关于 the Short Blocklength Regime

URLLC场景要求高可靠低延迟通信，其在QoS和包大小要求方面与传统实时通信业务有很大区别，举个例子：
- 传统VoIP业务：
  - 最大排队时延50ms
  - 时延违反概率0.02
  - 最小数据包大小1500bytes
- URLLC业务：
  - 端到端延迟1ms
  - 译码错误概率10的负9次方
  - 包大小 <= 20 bytes
在LTE系统中，每个TTI设置为1ms，这意味着数据包在传输前就要在基站缓冲区中等待1ms以上，因此无法满足1ms的端到端时延要求。
5G NR提出了短帧结构，下面比较一下LTE和NR子载波间隔和帧结构的区别：
- LTE
  - LTE中每帧(frame)固定10ms，一帧中包含10个子帧(subframe)，每个子帧1ms；
  - 子载波间隔(SCS)固定15kHz；
- 5G NR
  - NR帧长10ms，包含10个子帧，每个子帧1ms，与LTE相同；
  - NR的子载波间隔在LTE的15kHz的基础上以2的幂次方扩展，即子载波间隔可以为15k、30k、60k、120k、240kHz；
  - SCS越大，OFDM符号长度(SCS的倒数)越短，时延越小；
  - 5G每个时隙(slot)固定有14个OFDM符号，因此子载波间隔越大则时隙越短，而子帧长度固定1ms，因此每个子帧中的时隙数不是固定的；
  - Slot是5G(NR)网络标准的调度单位；
  - 可以参见下图表理解；
由上可知，对于需要低时延的URLLC场景，可以通过配置较大的子载波间隔，降低对应时隙的长度来满足要求。此外，5G NR引入了mini-slot，支持一个时隙仅包含 2 | 4 | 7 个OFDM符号，用于低延迟场景中可以显著降低时延。
5G NR采用短帧传输保证URLLC低时延，而为了保证URLLC的高可靠性，适当的有限块长度信道编码是非常重要的。因为数据在有限块长度信道编码下不能实现无差错传输，因此在URLLC场景下，译码错误概率是可靠性的重要表征；
Yury Polyanskiy 在其论文《Channel Coding Rate in the Finite Blocklength Regime》中的结果表明，用较短的块长度信道码可以保证非常低的传输错误概率，但代价是可实现的速率降低。论文中从信息论的角度推导出了AWGN信道下有限包长度n和有限包错误概率ϵ\epsilonϵ下的最大编码率的近似表达式（单位：bit/s/Hz或bit/symbol或bit/channel use）：
R∗(n,ϵ)≈C−VnQ−1(ϵ)R^*(n, \epsilon) \approx C - \sqrt{\frac{V}{n}}Q^{-1}(\epsilon) R∗(n,ϵ)≈C−nVQ−1(ϵ)
其中，C为香农容量， V为信道色散。
关于n

数据包的传输是一个将数据位映射为一个连续的时间信号，然后通过无线信道传输的过程，在OFDM系统中，假设该连续时间信号的传输持续时间为T，子载波间隔为W，则符号周期Ts=1/WT_s = 1/WTs=1/W，因此T∗WT * WT∗W即为该连续时间信号的符号数，我们用它来表征包长度n，即n=T∗Wn = T * Wn=T∗W。
关于C,V
1. V(channel dispersion)：其衡量信道相对于具有相同容量的确定性信道的随机性。
2. 在平均功率受限的复AWGN信道下，设γ\gammaγ为信噪比，则：
  C=log(1+γ)C = log(1 + \gamma) C=log(1+γ)
  
  V=γ2+γ(1+γ)21(ln2)2V = \gamma\frac{2 + \gamma}{(1+\gamma)^2}\frac{1}{(ln2)^2} V=γ(1+γ)22+γ(ln2)21
  
  以上两式参考文献[9]。
参考文献、网页和文档

知乎专栏【5G NR学习笔记】5G NR帧结构
Qorvo社区：5G帧结构解析
中兴文档：一文读懂5G帧结构
5G(NR)网络中物理层调度单位Slot和Mini-Slot
信息论——信道及其容量（二）
知乎提问：信道编码定理中的数据率
[1].Polyanskiy Y, Poor H V, Verdú S. Channel coding rate in the finite blocklength regime[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2010, 56(5): 2307-2359.
[2].She C, Yang C, Quek T Q S. Cross-layer optimization for ultra-reliable and low-latency radio access networks[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2017, 17(1): 127-141.
[3].Sun C, She C, Yang C, et al. Optimizing resource allocation in the short blocklength regime for ultra-reliable and low-latency communications[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2018, 18(1): 402-415.
[4].J. Chen, L. Zhang, Y. Liang, X. Kang and R. Zhang, “Resource Allocation for Wireless-Powered IoT Networks With Short Packet Communication,” in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 18, no. 2, pp. 1447-1461, Feb. 2019, doi: 10.1109/TWC.2019.2893335.
[5].J. Park and D. Park, “A New Power Allocation Method for Parallel AWGN Channels in the Finite Block Length Regime,” in IEEE Communications Letters, vol. 16, no. 9, pp. 1392-1395, September 2012, doi: 10.1109/LCOMM.2012.071612.120447.
[6].She C, Yang C, Quek T Q S. Radio resource management for ultra-reliable and low-latency communications[J]. IEEE Communications Magazine, 2017, 55(6): 72-78.
[7].Durisi G, Koch T, Östman J, et al. Short-packet communications over multiple-antenna Rayleigh-fading channels[J]. IEEE Transactions on Communications, 2015, 64(2): 618-629.
[8].Zhang L, Liang Y C. Average throughput analysis and optimization in cooperative IoT networks with short packet communication[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2018, 67(12): 11549-11562.
[9].G. Durisi, T. Koch and P. Popovski, “Toward Massive, Ultrareliable, and Low-Latency Wireless Communication With Short Packets,” in Proceedings of the IEEE, vol. 104, no. 9, pp. 1711-1726, Sept. 2016, doi: 10.1109/JPROC.2016.2537298.

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