【5G MAC】5G中传输块（TBS）大小的计算方式

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

一、5G中传输块（TBS）大小的计算方式

TBS：传输块大小（Transport Block Size）
TB：传输块（Transport Block）
CB：码块（Code Block）

       5G NR中的传输块，就是在MAC层和物理层之间传递的有效载荷，特别是对于PDSCH和PUSCH等共享数据信道。传输块在被映射到PDSCH以通过空口传输之前，会在发射机处由物理层进行处理。会在一个传输块中添加CRC，并将其分成多个CB，如下所示。TB由多达百万个比特组成，CB由多达8448个比特组成。

二、影响TBS的因素

       在PDSCH上接收数据的设备在尝试解码数据之前，必须确定TB的大小。UE通过解析RRC信令以及PDCCH上的下行控制信息（DCI）来解析TB的大小。

       下图描述了获得传输块大小的简化图表，并提供了影响TB大小的参数列表：

• 传输层数（Layers(v)）
• 调制阶数（QM）
• 码率（R）
• 物理资源块（PRB）的数量
• 传输周期

三、如何计算TBS

       在4G LTE中，传输块大小由MCS字段和资源块分配（Resource block Allocation，PRBs）的函数表提供。然而，5G NR支持的带宽要大得多，传输持续时间也很长，开销也会随CSI-RS等配置的其他特性而变化。就传输块大小而言，这将导致需要大量的表来处理这种大的动态范围。

       当某些参数发生变化时，这种方案也可能需要修改。因此，5G NR选择了一种基于公式的方法，并结合最小TBS表，以获得必要的灵活性。

3.1 计算TBS的步骤

1. UE要确定RE的数量（N’_RE），即在单个资源块的带宽内可用于数据传输的RE的数量，相关公式如下：
   

   其中：

   • N’_RE：表示每个资源块（RB）中可用于数据传输的资源元素（RE）的数；
   • $N_{sc}^{RB}$：一个PRB中子载波的数。例如，12；
   • $N_{symbl}^{sh}$：在一个slot内分配给PDSCH的符号数；
   • $N_{DMRS}^{PRB}$：在这个调度周期内，每个PRB上DMRS占用的RE数；
   • $N_{oh}^{PRB}$：头部开销，由PDSCH Serving Cell中的高层参数xOverhead配置；

2. 如果N’_RE的值大于156，则向下取整为156，即在单个资源块的带宽范围内，假定UE不会分配超过156个RE的资源。使用常规循环前缀（CP，cyclic prefix）下，单个RB带宽内的RE总数为12 x 14 = 168。

3. 最终的N’_RE值乘以已分配RB的数量，最后的结果记为N_RE。已分配RB的数量是从PDCCH的DCI中获取的。

4. N_RE的值表示可用于数据传输的总的RE数。

5. 然后将可用于数据传输的总RE数转换为信息比特数。信息比特数的多少取决于调制方式、编码速率和层数。UE使用如3GPP下公式：
   

   其中：

   • N_RE：表示可用于数据传输的总的RE数；
   • R：码率；
   • QM：调制阶数；
   • v：MIMO的层数；

   调制阶数和目标码率均从MCS表中提取；
   如果使用DCI 1_0接收到PDSCH资源分配，则层数固定为1。否则，层数需要通过查找DCI 1_1表中的“DMRS Ports”列的“Antenna Ports”获得。层数等于分配的DMRS端口数；

6. 如果N_info <= 3824位，则TBS根据3GPP TS 38.214表确定；否则，TBS根据公式确定。确定TBS的具体步骤如下图所示。
   

7. 这个3824比特的门限是基于LDPC信道编码使用“Base Graph 2”时可处理的最大码块大小3840位确定的。CRC比特在信道编码之前添加。大小为3824比特的传输块有一个16比特的CRC，即CRC添加后的总大小可以达到3840比特。LDPC的“Base Graph 1”可以处理的最大码块大小为8448比特，因此对于“Base Graph 1”和“Base Graph 2”来说，如果TB <= 3824比特则不需要在信道编码之前进行分块。
   

8. 当N_info > 3824时，会添加一个24比特的CRC而不是16比特的CRC。此外，可能需要在信道编码之前进行分段。当分段时，额外的24比特CRC会被添加到每个分段。下面的计算考虑了这24比特的CRC。N’_info的计算公式如下：
   

9. 这个等式会生成一个包含整数字节的结果。它也成一个步长，该步长取决于N_info的值。对于较小的N_info值，会生成一个64比特的步长，随着N_info值的增加，步长增加到128、256、512……比特。

   接下来使用以下3个公式之一计算传输块的长度：

   • 如果码率 <= 0.25，则使用LDPC ’ Base Graph 2 '(最大码块大小为3816 + 24 = 3840比特），并应用以下公式：
     
   • 如果 N’_info > 8424比特，然后将使用LDPC ’ Base Graph I '（最大代码块大小为8424 + 24 = 8448比特），并应用以下公式：
     
   • 否则使用下面的公式：
     

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参考

• 3GPP TS 38.214 NR; Physical layer procedures for data
• https://5g-tools.com/5g-nr-tbs-transport-block-size-calculator/

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