理层帧前导符号应与帧头和净荷符号满足相同的频谱陷波要求,进行相应的陷波和加窗处理 加窗窗长为29=128,窗函数见5.4.9 加窗具体步骤为;在主序列部分的尾部添加循环后缀,循环后缀 长度为8/2=32;在辅助序列部分的头部和尾部分别添加循环前缀与循环后缀,循环前缀与循环后缀长 度均为8/2=32;将主序列部分和辅助序列部分的头部和尾部各8=64个采样点与窗函数w;[n]和 wa[8一n一1]相乘,进行加窗;将相邻序列的加窗部分重叠相加 加窗后的前导符号结构如图6所示 主序列 个数10 辅助序列 LT LT LT LT LM LM SLT SLT 图6前导符号时域加窗和重叠相加处理
GB/T40786.1一2021 按Nyquist采样率计算,前导符号含有的采样点数见公式(7). N=128十10×512十256十2×512=6528 5.2.5PR PR的子载波间隔与前导符号第一部分(主序列)的子载波间隔相同 PR的发生器会按照子载波 的逻辑顺序随机产生复数值,根据子载波的模板将它调制在PR的符号上 5.2.6控制域 控制域包含整数个控制子,控制子帧数目Ne是一个可配置参数,有效值可选为1或2 N的 取值由DLL层的TXOP条目确定 控制域由公共部分和可变部分组成 对于所有物理层颤结构,其控制域的公共部分包含的字段都 是一样的;而可变部分包含的字段则会根据物理层赖结构的不同而变化 物理层赖结构类型由FT字 段表示,PAD字段则用于补全不同类型的物理层帧结构到系统规定的长度 控制域的字段定义和含义 应符合附录B的要求 5.2.7附加信道估计子帧 附加信道估计(AdditionalChannelEstimation,ACE)子帧处在MsG的控制域之后、数据域之 前,如图7所示 控制城 ACE子 前导 数据域 图7含有ACE子帧的MSG帧的物理层帧结构 ACE子触的长度为4096个采样点,ACE子艇的个数由ACE_sYM域确定,并符合表B.16的 要求 ACE子帧的生成方法为;对长度为4096的频域伪随机序列A做IFFT变换,得到时域的1段长度为 4096的时域序列 频域伪随机序列A的取值由线性反馈移位寄存器(LFSR)生成,LFSR生成器采用的 口十.r'十r十.r'十1;LFsR优选种子为bbb=(l1001101000o1).,生成的伪 生成多项式为Gc)=" 随机比特序列AR,其长度为4096,并符合A.2的要求;依据比特相位映射表2,将As映射为恒模二值 序列As;将A、的共4096个值依次分配给频域伪随机序列A的所有子载波,见公式(8). A[n]=A、[n],=0,1,2,,4095 5.2.8数据域 数据域包含整数个数据子帧,如图8所示 数据子帧数目Nnr是一个可配置参数,根据物理层赖 类型、业务数据规格、系统传输参数的不同.Nr也会随之改变 数据子赖数目可以为0(即物理层畅 不包含数据域) Nr由控制域的BLKSZ域指定,其值由不同物理层帧类型决定,并符合B.2的 要求 前导 控制域 数据域 数据子 数据子2 数据子就Ma 图8数据域组成 10
GB;/T40786.1一2021 数据域比特流经FEC编码、比特交织,载波映射、星座映射后,通过离散傅里叶反变换(IDFT)和添 加保护间隔(GI)形成数据子帆 5.2.9MPDU映射到物理层帧 数据域携载需要传输的MPDU信息 PCS将从MAC层接收到的MIPDU中的数据流按顺序依次 映射到数据域中 映射前后每个字节中的比特都按顺序排列,MPDU中的第一个比特映射到物理层倾 数据域中的第一个比特 物理层管理根据MAC层数据生成控制信息比特流,与数据域比特流以时分复用形式合成为物理 层帧比特流,并将物理层帧比特流送人PMA 5.3物理媒体附属子层(PMA 5.3.1概述 RMA的功能模块框图如图9所示 在发送端,P(s将挖制信息比特流和数据域比特流复用为物理层赖比特流后将物理层麟比特流 传送到PMIA 控制信息比特流和数据域比特流在经过按5.3.2规定的加扰,5.3,4规定的FEC编码后， 得到编码比特流,其中控制信息比特流在加扰后应进行5.3.3规定的CRC编码 编码后的数据域比特 流应进行5.3.5规定的比特交织 经过上述信号处理后,控制信息比特流及数据域比特流按5.3.6的规 定分别分割到控制子帧和数据子帧 PCSs将控制子帧和数据子帧发送到PMD进行载波映射、比特映 射、星座映射等处理 在接收端,PMA对接收到的控制子帧和数据子帧,根据发射端操作进行分离比特流、解交织,解 码,解扰等逆处理,将所得的物理层帧比特流送人CS进行进一步处理 物理层管理 物理比特流 物理赖比特流 加扰 PMA控制信号 控制信息比 数据域比特 解扰 特流编码 流编码 PA控制信号 解码 PMA 解交织 分离比特流 比特交织 分割到子倾 控制子& 控制子锁& 数据子锁 数据子以 图9PMIA功能模块 5.3.2扰码 从P(CS获得的控制信息比特流和数据域比特流均应进行加扰 扰码是一个最大长度为32767的 二进制伪随机噪声(PN)序列 该序列由LFSR生成,如图10所示 其生成多项式定义见公式(9 (9 G(.r)=1十c'十r 1
GB/T40786.1一2021 输人的比特码流(来自PCS的数据字节的最高有效位MSB在前)与LFSR形成的PN序列进行逐 位模二加后产生数据扰乱码 从控制信息比特流的第一个比特开始,到数据域比特流的最后一个比特 结束,都应进行加扰 该LFSR的初始相位规定为100101010000000 在每个控制信息比特流的第一个比特处,扰码器 的移位寄存器复位到初始相位 LFsR的复位信息由控制域携载的扰码器初始化(sD)指示 如sI不 为0,则在数据域比特流的第一个比特处,扰码器的移位寄存器也复位到初始相位 如sI为0,控制信 息比特流和数据域比特流之间扰码器的移位寄存器不复位到初始相位 二进制伪随机序列输出 00000011 R D9 D12 初始相位 图10扰码器组成框图 5.3.3CRC编码 经过加扰后,控制信息比特流按序采用16位的循环冗余校验(CRC)码进行编码 CRC码的生成 多项式见公式(10) G' 10) -"十'十 十1 .r=.1 将比特流左移16位,从右边移人的比特为0,再用生成多项式对应的二进制数对其进行模2除,所 得余数即CRC校验码,将CRC校验码添加到控制信息比特流后的位置.CRC校验码放置在控制信息 比特流后的顺序为从CRC校验码的MSB到LSB依次放置 5.3.4前向纠错编码 扰码后的比特流进行前向纠错(FEC)编码 FEC编码采用低密度奇偶校验码(LDPC),其信息比 特在前,校验比特在后,其参数如下;信息比特长度Kre,编码比特长度Ne,奇偶校验比特长度 NRc一Kure,码率RRc=Kr:/Nurc 系统支持四种不同码长、不同码率的LDPC码,能满足不同 的数据传输需求,其中码长为3840的LDPC码可以任意截断,具体参数见表3 表3支持的LDPC码码长和码率 码长 码率 3840 7680 15360 0,2 0.4 0.6 0.8 标注“、”的组合为本文件所支持的码长和码率 系统采用的LDPC码为准循环(Quasi-Cyelic,QC)LDPC码,其特征在于,其生成矩阵G和校验矩 阵H均由子循环矩阵构成 采用系统码形式表示的G见公式(ll) 12
GB;/T40786.1一2021 o o G G G.- C O * o ? G G 0 1l,M一一 1l1 Gm O G-1.o G-1. G-.-- 其中,I是bXb阶单位矩阵,0是b×b阶零阵.G..是b×b阶循环矩阵,其中,0GB/T40786.1一2021 经过LDPC编码后的码字写为c=(ci,e,,cN -) 将码字e进行按行逐行写人,每行大小为 Nn-1 N.,得到交织器矩阵c,标号为i的输人比特c，写人到矩阵c的第r，行和第d，列,见公式(13) =[i/N. (13 =mod(i,N. 其中mod(i,N.)表示模N，的余数.[]表示向下取整 交织器矩阵c包含N，行,见公式(14) C (14 其中,c，表示c的第1行,0GB;/T40786.1一2021 的LFSR生成的二进制PN序列填充,LFSR在每个物理层帧第一个比特处复位到初始相位 数据域 比特流分割到数据子帧的过程如图12所示 k的值由当前比特分配表(BAT)规定(见5.4.3) -填充 数据比特流 Ax比特 Aw比特 数据子1数据子赖2 数据子顿N 图12数据子帧分割 分割后的控制子帧比特流和数据子帧比特流送人PMD进行进一步的处理 5.4物理媒体相关子层(P\MID) 5.4.1概述 图13给出了PMD的功能模块框图 在发送端,载波映射器按5.4.3的规定将数据子帧比特流划分为资源粒子,并根据BAT确定数据 子赖子载波加载比特数目 数据子赖比特流在星座映射前进行5.4.4规定的比特置换 5.4.5规定未满 加载的子载波的处理 星座映射将加载到子载波上的比特组映射为复数符号,每个复数符号由一个子 载波携载,见5.4.6 随后,复数符号将由OFDM调制器转换为时域信号,并加上Gl形成控制子帧和数 据子,见5,4.8 在进行5,4.9规定的加窗操作和5.2.4规定的前导符号插人后,传输信号上变频形成 射频信号,见5.4.10,通过MD发送到电力线媒体上 在接收端,从电力线媒体接收到的射频信号在PMD进行模拟前端处理,前导符号处理、载波检测、解调、 星座解映射、比特逆置换、控制子帧和数据子倾恢复后.将所得的控制子帧和数据子顿比特流送至PMA进行 解交织、解码等处理 前导符号在经过处理后,前导数据被送人物理层管理产生物理层控制数据 控制子倾& 控制子恢& 数据子以 数据子赖 物理层管理 载波映射 未满加载子 子恢复 比特置换 比特逆置换 载波填充 PMD控制信号 星座解映射 解调 PMD 前导符处理和 载波检测 星座映射 PMD控制信号 oF:DM调制 前导符插入 模拟前端 MDn 电力线介质 图13PMD功能框图 15
GB/T40786.1一2021 5.4.2子载波间隔 系统采用正交频分复用(OFDM)技术实现多载波调制.任意两个相邻子载波的间隔记为子载波间 隔Fsc 子载波间隔及系统参数见表6 物理层标号为i的子载波的中心频率是Fe-(N/2一i)×Fe,其中F 为系统中心频率,0GB;/T40786.1一2021 如ISC)也可能不会被加载,或者ASC中某些载波不能做到满比特加载 此外,某些特殊的信息如控 制子倾由于携带重要的信息,需要进行额外的信号处理,以使得这些符号中的信息能被可靠地接收 ISC以及在当前的调制方式下不能满比特加载的AsC需要用LFSR生成的二进制PN序列进行 加载,具体的加载方式见5.4.5 5.4.3.3资源粒子 系统支持比特加载技术,即允许同一数据子帧内不同标号的子载波加载不同数目的比特、采用不同 的星座映射 BAT规定了每个子载波的比特加载方案(见5.4.3.4) 在采用比特加载技术时,支持以资源粒子(RE)为基本单位划分数据子帧比特流，一个资源粒子由 连续的N 个比特组成 在子载波映射时,一个资源粒子中的比特填充到一簇子载波,即完全填充整数 个子载波,同一簇子载波加载相同数目的比特并采用相同的星座映射 在实现资源粒子划分时,每个数据子帧中的前N 个比特划分到第一个资源粒子,占用映射到前 Nc/m1个AsC;此后的N 个比特划分到第二个资源粒子,映射到Ne/m 个AsC;以此类推,最后N 个比特划分到最后一个资源粒子,映射到Ne/mN个Asc,其中m，代表第i个资源粒子填充的子载波 簇中每个子载波的最大加载比特数目,由BAT指示,Ne代表数据子帧中的资源粒子数 数据子帧所 能携载的最大数据域比特数k需是N 的倍数 控制域携载的GRP_SEQ规定一个资源粒子映射到的一簇子载波的分布方式 若GRP_SEQ=1. 个资源粒子映射到的一簇子载波在子载波标号上连续分布,即第一个资源粒子映射到前Na/m 子载波,第二个资源粒子映射到次Ne/n，个子载波,以此类推,若某一簇子载波中包含一个或多个不 能用于加载数据比特的MsC或ISC,或者超出数据子帧支持的最大子载波标号,则这一簇子载波全部 不用于加载数据比特,其中的SsC全为IsC,当前资源粒子尝试加载下一簇子载波 若GRP_SEQ=0. -个资源粒子映射到的一簇子载波允许在子载波标号上不连续分布,但应在ASc上连续分布,即第 个资源粒子映射到前Nc/m 个资源粒子映射到次Nc/m个AsC,以此类推,遇到 或多个不能用于加载数据比特的 或1SC时,资源粒子中的比特顺序映射到下一个AsC MSC" 每个资源粒子中的比特数N 可选为24或120,分别对应传输模式中的一般模式和高速模式 系 统提供不支持比特加载技术的基础模式,以及支持比特加载技术但不支持资源粒子划分的灵活模式 系统提供的四种传输模式如下 基础模式:不支持比特加载技术,不支持资源粒子划分,所有SsC均加载相同数目的比特并采 用相同的星座映射方式 -般模式:支持比特加载技术,支持资源粒子划分,每个资源粒子包含NG=24个比特,每簇子 载波根据BAT加载对应数目的比特 仅在星座映射不支持1024APSK时允许采用一般 模式 高速模式:支持比特加载技术,支持资源粒子划分,每个资源粒子包含N =120个比特,每簇 子载波根据BAT加载对应数目的比特 仅在星座映射支持1024APsK时允许采用高速 模式 灵活模式:支持比特加载技术.不支持资源粒子划分,每个子载波根据BAT加载对应数目的 比特 四种传输模式由控制域携载的传输模式(TRM)指示,表7规定TRM的有效值及对应描述 TRM 的选择由信道特征和传输需求确定,在一个信道估计窗内TRM保持不变(信道估计窗定义见数据链路 层规范). 17
GB/T40786.1一2021 表7TRM值及其描述 TRM值 描述 含义 基础模式 无比特加载、无资源粒子划分 支持比特加载技术,支持资源粒子划分,Na=24 -般模式 高速模式 支持比特加载技术,支持资源粒子划分,Na=120 灵活模式 支持比特加载技术,不支持资源粒子划分" 5.4.3.4比特分配表 BAT指示数据子帧中每个子载波的加载比特数目 BAT由物理层控制信息中的BAT_ID域携 载 根据BAT_ID值,可定义16种BAT,BAT_ID的取值由业务需求、信道状况等决定 BAT_ID表 的有效取值及其描述见表8 BAT_ID取值为01、2、3、4、5、6时,BAT类型为预定义BAT,不支持比特分配技术,所有ASC加 载相同数目的比特,采用相同星座映射,对应基础模式 BAT_ID取值为0、1应用于子载波信道状况未 知(即无信道估计),或者信道状况极差的情况 基础模式下,当ssC的数目超过3840时,默认前3840个 SSC为AsC,其后的所有sSC均为ISC,即NAc=3840 数据子帧所能携载的最大数据域比特数 k=N×m,m为每个AsC的加载比特数目 BAT_ID取值为7,8,9时,BAT类型为可执行BAT,支持比特分配技术 BAT_ID取值为7或8时,系统支持资源粒子划分,可执行BAT顺序列出了每个资源粒子映射到 的子载波簇的第一个子载波标号,IsC标号,及对应的单个子载波的加载比特数目 加载比特数目m>0 =Ne×NG 表示对应的是当前子载波簇的第一个子载波标号,"-0表示对应的是1sC标号 kw- BAT_ID取值为9时,可执行BAT列出了SSC的标号与对应子载波加载的比特数目 对于BAT 列出的子载波标号,其对应的加载比特数目m>0表示该子载波是Asc,m=0表示该子载波是IsC k为BAT中列出的加载比特数目总和 表8BAT_ID有效值及其描述 BAT_ID 描述 预定义,所有AsC均加载1个比特 预定义,所有ASC均加载2个比特 预定义,所有Asc均加载4个比特 预定义,所有AsC均加载6个比特 -般模式下的BAT 高速模式下的BAT 灵活模式下的BAT 系统预留 一15 18
GB;/T40786.1一2021 每个节点应支持至少一种预定义BAT即BAT_ID取值为0、1、2,3,4、5,6) 部分节点应支持可 执行BAT 可执行BAT应由生成BAT的节点发送给各节点,例如,一个向其他多个节点发起多播传 输的节点会在发送数据前将BAT发送给所有的接收节点 对于一个特定的单播或多播信道,BAT可以由发射节点给定(发射节点确定的BAT),也可以由接 收节点给定(接收节点确定的BAT) 发射节点确定的BAT可以是预定义的BAT,可以是在发起传输 前采用信道估计协议发送给目的节点的BAT 接收节点确定的BAT是由目的节点的接收端确定并采 用信息估计协议发送给发射节点的BAT 每个传输节点都需支持发射节点确定的BAT和接收节点确 定的BAT 在发起通信前需确定每个传输节点上的比特分配能力,加载在每个子载波上的数据比特不应超过 子载波允许加载的最大比特数 比特置换 5.4.4 5.4.4.1概述 除了灵活模式外,其他3种模式下,数据子帧比特流在送至星座映射得到星座符号流之前,应进行 比特置换以提高编码调制的纠错能力 5.4.4.2资源粒子内交织 在一般模式和高速模式下,比特置换之前,每个资源粒子内需要进行一次比特交织 将每个资源粒 子中的比特记为r=(rw,ri,,厂Na-i),将”进行逐行写人交织器矩阵,行数为当前资源粒子在BAT 中对应的加载比特数目m,每行大小为N /w 将，逐列读取,得到比特流广=(r,,F,,F-. 5.4.4.3比特置换 基础模式、一般模式和高速模式下,星座映射前应进行比特置换 在一般模式和高速模式下,将资 源粒子内交织得到的r连续以每m比特组成一个比特组 在基础模式下,将数据子帧比特流连续以每 m比特组成一个比特组 比特组经符号内比特置换之后,在后续的星座映射中映射到一个复数符号 令每个比特组包括的m比特向量写为b=(b,b,,b ),比特置换即调整这从比特的顺序,调整 之后的比特向量为b=(b.b.,b.-),对应关系为b，=b.0GB/T40786.1一2021 表10码长为15360时的比特置换图样 星座映射/码率 2/5 3/5 4/5 0 BPSK o) (0) QPsK (0.1 (0.l 0.1 16APSK (2,0,1,3) 1,2,3,0) (0,l,2,3 64APSK 2,0,5,3,1,4) 0,2,3,4,5,1 (4,0,l,2,3,5 256APSK 5,4,0,l,6,2,3,7) l,0,2,4,5,3,6,7) 2,3,0,l,4,6,5,7 1024APSK 9,2,6,5,0,8,1,3,7,4 3,1,4,9,6,5,8,7,0,2) 3,l1,4,9,6,5,8,7,0,2) 4096APSK 11,3,5,1,6,10,2,7,4,8,9,00,8,5,9,3,l,7,l1,10,4.2,611,10,5,0,8,3,9,2,7,6,l,4) 5.4.5比特分配与填充 控制子帧中除了MsC外的所有子载波均采用控制子帧比特流进行2比特分配,控制子顿比特流 的MSB位加载到子载波对应比特组的MSB位 数据子倾中的所有子载波根据BA采用数据子帧比特流进行加载,数据子帧比特流的MSB位加 载到子载波对应比特组的MSB位 数据子帧中,没有被比特流加载的ISC和ASC,以及没有被满比特分配的ASC,统称为未满加载的 SsC 未满加载的SSC应由LFSR生成的二进制PN序列进行填充,LFSR的生成多项式见公式(18). G(.r=1十.rI8十.r2 (18 LFSR的结构如图14所示 二进制伪随机序列输出 00000011 D6 初始相位 图14填充未满加载SSC的LFSR 表11 LFSR初始化种子 种子标号人 S(16进制 77FFFFF 0DB87B 1E4D8 0D21F9 种子的首位为0,后23位对应D1~D23 20
GB;/T40786.1一2021 在每个数据子帧的第一个符号处,LFSR的移位寄存器复位到表11中的初始化种子对应的初始相 位 在第i个数据子赖处,由种子s，初始化LFsR,其中人一mod(i-l,)i-1,2.3, 在数据子帧的每个子载波(包括SsC和MSC)处,LFSR都应更新两个比特 未满加载的ssC的比特填充如下 从第一个数据子赖的第一个子载波开始,每个IsC均为2比特分配,即LFsR的2个I.sB比 特D.D用于加载Isc(D作为子载波对应比特组的LsB位7 b)从第一个数据子帧的第一个子载波开始,如果某个AsC未加载或未被满比特分配,即根据当 前BAT,AsC应加载从比特,而实际中仅加载了n(nGB/T40786.1一2021 表13星座映射与对应的码率组合 模式 码率 星座映射 0.2 BPSK 0.4 BPSK 0,6 BPSK 0,8 BPSK QPsK 0,2 0.4 QPSK 0.6 QPsK 0.8 QPSK 0.2 16APSK 0,4 16APSK 10 0.6 16APSK 16APsK 11l 0.8 12 0.6 64NUAPSK 0.8 64NU-APSK 1 14 0.6 256NU-APSK 0.8 256NU-APSK l 16 0,6 1024NU-QAM 17 0.8 1024NU-QAM 1 4096NUQAM 0,6 19 0.8 4096NU-QAM 5.4.6.3星座图 5.4.6.3.1概述 星座图具有关于r轴轴对称、原点中心对称和y轴轴对称等特征,星座图的确定可以通过对第 象限星座点进行优化 确定第一象限星座点Z=Re(Z)十Im(Z),第二三四象限星座点与第一象限 星座点关系如下 Z=一coni(Z); (Z) Z目=conji 5.4.6.3.2BPSK uPsK只有一个环,根据功率归一化要求.环半径r=1,初始相位偏转为0 对于所有码率,均可 以采用BPSK,其星座图如图15所示 22
GB;/T40786.1一2021 图15BPSsK星座映射 5.4.6.3.3QPSK QPSK只有一个环,根据功率归一化要求,环半径r =1,初始相位偏转为0 对于所有码率,均可 以采用QPSK,其星座图如图16所示 16QPSK星座映射 图 5.4.6.3.416APSK 16APSK包含两个环,环半径从内至外为r=(rw,rI)=(0.586,l.287) 对于所有码率,均可以采 用16APsK 16APSK星座映射图如图17所示 23
GB/T40786.1一2021 图1716APsK星座映射 5.4.6.3.564NU-APsK 64NU-APSK针对0.6码率以及0.8码率分别设计 0.6码率;星座图包括4个环,环半径从内至外r=(r,r,r,r.)=(0.2884,0.5771,0.8430,1.1880). 用第一象限星座点Z=Re(Z)十lm(Z)的形式表示见表14 0.8码率;星座图包括4个环,环半径从内至外r=(r,ri,r,r.)=(0.3007,0.5871,0.8531,1.1715). 用第一象限星座点Z=Re(Z)十lm(Z)的形式表示见表14 64APSK星座映射图如图18 表1464NU-APSK第一象限星座点 0.6码率 0.8码率 Z0 0.4745十0.1924i 0.5574十0.1515i Z1 0,4545十0,2357i 0,4903+0,3055i 0.1924+0.4745i 0.1515十0.5574i z2 Z3 0.2357十0.4545i 0.3055十0.4903i z！4 0,.9996十0,2248i 1.0343十0.21571 z5 0.8835十0.579 0.8651十0,54891 4 0.2248十0.9996i 0.2157十1.0343i z6 z7 0.5489+0.8651i 0.5794十0.8835i1 Z8 2.0686+0.4l15i 2.0222+0.40221i 1.7537十1.1718i 1.7143+1.1455i z9 Z10 0.4115+2.0686i 0.4022十2.02221i Z1 1.1718+1.7537i 1.l455+1.7143i 24
GB;/T40786.1一2021 表1464NU-ASsK第一象限星座点续 0.6码率 0.8码率 Z12 1.4674十0.294i 1.4869+0.2970i Z13 1.2458十0.829 +0.841 4i 1.2614十 4i Z14 0.2944十1.4674i 0.2970十1.48691 Z15 0.8294十1.2458i1 0.8414十1.261 图1864APSK星座映射 5.4.6.3.6256NU-APSK 256APsK星座映射图如图19所示 25