关于PDSCH的码字个数问题

  这段时间没有经常发文章，一来是忙于适应自己的研究生生活，二来是觉得自己对很多东西的理解都不够深刻，还需更多的思考和调研。

  最近在导师的引导下，研究了PDSCH码字个数的问题：为什么协议中要将其设计成最多能够传输两个码字？现在我自觉终于能够回答了，于是记录一下，也算是对这个知识的梳理。

  要回答这个问题，需要从两方面看：
1. 为什么不只发送一个码字呢？
2. 为什么不每一流都发送一个码字呢？
   
   

1. 为什么PDSCH不只发送一个码字，而选择最多能发两个？

  单码字传输中，所有的并行数据层都对应于一个MCS可调的码字，因此，相应的反馈与控制开销及复杂度较低。将经过信道编码之后的码字分散到各层可以带来一定的空间分集效果。但是，当各层的信道质量存在较明显的差异时，MCS的选择无法与每层的传输能力相匹配，存在吞吐量的损失。

  对于单码字传输，多码字传输的优势主要在于以下两方面：

• 可以根据每个码字对应的一组数据层的传输质量，为各码字选择与其信道条件相匹配的MCS，从而更加充分地利用信道容量。
• 可以通过信道解码更准确地恢复码字及消除层之间的干扰，从而提升串行干扰消除（SIC）检测的性能。

  多码字传输的另外一个动机是更好地支持多 传输/接收点（TRP） 和多天线阵面场景下的非相干联合传输（NC-JT）。在这一场景下，由于参与协作的TRP或天线阵面的信道质量存在较明显的差异，一个统一的MCS很难与来自不同的TRP/天线阵面的数据层的信道同时匹配，因此单码字传输可能会带来一定的性能损失。

   

2. 为什么PDSCH不选择每一流都发送一个码字，从而匹配每一层的传输能力？

  从理论上讲，可以根据MIMO链路中每个等效的数据传输通道的信道质量，分别为其选择相应的调制和编码格式（MCS）以实现吞吐量的优化。但在实际应用中，考虑到信道状态信息（CSI）反馈以及控制信令的开销与复杂度，一般不会对每层进行独立的MCS调整，而是针对码字进行MCS调整。

  然而，为了支持多码字传输，需要针对每个码字反馈相应的信道质量指示（CQI），在下行控制信令中需要分别指示各个码字的MCS（调制和编码格式）、RV（Redundancy Version，在HARQ中会用到）与NDI（New Data Indicator，指示HARQ前后的数据是重传，还是新传）等信息。此外，实现基于多码字传输的SIC检测也会带来处理时延和UE缓存需求的增加。——多码字传输导致处理的麻烦。
  
更具体地：从上下行控制信令的开销来看。
  

下行控制信令的开销（关于传输块信息）：

1. 调制编码方式（MCS）
   5个bit，为UE提供调制方式、编码速率。本字段与频域资源分配字段结合在一起，为UE提供PDSCH的传输块尺寸（TBS）。
2. 新数据指示（NDI）
   1个bit，指示调度的PDSCH是新数据还是重传数据。此外，本字段还具有清除HARQ进程缓存的功能。
3. 冗余版本（RV）
   2个bit，指示调度的PDSCH数据的冗余版本信息。

Field (Item)	Bits
Modulation and coding scheme [TB1]	5
New data indicator [TB1]	1
Redundancy version [TB1]	2
Modulation and coding scheme [TB2]	5
New data indicator [TB2]	1
Redundancy version [TB2]	2

  可以看到，需要针对每个码字（传输块）指示相应的信息。若每个流都配置一个码字，则会导致需要在下行控制信息中对每个码字都配置一遍这些信息，对发送端造成了较大的处理负担。
   

上行控制信令的开销（关于传输块的信息）：

  上行控制信息UCI包括三类信息：调度请求SR，HARQ-ACK/NACK和信道状态信息CSI。

1. 调度请求SR——与码字无关。
   SR是上行调度请求的指示，仅仅是指示，不包含任何其他有效信息。
   SR仅有两个状态：若UE有上行信息需要传输，则UE发送SR；若没有上行数据需要传输，则UE不发送SR。

2. HARQ-ACK
   HARQ-ACK用于向gNB反馈PDSCH是否正确解码。如果PDSCH只是用一个码字，则HARQ-ACK是1个bit，如果PDSCH使用两个码字，则HARQ-ACK是2个bit。

  UE对每个TB产生1bit的HARQ-ACK信息。（如果以码块组CBG的格式进行传输，则每个码块组产生1bit的HARQ-ACK/NACK信息）

——————————(((题外话：what is Code Block Group?
一个TB会被分割成多个CBs，把某几个CB聚合起来当成一个CBG传输.

3. 信道状态信息CSI
   CSI用于向gNB反馈下行信道质量，gNB根据反馈选择信道质量较好的下行信道进行下行数据调度。CSI包括RI（Rank Indicator, 秩指示）、PMI（Precoding Matrix Indicator, 预编码矩阵指示）和CQI（Channel Quality Indicator, 信道质量指示）、LI（Layer Indicator, 层指示）等信息。

RI？——与码字数目无关。 RI是UE建议基站进行下行传输使用的层数。——UE向基站反映自身支持MIMO层数的能力。

PMI？——与码字数目无关。 UE建议基站在下行传输时使用的预编码矩阵，该预编码矩阵是在假设使用“上报的RI指示的层数”的基础上进行选择的。

LI？——指示信道质量最好的那层。与码字数目无关。 用于指示发送PTRS的preferred layer。

CQI：下行信道质量指示
  （指示意味着CQI信息来自于终端的测量，然后汇报给基站，因此，CQI一般指的是下行信道质量。），占了4个bit。基站需要根据CQI信息选择合适的调度算法和下行数据块大小、调制方式等，以保证UE在不同的无线环境下获取最佳的下行性能。

  不同的码字可以使用不同的调制编码方式，因此，在上行传输中，需要对每个码字都反馈相应的CQI。

  CQI的选取准则：保证BLER小于0.1所使用的CQI值。CQI值越高，信道质量越好。

  
  
  综上，经过多个方面的权衡，NR的数据层数为1~ 4时采用单码字传输，为5~8时采用双码字传输。

参考：
[1] 王映民, 孙韶辉等. 5G移动通信系统设计与标准详解[M]. 1版. 北京:人民邮电出版社, 2020 :188-189.
[2] Jaeku Ryu etc. [EB/OL]. [2021/10/09]. http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_CBG.html.