YD/T 4007-2022《无线短距通信 车载空口技术要求和测试方法》标准解读

2022-04-27 来源:中国通信标准化协会

一、标准制定背景

在汽车新四化的发展中,智能座舱的重要性越来越明显,其中车载通信无线替代有线也是目前智能汽车车载通信连接的一个重要发展趋势,现有无线短距通信技术并未充分考虑车载业务需求和环境要求,在多业务并发、抗干扰、短时延、高可靠以及信息安全等方面无法满足需求。

在全国汽车标准化技术委员会智能网联汽车分技术委员会“网联功能与应用标准工作组”第三次会议上,工作组成员单位一致认为,车载无线传输系统是实现智能网联汽车车辆信息交互、满足未来高带宽、低时延、高可靠性数据传输的必要手段,是行业急需的技术标准,有必要尽快启动相关标准制定工作。中国通信标准化协会协同全国汽车标准化技术委员会共同制定车载无线传输系统标准。

二、标准主要内容

该标准规定适用于车载场景的无线短距通信系统的技术要求与相应的测试方法,包括物理层、媒体接入层、RF和信息安全等,主要研究范围如下:

• 协议整体框架:整体协议栈和功能划分

• 物理层:物理帧结构、参数集、物理层信号、信道和流程

• 媒体接入层:用户面协议栈、控制面交互流程

• 射频:发射机指标、接收机指标

• 信息安全:包括信息安全架构、交互认证、密钥架构、传输安全、密钥更新等。 

三、技术亮点之物理层特性

系统采用CP-OFDM波形传输,物理层时间度量为基本时间单位Ts的倍数,Ts定义为Ts=1/fs,fs=30.72MHz,子载波间隔Δf=480kHz。

CP-OFDM符号在时域上包含循环前缀部分和有效数据,有效数据部分长度为64Ts,循环前缀长度包含两类:

CP-OFDM符号的时间长度(包含循环前缀):

系统载波带宽最小为20MHz,向上支持40/60/80/100/160/320MHz规格的载波带宽,分别由连续多个20MHz的载波聚合方式组成。20MHz载波由连续39个子载波组成,子载波间隔480KHz,按照对应频率从低到高的顺序依次编号为#0,#1,…,#38,其中#19子载波为直流子载波,不承载信息。在一个20MHz工作带宽中,最低频率和最高频率各预留部分资源不放置可用子载波。

图1 系统子载波划分(20MHz载波)

系统采用TDD方式,超帧格式如下图2所示,每超帧包含48个无线帧,每超帧持续时间为1ms,每个无线帧的持续时间为20.833μs。其中G符号代表G节点向T节点发送(G链路)的符号,T节点代表T节点向G节点发送(T链路)的符号,SG/ST分别代表G/T符号中可用于开销符号的符号资源,每个无线帧的开销符号资源可灵活配置为0、1或2个符号,GAP是G链路符号和T链路符号的切换间隔。

图2 系统超帧结构

采用常规循环前缀时,无线帧支持14种G符号T符号配比;采用扩展循环前缀时,无线帧支持12种G符号T符号配比。灵活的G/T符号配比可以满足不同应用场景下不同链路方向业务速率的要求。

1 基于常规循环前缀配置的无线帧配比

无线帧配比

符号配置

0

1

2

3

4

5

6

7

0

G

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1

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3

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4

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G

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G

表2 基于扩展循环前缀配置的无线帧配比

无线帧配比

符号配置

0

1

2

3

4

5

6

0

G

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G

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G

 

四、技术亮点之协议栈架构和特性

系统协议栈分为应用层(OSI 5∼7层)、网络与传输层(OSI 34层)和接入层(OSI 12层),如图3所示;

图3 系统协议栈架构

其中系统协议栈各层的主要作用包括:

  • 数据链路层保障数据的可靠传输,数据链路层包含链路控制层和媒体接入层。链路控制层主要实现传输模式控制、加解密等功能;媒体接入层主要实现资源调度、数据封装,控制传输格式以满足不同业务的QoS需求。

  • 物理层实现比特流传输功能。

接入层还实现信息安全和管理功能,分别用于保障协议栈安全和对通信进行必要的管理。

 

图4 系统协数据封装过程

如图4所示,数据封装过程中,在数据发送端,数据逐层添加包头;在数据接收端,按照相反顺序解包数据。

 

图5 系统跨层透传机制

如图5所示,针对超低时延周期性小包数据传输(比如主动降噪业务中的音频传输),系统支持跨层透传机制。该机制可以在连接建立时确定好相应的业务参数及相应的传输通道,无需在每个协议层增加相应的包头。这种机制即可降低包头带来的开销,提高传输效率,也可降低每层的处理时间,达到超低时延传输的目的。

五、标准实施意义

该标准的制定可以为主机厂和零部件供应商提供开放的、有竞争力的、满足智能汽车业务需求和环境要求的无线短距通信技术。该标准不仅可以帮助汽车驾驶员、乘客获得更好的智能座舱业务体验,同时可以在车载连接逐步走向无线化的发展趋势下,帮助主机厂降低成本提升效率,从而推动我国智能网联汽车产业的升级发展。