【YD通讯标准】 基于 BRadio 的专用宽带无线接入系统物理层和 MAC 层技术要求

通信标准类技术报告
YDB082—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
PHY and MAC technical requirements for specialized broadband wireless accesssystembased onBRadio
2012-03-25印发
中国通信标准化协会
1范围
2规范性引用文件
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
3.2缩略语
4总体描述
4.1频段.www.bzxz.net
4.2参考模型
MAC层与物理层间通信
5物理层
5.1简介
物理层信号发送流程
信道编码，
可用的编码
公共控制信息编码
广播数据编码
下行通信数据编码
上行通信数据编码
5.4星座映射
5.5信号描述及产生
TFU-OFDMA信号
TFU-SCMA信号，
5.6双工模式
5.7物理帧格式及资源分配
5.7.1TDD顿格式.
5.7.2FDD帧格式.
下行子顿结构
上行子帧结构
5.8MIMO技术
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YDB082—2012
5.8.1概述，
5.8.22天线发送
5.8.34天线发送
5.9信道质量测量，
5.9.1下行干扰强度
5.9.2 CINR.
6MAC层总体描述
汇聚子层．
7.1MACSDU格式
7.2分类.-
8功能子层。
PDU格式
MAC层顿头格式
MAC子顿头
MAC管理消息
PDU的构建和传输
PDU的构建步骤
MACPDU的加密
循环元余校验计算
MACPDU的传输
8.3网络进入和初始化，
下行信道的扫描和同步
获取上行参数
初始测距。
基本功能协商.
授权和密钥交换
建立连接，
可调度的业务.
8.5带宽分配和请求机制
请求．
8.6QoS机制
8.6.1QoS机制的功能
8.6.2业务流
8.6.3业务流管理
8.7广播业务.
8.8测距
HiiKAoNiKAca
8.9.1ARQ机制.
ARQ反馈信息
ARQ参数.
8.9.4ARQ状态机变量
8.9.5ARQ操作。
8.10休眠模式
休眠模式类型
休眠模式类型二
8.11安全子模块
数据加密
PKM协议
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TiiKAoNiKAca
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本技术报告按照GB/T1.1-2009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，由中国通信标准化协会组织制定“通信标准类技术报告”，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：栗欣、许希斌、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
HiiKAoNiKAca
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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-OFDMA信号、TFU-SCMA信号、下行子顺结构、上行子顿结构、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：
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。
HiiKANiKAca
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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
本技术报告规定了采用TDD或FDD模式，TFU-OFDMA和TFU-SCMA工作方式，工作带宽为2MHz、4MHz或8MHz的基于BRadio的专用宽带无线接入系统的空中接口：物理层和MAC层，包括物理顿格式、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。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（包括所有的修改单）适用于本文件。GB20600-2006数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制YD/T1614-2007公共IP网络安全要求一基于数字证书的访问控制RFC2437PKCS#1:RSA密码规范2.O版（PKCS#l:RSACryptographySpecificationsVersion2.0)
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
BRadiobroadband radio
BRadio是一种应用于专用宽带无线接入系统的技术集合，其下行采用TFU-OFDMA，上行采用TFU-SCMA，支持IDMA（InterleaveDivisionMultipleAccess，交织多址）和PMS(PersonalMediaService，个人媒体服务）等无线通信技术。3.1.2
公共控制信息common control information公共控制信息用于传输MAC层公共管理消息，3.1.3
前导preamble
前导是下行子顿中的第一个TFU-OFDMA符号，用于UE进行物理层同步操作。3.1.4
测距ranging
测距是UE获取正确的同步及功率调整的过程。HiiKANiKAca
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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TFU-OFDMA在频域上资源划分的基本单位，由24个子载波组成3.1.7
资源分配基本单元resourceallocationelement资源分配基本单元是在下行子顿的通信数据中，4个连续TFU-OFDMA符号和1个子信道共同所占的无线资源。
3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
DL-MAP
授权密钥
自动重传请求
BCH纠错码
密码块链接
连接标识
载波干扰噪声比
循环余校验
汇聚子层
数据加密标准
下行链路映射
动态业务流创建
动态业务流修改
动态业务流删除
分段控制
频分双工
快速傅立叶变换
功能子层
快速傅立叶逆变换
低密度奇偶校验码
最低有效位
媒质接入控制
调制编码等级
多输入多输出
最高有效位
协议数据单元
物理层
Authorization Key
AutomaticRepeatreQuest
Bose-Chaudhuri-HocquenghemcodeBase Station
Cipher Block Chaining
Connection IDentifier
CarriertoInterferenceandNoiseRatioCyclic Redundancy Check
Convergence Sublayer
Data Encryption Standard
DownLink MAPping
Dynamic Service Addition
Dynamic Service Change
Dynamic Service Delete
Fragment Control
Frequency Division Duplex
Fast Fourier Transform
Function Sublayer
Inverse Fast Fourier TransformLow Density Parity Check codeLeast Significant Bit
Medium Access Control
Modulation Coding Scheme
Multiple Input Multiple OutputMost Significant Bit
Protocol Data Unit
PHYsical layer
HiiKAoNiKAca
TFU-OFDMA
TFU-SCMA
UL-MAP
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
四相相移键控
公共密钥加密系统标准
里德-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
业务流加密密钥
时频域联合的正交频分多
时频域联合的单载波调制
时分多址
用户终端基本能力
用户终端
上行链路映射
特殊字
Privacy Key Management
Pseudo Noise sequence
QuadratureAmplitudeModulationQualityof Service
Quadrature Phase Shift KeyingPublic Key Cryptography StandardsReed-Muller code
Security Association
Service Access Point
Service Data Unit
Service Flow IDentifier
Sequence Number
Time Division Duplex
Traffic flow Encryption Key
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TimedomainandFreguencydomainUnitedOrthogonalFrequency DivisionMultipleAccess
Time domain and Frequency domain UnitedSingle Carrier Modulation time divisionmultiple Access
User equipment Basic CapabilityUser Equipment
UpLink MAPping
Unique Word
本技术报告所规定的系统适用于300MHz～3.5GHz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
空中接口协议由数据控制平面和管理平面组成，本技术报告仅规范数据控制平面。数据控制平面由物理层（PHY）和媒质接入控制层（MAC）组成。本技术报告的物理层和MAC层协议模型见图1。车
汇聚子层
MACSAP
功能子层
PHY SAP
物理层
数据控制平面
管理实体
汇聚子层
管理实体
功能子层
管理实体
物理层
管理平面
图1基于BRadio的宽带无线接入系统的物理层和MAC层协议模型3
iiikAoNikAca
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4.3MAC层与物理层间通信
本技术报告MAC层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PHYSYNCSFLOW.ind原语通知MAC层同步信息，其格式见表1。表1PHY_SYNC_SFLOW.ind原语格式参数
BS Frequency
BS Identifier
PowerInformation
长度（bit）
成功/失败标志
基站频点（kHz）
基站标识
发射/接收功率信息（dBm）：
UEMAC层使用PHYRANGINGSFLOW.reg原语请求物理层执行测距操作，其格式见表2。表2PHY_RANGING_SFLOW.req原语格式参数
BS Frequency
长度（bit）
基站频点（kHz）
BS物理层使用PHYRANGINGSFLOW.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
Ranging Identifier
Ranging Offset
Power Adjustment
长度（bit）
测距标识
同步调整值：有符号整数，以采样周期为单位功率调整值（dB）
UE/BSMAC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_DATA_SFLOW.req原语格式参数
Bandwidth Request
长度（bit）
请求的带宽字节数
MACPDU
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
5物理层
5.1简介
长度（bit）
PHYSDU
本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、星座映射、信号描述及产生、双工模式、物理帧格式及资源分配、MIMO技术等部分。4
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信号发送流程如图2和图3所示。前导
MAC层公共管理消息
用户下行突发数据
广播业务数据
传输块
传输块
传输块
TFU-OFDMA调制
PN序列
用户上行
通信数据
5.3信道编码
5.3.1概述
传输块
编码块
编码块
编码块
公共控制信息
下行通信数据
广播数据
物理层下行发送示意图
TFU-SCMA调制
编码块
前向纠
随机接入和
带宽请求时机
（短TFU-SCMA）
上行突发
（长TFU-SCMA）
物理层上行发送示意图
★信道
→信道
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信道编码是指将从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、前向纠错编码、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
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8 cRC16 (D)= Dl° + DI2 + D5 +1校验位产生的方式如下！
设输入信息比特序列为aim，aun2，aim3aima，其中A为第m个模块内的比特数，m是传输块序号。校验位表示为Rml，Rm2，Rim..Riml6则添加校验位后的信息多项式P(D)为：P(D)= aimDA1s +aim2DA+14 +...+ainDl6 +RmDl5 +...+RimisD'+Rim16 .. (2)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+16。
5.3.2.2RM码
下行广播数据采用阶数r一1，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，编码后码字长度为32比特。该编码可以表示为W=k×GRM(
其中W是输出码字，k是信息向量，G是6×32的生成矩阵。1111111111111111111111111111111111111111111111110000000000000000GRM(1.6)
5.3.2.3卷积码
11111111000000001111111100000000111100001111000011110000111100001100110011001100110011001100110010101010101010101010101010101010（3）
卷积编码器对每一个数据块进行编码，数据块最大长度为8190比特，支持的编码率为1/2，2/3和3/4。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：对于x，
G(D)=D+ D' + D* + D3 + 1
对于Y，
G,(D)=D°+D4+D3+D+1-
卷积编码器如图4所示。
（5）
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