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BLER:衡量蜂窝接收器性能的关键参数

2022-04-21 14:40:12 Khushboo Kalyani,LitePoint公司 阅读:
5G用户设备接收器的性能对于实现高质量连接和超大数据吞吐量至关重要。其中误块率(BLER)是衡量接收器解调精度和灵敏度的有效指标。

移动设备用户想要体验无缝的视频流传输、网页快速访问和数据下载,并且不希望遇到语音通话中断等情况。整个下行链路都与这些期望密切相关。在无线设备中,发射器和接收器的性能会极大地影响上述能力。接收器的性能决定了用户设备(UE)的最大数据吞吐量。zZ2ednc

灵敏度是接收器的一项关键指标,工程师可利用它来执行测量以表征接收器的性能。灵敏度会影响接收器在恶劣无线条件下有效解调数据的能力。根据3GPP规范,用户设备(UE)的参考灵敏度定义为用户设备需要的最小接收功率电平,这项参数值必须保证吞吐量不低于给定参考测量信道最大吞吐量的95%。zZ2ednc

如表1所示,对于特定的带宽和子载波间隔(SCS),参考信道由给定数量已分配资源块上的特定调制方案和编码率(MCS索引)组成。这张表还指定了每个代码块在几个子帧或帧之间的平均最大吞吐量。这些下行链路固定参考信道(FRC)的波形配置已在3GPP规范38.10138.521中定义,可用于UE输入测试。zZ2ednc

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13GPP 38.521附录A.3.2.1.1:物理下行链路共享信道(PDSCH)采用15kHz SCSFR1QPSK调制时的参考测量信道。zZ2ednc

更高的MCS深度会带来更高的频谱效率,进而转化为更高的数据吞吐量。MCS深度的选择取决于两个相互关联的因素:无线信号质量和误块率(BLER)。zZ2ednc

信噪比(SNR)是接收信号功率与噪声功率的比值,能够反映出无线信号的质量。较差的无线条件或接近底噪的信号可能会造成数据损坏,导致发射器和接收器之间需要重新传输数据。重新传输数据会导致物理层吞吐量下降,并增加通信过程中的传输延迟。因此,更高的MCS可让每个资源元素(RE)打包更多的数据位,这就需要更干净的信道或更高的SNR无线质量。MCS和SNR的关系并非看上去那样直接。分析两者之间的关系时,还必须考虑误块率。误块率必须低于特定阈值,才能实现有效的解调并维持下一代节点B(gNodeB)与UE之间的通信链路。zZ2ednc

什么是BLER

3GPP定义了一种专门用于估计物理层错误的技术指标,称为误块率(BLER),即一定数量的帧上发生接收错误的块数与传输的总块数之比。这项测量是用于衡量设备物理层性能的最简单指标之一,在信道分选和解码之后,通过评估接收的每个传输块的循环冗余校验(CRC)来测量误块率。zZ2ednc

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BLER密切反映了射频信道的条件和干扰电平。对于给定的调制深度,无线电信道越干净或SNR越高,传输块接收出错的可能性就越小,BLER也就越低。反之亦然,对于给定的SNR,调制深度越高,由于干扰而出错的可能性就越高,BLER也相应地越高。有鉴于此,可以证明BLER是下列参数的关键指标之一:zZ2ednc

  • 接收器灵敏度
  • 下载吞吐量
  • 无线链路监控(RLM)期间的同步和不同步状态指示

参考灵敏度:确保基站边缘用户体验的关键

UE与基站之间的距离决定了设备接收信号的能力,因此对于处于基站传输范围边缘的设备而言,参考灵敏度尤其重要。zZ2ednc

从BLER和SNR之间的关系可以看出,参考灵敏度可作为一项关键的测量指标,用于分析基站边缘或远离gNodeB的位置出现的呼叫失败、通话掉线、ping-pong切换、可靠性低和延迟较高等情况。例如,假设平均SNR为20dB,此时QPSK的MCS方案可能处于可接受的范围内,但只要MCS稍有增大,就可能导致接收器灵敏度降低和延迟增加。图1显示了MCS的变化(从左到右)导致的信号衰减。zZ2ednc

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1随着MCS密集度升高(从左到右),出错的概率开始增加,导致接收器解调越来越困难,从而降低了接收器的灵敏度。zZ2ednc

在5G的目标使用模型中,对延迟高度敏感的超可靠低延迟(URLLC)应用的BLER必须介于10-9到10-5之间,才能实现小于1ms的延迟,而LTE应用的BLER典型值为10-2zZ2ednc

吞吐量与BLER的关系

在执行接收器测量时,对于接收到的每个数据有效负载块,UE将为成功解码的块发送应答(ACK)信号,为未通过CRC的块发送否定应答(NACK)信号。简而言之,BLER等于CRC失败的块数与传输的总块数之比。zZ2ednc

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另一方面,吞吐量并非简单地计算失败块数与成功块数的比值,它是一种衡量在特定时间段内成功接收到的实际数据位的指标,可使用下面的数学公式描述:zZ2ednc

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本质上,吞吐量可以用BLER表示为:zZ2ednc

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因此,随着BLER的降低,吞吐量会增大。zZ2ednc

在5G和LTE的物理层,典型BLER阈值定义为10%。为了使BLER保持在此阈值以下,gNodeB使用基于UE反馈的链路自适应算法来指示较低的MCS和编码方案。这种方案会增加冗余并降低频谱效率,从而实现可靠的数据传输。zZ2ednc

无线链路监控(RLM)

连续指示不同步会导致无线链路出现故障,从而导致通话掉线。因此,为及时检测无线链路故障并加以修复,UE会主动对主基站和辅助基站执行无线链路监控(RLM),并使用BLER作为指标向更高层指示不同步/同步状态。zZ2ednc

为评估下行链路的无线链路质量,UE会使用专为无线链路监控配置的参考信号,即RLM-RS。网络可将同步信号块(SSB)和信道状态信息参考信号(CSI-RS)之一或者这两者的组合配置为RLM-RS资源,以确定网络能否可靠地解码假定的物理下行链路控制信道(PDCCH)传输。zZ2ednc

在RLM期间,UE会根据rlmInSyncOutOfSyncThreshold所配置的QOUT和QIN阈值来评估无线链路质量。QOUT是无法可靠接收下行无线链路的功率水平,而QIN是远比Qout接收下行无线链路的质量更可靠的功率电平。zZ2ednc

通过计算QOUT和QIN各自的解码成功和失败尝试次数,UE可通过确定BLERIN和BLEROUT(参见表2)来估算无线链路质量,并向更高层指示不同步和同步状态。zZ2ednc

根据3GPP,如果BLER在预先指定的持续时间内高于10%,就会引发无线链路故障,而BLER≥2%可以防止连接释放。zZ2ednc

总结

尽管接收器的性能由多个参数决定,但BLER无疑是可用于衡量设备通话质量、吞吐量和灵敏度的一项基本指标。这种误差估算技术使用简便,因此不仅对研发非常有用,在制造和现场测试流程中也相当实用。zZ2ednc

本文为《电子技术设计》2022年4月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里zZ2ednc

责编:Franklin
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