GB/T 43957-2024 林草物联网 面向视频的无线传感器网络媒体访问控制和物理层协议
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资料介绍
ICS 35. 100. 01 CCS L 66
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 43957—2024
林草物联网 面向视频的无线传感器网络媒体访问控制和物理层协议
Forestry and grassland internetofthings—Medium accesscontroland
physicallayerprotocolsforvideo based on wirelesssensornetwork
2024-04-25发布 2024-04-25实施
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发
布
GB/T 43957—2024
目 次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 缩略语 1
5 总体描述 2
5. 1 VWSN体系特点 2
5. 2 VWSN支持的设备 2
5. 3 网络拓扑 3
5. 4 逻辑服务接 口 3
5. 5 服务类型及内容 3
5. 6 支持服务的消息信息内容 4
5. 7 协议参考模型 5
5. 8 功能种类及内容 6
6 物理层规范 9
6. 1 总体情况 9
6. 2 PHY 功能 9
6. 3 一般要求和定义 9
6. 4 操作频率范围 10
6. 5 PHY服务 10
6. 6 PPDU格式 12
6. 7 PHY服务接 口 12
6. 8 PHY层 14
6. 9 PLME 22
6. 10 MCS参数 22
7 MAC层规范 23
7. 1 总体情况 23
7. 2 MAC层服务 23
7. 3 MAC帧格式 24
7. 4 MAC功能 29
7. 5 分布式协调功能 32
7. 6 TS的调度与发送 33
7. 7 SP 的分配和管理 33
Ⅰ
GB/T 43957—2024
7. 8 MAC层和 PHY交互的消息序列图 39
8 层管理 47
8. 1 管理模型 47
8. 2 MLME SAP接 口 48
8. 3 PLME SAP接 口 49
9 MAC层管理实体 49
9. 1 同步 49
9. 2 关联和重新关联 50
附录 A (资料性) 无线电频率的规定 51
A. 1 概述 51
A. 2 工作在 779MHz~ 787MHz频段内短距离无线电设备的技术指标 51
A. 3 VWSN设备扩频及均值措施的规定 51
参考文献 53
Ⅱ
GB/T 43957—2024
前 言
本文件按照 GB/T 1. 1—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 。
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 。
本文件由国家林业和草原局提出 。
本文件由全国林业和草原信息标准化技术委员会(SAC/TC386)归 口 。
本文件起草单位 : 中国电子技术标准化研究院 、国家林业和草原局信息中心 、中国电子技术标准化研究院华东分院 、深圳赛西信息技术有限公司 、深圳市海思半导体有限公司 、北京赛西科技发展有限责任公司 、重庆邮电大学 、东南大学 。
本文件主要 起 草 人 : 卓 兰 、顾 红 波 、李 德 建 、张 弛 、雷 根 、刘 培 、白 莹 、杨 宏 、韩 丽 、王 晓 春 、李 孟 良 、郭雄 、颜建卿 、梁金洁 、郎俊奇 、凌振 、杨明 。
Ⅲ
GB/T 43957—2024
林草物联网 面向视频的无线传感器
网络媒体访问控制和物理层协议
1 范围
本文件规定了林草物联网中面向视频的无线传感器网络协议的相关要求 ,这种视频无线接入协议适用于固定或便携设备 ,这些设备不使用电池或使用容量有限的电池作为电源 ,并主要工作在有限的空间范围(0 m~ 1 000 m)内 。
本文件适用于林草物联网中面向视频的无线传感器网络的设备开发和使用 。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;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 15629. 2—2008 信 息 技 术 系 统 间 远 程 通 信 和 信 息 交 换 局 域 网 和 城 域 网 特 定 要求 第2部分 :逻辑链路控制
GB/T 15629. 15—2010 信 息 技 术 系 统 间 远 程 通 信 和 信 息 交 换 局 域 网 和 城 域 网 特 定 要求 第15部分 :低速无线个域网(WPAN) 媒体访问控制和物理层规范
GB/T 37020—2018 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求 面向视频的无线个域网(VPAN) 媒体访问控制和物理层规范
3 术语和定义
GB/T 37020—2018界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。
3. 1
林草物联网 forestry and grassland internetofthings
在森林 、草原 、湿地 、荒漠化和沙化等环境中 ,通过感知设备 ,按照约定的协议 ,进行物与物之间的信息交换和通信 ,实现智能化识别 、定位 、跟踪 、监控和管理等功能的系统 。
[来源 :LY/T 2413. 2—2015,3. 1. 1,有修改] 3.2
竞争访问周期 contention accessperiod;CAP
直接跟在信标帧之后 的 时 间 周 期 , 在 该 时 间 周 期 期 望 发 送 的 设 备 利 用 CSMA-CA 机 制 竞 争 信 道接入 。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件 。
AP:接入点(Access Point)
AID:关联标识符(Association Identifier)
1
GB/T 43957—2024
BSS:基本服务集(Basic Service Set)
BSSID:基本服务集标识(Basic Service SetIdentifier)
CAP:竞争访问周期(Contention Access Period)
CCA:空闲信道评估(Clear ChannelAssessment)
CFP:无竞争期(Contention Free Period)
CRC:循环冗余码(Cyclic Redundancy Check)
CSMA-CA:带碰撞避免 的 载 波 侦 听 多 址 访 问-冲 突 避 免(Carrier Sense Multiple Access-Collision
Avoidance)
DS:分布式系统(Distributed System)
DSS:分布式系统服务(Distributed System Service)
EIRP:等效全向辐射功率(Effective Isotropically Radiated Power)
ESS:扩展服务集(Extended Service Set)
IFS: 帧间间隔(Inter Frame Space)
MAC:媒体访问控制(Medium Access Control)
MCS:调制与编码策略(Modulation and Coding Scheme)
MSDU :MAC服务数据单元(MAC Service Data unit)
PAN:个域网(PersonalArea Network)
PDU :协议数据单元(ProtocolData Unit)
PER:误包率(PacketError Radio)
PHY:物理层(Physical Layer)
PLCP:物理层会聚协议(Physical Layer Convergence Protocol)
PLME:物理层管理实体(Physical Layer ManagementEntity)
PPDU :物理层协议数据单元(PHY ProtocolData Unit)
RF:射频(Radio Frequency)
SAP:服务访问点(Service Access Point)
SP:服务期(Service Period)
SS:站服务(Station Service)
STA:站点(Station)
VWSN:面向视频的无线传感器网络(Video based on Wireless Sensor Network)
WM :无线媒体(Wireless Media)
5 总体描述
5. 1 VWSN体系特点
VWSN是一个面向视频传输的林草室外无线网络 ,也是一个简单的 、低成本的通信网络 。 这种网络支持有限功率 ,允许灵活部署的无线连接 。 VWSN 的主要目标是在视频汇聚点与视频监视器 、视频传感器之间 ,实现易安装 、数据传输可靠 、短距离工作 、低成本和低功耗的无线网络 。 同时 ,支持简单和灵活的星形网络拓扑 。
5.2 VWSN支持的设备
在 VWSN 中支持两种具有不同通信能力的设备 , 即 AP和 STA。AP 主要用于 BSS管理 、视频数据收集和转发作用 。AP与所有的 STA 之间都 可 以 通 信 , STA 之 间 不 能 直 接 通 信 , 只 能 与 AP通 信 。 STA 主要用于简单的应用 ,如视频监控终端等 。
2
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5.3 网络拓扑
5.3. 1 网络拓扑结构
VWSN 的拓扑结构是星形网络 ,如图 1所示 。在星形网络中 ,所有 STA都应与中心设备即 AP通信 。在这种网络中 ,AP一般使用持续电力系统供电 ,而 STA可以采用电池供电或者电力系统供电 。
图 1 星形网络结构
5.3.2 星形网络拓扑形成
在星形网络形成过程中 ,一旦网络中有一个 AP被启动后 ,便由它来建立网络 。选择一个 BSS标识符后 ,AP就允许其他设备加入自己的网络 ,并为这些设备转发数据 。
5.4 逻辑服务接口
本文件定义的服务有两类 :SS和 DSS。这两种服务均由 MAC层使用 。
本文件体系结构服务的完整集如下 :
a) 关联 ;
b) 解除关联 ;
c) 重新关联 ;
d) MSDU 发送 。
服务集被分为两组 :一组为 STA部分 ;另一组为 DS部分 。
5.5 服务类型及内容
5.5. 1 概述
本文件 共 定 义 了 四 种 服 务 : 关 联 、解 除 关 联 、重 新 关 联 和 MSDU 发 送 , 用 于 支 持 STA 之 间 的MSDU交付 。
每种服务是由一种 或 多 种 MAC 帧 类 型 支 持 的 。 某 些 服 务 由 MAC 管 理 消 息 支 持 , 某 些 服 务 由MAC数据消息支持 。所有消息均利用 MAC层媒体访问方法获得对 WM 的访问 。
MAC层使用数据 、管理及控制(见第 7章)三种类型的消息 。数据消息的处理是通过 MAC数据服务通路进行的 。
MAC管理消息用于支持本文件服务 ,并通过 MAC管理服务数据通路来处理 。
MAC控制消息用于支持交付本文件数据和管理消息 。
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5.5.2 支持的服务
5.5.2. 1 关联
对于给定的 STA,分发服务需要知道访问哪个 AP。该信息通过关 联 概 念 提 供 给 DS。 为 了 支 持BSS转移的移 动 性 , 关 联 是 必 要 的 但 不 是 充 分 的 。 关 联 服 务 足 以 支 持 无 转 移 的 移 动 性 。 关 联 是 一种 DSS。
STA在被允许通过 AP发 送 数 据 消 息 之 前 , 应 首 先 与 该 AP 相 关 联 。 相 关 联 的 操 作 调 用 关 联 服务 ,该服务向 DS提供 STA 到 AP 的映射 。DS使用该信息完成消息分发服务 。关联服务提供的信息是如何在 DS内保存和管理的 ,本文件未规定 。
在任何给定时刻 ,一个 STA可与最多一个 AP相关联 。一旦关联完成 ,STA 可充分利用 DS(通过AP)进行通信 。关联总是由 STA启动 ,而不是 AP。
一个 AP可以在同一时刻与多个 STA相关联 。
5.5.2.2 重新关联
关联足以在 STA之间进行无转移消息交付 。要支持 BSS转换移动性还需要附加功能度 。必需的附加功能由重新关联服务提供 。重新关联是一种 DSS。
重新关联服务 被 调 用 以 将 当 前 关 联 从 一 个 AP 移 动 到 另 一 个 AP。 当 STA 在 ESS 内 从 一 个BSS移动到另一个 BSS时 ,它始终将 AP与 STA之间的映射告知 DS。 当 STA保持与同一 AP 的关联时 ,重新关联还能使已建立关联的关联属性能改变 。重新关联总是由 STA启动 。
5.5.2.3 解除关联
只要现有的关联要被终止就调用解除关联服务 。解除关联是一种 DSS。
在 DSS中 ,该服务通知 DS使现有的关联信息无效 。 因此 ,试图通过 DS 向已解除关联的 STA 发送信息是不会成功的 。
关联的任何一方(非 AP 的 STA或 AP)均可调用解除关联服务 ,解除关联是一个通告型而非请求型服务 ,它不能被关联的任何一方拒绝 。
由于服务或其他原因 , 当 AP从网络中移走时 ,AP可能需要解除它与 STA 的关联 。STA 在离开网络时会尝试解除关联 , 然 而 MAC 协 议 并 不 依 赖 于 STA 调 用 解 除 关 联 服 务 。若 已 关 联 的 STA 丢失 ,MAC管理应能解除该 STA 的关联 。
5.6 支持服务的消息信息内容
5.6. 1 数据
对于要向其他 STA发送数据的 STA,它发送的数据消息如下所示 。
a) 消息类型 :数据 。
b) 消息子类型 :数据 。
c) 信息项 :
— 消息的 IEEE源地址 ;
— 消息的 IEEE 目的地址 。
d) 消息方向 :从 STA 到 AP。
5.6.2 关联
对于要关联的 STA,关联服务引发如下消息 。
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a) 关联请求 。
1) 消息类型 :管理 。
2) 消息子类型 :关联请求 。
3) 信息项 :
— 发起关联过程的 STA 的 IEEE地址 ;
— 发起方 STA应关联的 AP 的 IEEE地址 。
4) 消息方向 :从 STA 到 AP。
b) 关联响应 。
1) 消息类型 :管理 。
2) 消息子类型 :关联响应 。
3) 信息项 :请求关联的结果 ,其值为“成功(successful) ”或“不成功(unsuccessful) ”。
4) 如果关联成功 , 响应应包括 AID。
5) 消息方向 :从 AP到 STA。
5.6.3 重新关联
对于需重新关联的 STA,重新关联服务引发下述消息 。
a) 重新关联请求 :
1) 消息类型 :管理 。
2) 消息子类型 :重新关联请求 。
3) 信息项 :
— 发起重新关联的 STA 的 IEEE地址 ;
— 发起方 STA应重新关联的 AP 的 IEEE地址 ;
— 发起方 STA 当前关联的 AP 的 IEEE地址 。
4) 消息方向 :从 STA 到 AP(STA请求重新关联的 AP) 。
b) 重新关联响应 :
1) 消息类型 :管理 。
2) 消息子类型 :重新关联响应 。
3) 信息项 :
— 请求重新关联的结果 ,该项值为 “成功 ”或 “不成功 ”;
— 如果重新关联成功 , 响应应包括 AID。
4) 消息方向 :从 AP到 STA。
5.6.4 解除关联
对于应终止活动的关联的 STA,解除关联服务引发下述消息 。
a) 消息类型 :管理 。
b) 消息子类型 :解除关联 。
c) 信息项 :
1) 被解除关联的 STA 的 IEEE地址 。 当 AP解除所有已关联 STA 的当前关联时 ,则为广播地址 ;
2) STA 目前关联的 AP 的 IEEE地址 。
d) 消息方向 :STA 到 AP或 AP到 STA。
5.7 协议参考模型
5.7. 1 概述
协议参考模型包括两个部分 :PHY 和数据链路层的 MAC层 ,这些层紧密对应于开放式系统互连
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(OSI)模型 。本文件描述的层与子层如图 2所示 。
图 2 协议参考模型
5.7.2 MAC层
MAC层提供两种服务 : 连接到 MLME-SAP 的 MAC层数据服务和 MAC层管理服务 ,前者保证MPDU 在 PHY数据服务中的正确收发 ,后者维护一个存储 MAC层协议状态相关信息的数据库 。
MAC层主要功能包括 :信标管理 、信道接入 、SP管理 、帧确认 、发送确认帧 、关联和解关联 。
5.7.3 物理层
物理层定义了两种服务 :PLME-SAP 的 PHY数据服务和 PHY 管理服务 。PHY 数据服务在物理发射信道上收发 PPDU。PHY管理服务维护一个由物理相关数据组成的数据库 。
PHY数据服务包括以下五方面的功能 :
a) 启动和休眠射频收发机 ;
b) 信道能量检测 ;
c) 检测接收数据帧的链路质量并指示 ;
d) CCA;
e) 收发数据 。
5. 8 功能种类及内容
5. 8. 1 信道接入期
一个信标间隔内的活跃期划分为三个阶段 :信标帧发送期 、轮询通告期 、数据发送期 。其中 ,数据发送期包括竞争访问周期和非竞争周期 。信标间隔的长度由 AP设定 ,并通过发出的信标帧广播到整个网络 。
5. 8.2 数据传输模型
一个 VWSN BSS中存在着两种数据传输事务 : STA 发送数据给 AP、AP发送数据给 STA。 星形网络中只存在这两种数据传输方式 。
在 VWSN BSS 中 ,AP定时广播信标帧 。STA 之间通信使用基于时隙的 CSMA-CA 信道访问机制 ,一个 VWSN BSS中 STA都通过 AP发送的信标帧进行同步 。在时隙 CSMA-CA机制下 ,每当设备应发送数据帧或命令帧时 ,它首先定位下一个时隙的边界 ,设备就在下一个可用时隙边界开始发送数据 ;如果信道忙 ,设备应重新等待随机个数的时隙 ,再检查信道状态 , 重复这个过程直到有空闲信道出现 。在这种机制下 ,确认帧的发送不需要使用 CSMA-CA机制 ,而是紧跟接收帧发送回原设备 。
图 3是一个 VWSN 网 络 中 某 一 STA 传 送 数 据 给 AP 的 例 子 。 该 STA 首 先 侦 听 网 络 中 的 信 标帧 ,如果接收到信标帧 ,它就同步到此信标帧 ,然后应用时隙 CSMA-CA机制 ,选择一个合适的时机 ,把
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数据帧发送给 AP。AP成功接收到数据以后 , 回发一个确认帧表示成功收到该数据帧 。
图 3 STA发送数据给 AP
图 4 为在有信标能力网络中 AP发送数据帧给 BSS中某个 STA 的例子 。 当 AP需要向某个 STA发送数据时 ,就在下一个信标帧中说明 AP拥有属于某个 STA 的数据正在等待发送 。 目标 STA 在周期性的侦听过程中会接收到这个信标帧 ,从而得知属于自己的数据保存在 AP,这时就会向 AP发送请求传送数据的 MAC命令 。何时发送该命令帧由时隙 CSMA-CA机制来确定 。AP收到请求帧后 ,先响应一个确认帧表明收到请求命令 ,然后开始传送数据 。STA成功接收到数据帧后再回发一个数据确认帧 ,AP接收到这个确认帧后 ,才将消息从自己的消息队列中移走 。
图 4 AP传送数据给网络设备
5. 8.3 鲁棒性
5. 8.3. 1 CSMA-CA
根据网络的结构 ,采用两种不同的信道访问机制 。不用信标能力的 VWSN BSS采用非时隙的 CS- MA-CA机制(见 6. 3. 1) 。 当任何一个 STA想要传输数据帧或 MAC命令时 ,应等待一段随机时间 :若发现道信道是空闲的 ,在一段随机时间后就可以发送 ;若信道被其他 STA 占用 ,STA 应退避另一随机
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时间再感知信道 。确认帧的发送不需要经过这一机制 。
在有信标能力的 VWSN BSS中 ,STA采用时隙的 CSMA-CA机制来访问无线媒体 ,应注意的是退避时隙和信标帧的发送是同时开始 。此外 ,在同一个 PAN 中 ,所有 STA 的退避时隙由 AP排列 。 当一个 STA要在 CAP期间传输数据时 ,应定位于下一个退避时隙的起始边界 ,并等待一个随机退避时间 。如果感知到信道忙 ,在随机退避时间结束后 ,STA 应等待另一段随机时间 ,然后再感知信道 ; 如果发现信道空闲 ,STA则在下一个可用时隙传输数据 。确认帧和信标帧的发送并不采取这一机制 。
5. 8.3.2 帧确认机制
帧确认机制是一种可选机制 ,发送帧的 STA可要求目的 STA在成功接收数据后发送确认 ,也可以不要求发送 。STA 只对数据帧和命令帧使用帧确认机制 ,在任何情况下都不会为信标帧或确认帧响应确认 。STA发送一帧后 ,如果在一定的时间内没有收到确认帧 ,就认为传输失败 ,需要重新选择时机发送该帧 。对于不要求确认的数据帧 ,发送以后就认为发送成功 ,并从本地缓冲队列中删除该数据帧 。
5. 8.4 原语的概念
本条将给出服务原 语 概 念 的 一 个 简 单 描 述 。更 详 细 的 概 念 应 符 合 GB/T 15629. 2—2008 的 相 关要求 。
某层提供的服务是指该层在下层提供的服务的基础供应上层或者子层的能力 。 图 5 给出了通信双方 N-users和它们相关的对等协议实体 N-layer(或者子层)之间的关系和服务层次 。
图 5 服务原语
服务通过描述在 N-user和 N-layer之间传递的信息流来详细说明 。 这种服务提供信息流采用离散 、瞬时事件来模拟 。每个事件都是通过层的与 N-user相关的 SAP从一个层向另一个层发送服务原语 。服务原语通过提供特定的服务来传达要求的信息 。服务原语都是抽象的 , 因为它们只指定提供的服务 ,而不指定提供服务的方法 。这个定义和其他任何的接口执行相互独立 。
服务通过描述服 务 原 语 和 该 原 语 相 关 的 参 数 来 指 定 。 一 个 服 务 可 能 有 一 个 或 者 多 个 相 关 的 原语 , 由这些原语构成特 定 的 服 务 。 每 一 个 服 务 原 语 都 有 零 个 或 者 多 个 用 来 传 递 提 供 服 务 需 要 信 息 的参数 。
一个原语可能是以下的四个基本原语之一 。
a) Request:Request原语从 N-user发送给 N-layer,请求初始化一个服务 。
b) Indication:Indication原语由 N-layer发送给 N-user, 通知一个和 N-user相关的内部 N-layer事件 。 该 事 件 可 能 和 一 个 远 程 服 务 请 求 逻 辑 上 相 关 , 也 可 能 是 由 一 个 N-layer 内 部 事 件 引起的 。
c) Response:Response原语由 N-user发送给 N-layer,来完成前面由通知原语调用的过程 。
d) Comfirm:Comfirm 原语由 N-layer发送给 N-user,来传达和先前服务原语相关的结果 。
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6 物理层规范
6. 1 总体情况
本章规范了一个 VWSN正交频分复用(OFDM)系统的 PHY实体 。
VWSN 的 OFDM PHY 只支持使用 1 GHz以下频段 ,支持四种信道带宽 :8 MHz、4 MHz、2 MHz和 1MHz。子载波间隔 31. 25 kHz适用于所有的带宽情 况 。 AP 和 非 AP 的 STA 都 使 用 单 阵 元 的 天线 ,不支持多输入 、多输出(MIMO)技术 。
具有 2 MHz、4 MHz、8 MHz信道带宽的 PPDU 的传输 ,要采用 1/10的时钟频率 ,可参考表 8。
VWSN PHY数据子载波使用二进制相移键控(BPSK) ,正交相移键控(QPAK) , 16进制正交幅度调制(16-QAM) ,64-QAM进行调制 。前向误差纠错(FEC)编码(卷积码或者 LDPC码) 的码率为 1/2、 2/3、3/4和 5/6。
VWSN 的 AP和非 AP 的 STA都应当支持以下特征 :
a) 8 MHz信道带宽 ;
b) MCS0~ 8;
c) 二进制卷积码 ;
d) 一般保护间隔 TGI(定义在表 8定时相关的常数) ;
e) 固定导频 。
VWSN STA可选支持以下特征 :
a) LDPC (发送和接收) ;
b) 短保护间隔 ;
PHY 由下列两种协议功能组成 :
a) 物理层汇聚功能 ,它使得依赖于物理媒体(PMD) 的系统的能力与 PHY 服务相适配 。该功能由 PLCP支持 ,PLCP定义了一种把本文件 MPDU 映射到成帧格式的方法 , 而这种成帧格式适合于在两个或更多使用相关联的 PMD 系统的 STA之间发送和接收用户数据和管理信息 ;
b) PMD 系统 ,其功能定义了在两个或更多 STA之间通过 WM发送和接收数据的特性和方法 。
每个 PMD 子 层 可 要 求 定 义 一 个 单 独 的 PLCP。 如 果 PMD 子 层 已 经 提 供 了 已 定 义 的 PHY 服务 ,物理层会聚功能可能为空 。
6.2 PHY 功能
PHY 的定义包含三个功能 :PMD功能 、物理层会聚功能和层管理功能 。
在 STA上通过一个 SAP提供给 MAC实体的 PHY服务称为 PHY-SAP。也可以定义一套原语来描述物理层会聚协议子层和 PMD子层间的接 口 ,称为 PMD-SAP。
6.3 一般要求和定义
物理层主要作用包括 :
a) 打开和关闭收发器 ;
b) 对当前工作信道进行能量检测 ;
c) 对接收到的数据包进行链路质量检测并指示 ;
d) 为 CSMA-CA做信道空闲评估 ;
e) 信道频率选择 ;
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f) 数据发送和接收 。
注 : 在本章中 ,物理层规定 的 常 数 和 维 护 的 参 数 用 斜 体 书 写 。物 理 层 规 定 的 常 数 其 前 缀 为 “a”, 如 ,aMaxPHYP- acketSize。物理层规定的所有的参数其前缀为“phy”,如 ,phyCurrentChannel。
6.4 操作频率范围
6.4. 1 频率范围
本文件中规定的频率范围为 779MHz~ 787MHz。
6.4.2 信道划分
物理层可分为 1个 8 MHz信道或 2个 4 MHz信道或 4个 2 MHz信道或 8个 1 MHz信道 。
6.4.3 射频功率测量
除非另外声明 ,所有的射频功率测量 , 不管是发射还是接收 ,都应在收发器到天线的接口上进行 。测量时应使用与天线接口阻抗相匹配的装置或补偿可能产生的失配 。对没有天线接口的设备来讲 ,测量应被解释为等效全向辐射功率(EIRP) ,在所有辐射的测量中 ,应补偿天线增益的影响 。
6.4.4 发射功率
最大发射功率应遵守使用地的法律规定 。更多规定见附录 A。对符合本文件的设备 ,其标称发射功率应由其 PHY参数 phyTransmitPower 表明 。
6.4.5 带外杂散辐射
带外杂散辐射的限制应遵守使用地的法律规定 。
6.4.6 接收机灵敏度
表 1 给出了接收机灵敏度的定义 ,在本文件的其他章节中 ,凡涉及接收机灵敏度的地方 ,都应参考此定义 。
表 1 接收机灵敏度定义
术语
定义
条件
接收机灵敏度
产生规 定 PER 时 , 输 入 信 号 的 功率门限
—PSDU长度= 256八位位组 ;
—PER<10% ;
—在天线终端上测量功率 ;
—不存在干扰
PER
发 射 数 据 包 被 错 误 检 测 的 平 均比率
—PSDU载荷为随机数据 ,取测量平均值
6.5 PHY服务
6.5. 1 应用范围和领域
本条规定了 PHY提供给 MAC 的服务 。这些服务以抽象的方式描述 ,并不涉及任何特定的实现和外露接 口 。
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6.5.2 服务综述
如图 2所示 ,PHY功能分为两个子层 :PLCP子层和 PMD子层 。PLCP子层的功能是提供一个在PMD子层之上在两个或更多 STA之间传送 MPDU 的机制 。
6.5.3 PHY 功能
6.5.3. 1 功能实体
PHY包含两种功能实体 :PHY 功能和 PLME功能 。这两种功能在 6. 8 和 6. 9 中详细描述 。
6.5.3.2 PHY 管理实体
PLME与 MLME配合执行本地 PHY功能的管理 。
6.5.3.3 服务规范方法
由图形和状态图表示的模型是所提供功能的图示 。需要在模型和实际实现方法之间进行区分 。这些模型为了简单化和表述清楚而做了优化 ,实际的实现方法留给开发者决定 。
一个层的服务是其提供给更高层用户的一组能力 。抽象服务在这里通过描述每个服务的服务原语和参数而加以规范 。本定义不依赖于任何特定实现 。
6.5.4 相互作用概述
与本文件 MAC层和 PHY层之间的通信有关的原语分为两种基本类型 :
a) 支持 MAC对等相互作用的服务原语 ;
b) 具有本地意义并支持子层对子层相互作用的服务原语 。
6.5.5 基本服务和选项
6.5.5. 1 PHY-SAP子层对子层服务原语
表 2 指示了用于子层对子层相互作用的原语 。
表 2 PHY-SAP子层对子层服务原语
原语
请求
指示
证实
PHY-TXSTART
X
X
PHY-TXEND
X
X
PHY-CCARESET
X
X
PHY-CCA
X
PHY-RXSTART
X
PHY-RXEND
X
6.5.5.2 PHY-SAP服务原语参数
表 3 给出了一个或多个 PHY-SAP服务原语使用的参数 。
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表 3 PHY-SAP服务原语参数
参数
关联原语
值
DATA
PHY-DATA. request
PHY-DATA. indication
八位位组的值为 X‘00’~ X‘FF’
TXVECTOR
PHY-TXSTART. request
参数集合
STATUS
PHY-CCA. indication
BUSY, IDLE
RXVECTOR
PHY-RXSTART. indication
参数集合
RXERROR
PHY-RXEND. indication
NoError
FormatViolation
CarrierLost
Unsupported Rate
6.5.5.3 向量描述
几个服务原语包含参数向量 。该向量是一个可能随 PHY类型而变化的参数列表 。表 4 列出了在每一个参数向量中 MAC或 PHY所需的参数值 。在管理向量而非 MAC 向量中的参数 ,可能为 PHY所特有 ,并且在包含 PHY 的章中列出 。
表 4 向量描述
参数
关联向量
值
DATARATE
TXVECTOR,RXVECTOR
依赖于 PHY,用于规定发送数据速率和报告接收数据速率的字段的名字 ,可以随不同 PHY而变化
LENGTH
TXVECTOR,RXVECTOR
依赖于 PHY
6.6 PPDU格式
由一个 STA 发 送 的 PPDU 的 结 构 是 由 表 6(TXVECTOR 和 RXVECTOR 参 数) 中 定 义 的 TX- VECTOR参数决定的 。
6.7 PHY服务接口
6.7. 1 概述
PHY通过通用 PHY 服 务 接 口 的 扩 展 来 向 MAC 提 供 一 个 接 口 。 接 口 包 括 TXVECTOR, RX- VECTOR和 PHYCONFIG_VECTOR。
TXVECTOR为 PHY 的每个 PPDU都提供了发送参数 。使用 RXVECTOR,PHY 向 MAC通知接收的 PPDU 的参数 。使用 PHYCONFIG_VECTOR, MAC独立于帧的发送或 接 收 来 配 置 PHY 的运行 。
6.7.2 TXVECTOR和 RXVECTOR参数
PHY-TXSTART. request原 语 中 TXVECTOR 参 数 清 单 和/或 PHY-RXSTART. indication原 语中 RXVECTOR参数清单的一部分 。
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GB/T 43957—2024
表 5 TXVECTOR 和 RXVECTOR参数
参数
值
TXVECTOR
RXVECTOR
RCPI
是接收到 PPDU数据字段的接收 RF功率测量值
N
Y
SNR
包含接收信噪比(SNR) 的 测 量 值 。支 持 8 bit的 SNR 指 示 。 SNR应当是 每 个 子 载 波 的 分 贝 值 的 总 和 除 以 子 载 波 总 数的值
N
Y
FEC_CODING
指示使用哪种 FEC编码 。
枚举类型 :
BCC_CODING 指示二进制卷积码 。
LDPC_CODING指示低密度校验码
MU
Y
GI_TYPE
指示短保护间隔是否用于 PPDU数据字段的发送 。
枚举类型 :
LONG_GI指示短保护间隔不用于 PPDU 的数据字段 。 SHORT_GI指示短保护间隔不用于 PPDU 的数据字段
Y
Y
TXPWR_LEVEL
TXPWR_ LEVEL 参 数 的 允 许 值 在 从 1 到 numberOfOctets (dot11TxPowerLevelExtended)/2的范 围 内 。这 个 参 数 用 于指示定义在 dot11TxPowerLevelExtended 中的可用发送输出功率水平中的哪一种应当用于当前传输
Y
N
RSSI
接收的信号强度指示(RSSI)参数的允许值在 0 到 255(含) 的范围内 。这 个 参 数 是 PHY 在 接 收 当 前 PPDU 时 在 LTF期间进行测量 ,在天线处观测到的功率的测量值 。RSSI规定为一种相对的表示 ,并表示它是接收功率的单调递增函数
N
Y
MCS
指示用于 PPDU 的调制编码策略 。
整数值 :范围 0~ 7
MU
Y
REC_MCS
指示 STA 的接收机建议的 MCS值 。
整数值 :范围 0~ 7
N
O
LENGTH
如 果 AGGREGATION 是 AGGREGATED , 指 示 包 的 长度 , 以 PSDU 内的八位位组的数量为单位
Y
Y
如果 AGGREGATION 是 NOT_AGGREGATED , 指示包的长度 , 以 PSDU 内的八位位组的数量为单位
Y
Y
PSDU_LENGTH
指示 PSDU 的八位位组数量
Y
Y
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表 5 TXVECTOR 和 RXVECTOR参数 (续)
参数
值
TXVECTOR
RXVECTOR
TIME_OF_
DEPARTURE_
REQUESTED
布尔值 :
为真时指示 MAC实体请 求 PHY 实 体 测 量 与 报 告 相 当 于由发送端口发送第一份 PPDU能量时的发送时间参数 。
为假时指示 MAC实体请 求 PHY 实 体 既 不 测 量 也 不 报 告发送时间参数
O
N
RX_START_OF_ FRAME_OFFSET
如果 dot11MgmtOptionTimingMsmtActivated 为 真 , 则 这 个参数允许值在 0~ 232的范围 内 。这 个 参 数 是 输 入 帧 到 达 接收天线端口时间点开 始 ,一 直 到 原 始 发 布 MAC 时 间 点 的 估计偏移量(10 ns为单位)
N
Y
SCRAMBLER_
OR_CRC
表示在服务领域解扰 之 前 编 码 器 进 行 初 始 化 。 长 度 为 7 bit的比特序列 :在解扰之前服务领域的价值为[B0 ∶ B6]
N
Y
6. 8 PHY层
6. 8. 1 概述
本条提供了 PSDU被转换成去往或来自 WM上的传输的步骤 。
在传输中 ,一个 PSDU 被处理(即加扰和编码等) 并且被附加到 PHY 前导上以生成 PPDU。在接收机处 ,PHY前导被处理以辅助 PSDU 的检测 、解调和传递 。
6. 8.2 PPDU格式
PPDU 的一般结构定义见图 6。
图 6 PPDU格式
PPDU格式的字段总结在表 6 内 。
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GB/T 43957—2024
表 6 PPDU 的字段
字段
描述
STF
短训练字段
LTF
长训练字段
SIG
SIGNAL字段
Data
携带 PSDU(s)的数据字段
GI2
双保护间隔
LTS
长训练符号
6. 8.3 发射机结构图
一个 PPDU 中的每个字段都能够用下面模块中的一个子集来生成(只列出选中的模块) :
a) PHY填充 ;
b) 扰码器 ;
c) BCC编码解析器 ;
d) FEC(BCC或 LDPC)编码器 ;
e) 流解析器 ;
f) BCC交织器 ;
g) 星座映射 ;
h) 导频插入 ;
i) 乘以 PHTLTF矩阵的第一列 ;
j) LDPC tone mapper;
k) 逆离散傅里叶变换(IDFT) ;
l) 保护间隔(GI)插入 ;
m) 加窗 。
BCC编码的数据字段的发射机框图 。星座映射右侧的模块 ,也用于生成 STF和 LTF字段 。
当只有一个 BCC 编码器(NES=1) 时 , 图 7 显示了用于生成 2 MHz、4 MHz 和 8 MHz PPDU 的
图 7 具有 BCC编码的 2 MHz、4 MHz和 8 MHz PPDU数据字段的发射机框图
图 8显示了用于生成 2 MHz、4 MHz和 8 MHz PPDU 的 LDPC编码的数据字段的发射机框图 。
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图 8 具有 LDPC编码的 2 MHz、4 MHz和 8 MHz PPDU数据字段的发射机框图6. 8.4 调制与编码策略
MCS是一个决定 PPDU 的数据字段内使用的调制和编码的值 。 它是携带在 PPDU SIG 字段内的一个简明表示符 。与速率相关的 MCS参数显示在从表 11到表 13中 8 MHz的 MCS之中 。
这些表给出了与速率有关的 MCS参数 ,MCS编号从 0 到 7,带宽为 2 MHz、4 MHz和 8 MHz。
6. 8.5 定时相关的参数
表 7定义了除 SIG字段外 ,PPDU格式的定时相关参数 。
表 7 定时相关的常数
参数
CBW2
CBW4
CBW8
描述
NSD
52
108
234
每个 OFDM符号上的数据子载波数量
NSP
4
6
8
每个 OFDM符号的导频子载波数量
NST
56
114
242
每个 OFDM符号的可用子载波总数
NSR
28
58
122
每个 OFDM符号的最高数据子载波编号
ΔF
31. 25 kHz
子载波频率间隔
TDFT
32 μs= 1/ΔF
IDFT/DFT周期
TGI
8 μs=TDFT /4
保护间隔时长
TGI2
16 μs
双保护间隔时长
TGIS
4 μs=TDFT /8
短保护间隔时长
TSYML
40 μs=TDFT +TGI=1. 25×TDFT
具有标准保护间隔的 OFDM符号的时长
TSYMS
36 μs=TDFT +TGIS=1. 125×TDFT
具有短保护间隔 OFDM符号的时长
TSYM
依赖于所使用的 GI的 TSYML或者 TSYMS
OFDM符号的时长
TSTF
80 μs= 2×TSYML
STF字段时长
TLTF
80 μs= 2×TDFT +TGI2
第一个 LTF字段的时长
TSIG
80 μs= 2×TSYML
SIG字段的时长
Nservice
8
SERVICE字段的比特数量
Ntail
6
每个 BCC编码的尾比特数量
NST=NSD +NSP
—
—
表 8定义了各带宽 PPDU 的 SIG字段的定时相关的参数 。注意短/双保护间隔没有用在各个带宽PPDU 的 SIG字段中 。
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GB/T 43957—2024
表 8 各带宽 PPDU 的 SIG字段的定时相关的常量
参数
CBW2
CBW4
CBW8
描述
NSD
48
48
48
每 2 MHz子信道每个 OFDM符号的数据子载波数量
NSP
4
4
4
每 2 MHz子信道每个 OFDM符号的导频子载波数量
NST
52
52
52
每 2 MHz子信道每个 OFDM符号的有用子载波总数
NSR
26
56
120
每个 OFDM符号的最高数据子载波编号
F
31. 25 kHz
子载波频率间隔
TDFT
32 μs = 1/ΔF
IDFT/DFT周期
TGI
8 μs=TDFT /4
保护间隔时长
TSYM
40 μs=TDFT +TGI=1. 25TDFT
OFDM符号时长
TSIG
80 μs= 2TSYM
SIG字段时长
6. 8.6 无线电管理要求
本文件实现的 VWSN应符合中国无线电管理部门设立的设备认证与运行要求 。基于本文件发布时已确立的频谱管理要求 ,本 PHY规范确立了用于互操作的最低技术要求 。这些管理常会被修订 ,或者可能被取代 。不影响互操作性的那些管理要求没有在本文件中解决 。
6. 8.7 信道划分
物理层遵从本章规范的 STA运行在附录 A 中定义的(779MHz~ 787MHz)信道 。
信道中心频率定义为 :
其中信道中心频率 、信道起始频率和信道中心频率编号由运行类别给出 。
信道中心频率 = 信道起始频率 +0. 5 MHz×信道中心频率编号
其中 2 MHz、4 MHz、8 MHz带宽信道的中心频率 ,信道起始频率和信道中心频率编号由运行类别给出 。
6. 8. 8 时隙时间
PHY 的时隙时间应当为 52 μs。
6. 8.9 发射和接收天线端口阻抗
当连接器暴露时 ,发射和接收天线连接器的阻抗应当为 50 Ω。
6. 8. 10 发射规范
6. 8. 10. 1 发射频谱掩模
对于一个 2 MHz掩模的 PPDU ,发送频谱掩模应具有 1. 8 MHz的 0 dBr(相对于信号的最大谱密
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GB/T 43957—2024
度的 dB值)带宽 , 1. 1 MHz频偏处为 -20 dBr, 2 MHz频偏处为 -28 dBr以及 3 MHz及以上频偏处为 -40dBr。频率偏移在 0. 9 MHz和 1. 1 MHz,1. 1 MHz和 2 MHz,以及 2 MHz和 3 MHz之间的发送频谱掩模应当是在 dB域从 0. 9、1. 1、2 和 3 MHz频率偏移处的要求开始线性插值 。发送频谱不应超过发送频谱掩模的最大值以及任意频率偏移下都不能超过 -73dB/MHz。 图 9 显示了当 -40 dBr谱电平在 -73dB/MHz之上时的整体频谱模板示例 。
注 1: 在出现额外的管理限制时 ,设备同时满足管理要求和本条定义的掩模 。
注 2: 本条中的发送频谱掩模未按比例绘制 。
注 3: 对于 TX 中心频率泄漏强度的规则在 6. 8. 10. 4. 2 和 6. 8. 10. 4. 3。测试方法在 6. 8. 10. 4. 4。本条中的频谱掩模的要求不适用于 RF LO。
图 9 2 MHz信道的发射频谱模板
对于一个 4 MHz掩模的 PPDU ,发送频谱掩模应当具有 3. 8 MHz 的 0 dBr(相对于信号的最大谱密度的 dB值)带宽 ,2. 1 MHz频偏处为 -20dBr,4 MHz频偏处为 -28dBr以及 6 MHz及以上频偏处为 -40dBr。频率偏移在 1. 9 MHz和 2. 1 MHz,2. 1 MHz和 4 MHz,以及 4 MHz和 6 MHz之间的发送频谱掩模应当是在 dB域从 1. 9 MHz,2. 1 MHz,4 MHz和 6 MHz频率偏移处的要求开始线性插值 。发送频谱不应超过发送频谱掩模的最大值以及任意频率偏移下都不能超过 -76dB/MHz。 图 10显示了当 -40dBr谱电平在 -76dB/MHz之上时的整体频谱模板示例 。
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GB/T 43957—2024
图 10 4 MHz信道的发射频谱模板
对于一个 8 MHz掩模的 PPDU ,发送频谱掩模应当具有 7. 8 MHz 的 0 dBr(相对于信号的最大谱密度的 dB值)带宽 ,4. 1 MHz频偏处为 -20 dBr,8 MHz频偏处为 -28 dBr以及 12 MHz及以上频偏处为 -40dBr。频率偏移在 3. 9 MHz和 4. 1 MHz,4. 1 MHz和 8 MHz,以及 8 MHz和 12MHz之间的发送频谱掩模应当是在 dB域从 3. 9 MHz,4. 1 MHz,8 MHz和 12 MHz频率偏移处的要求开始线性插值 。发送频谱不应超过发送频谱掩模的最大值以及任意频率偏移下都不能超过 - 79 dB/MHz。 图 11显示了当 -40dBr谱电平在 -79dB/MHz之上时的整体频谱模板示例 。
图 11 8 MHz信道的发射频谱模板
测量应使用 10 kHz的分辨率带宽和 100 Hz的视频带宽进行 。
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GB/T 43957—2024
6. 8. 10.2 频谱平滑度
频谱平滑度测量用针对 BPSK调制的 PPSU进行 。
令 Ei,avg表示一个数据符号中的一个 BPSK调制后的子载波 i 的平均星座能量 。
在一个具有列在表 9 中的带宽的传输中 ,编号被列为测试子载波的每个子载波的 Ei,avg不应偏离子载波编号列为取平均子载波编号的 Ei,avg 的平均值超过表 9 中规定的最大偏差 。Ei,avg 的平均应在线性域内进行 。
对于频谱平滑度测试 ,发送 STA 的输出端口应通过电缆连接到测试仪器的输入端 口 。该要求适用于 2 MHz、4 MHz和 8 MHz的传输 。
表 9 最大频谱平滑度偏差
发射 BW (MHz)
取平均的子载波编号
(包含)
测试子载波编号(包含)
最大偏差dB
2
-16~-1和 +1~ +16
-16~-1 和 +1~ +16
±4
-28~-17 和 +17~ +28
+4/-6
4
-42~-2 和 +2~ +42
-42~-2 和 +2~ +42
±4
-58~-43 和 +43~ +58
+4/-6
8
-84~-2 和 +2~ +84
-84~-2 和 +2~ +84
±4
-122~-85 和 +85~ +122
+4/-6
6. 8. 10.3 发射中心频率和符号时钟频率容限
符号时钟频率和发射中心频率容限最大应为 ±20× 10- 6 MHz。
6. 8. 10.4 调制精确度
6. 8. 10.4. 1 调制精确度测试概述
发送调制精确度规范在 6. 8. 10. 4. 2 和 6. 8. 10. 4. 3 中描述 。测试方法在 6. 8. 10. 4. 4 中描述 。
6. 8. 10.4.2 发射机中心频率泄漏
对于所有带宽 ,TX LO 泄漏应当满足下面的要求 。
当 RF LO 在发送的 PPDU BW 的中心时 ,使用分辨率带宽为 31. 25kHz在发送 BW 中心处测量得到的功率不应超过发送的 PPDU每个子载波的平均功率 , 或者等价地 ,P-10lg(NST/1) ,其中 P 是天线的发射功率(单位为 dB) ,NST 的定义见表 7。
当 RF LO 不在发送的 PPDU BW 的中心时 ,使用分辨率带宽为 31. 25 kHz在 RF LO 的位置测量得到的功率应当落在 2 MHz信道划分边界的分辨率带宽内 , 而且不应超过相对于总发射功率的最大27dB以及 -45dB,或者等效写为 Max(P-27, -15) ,其中 P 是 dB为单位的发射功率 。
6. 8. 10.4.3 发射机星座误差
通过在子载波 、OFDM PPDU上取平均计算出的相对星座 RMS误差 ,不应超过表 10 中的依赖于数据速率的值 。发送 STA 的 输 出 端 口 应 当 通 过 一 根 电 缆 连 接 到 测 试 仪 器 的 输 入 端 口 。要 求 适 用 于2 MHz、4 MHz、8 MHz的传输 。
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GB/T 43957—2024
表 10 各星座尺寸与码率下允许的相对星座误差
调制
码率
相对星座误差/dB
BPSK
2×重复下的 1/2
-4
BPSK
1/2
-5
QPSK
1/2
-10
QPSK
3/4
-13
16-QAM
1/2
-16
16-QAM
3/4
-19
64-QAM
2/3
-22
64-QAM
3/4
-25
64-QAM
5/6
-27
6. 8. 10.4.4 发射机调制精确度(EVM)测试
发射调制精确度测试应当通过具有将发送信号以大于或等于发送信号带宽的采样率转变成一串复采样点能力的设备来执行 。
该仪器应当在 I/Q支路幅度和相位平衡 、DC偏移 、相位噪声以及模数转换的量化噪声方面具有足够的精度 。这 样 一 种 方 案 的 可 能 实 现 是 用 微 波 综 合 器 ( microwave synthesizer) 将 信 号 转 换 到 低 中频 ,用数字示波器采样信号并将它数字式地分解为正交的分量 。采样后的信号按照下面的步骤或等效的步骤 , 以一种类似于实际接收机的方式来处理 :
a) PPDU 的起始应被检测到 ;
b) 从 STF到 LTF 的转变应被检测到并且应建立精细定时 ;
c) 应估计粗和精细频率偏移 ;
d) PPDU 内的符号应按照估计的频率偏移进行解旋转补偿 ;
e) 对于每个 LTF符号 ,将符号转换成子载波的接收值 ,从导频子载波估计相位 ,并按照估计的相位对子载波值解旋转 ;
f) 对于每个子载波估计复信道响应系数 ;
g) 对于每个数据 OFDM符号 :将符号转换成子载波接收值 ,从导频子载波估计相位 ,按照估计的相位对子载波值解旋转 ,将每个子载波的结果组成一个矢量 ,并且通过一个从估计的信道中生成的迫零均衡矩阵乘以这个矢量 ;
h) 对于每个携带数据的子载波 ,找到最近的星座点并计算欧几里得距离 ;
i) 通过公式(1) ,计算每个 PPDU 的所有误差的 RMS,并计算跨 PPDU 的 RMS平均值 。
…………………………( 1 )
式中 :
ErrorRMS — 跨 PPDU误差 RMS的平均值 ;
Nf — 测量的帧数 ;
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GB/T 43957—2024
I0 (if,is,isc) ,Q0 (if,is,isc) — 在帧if,OFDM符号is,子载波isc上复平面内的理想符号点 ;
I(if,is,isc) ,Q(if,is,isc) — 帧if,OFDM符号is,子载波isc上复平面内的观测符号点 ;
P0 — 星座的平均功率 ;
NSYM — 每个 OFDM符号的子载波总数 ;
NST — 每个 OFDM符号的可用子载波总数 。
测试应当在至少 20个 PPDU上进行 。测试用的 PPDU 应至少达到 16个数据 OFDM 符号长度 。随机数据应用于符号中 。
6.9 PLME
可能被 PHY实体和更高层的 层 内 LME访 问 的 MIB属 性 应 符 合 GB/T 15629. 15—2010 的 相 关要求 。
6. 10 MCS参数
2 MHz、4 MHz和 8 MHz速率有关的参数在表 11~表 13给出 。在所有情况下支持 4 μsGI都是可选的 。对于 所 有 的 信 道 带 宽 , 一 个 STA 应 支 持 MCS 0 到 MCS 7。 支 持 8 MHz 是 必 选 的 , 支 持2 MHz和 4 MHz是可选的 。
表 11 2 MHz的 MCS
MCSIdx
Mod
R
N_bpscs
N_sd
N_sp
N_cbps
N_dbps
N_es
Data_rate/kbit/s
8 μsGI
4 μsGI
0
BPSK
1/2
1
52
4
52
26
1
650. 0
722. 2
1
QPSK
1/2
2
52
4
104
52
1
1 300. 0
1 444. 4
2
QPSK
3/4
2
52
4
104
78
1
1 950. 0
2 166. 7
3
16-QAM
1/2
4
52
4
208
104
1
2 600. 0
2 888. 9
4
16-QAM
3/4
4
52
4
208
156
1
3 900. 0
4 333. 3
5
64-QAM
2/3
6
52
4
312
208
1
5 200. 0
5 777. 8
6
64-QAM
3/4
6
52
4
312
234
1
5 850. 0
6 500. 0
7
64-QAM
5/6
6
52
4
312
260
1
6 500. 0
7 222. 2
表 12 4 MHz的 MCS
MCSIdx
Mod
R
N_bpscs
N_sd
N_sp
N_cbps
N_dbps
N_es
Data_rate/kbit/s
8 μsGI
4 μsGI
0
BPSK
1/2
1
108
6
108
54
1
1 350. 0
1 500. 0
1
QPSK
1/2
2
108
6
216
108
1
2 700. 0
3 000. 0
2
QPSK
3/4
2
108
6
216
162
1
4 050. 0
4 500. 0
3
16-QAM
1/2
4
108
6
432
216
1
5 400. 0
6 000. 0
4
16-QAM
3/4
4
108
6
432
324
1
8 100. 0
9 000. 0
5
64-QAM
2/3
6
108
6
648
432
1
10 800. 0
12 000. 0
6
64-QAM
3/4
6
108
6
648
486
1
12 150. 0
13 500. 0
7
64-QAM
5/6
6
108
6
648
540
1
13 500. 0
15 000. 0
22
GB/T 43957—2024
表 13 8 MHz的 MCS
MCSIdx
Mod
R
N_bpscs
N_sd
N_sp
N_cbps
N_dbps
N_es
Data_rate/kbit/s
8 μsGI
4 μsGI
0
BPSK
1/2
1
234
8
234
117
1
2 925. 0
3 250. 0
1
QPSK
1/2
2
234
8
468
234
1
5 850. 0
6 500. 0
2
QPSK
3/4
2
234
8
468
351
1
8 775. 0
9 750. 0
3
16-QAM
1/2
4
234
8
936
468
1
11 700. 0
13 000. 0
4
16-QAM
3/4
4
234
8
936
702
1
17 550. 0
19 500. 0
5
64-QAM
2/3
6
234
8
1 404
936
1
23 400. 0
26 000. 0
6
64-QAM
3/4
6
234
8
1 404
1 053
1
26 325. 0
29250. 0
7
64-QAM
5/6
6
234
8
1 404
1 170
1
29250. 0
32 500. 0
7 MAC层规范
7. 1 总体情况
本章定义了 VWSN 的 MAC层规范 。MAC子层提供高层访问物理无线信道的服务 ,并完成以下任务 :
a) AP负责产生并发送网络信标帧 ;
b) 普通设备 STA根据 AP 的信标帧与 AP 同步 ;
c) 支持 PAN 的关联和解除关联操作 ;
d) 支持无线信道通信安全 ;
e) 利用 CSMA-CA机制访问信道 ;
f) 支持时隙保障(SP)机制 ;
g) 支持不同设备的 MAC层间可靠传输 。
7.2 MAC层服务
MAC层提供了特定服务聚合子层(SSCS)和 PHY 的接 口 。MAC层包括了管理实体 MLME,提供服务接 口 ,并维护和 MAC层相关的管理物体的数据库 , 即 MAC层信息数据库 。 图 12是 MAC层参考模型 。
图 12 MAC层参考模型
23
GB/T 43957—2024
MAC层分别通过两种服务接口提供两种不同的服务 :
a) 通过 MCPS-SAP提供 MAC层数据服务 ,该服务保证 MAC协议数据单元在 PHY 数据服务中的正确收发 ;
b) 通过 MLME-SAP提供 MAC层管理服务 ,该服务维护一个存储 MAC子层协议状态相关信息的数据库 。
这两种服务分别通 过 PD-SAP 和 PLME-SAP来 支 持 SSCS和 PHY 的 接 口 , 除 了 以 上 的 外 部 接口 ,MLME和 MCPS间还存在一个接 口 ,这个接口使得 MLME能够获得 MAC数据服务 。
7.3 MAC帧格式
7.3. 1 MAC帧格式
每个帧均由下述基本组成部分构成 :
a) MAC头 ,它包含帧控制 、持续时间 、地址及序列控制信息 ;
b) 可变长度的帧体 ,它包含基于帧类型的特定信息 ;
c) 帧检验序列(FCS) ,它包含 IEEE 32bitCRC。
7.3.2 约定
MAC层的 MSDU或帧被描述为按特定顺序排列的字段序列 。本章的每个图对 MAC帧中的字段和子字段均按照其在 MAC帧出现并由左至右传送到 PLCP 的顺序描述 。
图中 ,字段的所有位从 0 到 k 编号 ,字段的长度为 k+1位 。字段的八位位组边界可以通过对字段的位数模 8得到 。在数字字段中长度大于单个八位位组的八位位组按照权值递增的次序描述 ,从最低编号比特到最高编号位 。字段中长度大于单个八位位组的八位位组按照从包含最低编号位的八位位组到包含最高编号位八位位组的顺序发送至 PLCP。
任何包含 CRC 的字段对上述协定是例外的 ,它从最高阶系数开始发送 。
MAC地址按照已排序 的 位 序 列 分 配 。单 个/组 位 总 是 首 先 传 送 , 并 且 该 位 为 第 一 个 八 位 位 组 的位 0。
若无另外声明 ,十进制值按自然二进制编码 。
保留的字段和子字段在发送时设置为 0,而在接收时被忽略 。
7.3.3 一般帧格式
MAC帧格式包含在所有帧中以固定次序出现的一组字段 。 图 13描述了一般 MAC帧格式 。地址2、地址 3、序列控制 、地址 4及帧体字段只在某些类型帧中出现 。
图 13 MAC帧格式
7.3.4 控制帧
控制帧中帧控制字段的子字段值如图 14所示 。
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GB/T 43957—2024
图 14 控制帧中帧控制字段的子字段值
7.3.4. 1 请求发送 (RTS)帧格式
图 15定义了 RTS帧的帧格式 。
图 15 RTS帧
RTS帧的 RA是 WM上作为已挂起的定向数据帧或管理帧的预期的立即接收方的 STA 的地址 。 TA 为发送 RTS帧的 STA 的地址 。
持续时间值等于发送已挂起的数据帧或管理帧 、一个 CTS帧以及一个 ACK 帧所需的时间(以微秒为单位) ,加上三个 SIFS间隔时间 。如果计算出的持续时间值(以微秒为单位)是小数 ,则向上取整 。
7.3.4.2 清除待发(CTS)帧格式
图 16定义了 CTS帧的帧格式 。
图 16 CTS帧
CTS帧作为对 RTS帧的响应 ,其 RA字段的值由前面 RTS帧的 TA字段复制而来 。
持续时间值由前面 RTS帧的持续时间字段的值减去发送 CTS帧所需的时间(以微秒为 单 位) 和CTS帧前的 SIFS间隔时间得到 。如果计算出的持续时间值(以微秒为单位)是小数 ,则向上取整 。
7.3.4.3 确认(ACK)帧格式
图 17定义了 ACK 帧的帧格式 。
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GB/T 43957—2024
图 17 ACK 帧
ACK 帧的 RA 由前面的定向数据帧 、管理帧或 PS-Poll控制帧的地址 2 字段复制得到 。
如果前面的定向数据帧或管理帧的帧控制字段中多分段标记比特设置为 0,则持续时间设置为 0;如果前面的定向数据帧或管理帧的帧控制字段中多分段标记比特设置为 1,则持续时间值等于其前面的数据帧或管理帧中持续时间字段的值减去发送 ACK 帧所需的时间(以微秒为单位) 和 ACK 帧前的SIFS间隔时间 。如果计算出的持续时间值(以微秒为单位)是小数 ,则向上取整 。
7.3.5 数据帧
数据帧的帧格式与子类型无关 ,其定义如图 18所示 。
图 18 数据帧
7.3.6 管理帧
7.3.6. 1 概述
管理帧的帧格式与帧的子类型无关 ,其定义如图 19所示 。
图 19 管理帧格式
STA利用地址 1 字段中的内容进行地址匹配确定接收结果 。如果地址 1 字段包含一个组地址,并且帧类型不是信标帧 ,则 BSSID生效用于确保广播来自同一 BSS信息 。
管理帧地址字段不随帧的子类型而改变 。
管理帧的 BSSID按以下原则确定 :
a) 如果站为 AP或已关联至 AP,则 BSSID是包含在 AP 中的 STA 当前使用的地址 ;
b) 如果站为 IBSS的成员 ,则 BSSID就是 IBSS的 BSSID
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