【5G入门】MCS调制编码方案简介

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参考资料：

链接: 5G NR Modulation and Coding Scheme – Modulation and Code Rate.

1. MCS简介

MCS是什么

MCS（Modulation and Coding Scheme，即调制编码方案）定义了一个RE（Resource Element，资源单位¹）可以承载的有效比特数。一共有0-31号种MCS方案，其中29-31号做保留。MCS索引越高，可承载的有效比特数越高。

¹ RE是资源分配的最小单位，把时域上一个常规OFDM符号周期和频域上一个子载波组成的资源称为一个资源单位.

具体来说，MCS定义了两个部分，调制方案（Modulation）与码率（Code Rate)。

调制方案：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。

码率：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PDSCH的比特数之间的比值。 编码率越低代表增加的冗余越多。

如何选择MCS

选择哪一个MCS 取决于无线链路的质量。质量越好，MCS 越高，一个符号中可以传输的有用比特越多，而信号质量差则只能选择索引低的MCS，意味着一个符号中可以传输的有用数据越少。

具体地，gNB根据误块率（Block Error Rate ，BLER）进行MCS的选择。通常定义一个等于 10% 的 BLER 阈值，gNB 使用链路自适应算法分配MCS，使得在不同的无线电条件下保持 BLER 不超过阈值。

有哪些MCS可供选择

3GPP 规范 38.214给PDSCH²提供了如下三张表格（ 64 QAM 表、256 QAM 表和低频谱效率 64 QAM 表），供gNB选择。

¹ PDSCH：物理下行共享信道，用于传输下行业务数据和系统消息

选择每个表的情况具体如下所示：

• 64 QAM 表：当gNB或UE不支持256 QAM或信道较差，256 QAM表解码不成功且gNB需要使用 QPSK 阶调制时，可以使用 64 QAM 表
• 256 QAM 表：信道状态较好、且设备支持256 QAM
• 低频谱效率 (Low SE) 64 QAM 表：适用于需要可靠数据传输的应用，例如URLLC类别的应用程序。 本表MCS通过降低的编码率、增加信道编码冗余提高信道的可靠性，因而频谱效率较低。
  
  
  
  表中第一列为MCS索引号，可看出29-31是保留的。第二列是调制阶数，代表采用哪种调制方式，Q_m=2，代表使用2²=4，即QPSK；Q_m=4，代表使用2⁴=16，即16 QAM。第三列代表目标码率，是在选择本行调制方式和对应冗余度之后期望达到的码率（注：本目标码率和最终的数据效率还是有区别的）。最后一列是频谱效率，代表选择本种MCS时的频率效率。表中目标码率与频谱效率成正比，频谱效率越高，目标码率也越高。

如何配置MCS

MCS由gNB基于链路自适应算法决定。决定之后，gNB使用DCI向UE提供选定的MCS信息。
具体来说，选择哪个MCS表由RRC信令（IE）和物理层信令（RNTI）决定。
RRC信令配置PDSCH-Config和SPS-Config的mcs-Table参数选择MCS表。此信令用于半静态配置，但也可以使用 RRC信令进一步修改。
物理层通过动态选择RNTI （例如在C-RNTI和MCS-C-RNTI之间切换）影响MCS表的选择。

示例

一个UE已配置参数 PDSCH-Config，mcs-Table = ‘qam256’，并分配了一个MCS-C-RNTI和传统的C-RNTI。
如果UE接收到使用C-RNTI的DCI 1_1信令，UE选择256 QAM MCS表；
如果同一UE接收到使用C-RNTI的DCT 1_0信令，则UE选择64 QAM MCS表；
如果同一UE使用MCS-C-RNTI的DCI 1_1或1_0信令，则UE将选择低 SE 表。