[4G/5G/6G专题基础-160]: BLER与MCS的关系、MCS表格的选择

第1章什么是MCS

1.1 基本概念

1.2 三张不同的MCS表

1.3 MCS表的选择

1.4 MCS index的选择

第2章什么是BLER

2.1 什么是比特误码率BER

2.2 什么是BLER

第3章 BLER与MCS的关系（动态MCS自适应）

3.1 MCS表格的选择取决于如下几个因素：

3.2 MCS动态选择的两个方面

3.3 MCS（表格+index）动态选择的目标

3.4 UE和基站MCS同步方式

3.5 MCS表格的更新依据

第1章什么是MCS

1.1 基本概念

MCS（Modulation and Coding Scheme）: 调制编码方案。

它定义了一个时频资源承载二进制数据时采用的冗余编码方案和调制方案。

冗余编码方案：

指定的是冗余编码的效率。即为有用比特与总传输比特之间的比率（有用+冗余比特），用来度量物理层添加的冗余。冗余比特用于前向纠错 (FEC)。

从另一个角度，码率可以被认为是物理层顶部的信息比特数与物理层底部映射到PxSCH的比特数之间的比值。

编码率越低，代表增加的冗余越多，有效数据越少，空口资源的利用率越低，但自我纠错的能力越强，抗干扰的能力越强，对信号质量的要求越低。反之亦然。

调制方案（阶数）

调制方案指定的是数字调制的方式与调制的阶数。

5G NR支持可选的调制方案包括QPSK, 16 QAM, 64 QAM 以及 256 QAM。

使用 QPSK，每个 RE 可以传输 2 位信息，

使用 16QAM 可以传输 4 位，

使用 64QAM 可以传输 6 位，

使用 256QAM 可以传输 8 位。

1.2 三张不同的MCS表

（1）256 QAM MCS

该表格表示，最高阶的调制方式为256QAM，并不是说只支持256 QAM调制阶数.

256 QAM MCS包含了64 QAM调制阶数。

（2）64 QAM MCS

该表格表示，最高阶的调制方式为64 QAM，并不是说只支持64 QAM调制阶数.

（3）高可靠性 64 QAM MCS ( Low SE: Low Spectral Efficiency)

该表格表示，最高阶的调制方式为64 QAM，并不是说只支持64 QAM调制阶数，且在同等的调制阶数下，比64 QAM拥有更低的编码率，更高的传输可靠性。

5G为URLLC业务定义了一个新的高可靠性的MCS表格，称为"Low SE MCS"。原先的MCS表格定位普通可行性MCS表格。

相对普通可行性MCS表格, 高可靠性的MCS表格使用了低低的编码率和更低的频谱效率，使用更多的冗余编码，换取数据的高可靠性传输。

备注：

表格中的reserved MCS index用于出错后的重发编码。

1.3 MCS表的选择

（1）MCS表示UE级别的，而不是小区级别的

CS表示UE级别的，而不是小区级别的，不同的UE，可以使用不同的MCS表格。

比如基站小区支持256QAM, 但UE的能力不支持，那么该UE就使用64QAM MCS表格。

（2）L3: MCS表格半静态设置，主要的因素有：

UE的能力
OAM的配置

--- 是否使能了 256QAM，是否使能了64QAM Low SE

--- 64QAM Low SE具有更高的优先级。

数据承载的类型

--- 256QAM MCS表和64QAM MCS表只适合eMBB业务和VoNR业务，不适合高可靠性业务。

--- 64QAM Low SE MCS适合高可靠性业务（如URLLC业务）当前的数据承载是否为高可靠性的URLLC业务数据承载，如果是，则使用64QAM Low SE。

--- 64QAM Low SE MCS也可用于eMBB业务，此时会牺牲部分的数据传输速度, 但通过提升了的Target Bler（10% -》 1%），同时也给eMBB业务带来额外的增益，因此，是有意义的。

---对于语音业务，理论上，也可以使用 64QAM Low SE MCS。但更高的可靠性和更高的target Bler，对于语音业务的意义不大。因为，更高的可靠性，其实并不能改善人体对语音的感受，并没有带来额外的增益，反而会因为高可靠性增加的冗余编码，增加了业务数据的带宽，浪费了空口无线资源。64QAM MCS和10%的target Bler已经完成满足了人体对语音的感受。

1.4 MCS index的选择

（1）MCS index的选择是动态是UE级别的

（2）MCS index的选择是动态、实施调整的，取决于如下因素

L1 物理层：无线信道的质量CQI/SINR
L2 MAC层：信道当期实际的块误码率Bler
L2 MAC层：信道期望的块误码率target Bler

第2章什么是BLER

2.1 什么是比特误码率BER

误码率 (BER:biterror)

在数据传输中，比特差错（英语：biterrors）的数量就是接收到的信道中数据流由于噪声、干扰、有损或比特同步错误而更改的二进制比特的数量。

由于发送序列是已知的，因此，用接收到信号序列与已知序列进行比较，查看出错的比特数，就可以得到参考信号的比特误码率。

2.2 什么是BLER

在无线网络中，一个设备（如eNodeB）是按块（block）向另一个设备（如UE）发送数据的。发送端使用块中的数据计算出一个CRC，并随着该块一起发送到接收端。接收端根据收到的数据计算出一个CRC，并与接收到的CRC进行比较，如果二者相等，接收端就认为成功地收到了正确的数据，并向发送端回复一个“ACK”；如果二者不相等，接收端就认为收到了错误的数据，并向发送端回复一个“NACK”，以要求发送端重传该块。

如果在某个特定的周期内，发送端没有收到接收端的回复，则发送端假定之前发送的块没有到达接收端，发送端认为数据传输出错，发送端自动重发该块。(MAC层的HARQ处理)。

BLER（block error rate），即误块率，是出错的块在所有发送的块中所占的百分比（只计算初传的block）。

在实际应用中，某一特定百分比（如：LTE中数据信道的BLER要求为10%以下）的BLER并不总是必须的，因为可以重传出错的块并通过特殊的处理（如软合并等），使得接收端正确解出收到的数据。需要测量和计算BLER时，在发送端就能够完成，因为可以通过收到的NACK数来计算BLER。

在LTE中，控制信道的目标BLER为1%，数据信道的目标BLER位10%。

当BLER不超过10%时，UE将向基站上报它所能解码的最高MCS。MCS越高，数据的速率越高，调制阶数越高。

假设，LTE在无HARQ重传情况下误块率指标为10%，那么，加入HARQ重传后误帧率（FER）大概为1%，再加上RLC层的ARQ后性能提升到10^-5数量级。

例：假设发送了500个block的数据，其中499个block回复ACK，1个block回复NACK，则BLER为1 / 500 = 0.002 * 100% = 0.2%。

从这个例子可以看出，计算BLER时，是不把重传的block的ACK/NACK计算在内的，即最终的误码率。

第3章 BLER与MCS的关系（动态MCS自适应）

3.1 MCS表格的选择取决于如下几个因素：

（1）UE的能力：并非所有UE能够支持这三种类型的MCS表格。

（2）基站的能力：并非所有基站能够支持这三种类型的MCS表格。

（3）调度数据的DRB类型：

如果为UE建立的DRB承载中没有URLLC业务，就没有必要使用Low SE MCS表格。
如果为UE建立的DRB承载中有URLLC业务，还取决于当前的信道质量

（4）无线信道质量：

----- 信道质量非常好，且target Bler满足URLLC业务的需求，则可以使用256 QAM表格

----- 信道质量中等，且target Bler满足URLLC业务的需求，则可以使用64 QAM表格

----- 信道质量差，且target Bler满足URLLC业务的需求，则可以使用Low SE 64 QAM表格

总之，在信道质量不好的情况下，通过牺牲一定的吞吐率，来提升可靠性，即提升target bler。

如果信道质量好，64 QAM表格或256 QAM表格的编码方式可以满足URLLC target Bler的要求，就不需要牺牲吞吐率，来提升target bler了。

3.2 MCS动态选择的两个方面

（1）MCS表格的选择：选择三张MCS表格中的一张。

（2）MCS index的选择：选择某个MCS表格的MCS index

3.3 MCS（表格+index）动态选择的目标

选择MCS的目标是，在信道质量和业务数据 target BLER确定的情况下，通过调整MCS和MCS index，尽肯能选择较高阶的调制方式和更高的编码率，提升信道的吞吐率。

3.4 UE和基站MCS同步方式

（1）MCS表格的同步：基站通过RRC信令通知UE

在RRC连接创建的时候，先确定PD-SCH和PU-SCH使用的初始的(默认的)MCS表格。

当MCS链路自适应重选MCS表格后，需要通过RRC-ReCongfigruation更新MCS表格。

MCS表格并不是针对DRB的，MCS表格也不是针对与slot调度的，而是针对UE的。

在某一时刻，MCS表格是针对UE中所有业务数据类型的，包括语音业务和eMBB业务。

只有无线信道质量发生变化后，当前的BLER无法满足Target BLER的要求时，才有可能更新MCS表格。

比如：UE当前使用的256 QAM MCS表格，随后，信道的质量恶化，基站的MCS链路自适应算法，无论怎么调整MCS index，控制信道PDCCH都无法满足1%的target BLER或PDSCH信道都无法满足10%的target BLER，这时候，基站的MCS链路自适应就需要使用更低阶的调制方式，这时候就需要切换到64QAM MCS表格，然后，基站通过RRC Reconfig通知UE，使用新的MCS表格。

（2）MCS index的同步：基站通过DCI通知UE （一次Slot调度）

不同业务在同一个slot周期内调度，使用相同的MCS index

在LTE中，一次Slot调度，只有一个PDCCH信道，一个DCI。在5G普通slot的情形下，与LTE是类似的。因此，一次MCS index是针对一次slot调度中的14个符号承载的所有类型的业务数据的，也就是说，一个slot中的所有业务类型的数据（包括URLLC业务和eMBB业务），使用相同的MCS index。

不同业务在不同slot周期内调度，使用不同的MCS index

当调度的业务数据是不同业务类型，如VoLTE和eMBB业务，它们需要使用了不同的MCS index，因此，就不能把VoLTE的数据和eMBB业务放在同一个Slot进行调度，把他们分开调度即可。

使用mini slot调度，在同一个slot内，使用不同的MCS index。

对于5G mini slot的调度，一个slot内，可以有多个mini slot，因此，MCS index也就针对mini slot了，一次mini slot调度中传输的所有数据，使用相同的MCS index。在这种情况下，eMBB业务和URLLC业务就有可能通过mini slot分开。

3.5 MCS表格的更新依据

（1）普通QAM64 MCS与普通QAM256 MCS更新依据

目标：以更高的吞吐率为目标

当普通QAM256 MCS使用最下index进行编码调制时无法满足BLER的要求，这需要从QAM256 MCS切换到普通QAM64 MCS。
当普通QAM64 MCS使用最大index进行编码调制时都可以满足BLER的要求，可以尝试使用QAM256 MCS index0的编码方式，如果满足要求，则可以切换到普通QAM256 MCS表格。

（2）高可靠性QAM64与普通MCS更新依据

目标：以更高的可靠性（即更低的BLER）为目标，适当牺牲部分的吞吐率

当UE创建第一个高可靠性要求的DRB时（如URLLC业务），则需要切换到高可靠性MCS
当UE最后一个高可靠性要求的DRB时（如URLLC业务）释放时，则回退到普通可靠性MCS
当使用高可靠性高可靠性MCS无法满足1%高可靠性的Target BLER要求时，则需要回退到普通可靠性MCS

备注：

可以看出，上述两个目标是相互制约的，相互矛盾的。

但高可靠性比高吞吐率具有更高的优先级，因此：

（1）当UE有高可靠性业务时，选择MCS表格时，以高可靠性优先为依据。

MCS选择的顺序是：Low SE QAM64 -> QAM64 -> QAM256

（2）当UE没有高可靠性业务时，选择MCS表格时，以高吞吐率优先为依据。

MCS选择的顺序是：QAM256 -> QAM64