BLER：衡量蜂窝接收器性能的关键参数

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。9bHednc

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%。9bHednc

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38.101和38.521中定义，可用于UE输入测试。9bHednc

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表1：3GPP 38.521附录A.3.2.1.1：物理下行链路共享信道(PDSCH)采用15kHz SCS、FR1和QPSK调制时的参考测量信道。9bHednc

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)。9bHednc

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。9bHednc

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。9bHednc

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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一：9bHednc

• 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。9bHednc

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。9bHednc

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图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。9bHednc

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^-2。9bHednc

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。9bHednc

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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：9bHednc

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本质上，吞吐量可以用BLER表示为：9bHednc

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因此，随着BLER的降低，吞吐量会增大。9bHednc

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。9bHednc

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。9bHednc

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。9bHednc

在RLM期间，UE会根据rlmInSyncOutOfSyncThreshold所配置的Q_OUT和Q_IN阈值来评估无线链路质量。Q_OUT是无法可靠接收下行无线链路的功率水平，而Q_IN是远比Q_out接收下行无线链路的质量更可靠的功率电平。9bHednc

通过计算Q_OUT和Q_IN各自的解码成功和失败尝试次数，UE可通过确定BLER_IN和BLER_OUT(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。9bHednc

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。9bHednc

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。9bHednc

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。9bHednc