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2.2 关于IEEE 802.15.4z

2.2 关于IEEE 802.15.4z

作者: UWB老兵Luo | 来源:发表于2023-08-30 09:26 被阅读0次

2018年1月,为了响应更高的操作要求,IEEE 802.15.4z工作组成立,以定义HRP和LRP的PHY与MAC层。IEEE 802.15.4z专注于附加的编码和前导码选项,以及对现有调制的改进以提高测距的完整性和准确性。

IEEE 802.15.4z标准于2020年修订,对UWB技术进行了一定的修订,在PHY层做出了一些改动,支持两种PRF模式:BPRF、HPRF。

 - BPRF(base pulse repetition frequency),平均PRF为62.4 MHz,支持数据率为6.81 Mbps。

 - HPRF(Higher pulse repetition frequency),平均PRF为124.8 MHz或249.6MHz。

另外,在IEEE 802.15.4z中另外引入的一个关键特性为加扰时间戳序列(Scrambled Timestamp Sequence, STS),增强了数据的完整性(integrity),进一步提高了UWB技术在应用的安全性。

通过STS安全机制,可以防止恶意设备通过注入信号能量进行不同形式的攻击,进而使测距接收端误读相关测距节点之间的距离信息,导致距离信息错误。

对于BPRF和HPRF模式,STS字段都是可选的。

另外,STS引入之后,数据帧变更为4种模式,即SP0、SP1、SP2、SP3。

如下为HPRF模式下,平均PRF为124.8 MHz、1个STS段,STS长度为64,前导码编码为27,前导码长度为64。

1. HRP UWB PHY

HRP UWB PHY 波形基于脉冲无线电信号模型,使用有限带宽脉冲。HRP UWB PHY支持以下三种独立的频带操作。

 - sub-GHz频带,包含一个信道,占用249.6 MHz到 749.6 MHz的频谱。

 - 低频段,由4个信道组成,占据3.1 GHz到4.8 GHZ的频谱。

 - 高频段,包含11个信道,占据6.0 GHz到10.6 GHz的频谱。

对于HRP UWB PHY,MAC层同步指定在前导码符号中,在前导码符号持续期间使用。

HRP UWB PHY同时还包括可选模式,以提供减少空中时间用于更高密度/更低功率操作,并且其中帧包括加密序列,表示为加扰时间戳序列(Scrambled timestamp sequence, STS),以增加测距测量的完整性和准确性。结合了这些模式的设备被称为HRP-ERDEV(HRP增强测距设备)。这些模式需要相干接收机技术。

对于一个HRP-ERDEV需要支持以下强制功能:

 - 支持通用64 MHz PRF,即基础脉冲重复频率(base pulse repetition frequency, BPRF)模式。

注意:在BPRF模式,通过省略STS,则可以变为传统包结构,保证内部互通。

 - 操作在比BPRF更高的脉冲重复频率,即高脉冲重复频率(higher pulse repetition frequency, HPRF)模式。

在IEEE 802.15.4z标准中,在PPDU中,根据STS包配置的不同,即SP0、SP1、SP2、SP3几种模式,相应有所区别。

另,对于SHR段,对于HRP-ERDEV而言需要支持91长度的三元编码。通过\delta_L展开生成前导码符号(Preamble symbol S_i)。此时,峰值PRF可以达到124.8 MHz,平均PRF为111.09 MHz。

关于STS段

加扰时间戳序列(Scrambled timestamp sequence,STS)段,由伪随机脉冲序列组成,如下所述,在计数模式下,使用基于AES-128的DRBG生成。这些脉冲序列被排列在1-4个封装的活动块(数量可以配置)中,两个块之间的间隔称为"gaps"。

在接收机端将使用相同的机制和STS密钥和V值来生成互补序列,用于与发射序列的互相关。因此,在应用上,需要保证接收端与发射端的相关信息的同步。

通过引入STS段,在测距中,由于STS的128-bit脉冲是不断变化的,极大的增加了系统的安全性。

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