【5G PHY】5G 调制与编码策略（MCS）介绍

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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 调制与编码策略（MCS）介绍

MCS：调制与编码策略（Modulation and Coding Scheme）
RB：载波（Radio Bearer）
RE：资源元素（Rsource Element）
BLER：误块率（Blocker Error Rate）

       MCS定义了在一个符号内可以携带的有用比特数。一个符号被定义为一个RE，而MCS定义了每个RE中可用于传输数据的比特数。MCS依赖于无线链路中的信号质量，如果信号质量越好，一个符号中能用于传输数据的比特数就越多；如果信号质量差，则MCS越低，那么一个符号中能用于传输数据的比特数就越少。

       换句话说，我们可以说MCS的值取决于BLER，通常会将BLER定义为10%的阈值，为了在不同的无线环境下保持BLER不超过该值，gNB会根据链路自适应算法分配一个MCS，并通过PDCCH信道上的DCI信令发送给终端，例如，DCI 1_0、DCI 1_1。

MCS主要定义了以下两点：

• 调制；
• 码率

二、调制

       调制定义了在一个RE上可以携带多少比特，而不管这些比特是用于传输有效数据的比特还是用于奇偶校验的比特。5G NR支持QPSK、16QAM、64QAM和256QAM调制。QPSK每个RE可以传输2个比特，16QAM可传输4个比特，64QAM可传输6个比特，256QAM可传输8个比特。这些16、64和256就是所谓的QAM调制阶数。每个调制阶数的比特数可以用下面的公式计算：

三、码率

       码率可以定义为有效比特数与总传输比特数（即有效比特+冗余比特）的比值。添加的这些冗余比特用于前向纠错（FEC）。换句话说，它是物理层高层信息比特数与映射到物理层底层PDSCH的比特数的比值。我们也可以说，它是对物理层所添加的冗余比特的度量。低码率意味着更多的冗余比特。相关公式如下：

四、协议中的MCS表

• 当gNB或UE不支持256QAM时，或在较差的无线环境下，256QAM解码不成功，gNB需要分配QPSK调制阶数时，可以使用64QAM表；
• 当在非常好的无线环境下分配256QAM时，可以使用256QAM表；
• 低频谱效率（Low SE） 64QAM表适用于需要可靠数据传输的应用，如URLLC类应用。该表包括了频谱效率低的MCS，即降低了编码速率，增加了信道编码冗余。

4.1 64QAM表

4.2 256QAM表

4.3 Low SE 64QAM表

4.4 如何选择使用哪个表

• gNB通过RRC信令和物理层信令（例如，RNTI）的组合，来通知终端选择特定的MCS表；
• 通过RRC信令中的PDSCH-Config和SPS-Config（mcs-Table）参数配置的MCS表，随后还可以通过RRC信令进一步修改此参数；
• 当物理层使用动态RNTI（这个RNTI是使用CRC加扰的属于PDCCH有效载荷）选择时，例如在C-RNTI和MCS-C-RNTI之间的切换可以影响MCS表的选择；

通过下面的示例，我们可以展示MCS表的选择过程。初始MCS是通过RRC信令配置，随后可以仅仅通过物理层信令进行控制：

• 假设一个UE已经配置了参数PDSCH-Config其中mcs-Table的值为qam256，并且分配了一个C-RNTI和一个MCS-C-RNTI；
• 如果终端接收到一个由DCI 1_1（使用C-RNTI加扰）指示的PDSCH资源分配，则终端将选择256QAM表；
• 如果同一个终端收到一个使用DCI 1_ 0（使用C-RNTI加扰）指示的PDSCH资源分配，那么终端将选择64QAM表；
• 如果同一个终端接收到一个使用DCI 1_1或DCI 1_ 0指示的PDSCH资源分配，通过MCS-C-RNTI加扰，那么该终端将选择Low SE 64QAM表；

五、总结

• MCS定义了每个符号的有效比特数；
• MCS的选择是根据无线环境和BLER；
• MCS是基于gNB的链路自适应算法修改的；
• MCS信息通过DCI提供给UE的；
• 5G NR支持PDSCH的QPSK、16 QAM、64 QAM和256 QAM调制；
• NR定义了大约32个MCS索引（0 ~ 31），其中29、30、31保留用于重传；
• 3GPP 38.214规范给出了PDSCH MCS的三种表，即64QAM表、256QAM表和Low SE 64QAM表；

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参考

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