GB/T32396-2015
信息技术系统间远程通信和信息交换基于单载波无线高速率超宽带（SC-UWB）物理层规范
Informationtechnology—Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems—Wirelesshigh-rateultrawidebandPHYspecificationbasedonsingle-carrier
- 中国标准分类号（CCS）L78
- 国际标准分类号（ICS）35.100
- 实施日期2017-01-01
- 文件格式PDF
- 文本页数29页
- 文件大小705.25KB
以图片形式预览信息技术系统间远程通信和信息交换基于单载波无线高速率超宽带（SC-UWB）物理层规范
信息技术系统间远程通信和信息交换基于单载波无线高速率超宽带（SC-UWB）物理层规范
国家标准 GB/T32396一2015 信息技术系统间远程通信和信息 交换基于单载波无线高速率 超宽带(SC-UwB)物理层规范 nformationtechmology一Telecommumicationsamdinformationexehange etweensystems一wirelesshiehr-rteutrawtdebandPYspecitfeaton basedonsingle-earrier 2015-12-31发布 2017-01-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/I32396一2015 目 次 前言 引言 范围 规范性引用文件 术语和定义 缩略语 符号惯例 物理层一般描述 6.1 概述 6.2PHY特性 6.3PHY结构 PHIY划分 7.1概述 7.2 PHY功能 7.3PLCP子层 PMD子层 7. 7.5PLME 信号的描述 PLCP子层 9.1 概述 9.2PPDU 9.3PLCP前导符 9.4训练序列 9.5PLCP头部 3 + 9.6PSDU 9.7数据扰码器 9.8卷积编码器 9.9IDPC编码器 9.10星座图映射 9.11扩频调制 19 9.12波形成型 10工作频率和时间参数 10.1 工作频率 10.2PHY时间参数 20 11发射机参数要求 11.1发射PSD模板
GB/T32396一2015 21 11.2发射中心频率容限 11.3符号时钟频率容限 2 22 11.4时钟同步 22 1.相位一致 .
发射功率控制 22 17发豺相对机星座图误差 22 12 2: 接收机参数要求 12.l 2: 接收机灵敏度 2: 12.2接收机CCA性能 2: 12.3链路质量指示器
GB/T32396一2015 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归口
本标准主要起草单位;清华大学、电子技术标准化研究院、北京航空航天大学,深圳市海思半导 体有限公司
本标准主要起草人:金德鹏、肖振宇,卓兰、张昌明、高波、曾烈光、苏厉、葛宁
m
GB/T32396一2015 引 言 本文件的发布机构提请注意,声明符合文件时,可能涉及到第9章与PLCP子层相关专利的使用 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: 专 令利授权号 专利名称 专利持有人 联系地址/电话 联系人 清华大学肖振宇;张家北京市海淀区清华大学肖振宇，金德 单载波超宽带发送方法 CN101729485B 琦;金德鹏;朱亮;苏厉;罗姆楼10-202(100084 鹏xiaozy06(@ 与装置 曾烈光 十86-010-62772387 gmail.com 清华大学(肖振宇;金德北京市海淀区清华大学肖振宇,金德 实现直接扩频超宽带的 鹏xiaozy06@ CN101291159B 鹏;朱亮;曾烈光;葛宁;罗姆楼10-202(100084 发射端接收端及其方法 李育红;苏厉) 十86-010-62772387 gmail.com 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这些专 利的责任
GB/T32396一2015 信息技术系统间远程通信和信息 交换基于单载波无线高速率 超宽带(SC-UwB)物理层规范 范围 本标准规定了6GHz9GHa频段上采用单载波直接扩频技术的超宽带物理层规范,包括物理层 -般描述、物理层信道划分、信号的描述、PLCP子层、发射机参数和接收机参数要求等 本标准适用于单载波超宽带传输系统的设计、开发和集成 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件
GB/T26229一2010信息技术系统间远程通信和信息交换无线高速率超宽带媒体访问控制 和物理层规范(ISo/IEC26907;2007,MOD) GB/T262302010 信息技术系统间远段通信相帽息交换无线高建半超宽带媒体访同控制 和物理层接口规范(1SO/IEC26908:2007,MOD) 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
3.1 捕获acquisitionm 接收机迫使本地扩频序列与接收到的扩频序列同步的过程
3.2 自适应训练adaptietraining 采用自适应机制,使抽头系数调整到合适的值的过程
3.3 抗混叠滤波器antialiasingfiler 抑制频率大于采样率的信号的模拟低通滤波器
注:该种滤波器使频谱不出现混叠现象
码率coderate 编码前与编码后的数据位数之比
3.5 帧载荷frameload 设备发射数据中的有效数据部分
GB/T32396一2015 3.6 scramblerseed 扰码器种子 扰码器的初始数据位
超帧superframe 在本标准中用来协调在设备之间的传输的周期性时间间隔,它包含了信标周期,随后是数据 周期
[GB/T26229一2010,定义4.29 3.8 单载波超宽带SC-UWB 基于单载波调制的超宽带体制 缩略语 下列缩略语适用于本文件
自动增益控制 AGC (AutomaticGainControl 加性高斯白噪声 AwGiN AdditiveWhiteGaussianNoise BM 突发模式 BurstMode BPsK 二相相移键控 BinaryPhase-ShiftKeying 空闲信道评估 CCA ClearChannelAssessment ccITT 国际电报电话咨询委员会 InternationalTelephoneandTelegraphConsultative Committee) 循环冗余校验 CRC (CyclicRedundancyCheck 数模转换器 Digital-to-AnalogConverter 直接序列扩频 DirectSequenceSpreadSpectrum 校验序列 FrameCheckSequence Fm 快速傅立叶变换 FastFourierTransform s 头校验序列 HeaderCheckSequence Rs 帧间间隔 Inter-FrameSpace De 低密度奇偶校验码 LowDensityParityCheekCode) sn 最低有效位 Least-SignificantBit) 链路质量估计器 (LinkQualityEstimator 链路质量指示器 LinkQualitylndicator) 媒体访问控制 MediumAccessControD 最小赖间间隔 Minimumlnter-frameSpaeing " Ph 物理层 hysicallayer nG 物理层汇聚协议 (PhysicalLayerConvergeneeProtocol HLE Ph 物理层管理实体 tysicallayerManagementEntity) Ph 物理媒体依赖 lMediwm hysical Dependent 伪噪声 Pseudo-noise PPDu PLCPProtocolDataUnit) PLCP协议数据单元 PRBS 伪随机二进制序列 (PseudoRandomBinarySequence) PSD (Power 功率谱密度 SpeetralDensity
GB/I32396一2015 PSDU PHIYService 1Unit PHY服务数据单元 eData" Pream PT 前导类型 nbleType) QPSK 四相相移键控 QuadraturePhaseShiftKeying RadioFre RF 射频 requency) SingleCarrierUltraWideband sSC-UwB单载波超宽带 sFD FrameStartDelimiter 帧首定界符 sFs (Short 短帧间间隔 Spacing lnter-rame SNR 信噪比 signaltonoiseratio TX TransmitorTransmitter 发送或发射机 符号惯例 所有的浮点值最多保留到小数点后4位.
“Re(x)”表示复数信号x的实部,“m(x)"表示复数信号x的虚部 [T"表示大于或等于x的最小整数值,""表示小于或等于x的最大整数值
“田”表示模二加
物理层一般描述 概述 6.1 本标准信道带宽为528MHz,工作频率为6GHz9GHHz，工作频段分别为;6336MHz~ 6864MHz、6864MHz7392MHz、7392MHz7920MHz、7920MHz8448MHz、 8448MHz8976MHHz
所有设备应支持8448MHz一8976MHz,其他工作频段是可选的
码片速率统一为300Meps,其是待发送数据经过加扰、,编码和扩频之后的符号速率
本标准支持以下 数据速率:500Mbit/s、300Mbit/s,250Mbit/s、150Mbit/s、125Mbit/s、75Mbit/s
在300Mbit/s和 500Mbit/s速率下采用QPSK调制方式,其他速率下采用BPSK方式
数据速率在125Mbit/s、75Mbit/s 速率下扩颗比为2,其他情况为1
500Mbit/s速率下采用IDPC编码和卷积编码两种形式,其他情况只采 用卷积编码
在150Mbhit/s、75Mlit/s时码率为1/2,其他数据率下码率为5/6
注，MAC层相关要求见GB/T26229一2010,PHY与MAC之间的接口的相关要求见GB/T26230一2010,图1描 述了各层的体系结构
6.2PHY特性 为了和MAC层的设计相关联,MAC要求PHY提供以下特性， a支持对单个帧的标准模式传输和突发模式传输的接收; b 支持适用于PHY头部结构的PLCP头部错误指示; 支持用于媒体活动性估计的空闲信道评估
6.3PHY帧结构 图2是PHY的帧结构 帧结构的说明如下 存在两种类型的PLCP前导符:标准类型和突发类型; a b)包括MAC和PHY头部的PL.CP头部受到HCS的保护
GB/T32396一2015 表示层 会话层 传输层 阿络层 逻链路 控制层 MSDU 数据 MSDU 链路层 MAC接口 MAG MAC议 MAC MC MPDU P接口 PH接口 PHY Y协议 PHY PHY PPDU 图1各层体系结构参考模型 尾那 前导符 FCS P.CP头部 赖有效载荷 尾 尾部 PHY头部 H工盟 MAC头部 HCS 位 图2PHHY的帧结构 e倾有效载荷之后受到FCS的保护
帧通过原设备的PHY来发送,并且以同一位次序被投递给目的设备
帧起始是指在本地天线处 PHY倾第一个符号的前沿,帧结束是指PHY倾最后一个符号的尾沿
通过交换MAC层和PHY之间的参数来支持帧发送和接收
这些参数使得MAC子层可以控制 和获知帧传输方式,帧有效负载数据率和长度,帧前导符,PHY信道和其他PHY相关的参数
在单个传输中,MAC子层完全控制定时;在突发模式传输中,MAC子层控制第一定时,并 且由PHY为其余的突发帧提供精确定时
P划分 7.1概述 本条描述了向MAC提供的PHY服务,PHY由两种协议功能组成 PHY汇聚功能:该功能使PMD设备的性能适配PHY的服务
该功能由PLCP来实现,PHY 汇聚协议定义了一种机制,使PLCP服务数据单元映射为帧格式,而该帧格式便于在多个站点 间用于收发用户数据和管理信息; b)PMD设备功能:该功能定义了通过两个或多个站点之间的无线媒体来收发数据的特征和 方法
7.2PHIY功能 PHY包括3个功能实体;PMD功能、物理层汇聚功能、层管理功能
它们可通过PHY服务原语
GB/T32396一2015 向MAC层提供服务 7.3PLCP子层 PLCP子层使MAC层的运行更少地依赖于PMD子层,PLCP子层完成PPDU、PSDU的成帧、解 帧处理,它简化了PHY和MAC层之间的服务接口
7.4PMD子层 PMD子层将PLCP子层的PSDU成帧发送出去,并将接收到的PPDU解帧交付给PLCP,提供两 个或多个站点间收发数据的方法
7.5PLME PLME和MAC层管理实体共同管理本地PH功能
信号的描述 发送的射频信号根据复数基带信号表示如式(1) Se(1)=Re s.(/一nTsyw)exp(j2xf.) 式中; 信号的长度 'sYM 包中符号个数 N packet -中心频率; 八 第个符号的基带信号复数表示,它必须满足式(2)中的条件 S.( S.()=0任[0,Tsw] 第n个符号的确切结构取决于它在包内的位置,具体见式(3) 07< Sm..(t) N S,(t
GB/T32396一2015 表1依赖于速率的SDU参数 数据速率 码率 扩频码长度 调制方式 Mbit/s R 500 5/6LDPC编码 QPSK 500 5/6卷积编码 QPSK 300 1/2 QPSK 250 5/6 BPSK 150 1/2 BPSK 125 BPsK 5/6 75 1/2 BPsK 码率,调制方式和扩频比的确定都是依赖于300Mep的码片速率
500Mbit/s对应的编码方式 有两种
一种采用LDPC编码,另一种采用卷积编码
在其他速率模式下的编码方式都采用卷积编 码
码片速率(f)和数据速率(f)的关系如式(4)所示 Nf fehp= RIogM 式中: 扩频码长度 N 码率; R 调制阶数,采用QPsSK时取为4,采用BPSK时取为2 M 9.2.3帧参数 表2给出了和PHY关联的帧参数
表2帧参数 参数 描述 值 码片速率 fp 300Meps 一个码片持续时间 T 0,0033s 标准模式:24 捕获/信道估计序列符号数 突发模式;12 标准模式;3048 N 捕获/信道估计序列码片数 突发模式l524 标准模式:10.160丝s T 捕获/信道估计序列持续时间 突发模式;5.080s N 帧定界符号数 N 帧定界码片数 127 T 帧定界符持续时间 0.4234s 标准模式;3175 PL.CP前导符码片数 V BM:l651
GB/T32396一2015 表2(续 值 参数 描述 标准模式:10.5834s T PLCP前导符持续时间 BM:5.5034s 标准模式;768 训练序列符号数 N BM:128 标准模式;768 N 训练序列码片数 BM:128 标准训练序列;2.560 训练序列持续时间 突发训练序列:0.4271s PHY头部序列符号数 40 N PHY头部序列码片数 160 N T PHY头部序列持续时间 0.5334s Nd MAC头部序列符号数 88 Nm MAC头部序列码片数 352 MMAC头部序列持续时间 Tda 1.173从s N Hcs符号数 16 N HCS码片数 64 HCS持续时间 0.213 T 34s N PILCP头码片数 576 1.9204s ThMh PLCP头持续时间 8×LENGTH十32十6 PsDU符号数 N NPs lrame NPs 8×LENGTH十32十64 Nm PSDU码片数 Ns× NPs r8×LENGTH十32十64 Tm PSDU持续时间 NPs×
GB/T32396一2015 时将训练序列设置为768位;而在突发模式下,自适应均衡器抽头系数不清零,直接将上一帧接收后的 抽头系数作为初始值开始训练调整,将抽头系数调整到合适的值只需要较少的数据便可,所以此时的训 练序列仅为128位
训练序列的产生使用基于多项式的方法
多项式选择初始序列全为1的序列,生成伪随机训练序 列
训练序列生成不需要输人序列,如图6所示
15 10 12 图6基于反馈线性移位寄存器的随机训练序列生成器示意图 生成的训练序列先经过QPsK星座图映射调制,之后按扩频码[一1十1]进行两倍扩频
9.5PLCP头部 9.5.1结构 在PI.CP前导符后是PI.CP头部,它用于传输关于PHY和MAC层的信息
PLCP头部由三部分 组成;PHY头部,MAc头部和HCSs,其长度依次为5,11和2个八位位组,如图7所示
MAC头部 PHIY头部 HCS 八包位推 图7PLC头部结构 HCS是对PHY头部和MAC头部共16个八位位组进行CRC校验的序列,校验时PHY头部和 MAC头部按图7所示顺序摆放
PLCP头部(除PHY头部不经过加扰)是加扰后的位级数据,之后进 行1/2码率的卷积编码,然后调制映射及扩频,整个过程如图8所示
扰码后 扩频调制 BPsK映射 的LC 卷积码编码 -1+ 包头 图8扰码后的PLCP头部编码过程 9.5.2PHHY头部 g.5.2.1结构 PHY头部包含了MAC帧主体的帧载荷的长度、数字扰码器的种子标识等信息以及下一个包的传 输信息,如下一个包是否以突发模式发送
PHY头部字段由5个八位位组组成,如图9所示
八位位组0的3一7位(即RATE内R1一R5) 携带帧载荷段的数据速率字段(RATE)的信息,如调制方式、,译码速率、传送MAc主体的扩展因子 等;819位(LENGTH内包括八位位组1的整行815位和八位位组2的16~19位)是长度字段 LENGTHH),最低有效位最先发送;22,23位(八位位组2的s1、s2)代表扰码器初始状态的种子值,用 于与接收端的解扰码器同步;26位(八位位组3的BM)表示包是否以突发流)模式发送
如果包在突 发模式下传输,27位(八位位组3的PT)携带下一个数据包的前导符的模式(标准或突发前导符);其他 10o
GB/T32396一2015 信息位为预留位且设置为0. B5 B7 B6 B4 B3 B2 B0 BI RATE 八位位组0 R2 R1 R0 R5 R2 R4 R3 企 八位位组1 15 MSB LENGTH7:0 1SB8 八位位组2 MSB19 LENGrH[11:81LSB16 S2 SI R4 R3 八位位组3 BG T3 T2 T1 P BM R6 R5 八位位组4 R13 R12 R11 R10 R9 R14 R8 R7 图9PHY头部结构 9.5.2.2数据速率字段 RlR5位的值标识数据传输速率,根据表4的值设置,初步定义如下;Rl一R5编码(00000)~ 00110)都对应相应的数据速率,其他情况下均作为保留码
表4速率相关参数 速率 R R MDit/s 500(LDPC编码 00000 500卷积编码 00001 300 00010 250 00011 150 00100 125 00101 75 001l0 保留 其他 9.5.2.3PICP长度字段 PLCP长度字段的值是无符号的12位整数,表示帧载荷中的八位位组数(不包括FCcs以及填充 位)
在突发模式下,LENGTH的最小值为l;标准模式LENGTH的最小值为0 9.5.2.4P.cP扰码器字段 MAC层将根据扰码器种子标识符的值设置s1一S2位
两个位的值与针对数据扰码器选择的种 子值对应
9.5.2.5BM字段 MAC层会按照表5的定义设置BM的值,用来表示下一个包是否是一个突发包的一部分,例如 1l
GB/T32396一2015 突发模式传输
表5BM字段的取值 BM位 下一包状态 下一包不是突发的一部分 下一包是突发的一部分 注在突发模式下,LENG,TH的最小值为1;在标准方式下,LENG;TH的最小值为0
9.5.2.6P字段 在突发模式下,MAC层设置PT的值表示下一包的PLCP前导符类型(见表6)
表6PT字段的值 前导符类型(PT)位 用于下一包的前导符类型 标准前导符 突发前导符 注:前导符类型位只有在突发传输模式下有效
当设备不是突发传输模式时,前导符类型值应设为0
9.5.3HCS HHCcS对PHY头部和MAc头部进行CRC校验,用于保护PHY头部和MAc头部,长度是2个八 位位组的ccITTCRC-16头部校验序列
ccITTCRC16码的值是通过多项式rl"十rl!十r=十1将 PHY头部和MAC头部联合并进行模2除法所得的余数的补数
HCs位应按发送顺序进行处理
所 有Hcs的计算必须在数据扰码之前进行,处理顺序的原理图如图10所示
寄存器应该初始化为全1 状态
预设寄存器为全1 串行 cCIT 致 CRC-16l 输出 串行 数 回回-回 输人 MSB LsE 串行 ONESs 数据 Complemcmt 输出 (先输出MsB 图10ccIrRC-16模块图 12
GB/T32396一2015 9.6SDu 9.6.1结构 PSDU是PPDU的主要组成部分,结构如图11所示 64位o 领负载 FCs (尾部位 填充位 组合并扰码 64位o 扰码后的 扰码后的 未扰码的 扰码后的 尾部位 顿负载 填充位 FCS 4个8位位组 64位 图11PSDU的结构 FCS对MAC帆载荷进行帆校验,如果PICP长度字段为0,则PSDU既没有MAC帧载荷字段,也 没有FCs字段;如果PLCP长度字段不为0,则Fcs为4个八位位组,在帧载荷中添加4个八位位组的 FCS,64个尾部位和足够多的填充位(见图11)
组合的结果按9.6进行扰码,PSDU中的64个尾部位 还需通过将这64个“0”扰码之后的位替换成64个“o” 扰码后的PSDU形成过程如图12所示,先将PLCP头部与PSDU联合,然后进行卷积编码,经过 BPSK映射,最后经过扩频调制完成信号处理过程 BPSK/oPsK 卷积编码 扩城 PSDU -1+(+)) LDPC编码 映射 图12PSDU形成过程 编码方式、调制形式和扩频码选择均与数据速率有关,除了500Mbps使用LDPC编码之外,其他 情况下均采用卷积编码,卷积编码的原始码率都为1/2,而5/6的卷积编码是通过1/2卷积编码之后打 孔形成的,打孔过程见9.8所述
不同速率情况下的形式具体见表1
9.6.2rcs FCs长度为4个八位位组,与头较验序列相似,通过它可以起到保护数据帧的作用
在接收数据 后,通过检验FCS就能知道该数据帧是否正常,如果正常则作相应的译码和解扰处理,否则,则发出相 应的错误报告,直接丢弃该帧或请求重传
9.6.3尾部位 PHY头部和HCS后的尾部位字段包含64个未扰码的0
位于经过扰码的帧校验序列后的尾部 位字段,以64个未扰码0位代替64个扰码后的0位来产生
在LDPC编码方式下,加人尾部位不会对整个数据帧造成影响,不单独定义
13
GB/T32396一2015 9.6.4填充位 在扰码和编码之前,应在64个尾部位后添加填充位以确保合成的PSDU能够在卷积译码时被正 确分组
填充位的个数N由每组符号的信息位个数Nms(320)和帧载荷的八位位组数LENGTH 决定,见式(5): [8×ILENGTH十967 N=Nms× 8×!ENGTH十967 N P!s (5 当PLCP长度字段的长度为非0值时(LENGTH>0),FCS和尾部位的长度为96
添加的填充位 将被设置为0,并和剩余的PSDU部分一起进行扰码
数据扰码器 MAC层给出的扰码器初始种子值包含于MAC头部的起始部分,然后在PSDU的起始处再重新初 始化为相同的种子值
训练序列、,PLCP头部和PSDU的加扰都可以使用如下式(6)所示的多项式 本标准种子标识符(s1S2)=(00)对应的种子用于对训练序列进行加扰
对PLCP头部和PsDU的加扰均使用MAC指定的种子标识符所对应的种子,PL.cP头部和 PsDU的加扰需要重新加载种子
PLCP头部的PHY头部并不参与加扰,而只是MAc头部和HCs 参与加扰;PsDU所有部分都参与加扰
伪随机二进制序列生成多项式g(D)为;s(D)=1十D"十D",D是一个单位延时单元
利用生成 多项式,相应的PRBSr[]为 o r[un]=r[u一14]田r[n一15],n=0,l,2, 式(7)定义初始化向量,r由表7的“种子值”参量指定
=[r[一l]r[一2]r[一14]r[一15] rni -]表示在第人个延时单元的输出猫得二进制初始值
扰码数据位
的获取如图12所示 v[m]=s[m]田r[m] 8 ,m=0,l,2, ,[叫]表示未找码数据位
在接收猫的树流解扰码器应以与发射燃扰码器相同的初始化向量 .Zini 进行初始化
初始化向量由接收帧的PLCP头部所包含的种子标识符决定
15位的初始化向量或种子值应与种子标识符相符合,如表7所示
当PHY初始化后,MAC应将 种子标识符设置为00,PHY每发送一个帧,则由一个两位的翻转计数器对该值进行累加
基于反馈线 性移位寄存器的扰码器结构示意图见图13
表7扰码器种子选择 种子标识符 种子值 PRs输出头16位 (s1,S2) 工[o]r[l]r[15] 五叫=r[-1]r[-2]r;[-14]r[-1 001l11l111111l1 00 0000000000001000 01 o1l11ll11ll1ll1 0000000000000100 0000000000001110 10 10111111111111 11l111111111111 0000000000000010 11 注所有的连贯包包括重传,应以不同的初始种子值发送 14
GB/T32396一2015 12a1314 xn 找码后数扼 f 未扰码数揭 tn l 图13基于反馈线性移位寄存器的扰码器结构示意图 9.8卷积编码器 数据速率为75MHz,125MHz,150MHz,250MHz,300MHz500MHa时都采用卷积编码
这 些速率情况下,所使用的卷积编码器的原始码率均为R=1/2码,生成多项式g
=1338,g1=171
,如图 14所示
标识为A的位是编码器产生的第一位,然后是标识为B的位
其他的码率由原始码率 R=1/2卷积码通过打孔取得
本标准需用的码率有1/2和5/6两种,1/2即为原始码率,不需要打孔， 而5/6的编码打孔图样见图15
打孔格由编码器输出位从左自右填满
对于最后的位块,该过程将在 编码器输出位耗尽时终止,打孔图样应用于部分填充的位块
PLCP头部应以R=1/2的码率编码
编码器应从全零状态开始
在PLCP头部编码完成后且在 PSDU编码开始之前,编码器应复位为全0状态
输出数据A 输入数据 输出数据B 图14卷积编码器码率R=1/2,约束长度K=7) 叛数据 An A A A " 编码后的数据 B B B BB 被打孔后的数拟 B, B Bs (发送接收的数测 A， 插入相应比特的数据 B B B 译码后数据 图15R=5/6编码的打孔和位填充示例 15
GB/T32396一2015 9.9L.DPC编码器 在数据速率为500Mbit/s的情况下,编码方式有两种
一种是卷积编码,码率为5/6,使用打孔生 成
另一种是LDPC编码,码率也为5/6
数据通过LDPC编码之后将被映射成为一系列码组,每个码 组均为线性分组码,且由一个m×n的监督矩阵H决定,n代表码组长度,m代表码组中较验位位数， 信息位数为k=n 监督矩阵H如式(9)所示
nn
P P P o,0 a. 'n," 0,mh一 P P P 1.0 1， 1川h一1 H= 9 P P2.O P2. P2. 2+6l P P P一1.O l.0 员，2 心 P,是一个:×的0-1矩阵或者又×、的0矩阵，又=127,将这样的子矩阵看成一个块，!每一 ×n,这里m 5,n，=30. 行有m,块,每一列有n,块,其中 =文Xnn三 0-1矩阵的每一行或每一列中仅有1个元素为1,其余126个元素为0
这些1'的位置由两个数 据(r,y)决定
r和y按(X)=1+XX'做伽罗华域GF(27)运算,第i行的'1'所在的位置为× yi
如基于(121,59)运算得出前10行元素的1’所在位置如图16所示 0000000000000000000000000000000000o00000000000000000000000000000000000000000000000000o000000000000000000000000o100000 o00000000000000000o00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000000000000000000000000000000o o00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000o0000000000000000000000000000000000000000o1000000000000000000 00000000000000000o0000000000000000000000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000000000000000000000o000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100000 0000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000o00000000000000o000000000000000000000000000000000000000o0 o00000o000000o0000o000o00o00o0000o00000000o00000o0e000000000000o00o00000o10000o000000o00o0000000000000o0000000000000000oo0 0o0000o0000000000o000o00o1000000000000000000000o0000000000000o08o000o0000000000o0000000000000000000000000000o0000000000o00o o00000o0000000o00000oo00o00o00000oo00o0000000000e0000010000000o0o00n000000no0on000o00eo00nn0000000e0000o00000000o0oeo0 0000000000000o0000o00000000000000001000o00000000000o0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000o00o 图16121,59)按伽罗华域运算生成0-1矩阵的前10行元素 监督矩阵H由5×30个127×127块组成,如图17所示
0'’表示该块内127X127个元素均为0,一个(r,y)块内1'和*0’'的数目分别为127和126×127
16
GB/T32396一2015 0 0 o o 62,46 (79,126) (19,34) (83,D) (60,6) 66,55) 122,72) (67,87m (G9,49) G,D (32,33) 103,124 (74,96) (G6,7m (26,74 G8,10) 419,39) (,38) 68,117) (18,116) (14,9) (45,3) (G66,70) (25,) a5,IoD) 69,85) a (70,12) a,D H- G7 ,7m 125,55) (7,1o6) 5,7m 33,4物) A,1D 02,47 23.8OD) 6,54 ,1g0 682,83) 86,58) 20,82) 9,3) (10,59 d08,76 6,D) 39,115) (4,125) 409,74) (G5,102) (GA,4m (02,28) o1y G67,10e) (127,114) (a,76 105,27) (13,85 (66,71) 2物) 0 G6,109 (1,86 (88,101) (91,15) 4锅,1o) (69,9) (I8,85) (45,124 15,16) a.I13 (I8,32) 61,123) (102.104 (6,35 84,117) a1,D (3,123) 120,19 (18,33) 9,43 71,22 (117,84 (25,) l18,64 108,48) (84,3D) L10,79) (19,41) 图17LDPC编码监督矩阵H g.10星座图映射 9.10.1概述 本条定义将编码过的二进制数据序列映射到一个复星座图上
当数据速率在250Mbit/s或更低 时,二进制数据映射到BPSK星座图上
当数据速率在300Mbit/s或者更高的情况下,二进制数据则 映射到QPSK星座图上 g.10.2BPSsK调制映射 编码后的二进制串行输人数据[门,其中;=0.l,L.,并且转化成一个实数,该实数代表2个 一化因子 BPSK星座点之一,如图18所示,输人位为b[k],输出为d[]是由(2×[k]一l)乘以一个归 K得到的,如式(10) (10 d[]=KMon×(2×b[]一l)，k=0,l,2,L 对于BPsK星座图,归一化因子K=1,对于BPSK对应的编码表如表8所示
表8BPSK编码表 输出值 输人位b[ 17
GB/T32396一2015 0 + 图18BPSK调制位编码 9.10.3oPsK调制映射 编码后的二进制串行输人数据[],其中i=0,lL,应当分成很多组,每组2位,然后将每组 转化成一个复数,该复数代表4个QPSK星座点之一
这种转换应当根据格雷码星座图映射来进行， 如图19所示
QPsK ([2,b2k十] 十1 01 1 十1 00 10 图19PsK调制位编码 图19中输人位为[2k],b[2k十1],对应一个输出d[k],d[]是由(2×[2]-1)+j(2×b[2b十 1]一1)乘以一个归一化因子K,得到的,其中为虚数单位且满足j=一1,如式(11): l]-Kwmx[(ex[24]-1)+j2x[k十1门]-],其中友 =0,1,2,,L (11 对于QPSK星座图,归一化因子Kn=1/区,只要设备符合调制的准确性要求,可以使用归一化 因子的近似值
对于QPSK.,b[2k]确定了1的值,而b[2k十1]确定了Q的值,如表9所示
表9QPSK编码表 输人位(w[2],b[2+1] 1的输出值 Q的输出值 00 01 10 11 18
GB/T32396一2015 9.11扩频调制 采用Ds调制方式,用于AGC,扩频捕获、信道估计、帧同步的扩频,采用的是长度为127的PN序 列;用于训练序列和PLCP头部及PSDU的扩频,采用的是长度为2的扩频序列[一1十1],其中PSDU 在速率等于或大于150Mbit/s时扩频码的长度为1
具体如表10所示 表10扩频方式 模式 赖结构组成部分 长度 扩频码类型 扩频码长度 24PNs 121 标准 PN长扩频 捕获/信道估计序列 突发 12PNs PN长扩频 127 定界符 1PN PN长扩频 127 标准 768位 [一1十1] 训练序列 突发 128位 八 144位 PILCP头部 十1 可变 [一1十1][十1] PSDLU 2/1 g.12波形成型 波形成型的方法是对BPSK或QPSK调制后的符号进行升采样,然后通过成型滤波器完成波形 成型
成型滤波器采用平方根升余弦滤波器,成型后的信号3dB带宽为528MHz
滤波器滚降系数为 0.76
10 工作频率和时间参数 10.1 工作频率 工作频率为6.0GHz~9.0GHz
本标准定义了5个工作频段,如表11所示 表11 工作信道 频段下限 中心频率 频段上限 MHz MHz MHz 660o 6864 6336 6864 7128 7392 7392 7656 7920 7920 8184 8448 8448 8712 8976 每个频段仅有一个带宽为528MHz逻辑信道
所有设备应支持中心频率为8721MHz的频段 而其他频段是可选的
19
GB/T32396一2015 10.2PHY时间参数 10.2.1参数描述 PHY时间参数见表12 表12PHHY时间参数 PHY参数 值 描述 pMIFs 顿间间隔 2.5 4s pSIFS 顿间间隔 104s pCCADetectTime 接收到发送转换时间 7.5丛s pBandSwitchTime 发送到发送转换时间 8.94ns 频率转换间隔 pClockFrequeney 1GHz 时钟周期 pClockPeriod 1/pClockFrequeney pNumberofcCoekCyeeperSuperframe 个超赖的时钟周期数 65536X1000 rucckcyeepen rBeaconSots 85×1000 一个信标时隙的时钟周期数 pNumbero 0.2.2IFS IFS参数如表13所示
表13IFS参数 值 参数 pMIFS MIFS pMIFS SIFS 10.2.3接收到发送转换时间 接收到发送转换时间应不大于pSIFS,转换时间应当在空中接口处进行测量
时间从最后一个接 受符号的起始点算起,到下一帧PLCP前导符的第一个发送符号的起始点,这个时间应不大于psIFs+ 3125ns
10.2.4发送到接收转换时间 发送到接收转换时间应不大于pSIFS,这个转换时间应当在空中接口处进行测量
时间从上一个 发送信号的起始点算起,直到接收机已经准备好开始接收下一PHY帧,这个时间应不大于psIFS十 3125ns
10.2.5连续传输间隔时间 设备在标准模式下的不间断的连续数据传输,如果PLCP长度字段为0,包后的IFS应为pSIFS,如 果PLCP长度为非0,包后的IFS应不小于pMIFS
IFS时间应在空中接口处进行测量
当PLCP长 度字段为0,从上一个发送符号的起始点起,到下一个包的PLCP前导符的第一个发送符号的起点,时 间应等于pSIFs+3125NS
当PLCP长度字段为非0时,时间从上一个发送符号的起始点算起,到下 20
GB/T32396一2015 -个包的PLCP前导符的第一个发送符号的起始点,这个时间应不小于pMIFS+3125ns
对突发模式的传输,设备的不间断的连续数据传输之间的IFS应当精确地固定为pMIFS士1ns
IFS时间应在空中接口处进行测量
时间从上一个发送符号的起始点算起,到下一个包的PLCP前导 符的第一个发送符号的起始点,这个时间应精确地固定为pMIFs+3126ns 10.2.6频带转换时间 频带转换时间定义为物理层在一个频段内接收一个符号的最后有效样本的时刻与准备好在下一个 频段内接收下一个符号的时刻之间的间隔
要求频带间的转换时间不超过pBandSwitchTime以获得 最好的性能
10.2.7时钟间隔 每个设备应维持容限最大为士20×X10-"的pClockPeriod
每个设备在每个超帧中计数pNumber ofClockCycleperSuperlrame个周期,每个信标时隙计数pNumberofClockCycleperBeaconSlots个周期
有关时间见表12
11 发射机参数要求 11.1发射PSD模板 发射信号的发射频谱密度应在发射PsD模板的范围内,如图20所示
功率谱密度(dB) 发射频说模板 0dB nn/ 样本信号频谱 -12dB -20dB 56-2.5 56 频*(MlHz) 图20发射PSD模板 11.2发射中心频率容限 发射中心频率容限最大为士7×10-" 11.3符号时钟频率容限 符号时钟频率容限最大为士7×10-" 21
GB/T32396一2015 11.4时钟同步 发射中心频率和符号时钟频率应由同一参考晶振驱动
11.5相位一致 在单个包的持续时间内,发射载波频率应该在单个频带内保持相位一致
11.6发射功率控制 设备应提供发射功率控制(TPC)
功率控制算法的目标是最小化发射功率频谱密度,同时仍然为 信息的传送提供可靠的连接
表14总结了发射功率等级(TXPWR_LEVEL)和相关联的发射功率衰减之间的映射关系
表14TXPwR_LEVEL，和发射功率衰减映射 TFI模式TX功率衰减 FFI模式TX功率衰减 TXPwR_LEVEL dB dB 10 保留 保留 12 保留 保留 发射功率衰减变更的相对精度最大为士1dB或士20%单位;dB)
对于4dB和8dB的衰减变 更,允许的相对精度分别是士1.0dB和士1.6dB 设备在发射机的输出端口对载波抑制应提供最小20dB的值,并且应满足设备配置的相关规则
11.7发射相对机星座图误差 发射机相对星座图均方误差,是所有C-UwB的符号数据、导频载波和帧其他部分的相对星座图均 方误差的平均值,规定其不能超过表15所给的值
注意到相对星座图均方误差是发射功率衰减值的函 数
相对星座图均方误差是基于250MBit/s或更低数据速率时的2.5dB的多径余量和300Mbit/s或更 高数据速率时的3.6dlB多径余量,以及2.5dB的实现损耗
此外还假定了相对星座图误差引起的恶化在 数据速率为250Mbit/s或更低时不超过0.5dB,在数据速率为300Mbit/s或更高时不超过1.0dB 表15许可的相对星座图误差 无Tx衰诚 2.4. ,6dBTx衰减 8.10 ,12dBTx衰减 数据速率 dB dB dl 75Mbit/s、125Mbit/s、,150Mbit/s、250Mbit/s -17.0 -15.5 一l4.5 300Mbit/s、500Mlbit/s 19.5 17.0 -18.0 心
GB/T32396一2015 相对星座图均方误差计算应使用能够将发送信号以1Gsamples/s或更高的速率转化为复样本流 的设备,并在1/Q失配,DC偏移、相位噪声等存在时有足够的精度
已采样信号应以一种相似于理想 接收机的方式处理,包括通过重叠-相加的方法将头32个补0后缀的采样添加到接收的SC-UwB符 号中
12 接收机参数要求 12.1 接收机灵敏度 对于八位位组的PSDU,当误包率(PER)低于8%时,在AwGN信道中不同数据速率的最小接收 机灵敏度数据如表16,其中假定噪声系数值为6.6dB,则实现损耗为2.5dB,链路余量为3dB
表16不同速率下的最小接收机灵敏度 数据速率/Mbit/ 最小接收机灵敏度/dlBm 75 78.5 125 一77.2 150 -76.3 250 -73.6 300 -73.0 500 一70.l 12.2接收机cCA性能 当接收端数据速率大于等于75Mbit/s时,在最小接收机灵敏度(一78.5dBm)情况下,应在有效 cUwB传输开始后的pccADtetTime内以大于90%的概率让ccA显示信道为忙
12.3链路质量指示器 设备应当有能力估计接收信道的链路质量,其中链路质量定义为SNR的估计,其包括与该接收机 结构相关的实现损耗(量化噪声、信道估计误差等)
设备应当有能力在一6dB到+12dB的范围内估 计出SNR值
估计超过+12dB的SNR是个可选项
当在静态信道情况下测量时,所有的估计值应 当随信号强度在整个报告范围内单调递增
估计值在高于十12dB时可能呈现饱和状态
最后,LQE 应当以包为单位进行
设备应在一6dB到24dB的范围内将这些数值取整,单位为dB,并且报告为L.QE
I.QE的精确 度定义为在固定SNR下,静态AwGN信道中以包为单位的估计标准偏差
表17列举了允许的估计 标准解差,这些偏差是报告范围的闻数
即使报告的估计表面上应当等于sNR,对于外部参考水平木 标准胖不明确规定绝对的精确度边界 L.QE和LI之间的映射如表18
标准编码用于在一6dB(oo1)到十24dB()范围 内报告估计
全0位表明设备不支持LQE报告,或LQE太小而不能精确测量
此外,从100000到 101llll1的范围和从11000000到11ll1111的范围用来定义允许设备商报告额外的链路质量信息 其他的位预留
23
GB/T32396一2015 表17载荷为4096八位位组的LQE许可的标准偏差 链路质量估计 估计标准偏差 LQE 一6dB,,一4dB 1.3dB -3dB,,0dB 1.ldB 0.9dB 1dB,,6dB 7dB,,24dB 0.7dB 表18LOE编码 LQ1 描述 00000000 链路质量报告不支持,或者链路质量太低无法测量 00000001一0001ll1l LQI=(LQE+7dB) 00100000-01l11l11 保留 设备商指定LQE编码 10000000一10111l1 设备商指定LQE编码 11000000一1111111 注lLQE精确度测试应当在最小为n(=1000个包的条件下进行 24
信息技术系统间远程通信和信息交换基于单载波无线高速率超宽带（SC-UWB）物理层规范GB/T32396-2015
单载波无线高速率超宽带（SC-UWB）是一种新型无线通信技术，具有传输距离远、抗干扰能力强等优点。GB/T32396-2015规范了SC-UWB在系统间远程通信和信息交换领域的应用。
SC-UWB的优势
相比传统的无线通信技术，SC-UWB具有以下优点：
- 传输距离远：SC-UWB可以实现数百米的传输距离，可以满足大部分应用场景的需求。
- 抗干扰能力强：SC-UWB采用了多径传输技术，可以有效抵御多种干扰信号的影响。
- 带宽大：SC-UWB的带宽可以达到数百兆赫兹，可以支持高速数据传输。
GB/T32396-2015的应用
GB/T32396-2015规定了SC-UWB在系统间远程通信和信息交换中的应用。该标准定义了SC-UWB的物理层规范，包括频率、调制方式、码型等方面。
通过遵循GB/T32396-2015标准，各个系统可以实现互操作，即不同系统之间可以进行通信和信息交换。
SC-UWB的缺点
虽然SC-UWB具有许多优点，但也存在一些缺点：
- 能耗较高：由于SC-UWB的传输功率较大，因此其能耗相对较高。
- 对环境要求严格：SC-UWB的信号容易受到建筑物、障碍物等环境因素的影响，可能导致信号质量下降。
- 国际标准尚未统一：目前SC-UWB的国际标准尚未统一，因此在不同国家或地区的应用可能存在一定难度。
总结
SC-UWB作为一种新型无线通信技术，在系统间远程通信和信息交换领域具有广泛的应用前景。GB/T32396-2015标准为其在应用中提供了规范，使得各个系统可以实现互操作。然而，SC-UWB也存在一些缺点，需要在实际应用过程中进行更加细致的考虑。
