路径: 主页 > GB/T > 第213页 > GB/T 31024.2-2014 | 标准编号 | GB/T 31024.2-2014 (GB/T31024.2-2014) | | 中文名称 | 合作式智能运输系统 专用短程通信 第2部分:媒体访问控制层和物理层规范 | | 英文名称 | Cooperation of roadside to vehicle - Dedicated short range communications - Part 2: Specification of medium access control layer and physical layer | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L79 | | 国际标准分类 | 35.100 | | 字数估计 | 106,192 | | 发布日期 | 8/5/2014 | | 实施日期 | 2/1/2015 | | 标准依据 | 国家标准公告2014年第20号 | | 发布机构 | 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 | | 范围 | GB/T 31024的本部分规定了合作式智能运输系统专用短程通信的媒体访问控制层技术要求和物理层技术要求, 包括系统参考模型、有中心节点通信模式的MAC层帧格式和MAC层功能、无中心节点通信模式的MAC层帧格式及功能、有中心节点通信模式的物理层参数及功能、无中心节点通信模式的物理层参数及功能等。本部分适用于合作式智能运输系统车辆与车辆之间以及车辆与道路基础设施之间的无线通信设备。 | GB/T 31024.2-2014
Cooperation of roadside to vehicle.Dedicated short range communications.Part 2: Specification of medium access control layer and physical layer
ICS 35.100
L79
中华人民共和国国家标准
合作式智能运输系统 专用短程通信
第2部分:媒体访问控制层和物理层规范
2014-08-05发布
2015-02-01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
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 术语和定义 1
3 缩略语 3
4 系统参考模型 4
5 有中心节点通信模式的媒体访问控制层 5
5.1 概述 5
5.2 适配子层 5
5.3 媒体访问控制子层 6
5.4 车载单元的状态 6
6 有中心节点通信模式的媒体访问控制帧格式 8
6.1 通用媒体访问控制帧格式 8
6.2 数据帧 11
6.3 管理控制帧 11
6.4 组媒体访问控制协议数据单元 28
7 有中心节点通信模式的媒体访问控制层功能 28
7.1 适配子层 28
7.2 媒体访问控制子层 29
7.3 车载单元入网流程 29
7.4 管理业务流 32
7.5 资源请求与资源分配 35
7.6 业务类型与业务服务质量 37
7.7 分片和重组 38
7.8 重传机制 38
7.9 帧确认 39
7.10 链路自适应 39
7.11 退出网络流程 40
7.12 随机退避 41
7.13 节电管理 41
7.14 移动性管理 44
7.15 异常处理 48
7.16 系统配置参数 49
8 无中心节点通信模式的媒体访问控制层 50
8.1 无中心节点通信模式媒体访问控制层概述 50
8.2 无中心节点通信模式的媒体访问控制层帧结构 50
9 有中心节点通信模式物理层 52
9.1 帧结构与正交频分复用基本参数 52
9.2 发射机框图与信号处理流程 55
9.3 前导序列 65
9.4 系统信息信道与控制信道 67
9.5 上下行传输信道 69
9.6 上下行探测信道 74
9.7 上行调度请求信道 76
9.8 上行随机接入或测距信道 78
9.9 上行功率控制 81
9.10 上行测距调度 82
9.11 发射机与接收机指标要求 82
10 无中心节点通信模式物理层 84
10.1 帧结构 84
10.2 正交频分复用基本参数 84
10.3 发射机框图与信号处理流程 85
10.4 前导序列 87
10.5 系统信息信道 88
10.6 传输信道 88
附录A(资料性附录) 本部分涉及的专利信息 90
附录B(规范性附录) 调制编码方案参数 92
附录C(规范性附录) 解调导频图样 93
附录D(规范性附录) 探测导频图样 94
附录E(规范性附录) 低密度奇偶校验码的校验矩阵 95
参考文献 100
前言
GB/T 31024《合作式智能运输系统 专用短程通信》分为4个部分:
---第1部分:总体技术要求;
---第2部分:媒体访问控制层和物理层规范;
---第3部分:网络层和应用层规范;
---第4部分:设备应用规范。
本部分为GB/T 31024的第2部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分由全国智能运输系统标准化技术委员会(SAC/TC268)提出并归口。
本部分起草单位:交通运输部公路科学研究院、北京新岸线移动多媒体技术有限公司、工信部电信
研究院、北京中交国通智能交通系统技术有限公司、工信部电子技术标准化研究院。
本部分主要起草人:王笑京、雷俊、宋向辉、杨琪、汤立波、李斌、闫志刚、杨宏、刘慎发、王竞、阎德升、
刘谦雷、姚惠娟、于晓燕、杨蕴、王东柱、杨文丽、刘鸿伟、梅新民。
引 言
本文件的发布机构提请注意,声明符合本文件时,涉及到相关的专利的使用。本文件所涉及的专利
相关信息见附录A。
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。专利相关信息可以通过
以下联系方式获得:
专利持有人名称:北京新岸线移动多媒体技术有限公司
地址:北京市海淀区清华科技园科技大厦A座16层
联系人:郑兴旺
联系电话:010-82150688
合作式智能运输系统 专用短程通信
第2部分:媒体访问控制层和物理层规范
1 范围
GB/T 31024的本部分规定了合作式智能运输系统专用短程通信的媒体访问控制层技术要求和物
理层技术要求,包括系统参考模型、有中心节点通信模式的 MAC层帧格式和 MAC层功能、无中心节
点通信模式的 MAC层帧格式及功能、有中心节点通信模式的物理层参数及功能、无中心节点通信模式
的物理层参数及功能等。
本部分适用于合作式智能运输系统车辆与车辆之间以及车辆与道路基础设施之间的无线通信
设备。
2 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
2.1
媒体访问控制(MAC)协议数据单元 MACprotocoldataunit;MPDU
两个对等 MAC实体之间利用PHY层服务所交换的数据单元。
2.2
两个对等 MAC实体之间为实现 MAC管理协议所交换的数据单元。
2.3
MAC服务数据单元 MACservicedataunit
2.4
路侧单元 roadsideunit
安装在道路两侧或门架上,通过专用短程无线通信接收来自OBU的信息和向OBU发送信息的功
能实体。
2.5
车载单元 onboardunit
安装在车辆上的具备信息采集、处理、存储、输入和输出接口,具有专用短程无线通信模块的功能
实体。
2.6
在空间流上采用的特定调制方式和编码速率的组合。
2.7
空间流 spacestream
空间并行发射的数据流。
2.8
空时流 spacetimestream
对空间流进行空时编码后的空时编码流。
2.9
组确认 groupacknowledgement
一种批量反馈确认信息的方式。
2.10
用于自动增益控制和粗同步的训练序列。
2.11
长前导序列 longpreamblesequence
用于细同步和信道估计的训练序列。
2.12
包含帧结构配置等系统信息的物理信道。
2.13
控制信道 controlchannel
包含用户上下行传输调度信息的物理信道。
2.14
用于发送下行探测信号,完成下行信道测量的物理信道。
2.15
用于发送上行探测信号,完成上行信道测量的物理信道。
2.16
用于发送上行调度请求信号的物理信道。
2.17
用于发送上行随机接入信号的物理信道。
2.18
用于传输用户下行业务数据和控制信息的物理信道。
2.19
用于传输用户上行业务数据和反馈信息的物理信道。
2.20
物理层帧结构中下行到上行转换的保护间隔。
2.21
上行保护间隔 uplinkguardinterval
物理层帧结构中上行到下行转换的保护间隔。
3 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ACK:确认(Acknowledgement)
BFM:波束赋形矩阵(BeamformingMatrix)
BS:缓存大小(BufferSize)
CCH:控制信道(ControlChannel)
CP:循环前缀(CyclicPrefix)
EQM:同等调制(EqualModulation)
FCS:帧校验序列(FrameCheckSequence)
G-MPDU:组 MAC协议数据单元(GroupMPDU)
IP:因特网协议(InternetProtocal)
L-Preamble:长前导序列(LongPreamble)
MSB:最高有效位(MostSignificantBit)
OBC:终端基本能力(OBUBasicCapability)
OBUID:车载单元标识(OBUIdentifier)
PDU:协议数据单元(ProtocolDataUnit)
PN:伪噪声(PseudoNoise)
PS:功率节省(PowerSaving)
QoS:业务服务质量(QualityofService)
RA:随机接入(RandomAccess)
REQ:请求(Request)
RMS:根均方(RootMeanSquare)
RSP:响应(Response)
RSU:路侧单元(RoadsideUnit)
SAP:服务接入点(ServiceAccessPoint)
SN:序号(SequenceNumber)
SNR:信噪比(SignaltoNoiseRatio)
STBC:空时分组编码(SpaceTimeBlockCode)
4 系统参考模型
系统参考模型见图1,各层的主要功能如下:
a) MAC层包括适配子层和 MAC子层:
1) 适配子层:主要提供外部网络数据和本部分 MAC业务数据单元(MSDU)之间的映射和
转换的功能;
2) MAC子层:除了担当媒体访问控制功能外,还包括对系统的管理和控制以及对PHY的
特定功能的支持。
b) PHY层:主要提供将MAC协议数据单元(MPDU)映射到相应的物理信道的PHY传输机制,
采用了正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)技术。
图1 系统参考模型
5 有中心节点通信模式的媒体访问控制层
5.1 概述
MAC层用于管理和控制多个用户之间分配和共享物理层传输资源,功能组成见图2。在本部分
中,为了支持多媒体业务具有QoS保证并高效传输,本部分定义的 MAC层具有如下特征:
---采用面向多用户调度的集中控制架构;
---MAC层提供面向连接的服务,支持不同优先级业务的QoS。
图2 MAC层功能组成
5.2 适配子层
MAC层分为适配子层和 MAC子层。其中适配子层使用 MAC子层提供的服务。适配子层完成
功能如下:
---接收来自上层的业务数据单元(SDU);
---对接收的上层SDU进行分类;
---将本层生成的适配子层的PDU送给 MAC子层;
---接收对等实体中适配子层的SDU。
5.3 媒体访问控制子层
MAC子层基本功能分为管理控制平面和数据平面。
管理控制平面包括如下功能:
---系统配置:管理系统配置消息,并和终端交互系统配置信息;
---无线资源管理:主要完成业务调度功能,基于业务参数和信道条件完成资源分配,具备负载均
衡、接入控制等功能;
---入网管理:负责初始化和接入流程,产生接入流程所需的消息,包括接入码选择、能力协商等;
---节电管理:管理无业务的OBU进入休眠状态,以及从休眠状态回到激活状态;
---PHY层控制:主要包括以下子功能:
a) 传输模式选择:
1) MIMO工作模式选择;
2) STBC模式选择;
b) 链路自适应:
1) CQI测量和反馈;
2) MCS选择和反馈;
3) 功率的控制和管理。
数据平面包括如下功能:
---自动重传请求(ARQ):对 MAC层的 MPDU或者分片/聚合 MPDU的确认和重传操作;
---分片/重组:根据调度结果发送端将上层业务数据单元进行分片处理后发送给下一个处理模
块,在接收端将多个分片重组恢复;
---MPDU生成:将上层业务单元封装成基本的 MAC帧,然后发送给下一个处理模块;
---MPDU聚合:根据调度结果发送端将上层业务数据单元进行聚合操作。
5.4 车载单元的状态
智能交通系统中OBU的状态转移见图3。OBU的状态转移图包括四个状态:初始状态、接入状
态、连接状态和空闲状态,见下:
---初始状态:OBU上电后,搜索物理帧导频,获取系统同步;
---接入状态:OBU需要通过获取同步,随机接入和能力协商接入流程,其中包括三个子状态:
• 等待随机接入请求资源分配状态:OBU发送完随机接入码后,转入等待随机接入请求资
源分配状态,等待RSU侧分配CCH,用于发送后续的随机接入请求;
• 等待随机接入响应状态:OBU利用RSU分配的资源发送完随机接入请求帧,并转入等待
随机接入响应状态;
• 等待能力协商响应状态:OBU收到随机接入响应信息和分配的CCH后,OBU 发送能力
协商请求帧,并转入等待能力协商响应状态;
---连接状态:业务运行状态,为用户分配预留资源,用于资源申请,在下行业务中稍带上行ACK
资源;响应流修改、删除请求;接收到休眠请求后转入休眠状态;接收到退网帧后进行用户退网
处理,返回初始状态;
---空闲状态:当OBU无任何接入连接时,进入空闲状态。
状态转移条件见表1。
表1 状态转移条件
序号 转移名称 转移前状态 转移后状态 转移条件描述
1 发送随机接入码 初始状态
等待随机接入请求资
源分配
OBU发送随机接入码
发 送 随 机 接 入
请求
等待随机接入请求资
源分配
等待随机接入响应
OBU接收到随机接入请求资源分配的CCH,
发送随机接入请求
3 随机接入成功 等待随机接入响应 等待能力协商响应 OBU接收到RSU发送的随机接入响应帧
4 业务流建立完成 等待能力协商响应 连接状态
RSU响应OBU的流建立请求,为用户建立业
务流,为用户分配预留的资源
5 退网 连接状态 初始状态 RSU接收到退网请求,响应该用户,删除用户
6 业务流删除 连接状态 空闲状态
当OBU所有的业务连接删除后,转为空闲
状态
7 业务流建立 空闲状态 连接状态
空闲状态的 OBU如果建立了业务流,转入连
接状态
8 流修改、删除 连接状态 连接状态 OBU请求的业务流管理操作
9 超时一
等待 随 机 接 入 请 求
分配
初始状态 随机接入请求资源分配发送超时
10 超时二 等待随机接入响应 初始状态 随机接入响应超时
11 超时三 等待能力协商响应 初始状态 能力协商响应超时
12 超时四 连接 初始状态 流建立请求超时
OBU状态转移见图3。
图3 OBU状态转移
6 有中心节点通信模式的媒体访问控制帧格式
6.1 通用媒体访问控制帧格式
6.1.1 通用媒体访问控制帧格式概述
MAC协议数据单元(MPDU)的帧格式见图4。每一个 MPDU都可被分为三部分。第一部分为定
长的通用 MAC,第二部分为 MPDU所携带的净荷,第三部分为校验(FCS)信息。
MAC帧中的所有字段包含的比特按照从低到高进行编号,按照从低到高的顺序发送到物理层。
一个字节内的比特按照由左(LSB)到右(MSB)的顺序传送到物理层。同一字段内包含的比特按照从低
到高的编号顺序对应十进制数,例如b9~b11=000,对应0;b9~b11=001,对应4。
图4 通用媒体访问控制帧格式
6.1.2 帧控制字段
6.1.2.1 帧控制字段概述
帧控制域包含下列字段:协议版本、帧类型、子类型、流标识(FID)、重传指示和预留,格式见图5。
所有 MAC帧都包含帧控制字段。
图5 帧控制域
6.1.2.2 协议版本字段
协议版本字段长度为2比特,且在本部分的所有修订版中长度和位置始终不变。本部分协议版本
值为0,所有的其他值保留。
6.1.2.3 帧类型和子类型字段
帧类型字段长度为1比特,子类型字段长度为5比特,这两个字段共同标识帧的功能。帧类型共有
两种类型:管理控制和数据。每种帧类型又分为几种子类型。表2定义了类型和子类型的各种有效
组合。
表2 有效的类型和子类型的组合
类型b2 类型描述
子类型值
b7b6b5b4b3
子类型描述
管理
控制
00000 广播控制帧(BCF)
00001 随机接入请求帧(RA-REQ)
00010 随机接入响应帧(RA-RSP)
00011 终端基本能力协商请求帧(OBC-REQ)
00100 终端基本能力协商响应帧(OBC-RSP)
00101 动态业务建立请求帧(DSA-REQ)
00110 动态业务建立响应帧(DSA-RSP)
00111 动态业务修改请求帧(DSC-REQ)
01000 动态业务修改响应帧(DSC-RSP)
01001 动态业务删除请求帧(DSD-REQ)
01010 动态业务删除响应帧(DSD-RSP)
01011 独立资源请求帧(RES-REQ)
01100 保留
01101 信道质量反馈帧(CQI-FB)
01110 保留
01111 保留
10000 确认帧(ACK)
10001 组确认请求帧(GroupACKReq)
10010 组确认帧(GroupAck)
10011 退出网络帧(Quit)
10100 保留
10101 休眠请求帧(SLP-REQ)
10110 休眠响应帧(SLP-RSP)
10111 下行业务指示帧(DTF-IND)
11000 保留
11001 测量请求帧(CM-REQ)
11010 测量响应帧(CM-RSP)
11011 测量报告帧(CM-REP)
11100 切换请求帧 (HO-REQ)
11101 切换命令帧 (HO-CMD)
11110~11111 保留
1 数据
00000 数据帧(DATA)
00001 数据填充帧(PAD-DATA)
00010~11111 保留
6.1.2.4 流标识字段
流标识字段的长度为4比特。0000用于管理控制流,0001~1111用于数据流。
6.1.2.5 重传指示字段
重传指示字段长度为1比特。若当前帧为前面帧的重传帧,该字段设置为1;否则,设置为0。
6.1.2.6 预留字段
预留字段为3比特,默认设置为0。
6.1.3 分片号字段
分片号字段长度为4比特,用于指示 MSDU/MMPDU的每个分片的编号,取值范围为0~15。当
MSDU/MMPDU仅有一个分片时,分片号为0;当 MSDU/MMPDU有多个分片时,其第一个分片号为
0。同一 MSDU/MMPDU的不同分片的分片号以1递增。
6.1.4 序号字段
序号字段长度为12比特,取值范围为0~4095,用以指示 MSDU/MMPDU的序列编号。一个
FID流内所有发送的 MSDU/MMPDU均被分配一个序号。第一个 MSDU/MMPDU序号为0,同一
FID内不同 MSDU/MMPDU的序号以1递增。
6.1.5 预留
预留字段为3比特,默认设置为0。
6.1.6 分片指示字段
分片指示字段长度为1比特。在所有的数据帧或有序列号管理控制帧中,若后面还有当前
MSDU/MMPDU的分片,该字段被设置为1;否则,该字段被设置为0。
6.1.7 长度字段
长度字段为12比特,表示 MAC头字段与FCS字段之间所有字段的总字节长度。
6.1.8 帧体字段
帧体字段的长度是可变的,最小帧体长度为0个字节,最大帧体长度是4095字节。
6.1.9 帧检验序列字段
FCS字段是一个32比特长的字段,包含一个32比特CRC。FCS由 MAC帧头和帧体的全部字段
计算得到。
FCS采用下述32次方标准多项式计算得到:
G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
寄存器初始状态为0xFFFFFFFF,运算结束后将寄存器状态取反作为FCS字段输出。FCS字段
按照从高阶到低阶的字节顺序进行发送。
6.2 数据帧
6.2.1 数据帧概述
数据帧的帧格式见图6。
图6 数据帧格式
6.2.2 预留字段
该字段长度为1比特,默认设置为0。
6.2.3 随路请求指示字段
随路请求指示字段长度为1比特。该字段为1,表示在帧体部分的最前面会增加一个随路资源请
求字段;该字段为0,表示无随路资源请求字段。
6.2.4 立即/延迟确认字段
立即/延迟确认字段长度为1比特。该字段为1,表示发送端通知接收端,收到该帧后需要对所有
未确认的数据帧立即确认;该字段为0,表示发送端允许接收端收到该帧后延迟确认。
6.2.5 数据填充帧
类型为1,并且子类型为00001时,表示为数据填充帧,此时帧体部分为无效数据,只起占位作用。
6.3 管理控制帧
6.3.1 管理控制帧概述
管理控制帧包括无序列号管理控制帧和有序列号管理控制帧。无序列号管理控制帧包括:随机接
入请求帧、随机接入响应帧、终端基本能力协商请求帧、终端基本能力协商响应帧、动态业务建立请求
帧、动态业务建立响应帧、动态业务修改请求帧、动态业务修改响应帧、动态业务删除请求帧、动态业务
删除响应帧、独立资源请求帧、ACK帧、GroupACKReq帧、GroupACK帧、退出网络帧、休眠请求帧、休
眠响应帧、下行业务指示帧、CM-REQ、CM-RSP、CM-REP、HO-REQ帧和HO-CMD帧。
有序列号管理控制帧包括:BCF帧、CM-REP帧。
6.3.2 无序列号管理控制帧通用帧格式
无序列号管理控制帧通用帧格式见图7。
图7 无序列号......
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