GB/T 32396-2015 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

　　ICS 35. 100 L 78

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 32396—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

　　Information technology—Telecommunicationsand information exchange

　　between systems—Wirelesshigh-rateultra wideband PHY specification

　　based on single-carrier

　　2015-12-31发布 2017-01-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 32396—2015

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—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 、中国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 。

　　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 :

　　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 。

　　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

　　1 范围

　　本标准规定了 6 GHz~ 9 GHz频段上采用单载波直接扩频技术的超宽带物理层规范 ,包括物理层一般描述 、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 。

　　2 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/T 26229—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/IEC 26907:2007,MOD)

　　GB/T 26230—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接口规范(ISO/IEC 26908:2007,MOD)

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　捕获 acquisition

　　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 adaptive training

　　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 anti-aliasingfilter

　　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 。

　　3.4

　　码率 coderate

　　编码前与编码后的数据位数之比 。

　　3.5

　　帧载荷 frameload

　　设备发射数据帧中的有效数据部分 。

　　3.6

　　扰码器种子 scramblerseed

　　扰码器的初始数据位 。

　　3.7

　　超帧 superframe

　　在本标准中用来协 调 在 设 备 之 间 的 帧 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/T 26229—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 。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　5 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 ,“Im(x) ”表示复数信号 x 的虚部 。

　　“xl”表示大于或等于 x 的最小整数值 ,“x」”表示小于或等于 x 的最大整数值 。

　　“田 ”表示模二加 。

　　6 物理层一般描述

　　6. 1 概述

　　本标 准 信 道 带 宽 为 528 MHz, 工 作 频 率 为 6 GHz~ 9 GHz, 工 作 频 段 分 别 为 : 6 336 MHz~ 6 864MHz、6 864 MHz~ 7 392 MHz、7 392 MHz~ 7 920 MHz、7 920 MHz~ 8 448 MHz、 8448MHz~ 8 976MHz。所有设备应支持 8448MHz~ 8 976MHz,其他工作频段是可选的 。

　　码片速率统一为 300Mcps,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 : 500 Mbit/s、300 Mbit/s、250 Mbit/s、150 Mbit/s、125 Mbit/s、75 Mbit/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、75 Mbit/s速率下扩频比为 2,其他情况为 1。500Mbit/s速率下采用 LDPC编码和卷积编码两种形式 ,其他情况只采用卷积编码 。在 150Mbit/s、75Mbit/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/T 26229—2010,PHY与 MAC之间 的 接 口 的 相 关 要 求 见 GB/T 26230—2010, 图 1 描述了各层的体系结构 。

　　6.2 PHY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 ;

　　c) 支持用于媒体活动性估计的空闲信道评估 。

　　6.3 PHY 帧结构

　　图 2是 PHY 的帧结构 。

　　帧结构的说明如下 :

　　a) 存在两种类型的 PLCP前导符 :标准类型和突发类型 ;

　　b) 包括 MAC和 PHY头部的 PLCP头部受到 HCS的保护 ;

　　图 1 各层体系结构参考模型

　　图 2 PHY 的帧结构

　　c) 帧有效载荷之后受到 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 帧第一个符号的前沿 ,帧结束是指 PHY 帧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 。

　　在单个帧传输中 ,MAC 子层完全控制帧定时 ;在突发模式传输中 ,MAC 子层控制第一帧定时 ,并且由 PHY为其余的突发帧提供精确定时 。

　　7 PHY 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 :

　　a) 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 。

　　7.2 PHY 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

　　向 MAC层提供服务 。

　　7.3 PLCP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 。

　　7.4 PMD 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 。

　　7.5 PLME

　　PLME和 MAC层管理实体共同管理本地 PH 功能 。

　　8 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) :

　　SRF =Re … … … … … … … …

　　式中 :

　　TSYM — 信号的长度 ;

　　Npacket — 包中符号个数 ;

　　式中 :

　　Ssync,n (t) — 第 n个符号的前导符 ;

　　Shdr,n (t) — 第 n个符号的头部 ;

　　Sframe,n (t) — 第 n个符号的 PSDU;

　　Nsync — 前导符中的符号个数 ;

　　Nhdr — 帧头部中包含的符号个数 ;

　　:pataetN,Nfe,scncfrNameh确—一数步。详细说明 。

　　复数时域信号 Sn (t)应通过将离散时间信号 Sn [k] 的实部和虚部通过 DAC和抗混叠滤波器得到 ,如图 3所示 。如果离散时间信号 Sn [k] 是实信号 ,只需要使用实部数模转换器和抗混叠滤波器 。

　　待发送的数据准备好后 ,采用单载波方式调制 ,将基带码元调制到载波频率上进行发送 。

　　图 3 离散信号到连续信号的变换

　　9 PLCP子层

　　9. 1 概述

　　本章定义了将 PSDU转换成 PPDU 的方法 。在传输过程中 ,在 PSDU 中添加 1个 PLCP前导符和训练序列及 1 个 PLCP 头部来构造 PPDU。 在接收机端 ,PLCP前导符 、训练序列和 PLCP 头 部 用 于PSDU 的解调 、自适应均衡 、译码和投递 。

　　9.2 PPDU

　　9.2. 1 PPDU格式

　　图 4 给出了 PPDU 的格式 ,它由 4个主要部分组成 :PLCP前导符 、PLCP训练序列 、PLCP头部和PSDU ,它们按传输顺序排列 。PLCP前导符是 PPDU 的第一部分 ,并且能够分解成用于 AGC、扩频同步捕获 、信道估计的捕获/信道估计序列 ,用于帧同步的 SFD(见 9. 3) 。PLCP训练序列用于接收端均衡器进行自适应训练 , 以调整抽头系数 ,克服码间串扰(见 9. 4) 。

　　PLCP头部包含有关 PHY 和 MAC必要的信息来帮助接收端对 PSDU 正确解码 。PLCP 头部能够进一步分解成 PHY头部 、MAC头部以及 HCS(见 9. 5) 。

　　PSDU(见 9. 6)由帧有效载荷 、帧校验序列 、尾部位和填充位连接而构成 ,嵌入填充位将数据长度填充为整数倍译码块长 。

　　当发送数据包时 ,首先发送 PLCP前导符 ,接着是 PLCP训练序列 ,PLCP头部 ,最后是 PSDU。如图 4 所 示 , 当 PSDU 以 所 期 望 速 率 : 75 Mbit/s、125 Mbit/s、150 Mbit/s、250 Mbit/s、300 Mbit/s 或500 Mbit/s发送时 ,PLCP头部则总是以 75 Mbit/s 的速率发送 ,为了保持发送数据速率的一致性 ,通过采用不同的码率和扩频比 ,使码片速率都是 300Mcps。数据在发送前是按八位位组存储 ,发送时八位位组的最低有效位将首先被发送 。

　　图 4 PPDU 结构

　　9.2.2 依赖于速率的 PSDU参数

　　表 1列出了依赖于速率的 PSDU参数 ,分别标示出了各种速率情况下的码率 、调制方式和扩频比 。

　　表 1 依赖于速率的 PSDU参数

　　码率 、调制方式和扩频比的确定都是依赖于 300 Mcps的码片速率 。 500 Mbit/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(fchip)和数据速率(fbit)的关系如式(4)所示 :

　　fchip ……………………( 4 )

　　式中 :

　　N — 扩频码长度 ;

　　R — 码率 ;

　　M — 调制阶数 ,采用 QPSK 时取为 4,采用 BPSK 时取为 2。

　　9.2.3 帧参数

　　表 2 给出了和 PHY关联的帧参数 。

　　表 2 帧参数

　　表 2 (续)

　　9.3 PLCP前导符

　　9.3. 1 结构

　　在数据包前添加 PLCP前导符 ,用于接收端的 AGC、扩频同步 、信道估计及帧同步 。在本条中定义了两种 PLCP前导符 , 即为标准 PLCP前导符和突发 PLCP前导符 。

　　图 5 给出了 SC-UWB定义的 PLCP前导符结构 , 它 由 两 个 主 要 部 分 组 成 : 捕 获/信 道 估 计 序 列 和SFD。在标准模式和突发模式 ,捕获/信道估计序列长度不同 ,SFD长度是相同的 。

　　图 5 PLCP前导符结构

　　PLCP前导符不进行扰码 、编码以及扩频 ,这部分的 PN序列是 m 序列 。

　　9.3.2 捕获/信道估计序列

　　捕获/信道估计序列由 24或 12个相同的 PN序列组成 。PN序列实质上为 m 序列 ,长度为 127,定义为如表 3所示(长度为 127的 PN序列不仅仅限于此序列) 。

　　表 3 127位长的 PN序列

　　捕获/信道估计序列在标准模式下共 24×127= 3048个码片 ,在突发模式下共有 12× 127= 1524个

　　标准模式中每一帧的长度不同 ,完成不同功能所需的序列较长不同 ,设置了 24个 PN 序列 ; 突发模式每一帧的长度一致 ,设置了 12个 PN序列 。

　　9.3.3 SFD

　　SFD为 1位数据 ,为了与前面的捕获/信道估计序列中的 PN序列分别开 ,这里的 SFD 的这位数据为 -1,而扩频/信道估计序列的 24/12位数据都为 +1。用一个 PN 序列去扩 频 一 位 -1,将 得 到 这 个PN序列按位取反 ,共 127个码片 。

　　9.4 训练序列

　　训练序列用于对自适应均衡器的抽头系数作预自适应调整 。在标准模式下 , 自适应均衡器抽头系数从 0(参考位对应的抽头系数为 1)开始训练调整 ,要将抽头系数调整到合适的值需要较多的数据 ,此

　　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入序列 ,如图 6所示 。

　　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[ -1+1]进行两倍扩频 。

　　9.5 PLCP头部

　　9.5. 1 结构

　　在 PLCP前导符后是 PLCP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 HCS,其长度依次为 5、11和 2个八位位组 ,如图 7所示 。

　　图 7 PLCP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 。

　　图 8 扰码后的 PLCP头部编码过程

　　9.5.2 PHY 头部

　　9.5.2. 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~ 7 位(即 RATE 内 R1~ 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 帧主体的扩展因子等 ;8~ 19位(LENGTH 内包括八 位 位 组 1 的 整 行 8~ 15位 和 八 位 位 组 2 的 16~ 19位) 是 长 度 字 段(LENGTH) ,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

　　信息位为预留位且设置为 0。

　　图 9 PHY 头部结构

　　9.5.2.2 数据速率字段

　　R1~R5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 :R1~ R5编码(0 0 0 0 0) ~ (0 0 1 1 0)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

　　9.5.2.3 PLCP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 FCS 以 及 填 充位) 。在突发模式下 ,LENGTH 的最小值为 1;标准模式 LENGTH 的最小值为 0。

　　9.5.2.4 PLCP扰码器字段

　　MAC层将根据扰码器种子标识符的值设置 S1~ S2位 。两个位的值与针对数据扰码器选择的种子值对应 。

　　9.5.2.5 BM 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 ,

　　突发模式传输 。

　　表 5 BM 字段的取值

　　9.5.2.6 PT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 6 PT字段的值

　　9.5.3 HCS

　　HCS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 CCITT CRC-16头部校验序列 。CCITT CRC-16码的值是通过多项式 x16 +x12 +x5 + 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 。

　　图 10 CCITT CRC-16模块图

　　9.6 PSDU

　　9.6. 1 结构

　　PSDU是 PPDU 的主要组成部分 ,结构如图 11所示 。

　　图 11 PSDU 的结构

　　FCS对 MAC帧载荷进行帧校验 ,如果 PLCP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“0”。

　　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 。

　　图 12 PSDU 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 500 Mbps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。

　　9.6.2 FCS

　　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 ,加入尾部位不会对整个数据帧造成影响 ,不单独定义 。

　　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 Npad 由每组符号的信息位个数 NIBP4S (320) 和帧载荷的八 位 位 组 数 LENGTH决定 ,见式(5) :

　　……………………( 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 。

　　9.7 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 。

　　US() 。应 的 种 子 , PLCP 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 。

　　多项随,生[n成]:项式 g(D)为:g(D)= 1+D14 +D15 ,D 是一个单位延时单元 。利用生成

　　x [n] =x [n- 14] 田 x [n- 15] ,n= 0,1,2, … ……………………( 6 )

　　式(7)定义初始化向量 ,xinit由表 7 的 “种子值 ”参量指定 。

　　xinit = [xi [- 1] xi [-2] …xi [- 14] xi [- 15] ] ……………………( 7 )

　　xi [ -k] 表示在第 k个延时单元的输出端得二进制初始值 。扰码数据位 vm 的获取如图 12所示 :

　　v [m ] = s[m ] 田 x [m ] ,m = 0,1,2, … ……………………( 8 )

　　s[m ] 表示未扰码数据位 。在接收端的侧流解扰码器应以与发射端扰码器相同的初始化向量 xinit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

　　注 : 所有的连贯包 ,包括重传 ,应以不同的初始种子值发送 。

　　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 75 MHz、125 MHz、150 MHz、250 MHz、300 MHz、500 MHz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 g0=1338 ,g1 = 1718 ,如图

　　21。5本。/满,12对即,不,,

　　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

　　图 14 卷积编码器(码率 R= 1/2,约束长度 K=7)

　　图 15 R=5/6编码的打孔和位填充示例

　　9.9 LDPC编码器

　　在数据速率为 500 Mbit/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-m 。监督矩阵 H 如式(9)所示 。

　　行有ib,j,个一 z-,bz,n ,,1b,这,n样b。矩阵看成一个块 , H 每 一

　　据(x,y)决定 。x 和 y 按 p(X)= 1+X3 +X7做‘伽罗华域 GF(27) 运算 ,第 i行的 ‘1’所在的位置为 x ×

　　图 16 (121,59)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 127× 127个元素均为 0,一个(x,y)块内‘1’和‘0’的数目分别为 127和 126× 127。

　　图 17 LDPC编码监督矩阵 H

　　9. 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 250 Mbit/s或更低时 ,二进制数据映射到 BPSK 星座图上 。 当数据速率在 300 Mbit/s或者更高的情况下 ,二进制数据则映射到 QPSK 星座图上 。

　　9. 10.2 BPSK 调制映射

　　编码后的二进制串行输入数据 b[i] ,其中 i= 0, 1, ……L,并且转化成一个实数 ,该实数代表 2 个

　　KMOD得到的 ,如式(10) :

　　d [k] = KMOD × ( 2 × b[k] - 1) , k= 0,1,2,L ……………………( 10 )

　　对于 BPSK 星座图 ,归一化因子 KMOD=1,对于 BPSK对应的编码表如表 8所示 。

　　表 8 BPSK编码表

　　图 18 BPSK 调制位编码

　　9. 10.3 QPSK调制映射

　　转化码一 进,P[K], 一,1。, ,,映,,

　　如图 19所示 。

　　图 19 QPSK调制位编码

　　图 19中输入位为b[2k] ,b[2k+1] ,对应一个输出 d[k] ,d[k]是由(2×b[2k] -1) +j(2×b[2k+ 1] -1)乘以一个归一化因子 KMOD得到的 ,其中 j 为虚数单位且满足j2 =-1,如式(11) :

　　……………………( 11 )

　　对于 QPSK 星座图 ,归一化因子 KMOD = 1/ 2 , 只要设备符合调制的准确性要求 , 可以使用归一化

　　表 9 QPSK编码表

　　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[ -1+1] ,其中 PSDU在速率等于或大于 150 Mbit/s时扩频码的长度为 1。具体如表 10所示 。

　　表 10 扩频方式

　　9. 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 3 dB带宽为 528 MHz。 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. 0 GHz~ 9. 0 GHz。本标准定义了 5个工作频段 ,如表 11所示 。

　　表 11 工作信道

　　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 8 721 MHz 的频段 ,而其他频段是可选的 。

　　10.2 PHY 时间参数

　　10.2. 1 参数描述

　　PHY 时间参数见表 12。

　　表 12 PHY 时间参数

　　10.2.2 IFS

　　IFS参数如表 13所示 。

　　表 13 IFS参数

　　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+ 3 125 ns。

　　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+ 3 125 ns。

　　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+3 125NS。 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

　　一个包的 PLCP前导符的第一个发送符号的起始点 ,这个时间应不小于 pMIFS+3 125 ns。

　　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±1 ns。 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+3 126 ns。

　　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 ±20×10-6 的 pClockPeriod。每个设备在每个超帧中计数 pNumber- ofClockCycleperSuperframe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 。

　　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 ±7× 10- 6 。

　　11.3 符号时钟频率容限

　　符号时钟频率容限最大为 ±7× 10- 6 。

　　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 14 TXPWR_LEVEL 和发射功率衰减映射

　　发射功率衰减变更的相对精度最大为 ±1 dB或 ±20%(单位 : dB) 。对 于 4 dB 和 8 dB 的 衰 减 变更 ,允许的相对精度分别是 ±1. 0 dB和 ±1. 6 dB。

　　设备在发射机的输出端口对载波抑制应提供最小 20 dB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 SC-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. 5 dB的多径余量和 300 Mbit/s或更高数据速率时的 3. 6 dB多径余量 , 以及 2. 5 dB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. 5 dB,在数据速率为 300Mbit/s或更高时不超过 1.0 dB。

　　表 15 许可的相对星座图误差

　　相对星座图均方误差计算应使用能够将发送信号以 1 G samples/s或更高的速率转化为复样本流的设备 ,并在 I/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. 6 dB,则实现损耗为 2. 5 dB,链路余量为 3 dB。

　　表 16 不同速率下的最小接收机灵敏度

　　12.2 接收机 CCA性能

　　当接收端数据速率大于等于 75 Mbit/s 时 ,在最小接收机灵敏度( -78. 5 dBm) 情况下 ,应在有效SC-UWB传输开始后的 pCCADetectTime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 - 6 dB到 +12 dB 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 +12 dB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 -6dB到 +24dB的范围内将这些数值取整 ,单位为 dB,并且报告为 LQE。LQE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偏差 ,这些偏差是报告范围的函数 。 即使报告的估计表面上应当等于 SNR,对于外部参考水平本标准并不明确规定绝对的精确度边界 。

　　LQE和 LQI之间的映射如表 18。标准编码用于在 - 6 dB(00000001) 到 +24dB(00011111) 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 10000000到10111111的范围和从 11000000到 11111111 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 。

　　表 17 载荷为 4096八位位组的 LQE许可的标准偏差

　　表 18 LQE编码