YDB 082-2012 基于BRadio的专用宽带无线接入系统 物理层和MAC层技术要求.pdf

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1、通标准封走7飞二技术节最生口YDB 082-2012 基于BRadio的专用宽带无线摄入系统物理层和MAC层技术要求PHY and MAC technical requirements for specialized broadband wireless access system based on BRadio 2012一03-25印发中国通信标准化协会发布YDB 082一-2012目欠前言.IV 引言.V l 范围. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 规范性引用文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 术语、定义和缩略语. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3. 1 术语和定义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3.2 缩略语.2 4 总体描述. 3 4. 1 频段.3 4.2 参考模型.3 4. 3 MAC层与物理层闰通信.4 5 物理层.4 5. 1 简介.4 5.2 物理层信号发送流程.5 5. 3 信道编码. . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5.3.1 概述.5 5.3.2 可用的编码. . . . . . . . . . . . . . . . . . ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5.3.3 公共控制信息编码. . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . .,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., . . . . . . 12 5.3.4 广播数据编码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5. 3. 5 下行通信数据编码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., . . .

6、 . . . ., . . . 14 5. 3. 6 上行通信数据编码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 5.4 星座映射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 5. 4. 1 QPSK. 17 5. 4.

7、2 16QAM. 18 5.4.3 64QAM. 19 5. 5 信号描述及产生. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5. 5. 1 TFU一OFDMA信号. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.5.2 TFU-S

8、CMA信号.27 5.6 双工模式.28 5. 7 物理帧格式及资源分配.28 5. 7. 1 TDD帧格式.28 5.7.2 FDD帧格式.29 5.7.3 下行子帧结构. 29 5. 7. 4 上行子帧结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.8 MIMO技术. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 YD8 082-2012 5.8.1 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.8.2 2天线发送.32 5.8.3 4天线发送.32 5. 9 信道质量测量. 32 5.9.1 下行干扰强度.32 5.9.2 C

10、INR. . . . . . . . .33 6 MAC层总体描述. 33 7 汇聚子层. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 7. 1 MAC SDU格式.33 7.2 分类.34 8 功能子层.35 8. 1 MAC PDU格式. . 35 8. 1. 1 MAC层帧头格式.35 8. 1. 2 MAC子帧头. . . . . . . . . . . .

11、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 8. 1. 3 MAC管理消息.44 8.2 MAC P町的构建和传输.60 8. 2. 1 MAC PDU的构建步骤.60 8.2.2 打包. 60 8.2.3 分段.62 8. 2. 4 MAC P町的加密.62 8.2.5 循环冗余校验计算.63 8.2.6 级联. . .63 8.2.7 MAC PDU 的传输.63 8. 3 网络进入和初始化.63 8. 3. 1 下行信道的扫描和

12、同步.64 8. 3. 2 获取上行参数.64 8.3.3 初始测距.64 8.3.4 基本功能协商.64 8. 3. 5 授权和密钥交换.64 8.3.6 建立连接.64 8. 4 可调度的业务.64 8. 5 带宽分配和请求机制.66 8.5.1 请求. . 66 8.5.2 怪予. . . . . . .67 8. 5. :3 轮询. . . . .67 8.6 QoS 机刊丑. . . . . . . . . .68 8. 6. 1 QoS机制的功能.68 8. 6. 2 业务流. . . . . . .68 8. 6. :3 业务流管到.68 8. 7 ) 擂业务. . . . .

13、69 8. H 测距.，.69 I J YDB 082-2012 8.9 ARQ. 70 8.9.1 ARQ机制.70 8.9.2 ARQ反馈信息. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 8.9.3 ARQ参数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14、 . . . . . . . . . . . . . . . 71 8.9.4 ARQ状态机变量.72 8.9.5 ARQ操作. 72 8.10 休眠模式.74 8. 10. 1 休眠模式类型一.74 8.10.2 休眠模式类型二.74 8.11 安全子模块.74 8. 11. 1 概述.74 8. 11. 2 数据加密.75 8.1 1. 3 PKM协议.75 III 段黎臻签YDB 082-2012 自IJ吕本技术报告按照GB/T1.卜2009给出的规则起草。为适应信息通信业发展对通信标准文件的需要，在工业和信息化部统一安排下，对于技术尚在发展中，又需要有相应的标准性文件引导其发展的领域，

15、由中国通信标准化协会组织制定通信标准类技术报告FP，推荐有关方面参考采用。有关对本技术报告的建议和意见，向中国通信标准化协会反映。本技术报告由中国通信标准化协会提出并归口。本技术报告起草单位:清华大学、工业和信息化部电信研究院、京信通信系统(中国)有限公司，中国普天信息产业股份有限公司、上海贝尔股份有限公司。本技术报告主要起草人:粟欣、lf希斌、曾捷、赵明、王京、肖立民、钟晓峰、刘莉莉、犹园、党梅梅、张跃军、胡炜、付晓 . YDB 082-2012 寻i_._唱仨习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5.5.1、5.5. 2、5.7. 3、5.8.1、5.8.2与TFU-OF

16、DMA信号、TFU-SCMA信号、下行子帧结构、上行子帧结构、MIMO技术等内容相关的专利的使用。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。该专利持有人己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己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:专利持有人姓名:清华大学地址:北京市海淀区清华园1号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。YDB 082-2012 基于BRadio的专用宽带无线接入系统物理层和MAC层技术要求1 范围本技术报告

17、规定了采用TDD或FDD模式，TFU-OFD11A，;fnT陀-SMA工作方式，工作带宽为2MHz、4阳fz或8MHz的基于BRadio(l专用宽带无线接入系统的空中接口:物理层军n且也C层，包括物理帧格式、信道编码、星座映射和MAC机制等方面。本技术报告适用于基于BRadio的专用宽带无线接入系统。二二二三4川z亏、号二、2 规范性引用文件、2 川二三下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注目期的弓L启文件，仅所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草Y道用于本文件。2.0) GB 20600-2006 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制Y

18、D/T 1614-2007 公共IP网络安全要求一基于数字证书的访问控制RFC 2437 PKCS #1: RSA密码规范2.0版印KCS的:3 术语、定义和缩略语3. 1 术语和定义3. 1. 1 BRadio broadband rado Specifications Version BRadio是一种应用于专用宽带无线接入系统的行采用TFU-OFDMA，上行采用TFU-SCMA，支持IDMA(InterleaveDivision Multiple Access，交织多址)和PMS(PersonalMedia Service，个人媒体服务)等无线通信技术。3. 1.2 公共控制信息comm

19、oncontrol information 公共控制信息用于传输MAC层公共管理消息。3. 1.3 前导preambleIJ伞导是下行子111由中的第u个TFU-OFDMA符号，用于四进行物理层同步操作。3.1.4 j则l:ranging yl距是UE获取正确的同步及功1-调整的过税。YDB 082-2012 3.1.5 时隙slot时隙是在上行子帧中时域资源划分的基本单位，1个时隙为1个长TFU-SCMA符号或4个短TFU-SCMA符号所占的时长，持续时间为360us。3. 1. 6 子信道subchannel子信道是FU-OFDMA在频域上资源划分的基本单位，由24个子载波组成。3. 1.

20、 7 资源分自己基本单元resourceal location element 资源分配基本单元是在下行子帧的通信数据中，4个连续TFU一OFDMA符号和1个子信道共同所占的无线资源。3.2 缩回各语下列缩略i吾适用于本文件。AK 授权密钥Authorization Key ARQ 自动重传请求Automatic Repeat reQuest BCH BCH纠锚码Bose-Chaudhuri-Hocquenghem code BS 基站Base Station CBC 密码块链接Cipher Block Chaining CID 连接标识Connection IDentifier CINR 载

21、波干扰噪声比Carrier to Interference and Noise Ratio CRC 循环冗余校验Cyclic Redundancy Check CS 汇聚子层Convergence Sublayer DES 数据加密标准Data Encryption Standard DL-MAP 下行链路映射DownLink MAPping DSA 动态业务流创建Dynamic Service Addition DSC 动态业务流修改Dynamic Service Change DSD 动态业务流删除Dynamic Service Delete FC 分段控制Fragment Control

22、 FDD 频分双工Frequency Division Duplex FFT 快速傅立叶变换Fast Fourier Transform FS 功能子层Function Sublayer IFFT 快速傅立叶逆变换Inverse Fast Fourier Transform LDPC f民密度奇偶校验码Low Density Parity Check code LSB ;最低有效位Least Significant Bit MAC 媒质接入控制Medium Access Control MCS 调制编码等级Modulation Coding Scheme MIMO 多输入多输出Multiple

23、 Input Multiple Output MSB 最高有效位Most Significant Bit PDU 协议数据单元Protocol Data Unit PHY 物理j去PHYsical layer 2 PKM PN QAM QoS QPSK PKCS RM SA SAP SDU SFID SN TDD TEK TFU一OFDMATFU-SCMA UBC UE UL-MAP UW 4 总体描述4. 1 频段密钥管理协议伪随机噪声序列正交幅度调制服务质量因相相移键控公共密钥加密系统标准里德一马勒码安全关联服务接入点业务数据单元业务流标识序列号时分双工业务流力日密密钥时频域联合的正交频分

24、多址时频j或联合的单载波调制时分多址用户终端基本能力用户终端上行链路映射特殊宇Privacy Key Managernent Pseudo Noise sequence Quadrature Arnplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Public Key Cryptography Standards Reed-Muller code Security Association Service Access Point Service Data Unit Service Flow IDentifie

25、r Sequence Nurnber Tirne Division Duplex Traffic flow Encryption Key YDB 082一-2012Tirne dornain and Frequency dornain United Orthogonal Frequency Division Multiple Access Tirne dornain and Frequency dornain United Single Carrier Modulation time division rnultiple Access User equiprnent Basic Capabil

26、ity User Equipment UpLink MAPping Unique Vord 本技术报告所规定的系统适用于300MHz3.5GHz范围内的可用频段，具体频率选择应符合国家无线电管理委员会的相关规定。工作带宽为2MHz、4MHz或8MHz。4. 2 参考模型宅中接口协议由数据控制平丽和管理平面组成，本技术报告仅规范数据控制平面。数据控制平面由物理层CPHY)和媒质接入控制层CMAC)组成。本技术报告的物理层和MAC层协议模型见图10数据控制平面图1基于BRadio的宽带无线接入系统的物理层和MAC层协议模至1YDS 082-2012 4.3 MAC层与物理层间通信本技术报告MAC层

27、与物理层间采用服务原语，通过物理层服务接入点交互数据及物理层控制信息。服务原语运用抽象的方法来表示层间信息的控制。UE物理层使用PHY_SYNC_SFLOW.ind原语通知MAC层同步信息，其格式见表l。表1PHY_SYNC_SFLOW. ind原语格式参数长度Cbit)说明Flag 8 成功/失败标志BS Frequency 24 基站频点CkHz)BS Identifier 16 基站标识Power Inforrnation 16 发射/接收功率信息CdBrn);UE MAC层使用PHY_RANGING_SFLOW.req原语请求物理层执行测距操作，其格式见表20表2PHY_RANGING

28、_SFLOW. req原语格式参数|长度阳)I说明出Freque川I 24 I基站频点CkHz)BS物理层使用PHY_RANGING_SFLOW.ind原语请求MAC层执行测距操作，其格式见表3。表3PHY_RANGING_SFLOW. ind原语格式参数长度Cbit)说明Ranging Identifier 8 测距标识Ranging Offset 16 同步调整值z有符号整数，以来样周期为单位Power Adjustment 16 功率调整值CdB)UE/BS MAC层使用PHY_DATA_SFLOW.req原语请求物理层为其传输数据，其格式见表4。表4PHY一DATA_SFLOW.req

29、原语格式参数长度Cb!说明Band飞，viclth Request 24 I 请求的带宽字节数Data 变民I MAC PDU UE/BS物理层使用PHY_DATA_SFLOW.ind原语向MAC层传输数据，其格式见表5。表5PHY_DATA_SFLOW. ind原语格式参数氏度(bit) I说明Data 变沃Ip盯SDU5 物理层5. 1 筒介Jj技术报告物理层下行基于TFU-OFDMA技术、上行基于TFU-SCMA技术，包括物理层信号发送流程、信道编码、旦座l快射、信号扣i述及产生、双工模式、物理帧格式及资源分配、MIMO技术等部分。5. 2 物理层信号发送流程本技术报告物理层下行和上行的

30、信号发送流程如图2和图3所示。5. 3 信道编码5.3. 1 概述前导广报业务数据用户上行通信数据前导公共控制信息下行lli信数据一争信道广播数据图2物理层下行发送示意图上行突发(长TFU-SC且A)图3物理层上行发送示意图YDB 082-2012 f言道编码是指将从MAC层接收到的公共控制信息、广播数据和通信数据的传输块分别进行添加CRC、编码块分割、lYrJ向纠错编码、随机交织和拼接等操作的过程。5. 3. 2 可用的编码5. 3. 2. 1 CRC CRC使用的校验位长16bit，其生成多项式为:5 YDB 082-2012 gclfC16(D)=D16+DD5+1HU-HH-. (1)

31、 校验位产生的方式如下:设输入信息比特序列为iml，a川校验位表示为R凡I川IJ川P则添加校验位后的信息多项式P(D)为:P(D) =11川DA+l5+GIrdDA14+.十GmAD16+Rt2221DI5+.十Rim1校验位和信息位的关系需满足P(D)除以gCRC16(D)的余数为零，计算输入信息比特序列的校验位后，将校验位添加到原来的信息比特序列后面，作为CRC校验后的输出序列。CRC校验后的输出序列长度变为A+1605.3.2.2 RM石马下行广播数据采用阶数r=1，长度m=6的RM码，码字集合RM(1, 6)。该编码是一种(32，6)的线性分组码，编码前信息长度为6比特，编码后码字长度

32、为32比特。该编码可以表示为明1=kxGn/1t:.(3) RM(1,6) 其中w是输出码字，k是信息向量，G是6X32的生成矩阵。11111111111111111111111111111111 11111111111111110000000000000000 G = 1111111110000000011111111 00000000 1 I . (4) 1 (1,6) 1111100001111000011110000111100001 11001100110011001100110011001100 1 010101 01 01010101010101010101010 J6x32 5

33、. 3. 2. 3 卷积码卷积编码器对每_.-_-个数据块进行编码，数据块最大长度为8190比特，支持的编码率为1/2，2/3和3/40编码器的基本编码率为1/2，约束长度K=7，并使用下面的生成多项式编码:6 对于X，G1 (D) = D6 + D5 + D4 + D3 + 1. (5) 对于1G)(D) = D6十D4+D3十D+1.(6) 卷积编码器女11罔4m示。YDB 082一-2012图4卷积编码器示意图表6列出了为实现不同编码率而使用的删余方式和排列顺序。表6中的气表示发送比特，0表示删余比特，x、Y是输出部分。表6删余的卷积编码编码率1/2 2/3 3/4 X 10 101 Y

34、 l 11 110 XY X1Y1 X1Y1Y, X1Y1Y,X3 即将比特叫，吨，鸟，叭，鸟，a6经过卷积编码后得到的比特bp鸟，鸟，鸟，鸟，b6，鸟，鸟，鸟，blO , bll b12进行如图5和图6月斤示的J余:鸟Ib2 bd 飞鸟Ib6 鸟IbJQ b12 图52/3卷积码删余框图句Ib2 鸟一鸟问-鸟blO I bjj 国63/4卷积码删余框图7 YDB 082-2012 5.3.2.4 Turbo.马Turbo码编码器由2个系统递归卷积码和I个Turbo交织器组成。这2个系统递归卷积码称为Turbo码的2个子码。2个子码的输出经过jJl余和重复可以得到期望长度的Turbo码输出。编码