GB/T 40786.1-2021 信息技术 系统间远程通信和信息交换 低压电力线通信 第1部分：物理层规范
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资料介绍
ICS 35 . 1 10 CCS L 79
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 40786 . 1—2021
信息技术 系统间远程通信和信息交换低压电力线通信 第 1 部分：物理层规范
Informationtechnology—Telecommunicationsandinformationexchange
betweensystems—Lowvoltagepowerlinecommunication—
part1：physicallayerspecification
2021-10-1 1 发布 2022-05-01 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 40786 . 1—202 1
GB/T 40786 . 1—202 1
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。
本文件是 GB/T 40786《信息技术 系统间远程通信和信息交换 低压电力线通信》的第 1 部分。 GB/T 40786 已经发布了以下部分：
— 第 1 部分：物理层规范;
— 第 2 部分：数据链路层规范。
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。
本文件由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC 28)提出并归口 。
本文件起草单位：中国电子技术标准化研究院、清华大学、北京卓越信通电子股份有限公司、深圳市海思半导体有限公司、深圳市中兴微电子技术有限公司、青岛东软载波科技股份有限公司、安徽德诺科技股份公司、深圳市力合微电子股份有限公司、中国电力科学研究院有限公司、威胜信息技术股份有限公司、北京全电智领科技有限公司、深圳市国电科技通信有限公司。
本文件主要起草人：杨防、寇宏、宋健、卓兰、孙伟、姜彤、程晨、徐文学、刘培、董海涛、徐鹏程、刘鲲、刘宣、李晓、刘思聪、彭波、董晨、张海龙、彭克武、刘庆扬。
GB/T 40786 . 1—202 1
引 言
GB/T 40786《信息技术 系统间远程通信和信息交换 低压电力线通信》借鉴了国际主流标准的组帧及数据传输方法和协议架构，主要对宽带电力线通信网络组网、管理维护、安全机制、邻居干扰协调、资源调度等部分进行了描述。 本文件拟由两个部分构成。
— 第 1 部分：物理层规范。 目的在于规范适用于复杂恶劣环境中低压电力线通信技术中的物理层协议。
— 第 2 部分：数据链路层规范。 目的在于规范宽带低压电力线通信网络拓扑、设备数据链路层协议栈结构、数据链路层帧格式和管理消息格式、基于信标的竞争和非竞争的信道访问机制、网络准入及退出机制、网络管理及维护流程、路由及拓扑管理协议、安全机制等低压电力线通信技术内容。
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 . 4 . 6、5 . 3 . 4、5 . 4 . 4、5 . 4 . 9、5 . 4 . 8、5 . 4 . 9 、 5 . 4 . 9 与“基于 APSK 星座图的星座映射方法、编码调制方法及系统”“一种多码率 LDPC 码的构造方法”“基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法”“时域同步正交频分复用系统的时域加窗方法及装置”“基于非对等训练序列填充块传输系统的迭代信道估计方法及装置”“TDS-OFDM 中功率受限频段的功率抑制方法及装置”“数字通信系统中的帧同步序列生成方法及装置”相关的专利使用。
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：
1 . 201110099872 . 4《基于 APSK 星座图的星座映射方法、编码调制方法及系统》
联系人：杨防
联系方式：010-62795221
电子邮件：fangyang@tsinghua.edu.cn
2 . 201210272811 . 8《一种多码率 LDPC码的构造方法》
联系人：杨防
联系方式：010-62795221
电子邮件：fangyang@tsinghua.edu.cn
3 . 201210460943 . 3《时域同步正交频分复用系统的时域加窗方法及装置》
联系人：杨防
联系方式：010-62795221
电子邮件：fangyang@tsinghua.edu.cn
4 . 201210529973 . 5《基于非对等训练序列填充块传输系统的迭代信道估计方法及装置》
联系人：杨防
联系方式：010-62795221
电子邮件：fangyang@tsinghua.edu.cn
5 . 201310027786 . 1《TDS-OFDM 中功率受限频段的功率抑制方法及装置》
联系人：杨防
联系方式：010-62795221
电子邮件：fangyang@tsinghua.edu.cn
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6 . 201310037606 . 8《数字通信系统中的帧同步序列生成方法及装置》
联系人：杨防
联系方式：010-62795221
电子邮件：fangyang@tsinghua.edu.cn
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专利的责任。
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信息技术 系统间远程通信和信息交换
低压电力线通信 第 1 部分：物理层规范
1 范围
本文件规定了一种宽带低压(1 kV 以下)电力线通信系统物理层的功能模块、传输通信协议和编码调制方式等。
本文件适用于利用低压电力线作为通信媒体的物理层设备的设计、制造、使用及维护。
2 规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
物理层帧 physicallayerframe
物理层传输的基本单元，包含前导符号、控制域和数据域。
3.2
物理编码子层 physicalcodingsub-layer
连接 MAC层和 PMA,实现 MPDU 与物理层帧比特流的相互转换。
3.3
物理层管理 physicallayermanagement
控制系统物理层所包含的物理编码子层(PCS)、物理媒体附属子层(PMA) 和物理媒体相关子层(PMD)三个主要功能子层的模块。
3.4
控制域 controlfield
位于物理帧前导符号之后、数据域之前的物理层帧头部分，用于控制物理层帧传输模式与物理层帧结构，包含控制物理层帧类型、帧结构、传输模式等物理层帧相关控制比特域，以及与 DLL 的控制接 口比特域。
3.5
数据子帧 datasub-frame
物理层数据域中传输数据的基本单元。
3.6
控制子帧 controlsub-frame
物理层控制域中传输控制信令的基本单元。
3.7
数据域 datafield
由整数个数据子帧组成，携带需要传输的 MPDU信息。
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3.8
线性反馈移位寄存器 linearfeedbackshiftregister
给定前一状态的输出，将该输出的线性函数再用作输入的移位寄存器。
3.9
前导符号 preamble
位于物理层帧最前端、用于辅助实现接收机信号突发检测、自动增益控制、同步、频偏估计、信道估计、检测帧边界等功能的若干段已知序列。
3 . 10
陷波 notching
通过特定的技术手段实现某些频段上的信号功率低于预设值。
3 . 1 1
加窗 windowing
将时域待发送信号与特定窗函数相乘。
3 . 12
循环后缀 cyclicpostfix
将时域待发送信号的前面部分复制到信号尾部。
3 . 13
附加信道估计子帧 additionalchannelestimationsub-frame
位于物理层 MSG 帧的控制域之后、数据域之前，用于更加精细的信道估计的附加子帧。
3 . 14
物理媒体附属子层 physicalmedium attachmentsub-layer
连接 PCS 和 PMD,实现物理层帧比特流和子帧之间的相互转换。
3 . 15
物理媒体相关子层 physicalmedium dependentsub-layer
连接 PMA 和电力线媒体，实现子帧和电力线信号的相互转换。
3 . 16
屏蔽子载波 maskedsub-carrier
用于非数据传输的子载波，包括永久屏蔽子载波和区域屏蔽子载波。
3 . 17
永久屏蔽子载波 permanentlymaskedsub-carrier
被永久屏蔽的子载波，只用于非数据传输。
3 . 18
区域屏蔽子载波 regionallymaskedsub-carrier
在特定区域用于非数据传输，但在其他区域可传输数据的子载波。
3 . 19
支持子载波 supportedsub-carrier
允许在满足 PSD要求的前提下传输数据的子载波，包括活跃子载波和不活跃子载波。
3 . 20
活跃子载波 activesub-carrier
可用于加载 1 个以上的数据比特，实现数据传输的子载波。
3 . 2 1
不活跃子载波 inactivesub-carrier
不用于加载数据比特进行传输的子载波，其上的信噪比一般较低，可以用于测量或其他辅助应用，
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如用于发射信号成型等。
3 . 22
资源粒子 resourceelement
划分数据子帧比特流的单位;由连续的 N 个比特组成。
注：在子载波映射时，一个资源粒子中的比特填充到一簇子载波，即完全填充整数个子载波，同一簇子载波加载相同数目的比特并采用相同的星座映射。
3 . 23
比特分配 bitallocation
每个资源粒子映射到特定的子载波，单个子载波加载一个或者多个比特。
3 . 24
比特加载 bitloading
允许同一数据子帧内不同标号的子载波加载不同数目的比特、采用不同的星座映射。
3 . 25
比特置换 bitpermutation
有限个比特按照顺序排列成一组，对组内比特的顺序进行调整。
3 . 26
基础模式 basicmode
不支持比特加载技术，不支持资源粒子划分，所有 SSC 均加载相同数 目 的比特并采用相同的星座映射方式。
3 . 27
-般模式 normalmode
支持比特加载技术，支持资源粒子划分，每个资源粒子包含 N 个比特，每簇子载波根据 BAT 加载对应数目的比特。
注：仅在星座映射不支持 1 024 APSK 时允许采用一般模式。
3 . 28
高速模式 high-speedmode
支持比特加载技术，支持资源粒子划分，每个资源粒子包含 N 个比特，每簇子载波根据 BAT 加载对应数目的比特。
注：仅在星座映射支持 1 024 振幅移相键控(APSK)时允许采用高速模式。
3 . 29
灵活模式 flexiblemode
支持比特加载技术，不支持资源粒子划分，每个子载波根据 BAT加载对应数目的比特。
4 符号和缩略语
4 . 1 符号
下列符号适用于本文件。
KLDPC：信息比特长度
NLDPC：编码比特长度
RLDPC：码率
Gqc : LDPC生成矩阵
Gi，j：Gqc第 i行第j 列的循环矩阵
Hqc : LDPC校验矩阵
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Hi，j：Hqc第 i行第j 列的循环矩阵
Ei，j：Hi，j的偏移地址
b：Hi，j的行数或列数
C：交织器矩阵
NC：交织器矩阵C 列数
Nr：交织器矩阵C 行数
G：行内交织参数
m：加载比特数目
NCF：控制子帧数目
KCF：控制子帧所能携载的最大控制信息比特数
NCF_REP：控制信息比特流重复次数
NCF_LDPC：控制信息比特流的 LDPC 编码码长
NDF：数据子帧数目
KDF：数据子帧所能携载的最大数据域比特数
NP：数据域比特流包含的 LDPC码字个数
NDF_LDPC：数据域比特流的 LDPC 编码码长
FSC：子载波间隔
FC：系统中心频率
N：子载波数
NMSC : MSC 的数目
NPMSC : PMSC 的数目
NRMSC : RMSC 的数目
NSSC : SSC 的数目
NASC : ASC 的数目
NISC : ISC 的数目
NG：一个资源粒子的比特数
NRE：数据子帧中的资源粒子数
p：比特置换图样
PHYH：控制域核心部分的长度
SK：填充未满加载 SSC 的 LFSR 的初始化种子
M：星座映射阶数
gK：功率控制参数
4 . 2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ACE 附加信道估计(Additional Channel Estimation)
APSK 幅度相移键控(Amplitude Phase Shift Keying)
ASC 活跃子载波(Active Sub-Carrier)
BAT 比特分配表(Bit Allocation Table)
BPSK 二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying)
CE 信道估计(Channel Estimation)
CP 循环前缀(Cyclic Prefix)
DLL 数据链路层(Data Link layer)
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5 物理层
5 . 1 系统概述
物理层为上层业务提供传输通道，可支持一路或多路业务。 物理层功能模块划分如图 1 所示。 MII是物理层与 MAC层之间的划分参考点，MDI 是 PHY 层与传输媒体之间的划分参考点。 物理层
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划分为三个主要的功能子层：PCS、PMA 和 PMD。 控制三个主要功能子层的模块是物理层管理。
在发射端，来自于 MAC 的数据以 MPDU 的格式经由 MII进入物理层。 物理层接收到 MPDU 后，在 PCS将 MPDU 映射到物理层帧比特流，在 PMA进行扰码、FEC编码、比特交织、比特分割到子帧等操作得到控制子帧比特流和数据子帧比特流，在 PMD 实现载波映射、比特置换、比特填充、星座映射、 OFDM调制、加窗、插入前导、上变频等操作得到射频信号，经 MDI耦合到电力线媒体上。
在接收端，接收到的射频信号从电力线媒体经 MDI进入物理层，在物理层实现解调解码后，将得到的 MPDU 经 MII传送给 MAC层。
图 1 物理层功能模块
5 . 2 物理编码子层(PCS)
5 . 2 . 1 概述
PCS 的功能模块如图 2 所示。
图 2 PCS功能模块
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在发送端，来自 MAC层的 MPDU被映射到物理层帧的数据域比特流(见 5 . 2 . 9) 。根据 MAC层数据生成控制信息比特流，控制信息比特流与数据域比特流复用合成为一路待发送的物理层帧比特流，随后将待发送物理层帧比特流送入 PMA做进一步的数据处理。
在接收端，接收机对来自 PMA 的控制信息比特流和数据域比特流进行分离后，根据数据域比特流恢复出 MPDU,并经由 MII传送到 MAC层。
5 . 2 . 2 物理层帧结构
系统的物理层帧结构如图 3 所示。 物理层帧结构基本单元为物理层帧，每个物理层帧包含前导符号、控制域和数据域。 前导符号不携带任何业务数据，主要用于辅助接收机同步、信道估计、载波检测、 OFDM符号校准等。 控制域由整数个控制子帧组成，其主要功能是承载帧控制信息，包括物理层帧的具体配置信息、信号解调和解码所需系统参数、快速实时信息等。 数据域由整数个数据子帧组成，携带需要传输的 MPDU信息。
图 3 物理层帧结构
5 . 2 . 3 物理层帧类型
支持多种物理层帧类型，不同类型的物理层帧用于实现不同的用途。 表 1 规定了本文件支持的物理层帧类型及其描述。 物理层帧类型由控制域中的 FT参数表示。
表 1 物理层帧类型
5 . 2 . 4 前导符号
5 . 2 . 4 . 1 前导符号总体结构
前导符号辅助实现接收机信号突发检测、自动增益控制、同步、频偏估计、信道估计、检测帧边界等。前导符号在每个物理层帧的开始位置，由主序列和辅助序列两个部分组成，如图 4 所示。 前导符号的第
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一部分由 10 个长为 512 个时域采样点的已知训练序列及其循环前缀 CP1 构成，训练序列包括 LT、LM和 SLT三种，其中 LM序列由 LT序列在时域乘以 -1(即相移 π)得到，SLT序列由 LT序列在时域乘以旋转因子(-1) n 得到;第二部分由 2 个长为 512 的 CE序列及其长为 256 的循环前缀 CP2 构成。 主序列及辅助序列的生成方法见 5 . 2 . 4 . 2 。
图 4 物理层帧前导符号总体结构
5 . 2 . 4 . 2 前导符号生成方法
主序列中的 LT、LM 和 SLT三种序列的生成方式如下：
LT序列的生成方式为：对长度为 1024、仅在偶数子载波上非零、在奇数子载波上为零的频域伪随机序列 Lf 做 1 024 点的 IFFT变换，得到长为 1 024 的 1 段序列，由于 IFFT 的性质，该时域序列等价于时域的 2 段相同的长为 512 的 LT序列，其子载波间隔为净荷子载波的 4 倍;将这 2 段 LT序列在时域再次扩展复制 2 次，得到共 6 段相同的 LT序列。 Lf 的各偶数非零子载波对应取值由线性反馈移位寄存器(LFSR)生成。 LFSR生成器采用的生成多项式为 g(x)=x13 + x4 + x3 + x1 +1, 如图 5 所示。 LFSR 的最高有效位(MSB)b12输出用于决定当前子载波的取值，其映射关系见表 2;每指定 1 个子载波的取值，LFSR应右移 1 位(即向 LSB 方向移 1 位)，同时 LFSR 产生的反馈比特从最高有效位(MSB) b12输入。 LFSR共生成长度为 512 的伪随机比特序列 BLFSR , LFSR 的生成种子可任意选定，作为优选，以b12b11 …b0 = (0101100110110) 2 为种子生成比特序列，其生成的比特序列 BLFSR 应符合附录 A 中 A. 1的要求;依据给定的比特相位映射表 2,将 BLFSR 映射为恒模二值序列 SLFSR;将 SLFSR 的共 512 个值依次分配给频域伪随机序列 Lf 的偶数子载波对应位置上，见公式(1) 。
Lf[k …………………( 1 )
式中：
k—子载波序号。
图 5 线性反馈移位寄存器 LFSR生成伪随机比特序列
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表 2 LSFR输出的最高位比特 b12与恒模二值序列SLFSR取值的映射关系
LM序列的生成方式为：将 LT序列相移 π,即时域各采样点乘以 -1,见公式(2) 。
LM[n]=-LT[n]，n= 0 , 1 , 2 , … , 511 …………………………( 2 )
式中：
n— 时域采样点序号。
再将 LM序列在时域复制 1 次，得到 2 段相同的 LM序列。
辅助序列部分生成方式为：对长度为 512 的频域伪随机序列 cf 做 IFFT 变换，得到时域的 1 段长度为 512 的 CE序列;将 CE 复制一次，得到 2 段 CE序列;添加长为 256 的循环前缀 CP2 。频域伪随机序列 cf 的取值由线性反馈移位寄存器(LFSR) 生成，LFSR 生成器采用的生成多项式为 g(x)=x13 + x4 +x3 +x1 +1;LFSR优选种子为b12b11 …b0 = (0101100110110) 2 ,生成与产生主序列的伪随机比特序列相同的伪随机比特序列 BLFSR,其长度为 512,并符合 A. 1 的要求;依据比特相位映射表2,将 BLFSR 映射为恒模二值序列 SLFSR;将 SLFSR 的共 512 个值依次分配给频域伪随机序列 cf 的所有子载波，见公式(5) 。
5 . 2 . 4 . 3 前导符号处理
物理层帧前导符号应与帧头和净荷符号满足相同的频谱陷波要求，进行相应的陷波和加窗处理。
加窗窗长为 2β=128,窗函数见 5 . 4 . 9 。加窗具体步骤为：在主序列部分的尾部添加循环后缀，循环后缀长度为β/2=32;在辅助序列部分的头部和尾部分别添加循环前缀与循环后缀，循环前缀与循环后缀长度均为β/2=32;将主序列部分和辅助序列部分的头部和尾部各 β= 64 个采样点与窗函数 ∞B[n]和∞B[β-n-1] 相乘，进行加窗;将相邻序列的加窗部分重叠相加。 加窗后的前导符号结构如图 6 所示。
图 6 前导符号时域加窗和重叠相加处理
5 . 2 . 5 PR
PR 的子载波间隔与前导符号第一部分(主序列)的子载波间隔相同。 PR 的发生器会按照子载波的逻辑顺序随机产生复数值，根据子载波的模板将它调制在 PR 的符号上。
5 . 2 . 6 控制域
控制域包含整数个控制子帧，控制子帧数目 NCF 是一个可配置参数，有效值可选为 1 或 2 。 NCF 的取值由 DLL层的 TXOP条目确定。
控制域由公共部分和可变部分组成。 对于所有物理层帧结构，其控制域的公共部分包含的字段都是一样的;而可变部分包含的字段则会根据物理层帧结构的不同而变化。 物理层帧结构类型由 FT 字段表示，PAD字段则用于补全不同类型的物理层帧结构到系统规定的长度。 控制域的字段定义和含义应符合附录 B 的要求。
5 . 2 . 7 附加信道估计子帧
附加信道估计(Additional Channel Estimation, ACE) 子帧处在 MSG 帧的控制域之后、数据域之
前，如图 7 所示。
图 7 含有 ACE子帧的 MSG帧的物理层帧结构
ACE子帧的长度为 4 096 个采样点，ACE 子帧的个数由 ACE_ SYM 域确定，并符合表 B. 16 的要求。
ACE子帧的生成方法为：对长度为 4 096 的频域伪随机序列 Af 做IFFT变换，得到时域的 1 段长度为4 096 的时域序列。 频域伪随机序列 Af 的取值由线性反馈移位寄存器(LFSR)生成，LFSR生成器采用的
生成多项式为 g(r)=r13 +r4 +r3 +r1 +1;LFSR优选种子为b12b11 …b0 = (1100110100001) 2, 生成的伪
随机比特序列 ALFSR,其长度为 4 096,并符合 A. 2 的要求;依据比特相位映射表2,将 ALFSR 映射为恒模二值序列 AS;将 AS 的共 4 096 个值依次分配给频域伪随机序列 Af 的所有子载波，见公式(8)。
Af[n]=AS[n]，n= 0 , 1 , 2 , … , 4 095 ……………………( 8 )
5 . 2 . 8 数据域
数据域包含整数个数据子帧，如图 8 所示。 数据子帧数目 NDATA 是一个可配置参数，根据物理层帧类型、业务数据规格、系统传输参数的不同，NDATA 也会随之改变。 数据子帧数目可以为 0(即物理层帧不包含数据域)。 NDATA 由控制域的 BLKSZ 域指定，其值由不同物理层帧类型决定，并符合 B. 2 的要求。
图 8 数据域组成
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数据域比特流经 FEC编码、比特交织、载波映射、星座映射后，通过离散傅里叶反变换(IDFT) 和添加保护间隔(GI)形成数据子帧。
5 . 2 . 9 MPDU 映射到物理层帧
数据域携载需要传输的 MPDU信息。 PCS将从 MAC层接收到的 MPDU 中的数据流按顺序依次映射到数据域中。 映射前后每个字节中的比特都按顺序排列，MPDU 中的第一个比特映射到物理层帧数据域中的第一个比特。
物理层管理根据 MAC层数据生成控制信息比特流，与数据域比特流以时分复用形式合成为物理层帧比特流，并将物理层帧比特流送入 PMA。
5 . 3 物理媒体附属子层(PMA)
5 . 3 . 1 概述
PMA 的功能模块框图如图 9 所示。
在发送端，PCS将控制信息比特流和数据域比特流复用为物理层帧比特流后，将物理层帧比特流传送到 PMA。 控制信息比特流和数据域比特流在经过按 5 . 3 . 2 规定的加扰，5 . 3 . 4 规定的 FEC 编码后，得到编码比特流，其中控制信息比特流在加扰后应进行 5 . 3 . 3 规定的 CRC 编码。 编码后的数据域比特流应进行 5 . 3 . 5 规定的比特交织。 经过上述信号处理后，控制信息比特流及数据域比特流按 5 . 3 . 6 的规定分别分割到控制子帧和数据子帧。 PCS将控制子帧和数据子帧发送到 PMD进行载波映射、比特映射、星座映射等处理。
在接收端，PMA对接收到的控制子帧和数据子帧，根据发射端操作进行分离比特流、解交织、解码、解扰等逆处理，将所得的物理层帧比特流送入 PCS进行进一步处理。
图 9 PMA功能模块
5 . 3 . 2 扰码
从 PCS获得的控制信息比特流和数据域比特流均应进行加扰。 扰码是一个最大长度为 32767 的二进制伪随机噪声(PN)序列。 该序列由 LFSR生成，如图 10 所示。 其生成多项式定义见公式(9) 。
G(x)= 1 + x14 + x15 ……………………( 9 )
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输入的比特码流(来自 PCS 的数据字节的最高有效位 MSB在前)与 LFSR 形成的 PN 序列进行逐位模二加后产生数据扰乱码。 从控制信息比特流的第一个比特开始，到数据域比特流的最后一个比特结束，都应进行加扰。
该 LFSR 的初始相位规定为 100101010000000 。在每个控制信息比特流的第一个比特处，扰码器的移位寄存器复位到初始相位。 LFSR 的复位信息由控制域携载的扰码器初始化(SI) 指示。 如 SI 不为 0,则在数据域比特流的第一个比特处，扰码器的移位寄存器也复位到初始相位。 如 SI 为 0,控制信息比特流和数据域比特流之间扰码器的移位寄存器不复位到初始相位。
图 10 扰码器组成框图
5 . 3 . 3 CRC编码
经过加扰后，控制信息比特流按序采用 16 位的循环冗余校验(CRC) 码进行编码。 CRC 码的生成多项式见公式(10) 。
G(r)=r16 + r12 + r5 + 1 ……………………( 10 )
将比特流左移 16 位，从右边移入的比特为 0,再用生成多项式对应的二进制数对其进行模 2 除，所得余数即 CRC校验码，将 CRC校验码添加到控制信息比特流后的位置，CRC 校验码放置在控制信息比特流后的顺序为从 CRC校验码的 MSB 到 LSB依次放置。
5 . 3 . 4 前向纠错编码
扰码后的比特流进行前向纠错(FEC) 编码。 FEC 编码采用低密度奇偶校验码(LDPC),其信息比特在前，校验比特在后，其参数如下：信息比特长度 KLDPC,编码比特长度 NLDPC,奇偶校验比特长度NLDPC-KLDPC,码率 RLDPC=KLDPC/NLDPC 。系统支持四种不同码长、不同码率的 LDPC码，能满足不同的数据传输需求，其中码长为 3840 的 LDPC码可以任意截断，具体参数见表 3 。
表 3 支持的 LDPC码码长和码率
系统采用的 LDPC码为准循环(Quasi-Cyclic, QC)LDPC码，其特征在于，其生成矩阵Gqc和校验矩阵Hqc均由子循环矩阵构成。 采用系统码形式表示的Gqc见公式(11) 。
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其中，I是 b×b阶单位矩阵，o是b×b阶零阵，Gi，j是 b×b阶循环矩阵，其中，0≤i
循环矩阵Gi，j的定义应符合附录 C 的要求。
类似地，校验矩阵Hqc见公式(12) 。
H
其中Hi，j，0≤i
LDPC码属于线性分组码，具有系统码形式的 LDPC码的生成矩阵Gqc 由校验矩阵Hqc 唯一确定。 LDPC码长以及码率见表 4 。
表 4 QC-LDPC码参数
控制信息比特流选择采用码长为 3 840、码率为 0 . 2 的 LDPC码进行编码，且其码长可以任意截断。数据域比特流可选择采用码长为 7 680 或 15 360,码率为 0 . 4、0 . 6 或 0 . 8 的 LDPC码进行编码。
5 . 3 . 5 比特交织
数据域比特流经 FEC编码器的编码结果需要进行比特交织，再分割到数据子帧进行星座映射等操作 。数据域比特流的比特交织限于 LDPC码字内，由低复杂度的行列交织实现，如图 11 所示。
图 1 1 比特交织示意图
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经过 LDPC 编码后的码字写为 c=(C0 , C1 ,…,CN LDPC-1) 。将码字 c 进行按行逐行写入，每行大小为NC，得到交织器矩阵 C，标号为 i 的输入比特Ci 写入到矩阵C 的第ri 行和第di 列，见公式(13) 。
ri=L i/NC」
di =mod(i，NC)
其中 mod(i，NC)表示 i模 NC 的余数，L ·」表示向下取整。
交织器矩阵C 包含 Nr 行，见公式(14) 。
C ………………( 15 )
其中 G 为行内交织参数。 将C按列逐列读取，得到交织输出比特流 =(0 , 1 , … , NLDPC-1) 。其中，标号为 j 的输出比特j 从交织器矩阵C 的第rj 行和第dj 列读出，见公式(17) 。
rj =mod(j，Nr)
dj=Lj/Nr」
比特交织的参数选择如下：交织器矩阵C 的行数 Nr=120,列数 NC=NLDPC/Nr。行内交织参数 G的取值与传输模式(TRM)值有关，关于传输模式的规定见 5 . 4 . 3 。表 5 规定了 TRM值与行内交织参数G 的对应关系。
表 5 行内交织参数 G 的取值
5 . 3 . 6 比特分割到子帧
在被送入 PMD前，编码后的控制信息比特流被分割到控制子帧，交织后的数据域比特流被分割到数据子帧。
控制信息比特流被分割到 NCF 个控制子帧，NCF 可选为 1 或 2 。分割到每个控制子帧的比特数目不超过控制子帧所能携载的最大控制信息比特数 KCF 。将编码后的物理层控制信息重复 NCF_REP 次后，将其前 KCF个比特分割到第一个控制子帧。 如果 NCF=2,则将次 KCF个比特分割到第二个控制子帧。 其中 NCF_REP = NCF×KCF/NCF_LDPC, NCF_LDPC 为控制信息比特流的 LDPC 编码码长， · 表示向上取整。
交织后的数据域比特流被分割为一个或多个数据子帧，分割到每个数据子帧的比特数目不超过数据子帧所能携载的最大数据域比特数 KDF 。数据子帧数目为 NDF = NP × NDF_LDPC/KDF ,其中 NP 为数据域比特流包含的 LDPC码字个数，NDF_LDPC 为数据域比特流的 LDPC 编码码长。 数据域比特流的前 KDF个比特被分割到第一个数据子帧，次 KDF个比特被分割到第二个数据子帧，直到最后一个数据子帧。如果分配给最后一个数据子帧的比特数不足 KDF,则最后一个数据子帧中不足 KDF的比特由 5 . 3 . 2 规定
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的 LFSR生成的二进制 PN序列填充，LFSR 在每个物理层帧第一个比特处复位到初始相位。 数据域比特流分割到数据子帧的过程如图 12 所示。 kDF的值由当前比特分配表(BAT)规定(见 5 . 4 . 3) 。
图 12 数据子帧分割
分割后的控制子帧比特流和数据子帧比特流送入 PMD进行进一步的处理。
5 . 4 物理媒体相关子层(PMD)
5 . 4 . 1 概述
图 13 给出了 PMD 的功能模块框图。
在发送端，载波映射器按 5 . 4 . 3 的规定将数据子帧比特流划分为资源粒子，并根据 BAT 确定数据子帧子载波加载比特数目。 数据子帧比特流在星座映射前进行 5 . 4 . 4 规定的比特置换。 5 . 4 . 5 规定未满加载的子载波的处理。 星座映射将加载到子载波上的比特组映射为复数符号，每个复数符号由一个子载波携载，见 5 . 4 . 6 。 随后，复数符号将由 OFDM调制器转换为时域信号，并加上 GI形成控制子帧和数据子帧，见 5 . 4 . 8 。在进行 5 . 4 . 9 规定的加窗操作和 5 . 2 . 4 规定的前导符号插入后，传输信号上变频形成射频信号，见 5 . 4 . 10,通过 MDI发送到电力线媒体上。
在接收端，从电力线媒体接收到的射频信号在 PMD进行模拟前端处理、前导符号处理、载波检测、解调、星座解映射、比特逆置换、控制子帧和数据子帧恢复后，将所得的控制子帧和数据子帧比特流送至 PMA进行解交织、解码等处理。前导符号在经过处理后，前导数据被送入物理层管理产生物理层控制数据。
图 13 PMD功能框图
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5 . 4 . 2 子载波间隔
系统采用正交频分复用(OFDM)技术实现多载波调制，任意两个相邻子载波的间隔记为子载波间隔 FSC 。子载波间隔及系统参数见表 6 。
物理层标号为 i 的子载波的中心频率是 FC-(N/ 2-i)×FSC,其中 FC 为系统中心频率，0≤i≤ N- 1 。并非所有子载波都被用于传输数据。 在特定应用场景中，某些子载波应被关闭，某些子载波应采用低功率，这由子载波屏蔽及子载波功率控制规定。 同时应侦测其他电力线通信系统易干扰频段，例
如 2 MHz~12 MHz,并进行规避。
表 6 物理层参数
5 . 4 . 3 载波映射
5 . 4 . 3 . 1 概述
载波映射器将数据子帧比特流划分为资源粒子，并根据 5 . 4 . 3 . 2 规定的子载波屏蔽列表和 5 . 4 . 3 . 4规定的 BAT确定子载波加载比特数目。
5 . 4 . 3 . 2 子载波类型
为了满足电力线通信的陷波要求，子载波分为以下两大类。
a) 屏蔽子载波(MSC) : MSC 不准许用于传输数据，即子载波上增益设置为 0 。 MSC 数 目记为NMSC 。MSC包括两种类型。
1) 永久屏蔽子载波(PMSC): PMSC被永久屏蔽，永远不允许用于传输数据。 PMSC 的标号列表由不可使用频段决定。 PMSC 的数目记为 NPMSC 。
2) 区域屏蔽子载波(RMSC): RMSC在某些区域不允许用于传输数据，但在其他区域可以传输数据。 RMSC 的标号列表取决具体应用和应用区域。 PMSC 和 RMSC 组成了全部的MSC。 RMSC 的数目 NRMSC = NMSC - NPMSC 。
b ) 支持子载波(SSC) : SSC 允许在满足 PSD 要求的前提下传输数据。 SSC 的数 目 NSSC = N- NMSC 。SSC包括两种类型。
1) 活跃子载波(ASC) : ASC可用于加载 1 个以上的数据比特，实现数据传输。 数据比特在经过星座映射等操作后，被加载到 ASC 上，ASC 的数目记为 NASC 。
2) 不活跃子载波(ISC): ISC上的信噪比一般较低，所以不用于加载数据比特进行传输。 ISC可以用于测量或其他辅助应用，如用于发射信号成型等，ISC 的数目记为 NISC 。
在将比特加载到子载波时，MSC不被使用;同时，考虑到业务需求、信道环境等实际情况，某些 SSC
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(如 ISC)也可能不会被加载，或者 ASC 中某些载波不能做到满比特加载。 此外，某些特殊的信息如控制子帧由于携带重要的信息，需要进行额外的信号处理，以使得这些符号中的信息能被可靠地接收。
ISC 以及在当前的调制方式下不能满比特加载的 ASC 需要用 LFSR 生成的二进制 PN 序列进行加载，具体的加载方式见 5 . 4 . 5 。
5 . 4 . 3 . 3 资源粒子
系统支持比特加载技术，即允许同一数据子帧内不同标号的子载波加载不同数目的比特、采用不同的星座映射。 BAT规定了每个子载波的比特加载方案(见 5 . 4 . 3 . 4) 。
在采用比特加载技术时，支持以资源粒子(RE) 为基本单位划分数据子帧比特流，一个资源粒子由连续的 NG 个比特组成。 在子载波映射时，一个资源粒子中的比特填充到一簇子载波，即完全填充整数个子载波，同一簇子载波加载相同数目的比特并采用相同的星座映射。
在实现资源粒子划分时，每个数据子帧中的前 NG 个比特划分到第一个资源粒子，占用映射到前NG/m1 个 ASC;此后的 NG 个比特划分到第二个资源粒子，映射到 NG/m2 个 ASC;以此类推，最后 NG个比特划分到最后一个资源粒子，映射到 NG/mNRE个 ASC,其中mi 代表第i个资源粒子填充的子载波簇中每个子载波的最大加载比特数目，由 BAT 指示，NRE 代表数据子帧中的资源粒子数。 数据子帧所能携载的最大数据域比特数 kDF需是 NG 的倍数。
控制域携载的 GRP_SEQ规定一个资源粒子映射到的一簇子载波的分布方式。 若 GRP_SEQ= 1 ,一个资源粒子映射到的一簇子载波在子载波标号上连续分布，即第一个资源粒子映射到前 NG/m1 个子载波，第二个资源粒子映射到次 NG/m2 个子载波，以此类推，若某一簇子载波中包含一个或多个不能用于加载数据比特的 MSC或 ISC,或者超出数据子帧支持的最大子载波标号，则这一簇子载波全部不用于加载数据比特，其中的 SSC全为 ISC,当前资源粒子尝试加载下一簇子载波。 若 GRP_SEQ= 0 ,一个资源粒子映射到的一簇子载波允许在子载波标号上不连续分布，但应在 ASC上连续分布，即第 一个资源粒子映射到前 NG/m1 个 ASC,第二个资源粒子映射到次 NG/m2 个 ASC,以此类推，遇到一个或多个不能用于加载数据比特的 MSC或 ISC 时，资源粒子中的比特顺序映射到下一个 ASC。
每个资源粒子中的比特数 NG 可选为 24 或 120,分别对应传输模式中的一般模式和高速模式。 系统提供不支持比特加载技术的基础模式，以及支持比特加载技术但不支持资源粒子划分的灵活模式。系统提供的四种传输模式如下。
a) 基础模式：不支持比特加载技术，不支持资源粒子划分，所有 SSC 均加载相同数目的比特并采用相同的星座映射方式。
b ) 一般模式：支持比特加载技术，支持资源粒子划分，每个资源粒子包含 NG = 24 个比特，每簇子载波根据 BAT加载对应数 目 的比特。 仅在星座映射不支持 1 024 APSK 时允许采用一般模式。
c) 高速模式：支持比特加载技术，支持资源粒子划分，每个资源粒子包含 NG = 120 个比特，每簇子载波根据 BAT 加载对应数 目 的比特。 仅在星座映射支持 1 024 APSK 时允许采用高速模式。
d) 灵活模式：支持比特加载技术，不支持资源粒子划分，每个子载波根据 BAT 加载对应数 目 的比特。
四种传输模式由控制域携载的传输模式(TRM)指示，表 7 规定 TRM 的有效值及对应描述。 TRM的选择由信道特征和传输需求确定，在一个信道估计窗内 TRM保持不变(信道估计窗定义见数据链路层规范)。
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表 7 TRM 值及其描述
5 . 4 . 3 . 4 比特分配表
BAT指示数据子帧中每个子载波的加载比特数 目 。BAT 由物理层控制信息中的 BAT_ ID 域携载 。根据 BAT_ID值，可定义 16 种 BAT, BAT_ ID 的取值由业务需求、信道状况等决定。 BAT_ ID 表的有效取值及其描述见表 8 。
BAT_ID取值为 0、1 、2、3、4、5、6 时，BAT类型为预定义 BAT,不支持比特分配技术，所有 ASC 加载相同数目的比特，采用相同星座映射，对应基础模式。 BAT_ID取值为 0、1 应用于子载波信道状况未知(即无信道估计)，或者信道状况极差的情况。 基础模式下，当 SSC 的数目超过 3 840 时，默认前 3 840 个SSC 为 ASC,其后的所有 SSC 均为 ISC, 即 NASC = 3 840 。数据子帧所能携载的最大数据域比特数kDF = NASC ×m，m 为每个 ASC 的加载比特数目。
BAT_ID取值为 7、8、9 时，BAT类型为可执行 BAT,支持比特分配技术。
BAT_ID取值为 7 或 8 时，系统支持资源粒子划分，可执行 BAT顺序列出了每个资源粒子映射到的子载波簇的第一个子载波标号、ISC标号，及对应的单个子载波的加载比特数目。 加载比特数目 m>0表示对应的是当前子载波簇的第一个子载波标号，m =0 表示对应的是 ISC标号。 kDF = NRE × NG 。
BAT_ID取值为 9 时，可执行 BAT列出了 SSC 的标号与对应子载波加载的比特数 目 。对于 BAT列出的子载波标号，其对应的加载比特数 目 m >0 表示该子载波是 ASC, m = 0 表示该子载波是 ISC。 kDF为 BAT 中列出的加载比特数目总和。
表 8 BAT_ID有效值及其描述
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每个节点应支持至少一种预定义 BAT(即 BAT_ ID 取值为 0、1、2、3、4、5、6) 。部分节点应支持可执行 BAT。 可执行 BAT应由生成 BAT 的节点发送给各节点，例如，一个向其他多个节点发起多播传输的节点会在发送数据前将 BAT发送给所有的接收节点。
对于一个特定的单播或多播信道，BAT可以由发射节点给定(发射节点确定的 BAT),也可以由接收节点给定(接收节点确定的 BAT) 。发射节点确定的 BAT可以是预定义的 BAT,可以是在发起传输前采用信道估计协议发送给目的节点的 BAT。 接收节点确定的 BAT是由 目的节点的接收端确定并采用信息估计协议发送给发射节点的 BAT。 每个传输节点都需支持发射节点确定的 BAT 和接收节点确定的 BAT。
在发起通信前需确定每个传输节点上的比特分配能力，加载在每个子载波上的数据比特不应超过子载波允许加载的最大比特数。
5 . 4 . 4 比特置换
5 . 4 . 4 . 1 概述
除了灵活模式外，其他 3 种模式下，数据子帧比特流在送至星座映射得到星座符号流之前，应进行比特置换以提高编码调制的纠错能力。
5 . 4 . 4 . 2 资源粒子内交织
在一般模式和高速模式下，比特置换之前，每个资源粒子内需要进行一次比特交织。 将每个资源粒子中的比特记为 r=(r0 , r1 ,…,rNG-1),将 r 进行逐行写入交织器矩阵，行数为当前资源粒子在 BAT
中对应的加载比特数目 m，每行大小为 NG/m。将 r 逐列读取，得到比特流 =(0 , 1 , … , NG-1) 。
5 . 4 . 4 . 3 比特置换
基础模式、一般模式和高速模式下，星座映射前应进行比特置换。 在一般模式和高速模式下，将资源粒子内交织得到的 r 连续以每m 比特组成一个比特组。 在基础模式下，将数据子帧比特流连续以每m 比特组成一个比特组。 比特组经符号内比特置换之后，在后续的星座映射中映射到一个复数符号。
令每个比特组包括的m 比特向量写为 =(0 , 1 , … , m-1), 比特置换即调整这 m 比特的顺序，调整
之后的比特向量为 b=(b0 ,b1 ,…,bm-1),对应关系为 bpi =i，0≤i
比特置换图样。 比特置换图样依据不同 LDPC码、不同星座映射的改变而改变，其参数见表 9、表 10 。
表 9 码长为 7 680 时的比特置换图样
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表 10 码长为 15 360 时的比特置换图样
5 . 4 . 5 比特分配与填充
控制子帧中除了 MSC外的所有子载波均采用控制子帧比特流进行 2 比特分配，控制子帧比特流的 MSB位加载到子载波对应比特组的 MSB位。
数据子帧中的所有子载波根据 BAT采用数据子帧比特流进行加载，数据子帧比特流的 MSB位加载到子载波对应比特组的 MSB位。
数据子帧中，没有被比特流加载的 ISC 和 ASC,以及没有被满比特分配的 ASC,统称为未满加载的SSC。 未满加载的 SSC应由 LFSR生成的二进制 PN序列进行填充，LFSR 的生成多项式见公式(18) 。
G(r)= 1 + r18 + r23 …………………………( 18 )
LFSR 的结构如图 14 所示。
图 14 填充未满加载 SSC的 LFSR
表 1 1 LFSR初始化种子
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在每个数据子帧的第一个符号处，LFSR 的移位寄存器复位到表 11 中的初始化种子对应的初始相
位 。在第 i个数据子帧处，由种子 Sk 初始化 LFSR,其中 k=mod(i-1 , 4 ) ,i= 1 , 2 , 3 , … 。
在数据子帧的每个子载波(包括 SSC 和 MSC)处，LFSR都应更新两个比特。
未满加载的 SSC 的比特填充如下：
a) 从第一个数据子帧的第一个子载波开始，每个 ISC 均为 2 比特分配，即 LFSR 的 2 个 LSB 比特 D1 、D2 用于加载 ISC(D1 作为子载波对应比特组的 LSB位);
b ) 从第一个数据子帧的第一个子载波开始，如果某个 ASC未加载或未被满比特分配，即根据当前 BAT, ASC应加载m 比特，而实际中仅加载了n(n
LFSR生成的比特按顺序加载到子载波上，LFSR 生成的 LSB 比特对应子载波上加载的比特组的LSB位，LFSR生成的 MSB 比特对应子载波上加载的比特组的 MSB位。
5 . 4 . 6 星座映射
5 . 4 . 6 . 1 概述
星座映射也称为符号调制，或者符号映射。 系统支持以下几种调制阶数：1 、2、4、6 、8 、10 、12 。低阶
调制采用 QPSK、16 APSK;调制阶数为 6、8 采用 Non-Uniformed APSK(NU-APSK);调制阶数为 10、 12 采用 Non-Uniformed QAM(NU-QAM)。NU-APSK 与 NU-QAM 针对 0.6 码率以及 0.8 码率分别
设计。
数据子帧中，所有 ASC子载波按照 BAT指示的加载比特数 目 m 选择星座映射。 表 12 规定加载比特数目及星座映射的对应关系。 所有 ISC子载波均采用 QPSK 星座映射。
控制子帧中除了 MSC外的所有子载波均采用 2 比特分配和 QPSK 星座映射。
表 12 加载比特数目对应的星座映射
当进行 M = 2m 阶星座映射时，将加载到每个子载波的m 位比特组b=(b0 ,b1 ,…,bm-1),与十进制数 d一一对应，采用最左最重要比特(Left-MSB)形式，即 dbl × 2m-1-l，0 ≤ d
5 . 4 . 6 . 2 编码调制方案
星座映射与支持的 LDPC码码率列表见表 13 。
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表 13 星座映射与对应的码率组合
5 . 4 . 6 . 3 星座图
5 . 4 . 6 . 3 . 1 概述
星座图具有关于 x 轴轴对称、原点中心对称和 y 轴轴对称等特征，星座图的确定可以通过对第 一象限星座点进行优化。 确定第一象限星座点 ZI=Re(Z)+jIm(Z)，第二三四象限星座点与第一象限星座点关系如下：
— ZⅡ = -conj(Z);
— ZⅢ =conj(Z);
— ZⅣ = -Z。
5 . 4 . 6 . 3 . 2 BPSK
BPSK 只有一个环，根据功率归一化要求，环半径 r0=1,初始相位偏转为 0 。对于所有码率，均可以采用 BPSK,其星座图如图 15 所示。
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图 15 BPSK星座映射
5.4.6.3.3 QPSK
QPSK 只有一个环，根据功率归一化要求，环半径 r0=1,初始相位偏转为 0 。对于所有码率，均可以采用 QPSK,其星座图如图 16 所示。
图 16 QPSK星座映射
5 . 4 . 6 . 3 . 4 16APSK
16 APSK包含两个环，环半径从内至外为 r=(r0 ,r1) = (0 . 586,1 . 287) 。对于所有码率，均可以采用 16 APSK。 16 APSK 星座映射图如图 17 所示。
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图 17 16 APSK星座映射
5 . 4 . 6 . 3 . 5 64 NU-APSK
64 NU-APSK 针对 0 . 6 码率以及 0 . 8 码率分别设计。
0.6 码率：星座图包括4个环，环半径从内至外r=(r0 ,r1 ,r2 ,r3) = (0.288 4,0.577 1 ,0.843 0,1.188 0)。用第一象限星座点 Z=Re(Z)+jIm(Z)的形式表示见表 14 。
0.8码率：星座图包括4个环，环半径从内至外r=(r0 ,r1 ,r2 ,r3) = (0.300 7,0.587 1 ,0.853 1 ,1.171 5)。用第一象限星座点 Z=Re(Z)+jIm(Z)的形式表示见表 14 。
64APSK 星座映射图如图 18 。
表 14 64 NU-APSK第一象限星座点
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表 14 64 NU-APSK第一象限星座点(续)
图 18 64 APSK星座映射
5 . 4 . 6 . 3 . 6 256 NU-APSK
256 APSK 星座映射图如图 19 所示。
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图 19 256 APSK星座映射
256 NU-APSK 针对 0 . 6 码率以及 0 . 8 码率分别设计。
0.6 码率：星座图包括 8 个环，环半径从内至外 r=(r0 ,r1 ,…,r7)依次为(0.339 4 ,0.628 9 ,0.881 6 , 1.097 1 , 1.340 1 , 1. 579 5 , 1.883 8 , 2.297 0)。用第一象限星座点 Z=Re(Z)+jIm(Z)的形式表示见表 15 。
0.8 码率：星座图包括 8 个环，环半径从内至外 r=(r0 ,r1 ,…,r7)依次为(0.351 4 ,0.641 4 ,0.891 6 , 1.116 6 , 1.350 1 , 1. 594 4 , 1.897 3 , 2.258 6)。用第一象限星座点 Z=Re(Z)+jIm(Z)的形式表示见表 15 。
表 15 256 NU-APSK第一象限星座点
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表 15 256 NU-APSK第一象限星座点(续)
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表 15 256 NU-APSK第一象限星座点(续)
5.4.6.3.7 1 024 NU-QAM(可选)
1 024 NU-QAM 由两个一维的 32 NU-PAM 组成，一个作为星座点的实部，一个作为星座点的虚部 。本方案中利用两个完全一致的 NU-PAM。 故用一维 PAM在正半轴的序列可以表示，见表 16 。
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表 16 1 024 NU-QAM 第一象限星座点
5.4.6.3.8 4 096 NU-QAM(可选)
4 096 NU-QAM 由两个一维的 64 NU-PAM 组成，一个作为星座点的实部集合，一个作为星座点的虚部集合。 本方案中利用两个完全一致的 NU-PAM。 故用一维 PAM 在正半轴的序列可以表示，见表 17 。
表 17 4 096 NU-QAM 第一象限星座点
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表 17 4 096 NU-QAM 第-象限星座点(续)
5 . 4 . 7 功率控制
功率控制参数 gk 为第k 个子载波上传输的复数符号的相对功率调整值。 系统默认 gk = 1 , k= 0 , 1,…, N-1, 即不进行相对功率调整。 预留 gk 用于后续可能的相对功率调整。
目前可暂不考虑子载波功率控制，即所有 ISC 和 ASC 的功率归一化为 1 。
5 . 4 . 8 OFDM 调制
5 . 4 . 8 . 1 概述
OFDM调制器主要包括三个主要部分：离散傅里叶逆变换、插入保护间隔和插入循环后缀。
5 . 4 . 8 . 2 离散傅里叶逆变换
输入的 N 个复信号 Xk，l经过离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT) 后形成 N 个时域的复信号ri，l。其中，Xk，l代表输入 OFDM调制器当前帧的第 l个 OFDM符号(经过星座映射后)第 k 个子载波上的信号。 离散傅里叶变换表达式见公式(19) 。
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xi，l ej2 πK · XK，l，0 ≤ i≤ N - 1 ……………………( 19 )
K= 0
其中 N 是 OFDM频谱中最大可调制子载波数(也即 IDFT点数)，一般是 2 的幂指数，N = 2n，n 为正整数(在此标准中，数据子帧和控制子帧的 IDFT 点数均为 N = 4 096) 。对于陷波处的子载波，其上的复信号 XK，l值被置为 0 。 对于未满加载的 SSC, XK，l的值的见 5 . 4 . 5 。
传输时，只传输数据的实部。
5 . 4 . 8 . 3 插入保护间隔
本文件支持的保护间隔生成方式包括以下两种。
a) 基于循环前缀(Cyclic Prefix, CP)填充的保护间隔。 如循环前缀填充是将 OFDM 数据块的最后 NGI=N/ 16 = 256 个符号直接复制到 OFDM 数据块的前面，作为 OFDM 数据块的保护间隔，如图 20 所示。 循环前缀的第一个符号是 IDFT 输出结果的第 N- NGI + 1 个符号，即xN-NGI,l;循环前缀的最后一个符号是 IDFT输出结果的最后一个符号，即 xN- 1 , l。
图 20 基于循环前缀填充的帧结构
b) 基于伪随机序列(Pseudo Noise sequence, PN sequence)填充的保护间隔。伪随机序列填充是
将已知的 PN序列(长度为 NGI=N/16=256)来取代循环前缀置于 OFDM 数据块的前面，作为 OFDM数据块的保护间隔，如图 21 所示。 PN序列除了用作保护间隔外，作为已知的训练信息，PN序列还可以用于辅助接收机同步和信道估计。
图 2 1 基于伪随机序列填充的帧结构
5 . 4 . 8 . 4 插入循环后缀
循环后缀的插入方法为：将 OFDM数据块的前β= 64 个符号直接复制到 OFDM数据块的之后，如图 15 和图 16 所示。 循环后缀的第一个符号是 IDFT输出结果的第 1 个符号，即 x0 , l;循环后缀的最后一个符号是 IDFT输出结果的第 β 个符号，即 xβ- 1 , l。
输入的 N 个复信号 XK，l载在 OFDM调制器中组成数据子帧。
5 . 4 . 9 加窗与重叠相加
在发送数据之前应对数据子帧进行加窗和重叠相加处理。 每一帧的前 β 个信号和最后β 个信号应乘以特定的窗函数系数用于传输信号的频谱成型(加窗)。对于所有类型的帧(包括数据帧以及前导符号)，被加窗信号的数目 β 都是一样的。
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选择采用参数为 5 的 Kaiser 窗，窗长为 128 或更高，取决于带外频谱功率抑制性能与系统频谱效率的折中。 相邻帧被加窗的信号需重叠相加，如图 22 所示。
图 22 加窗和重叠相加
5 . 4 . 10 射频信号
调制后的射频(RF)信号见公式(20) 。
s(t)=犚{exp(j·2πfCt)×[h(t)④ x(t)]｝ ……………………( 20 )
式中：
s(t)—RF信号;
fC —载波频率(MHz) ;
h(t)—成形滤波器的时域冲激响应函数;
x(t)—组帧后的基带信号，由前导、控制域、数据域等组成;
犚{ · } — 取实部操作;
④ — 线性卷积。
5 . 4 . 1 1 信号频谱特性和频谱模板
5 . 4 . 1 1 . 1 概述
发送信号的功率谱模板由子载波模板，功率谱成型模板，针对特定传输媒体的极限功率谱模板以及区域性的功率谱模板共同决定。 在一个系统中，所有的通信节点均应遵从于统一的发送信号的功率谱模板，相应的构成参数由信标进行广播。
5 . 4 . 1 1 . 2 子载波模板
子载波模板是由一系列需要屏蔽的频段的集合构成。 每个频段由一个起始子载波序号 xL 和一个结束子载波序号xH 来定义，{xL，xH ｝。包含 S 个需要屏蔽频段的子载波模板见公式(21) 。
SM(S)=[{xL1 ,xH1} ,{xL2 ,xH2} ,…,{xLS，xHS｝]……………………( 21 )
在发送信号时，这些位置上的子载波，其发送功率被设为 0 。
子载波模板一般包括区域性的屏蔽子载波以及由用户或服务提供商定义的屏蔽子载波，前者用于遵从地区法规，后者用于促进服务调度。
5 . 4 . 1 1 . 3 功率谱成型
功率谱成型操作由功率谱成型模板规定，该模板由一系列断点和断点处的功率谱参数(dBm/Hz)定义，{xn，PSDn｝。断点之间的功率谱满足分段线性原则。
包含 S 段的功率谱成型模板用 S+1 个断点，见公式(22) 。
PSM(S)=[{x1 , PSD1} ,{x2 , PSD2} ,…,{xS，PSDS｝，{xH，PSDH｝]…………( 22 )
最终的发送信号的功率谱密度模板是功率谱成型模板、极限功率谱模板以及区域性的功率谱模板的最小值，不考虑因为国际业余无线电业务(国际业余无线电频段见附录 E) 所需的陷波要求。 功率谱密度模板中的最小值应比最大值至少低 30 dB。
典型功率谱模板如图 23 所示。
GB/T 40786 . 1—202 1
图 23 典型功率谱密度模板
GB/T 40786 . 1—202 1
附 录 A
(规范性)
LFSR生成的伪随机比特序列
A.1 用于前导符号的 LFSR生成的伪随机比特序列
用于前导符号的 LFSR生成的伪随机比特序列见表 A. 1 。
表 A.1 用于前导符号的 LFSR生成的伪随机比特序列
GB/T 40786 . 1—202 1
表 A.1 用于前导符号的 LFSR生成的伪随机比特序列(续)
GB/T 40786 . 1—202 1
表 A.1 用于前导符号的 LFSR生成的伪随机比特序列(续)
GB/T 40786 . 1—202 1
表 A.1 用于前导符号的 LFSR生成的伪随机比特序列(续)
GB/T 40786 . 1—202 1
A.2 用于生成 ACE子帧频域序列的 LFSR生成的伪随机比特序列
用于生成 ACE子帧频域序列的 LFSR生成的伪随机比特序列(从前往后的值分别对应下标为 0 ~ 4 095 的比特)如下：
001010100010010011101000111111111011101010111000001101110111001100001110001011000010 1010101101001100101111110110100101110111110100001101111100110011011000100011010101101100 0110100101011000001001010111011101101111000010011001001000010011100110111111000110010110 1001001010000011101110001111100010111011010101111011100100111000110000001011010000101011 1100101101100110101101000111010000100000001101100000110010100011011011101100100111101001 1111000000001001000000100011000010010010110111000101001110101000000000111000000011110111 1100011100100101111001110100110000000000101111111101011010100001011100011010111010011101 1111111111001010101001101100111110010111101100101100010110101010101000110011000100100010 1011100101001000110111100100110011001111011101111000111100110100011000111101101011100010 0010001010010110101111010111011000010000101001001101000011110000110001101100101001101001 0000011111001110001001111101011111011110110111001110110001111110101000101111000101011001 0101101011011010001011011110101011001111001010000110010001100100110110110000110110101100 1101110101110011111011100001000111011011011111011011001000100101100101110101001011111000 0101101101101010010010001111000110111001011001110010101111100100100100110001110000101000 0100101110010001011100110101000111000111011110100000110000011100101110000110100010011000 0101111010010100111111011111101000110100000100111100010000011010110001100010101001010100 1111011000000111010111100000010011011110111100110001100111010110111111101001101011111110 0010010100101000100001000101100100101010110001001101010100001110011100111100000111100100 0111001100100001110110011000001011101000101000000101000111101000100011111010010001000000 1101001111001111111001111010110000111101010011100001111111011000101000101010111010110010 0000101001100010111110101010010000110000110011010011011100000011000100001101010011001110 0000100000100010011101101000000010000111110110011101110100000011111100001110100100111111 1100000101011011101001011000000010101000001011000111010101011111100110110100111001000000 0011001111110010000101100110010101000100100111010001111111110111010101110000011011101110 0110000111000101100001010101011010011001011111101101001011101111101000011011111001100110 1100010001101010110110001101001010110000010010101110111011011110000100110010010000100111 0011011111100011001011010010010100000111011100011111000101110110101011110111001001110001 1000000101101000010101111001011011001101011010001110100001000000011011000001100101000110 1101110110010011110100111110000000010010000001000110000100100101101110001010011101010000 0000011100000001111011111000111001001011110011101001100000000001011111111010110101000010 1110001101011101001110111111111110010101010011011001111100101111011001011000101101010101 0100011001100010010001010111001010010001101111001001100110011110111011110001111001101000 1100011110110101110001000100010100101101011110101110110000100001010010011010000111100001 1000110110010100110100100000111110011100010011111010111110111101101110011101100011111101 0100010111100010101100101011010110110100010110111101010110011110010100001100100011001001 1011011000011011010110011011101011100111110111000010001110110110111110110110010001001011 0010111010100101111100001011011011010100100100011110001101110010110011100101011111001001 0010011000111000010100001001011100100010111001101010001110001110111101000001100000111001 0111000011010001001100001011110100101001111110111111010001101000001001111000100000110101
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