NR概览
2017年底，第一版NR标准问世，该标准不包含独立组网。
2018年中，NR rel-15发布，该标准的重点式eMBB和一定程度上的URLLC类型的服务。
2019年底，NR rel-16发布，该标准包含独立组网模式。
和LTE相比，NR有许多好处，主要是：
- 利用更高频率的频段作为额外的频谱，以支持超宽的传输带宽和高数据速率
- 极简（ultra-lean）设计，改进网络能效，减少干扰
- 向前兼容性
- 低延迟
- 以波束为中心的设计，广泛使用波束赋形和大规模天线，不仅用于数据传输，还用于控制面的流程
NR时域结构
10ms的无线帧被划分为10个1ms子帧，每个子帧划分为若干个时隙。由于时隙被定义为固定数量的OFDM符号（14个符号），因此较高的子载波间隔导致较短的时隙时长。TODO: 复习子载波间隔定义
对于15kHz的子载波间隔，NR时隙具有与LTE子帧相同的结构，即一个子帧一个时隙。
为了更有效的支持低时延的要求，NR允许在部分时隙（微时隙（mini-slot））上进行传输；还可以抢占另一个终端正在进行的、基于时隙的传输。
低时延支持
“前置”的参考信号和控制信令
“微时隙”传输
终端必须在收到下行数据传输之后大约一个时隙的时间做HARQ确认响应
MAC和RLC的报文头结构使能够在不知道要传输的数据量的情况下开始进行处理，在上行方向尤其重要
调度和数据传输
总体上NR调度框架和LTE的调度框架类似，基站中的调度器基于从终端获得的信道质量报告进行调度决策。
每个终端监听若干条物理下行控制信道（PDCCH），通常每时隙一次。一旦检测到有效的PDCCH，终端将服从调度决策，接收（或发送）NR中称为传输块的一个数据单元。
下行信道编码数据采用低密度奇偶校验（low-density parity-check, LDPC)码，该码易于实现，在较高码率时比Turbo码复杂度低。
终端采用具有增量冗余的混合自动重传请求（HARQ）向基站报告解码的结果。在数据接收出错时，网络可以重传数据。NR支持更细粒度的重传，即码块组（code-block group, CBG）的重传，提高重传效率。
NR还支持通过配置实现没有动态授权的操作。在这种情况下，终端被预先配置可用于上行数据传输（或下行数据接收）的资源。一旦终端有可用数据，就可以立即开始上行传输而无须经过先调度请求、再获得授权的周期，从而实现更低的时延。
帧结构
在LTE中，终端支持20MHz的最大载波带宽。NR的最大总带宽为400MHz，最多可使用的子载波为3300个。对于子载波间隔15/30/60/120kHz，最大载波带宽分别为50/100/200/400MHz。
Q: 如何根据子载波间隔得到载波带宽？
10ms的无线帧被划分为10个1ms的子帧，每个子帧又被划分为一个或多个Slot，每个Slot包含14个OFDM符号。子载波间隔越大，符号数越多，由于每个Slot包含的OFDM符号数固定，因此子载波间隔越大，Slot越短。
LTE下的下行吞吐量计算
假设CQI为5，对应调制方式为64QAM，码率为0.926。
带宽为20MHz，子载波间隔为15kHz，PRB数为20M/15k-系统预留开销，约为100个PRB
100*14符号/子帧*12RE/符号=16800RE/子帧
每个子帧中有3个符号用于PDCCH，因此有效RE为16800*11/14=13200RE/子帧
64QAM对应的调制阶数为6，因此每个RE可以传输6bit，6*13200=79200bit/子帧
传输块大小=物理信道总bit数*码率=79200*0.926=73340bit/子帧
这意味着CQI=15时，20MHz带宽下所能承载的最大TBS为73340bit。假定上下行时隙配比是1:3，即一个5ms的TD-LTE半帧里有3个下行时隙，且根据规范要求，特殊子帧5 的DwPTS 中不能传送下行数据，则MIMO 模式下（2个码字同时传送），下行峰值速率为：73340（TBS）x 2（流数）x 3（下行时隙数）x 200（1s 内半帧数，每个半帧为5ms）= 88008000 bit/s = 88Mbps.
TODO: NR的下行吞吐量计算
https://blog.csdn.net/dear_father/article/details/101364163
https://www.rfwireless-world.com/calculators/5G-NR-maximum-throughput-calculator.html
无线接口架构
5G核心网建立在EPC的基础上，有三个方面的增强：
- 基于服务的架构
- 支持网络切片
- 控制面和用户面分离
一个网络切片是服务于特定业务或客户需求的一个逻辑网络。具体而言，它是通过对基于服务的架构中的功能进行选择、配置、组合而成。在共同的核心网和无线网络上，既可以提供移动宽带服务，也可以提供超低时延服务。从最终用户角度看，像是有多个独立的网络。
ME: 在实际应用中，更多的是在移动宽带上，再进一步切片，为不同应用提供不同质量的服务。
UPF(User Plane Function)：它是RAN和诸如互联网之类的外部网络之间的网关，负责处理数据包路由和转发、数据包检测、服务质量处理和数据包过滤、流量测量等。在需要时，可以作为RAT间移动性的锚点。
SMF(Session Management Function)：处理终端的IP地址分配、策略实施的控制以及一般会话管理功能等。
AMF(Access and Mobility Management Function)：负责核心网和终端之间的控制信令、用户数据的安全性、空闲态移动性和鉴权。
服务质量
主要原则：网络负责QoS的控制、5G核心网感知服务、无线接入网不感知服务。QoS的处理对网络切片的实现至关重要。
对于每个处于连接态的终端，都有一个或多个相对应的PDU会话，每个PDU会话有一个或多个QoS流以及数据无线承载（data radio bearer）。IP数据包根据QoS请求映射到QoS流上，这些请求可以是对延迟的要求或者对所需速率的要求。每个数据包使用QoS流标识符（QoS Flow Identifier，QFI）进行标记以帮助上行链路对QoS的处理。将QoS流映射到数据无线承载上则是在无线接入网络中完成的，多个QoS流可以映射到一个数据无线承载上。
上面是从网络的角度描述QoS的，数据包的标记是在核心网中完成。那么，从终端角度看呢，对于上行数据，终端是不是可以对数据包进行标记？
在上行链路中，有两种控制QoS流到数据无线承载映射的方式：反射映射和显式配置。
-
反射映射：终端首先在PDU会话的下行数据包中检测到QFI，并用它确定IP流和QoS流以及无线承载之间映射的关系，以后用于上行业务流。
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显式配置：通过RRC信令配置。TODO: 具体的参数
用户面协议
- SDAP(Service Data Adaptation Protocol)：负责根据QoS要求将QoS承载映射到无线承载
- PDCP(Packet Data Convergence Protocol)：实现IP报文头压缩、加密和完整性保护。在切换时，还处理重传、按序递交和重复数据删除。对于双连接，提供路由和复制，即每个无线承载配置一个PDCP实体
- RLC(Radio-Link Control)：负责数据分段和重传。RLC以RLC信道的形式向PDCP提供服务。针对每个终端，每个RLC信道（对应一个无线承载）配置一个RLC实体。
- MAC(Medium-Access Control)：负责逻辑信道的复用、HARQ重传以及调度相关的功能。MAC以逻辑信道的形式向RLC提供服务。
- PHY(Physical Layer)：负责编解码、调制、解调、多天线映射以及其他典型的物理层功能。物理层以传输信道的形式向MAC层提供服务。
注意：无线承载是SDAP/PDCP/RLC三层中的概念
Q: 无线承载是如何分配的？
下图是一个很经典的图，从该图可以看出不同层之间数据包的关系。RLC会根据需要对PDCP PDU进行分段，满足MAC层的传输要求；MAC层则会多个RLC PDU进行组装（Multiplex），形成一个传输块（Transport Block）
SDU(Service Data Unit)：来自或去往更高层的数据实体
PDU(Protocol Data Unit)：来自或去往更低层的数据实体。
因此SDAP的输出是SDAP PDU，等价于PDCP SDU
RLC
为了降低时延：NR RLC不再支持按序递交和级联功能。
RLC根据调度器所做出的决定，选择一定数量的数据，也就是传输块的大小。由于不再支持级联功能，因此可以在收到调度决策前，预先组装RLC PDU。由于组装时不知道传输块大小，因此最后一个RLC PDU可能只包含RLC SDU的一部分，通过报头指示进行标记。
在AM模式下，RLC根据报文头中的序列号识别丢失的PDU，然后反馈给发送方的RLC实体，请求重传。
TODO: RLC 窗口机制
MAC
NR的逻辑信道包括：
- BCCH(Broadcast Control Channel)：用于从网络向小区中的所有终端发送系统消息
- PCCH(Paging Control Channel)：用于寻呼网络中所在小区信息未知的终端，寻呼消息需要在多个小区中发送
- CCCH(Common Control Channel)：用于在随机接入时传输控制信息
- DCCH(Dedicated Control Channel)：用于在网络和终端之间传输控制信息
- DTCH(Dedicated Traffic Channel)：用于在网络和终端之间传输用户数据
物理层以传输信道的形式向MAC层提供服务。传输信道上的数据被组织成传输块，在每个传输时间间隔（Transport Time Interval，TTI）中，最多一个大小动态可变的传输块通过无线接口发送到终端或由终端发出。每个传输块有一个相关联的传输格式（Transport Format，TF）。传输格式包括传输块的大小、调制编码方式以及天线映射的信息。
NR的传输信道包括：
- BCH(Broadcast Channel)：用于传输系统消息中的MIB
- PCH(Paging Channel)：用于传输PCCH的寻呼消息。PCH支持DRX(Discontinuous Reception)，允许终端只在预先定义的时刻醒来
- DL-SCH(Downlink Shared Channel)：传输下行数据的主要传输信道，支持NR的关键特性，比如动态速率自适应和信道相关调度、HARQ和空分复用等。DL-SCH还用于传输未映射到BCH的系统消息
- UL-SCH(Uplink Shared Channel)：传输上行数据的主要传输信道
- RACH(Random Access Channel)
在载波聚合的情况下，MAC实体还负责在不同分量载波之间或者小区之间分发来自每个流的数据。分量载波在物理层处理，MAC层负责聚合。
调度器是MAC层的一部分，它以频域中的资源块（resource block）和时域中的OFDM符号和时隙为单位来控制上下行链路资源的分配。
gNB通常在每个时隙进行一次调度决策，并将调度信息发送给所选择的一组终端。为了降低时延，NR支持在非时隙开始或结束处进行调度决策和数据传输。
下行调度器负责控制对哪些终端进行发送，以及用于传输数据给终端的资源块集（the set of resource blocks upon which the device's DL-SCH should be transmitted）。
上行调度器控制哪些终端在它们各自的UL-SCH上进行发送以及需要使用的上行时域资源。上行调度器控制被调度终端的payload，终端负责根据gNB配置的一组规则来决定从哪一个或几个无线承载来获取数据。
CSI（Channel-State Indication）为下行信道相关调度提供支持，由 CQI（Channel Quality Indicator）、PMI（Precoding Matrix Indicator）、 PTI（Precoding Type Indicator）和 RI（Rand Indication）组成，它反应了时频域中当前的下行信道质量。
对于上行，gNB根据终端发送的SRS（Sounding Reference Signal）来获得上行信道质量。为了帮助上行调度器做决策，终端可以使用MAC控制信元将缓存状态和功率余量发送个gNB。
关于CQI的更多信息可以参考这里。
HARQ
HARQ使用多个并行的停止-等待进程（Q: 什么是停止-等待进程？）。当接收到传输块时，接收机尝试进行解码，并通知发射机解码的结果，这是通过一个bit的确认位来实现的。由于采用多个并行的HARQ进程，因此可能导致数据乱序。这时，可以通过PCDP协议进行重排序。
与LTE相比，NR中的HARQ的一个增强功能是码块组（codeblock groups）。一个传输块被分割为一个或多个码块（每个码块最大为8448bit或3840bit）。当传输块中个别码块被破坏时，只要重新传输错误的码块就可以了。为了避免对每个码块进行寻址带来的控制信令开销，提出了码块组（CBG）的概念。
HARQ重传 VS RLC重传
HARQ重传更快，但由于反馈中存在错误，残留错误率太高不能确保提供较好的TCP性能；RLC重传较慢，但可以确保几乎无差错的数据递交。两者结合，提供一个有吸引力的小RRT和高传输可靠性的组合。
重传协议
MAC的HARQ重传：在接收到每个下行传输块后，将传输成功或者失败的结果反馈给gNB，重传速度极快。但如果要达到极低的反馈错误率，随之带来的是传输资源的损耗。因此，反馈错误率在0.1%~1%之间是合理的，HARQ的残留错误率也是近似的水平。
RLC的重传：通过序列号检测数据包是否丢失，通过状态报告反馈给发送方。RLC状态报告传输频率较低，因此获得可靠性为10-5的可靠性的开销较小。
PDCP的重传：主要用于gNB之间的切换场景。也可以用于多个载波上发送相同的PDU来获得选择分级增益。
带软合并的HARQ
当接收到错误的数据包时，发送重传请求。尽管无法解析数据包，但接收到的信号仍然包含信息，通过带软合并的HARQ，错误数据包存储在缓存中，随后与重传的数据包进行合并，合并后的数据包比单个数据包更可靠。
HARQ协议本身属于MAC层，但软合并是物理层的功能。码块组的重传，也是由物理层来完成。
HARQ机制是由多个停止-等待经常组成的。在该类进程中，发射机在每次发送传输块后会停止并等待确认。确认为1bit的传输块。
TODO: 未完待续
RLC
RLC从PDCP获取数据并生成RLC的SDU,然后通过MAC层和物理层递交给接收机的RLC实体。RLC的多个逻辑信道复用为MAC的一个传输信道。一个无线承载内？
每个RLC PDU都有一个头信息，包含如下几个内容：
- 序列号：非确认模式序列号为6bit或12bit；确认模式序列号长度为12bit或18bit
- SI(Segmentation Information): 用于指示该PDU是一个完整的SDU、SDU的第一个分段、SDU的最后一个分段或SDU中间的一个分段
- SO(Segmentation Offset): 指示该分段代表了SDU的哪部分字节
- P(poll bit): 在确认模式下用于请求状态报告
- 数据/控制指示(data/control indicator): 用于指示RLC PDU是数据还是控制信号
确认模式
确认模式下，RLC实体维护两个窗口：发送窗口和接收窗口。
发送窗口的下限为已发送但未收到ack的最小序号，当收到状态报告后，根据报告中的ack决定是否移动发送窗口
接收窗口的下限为已收到且前面没有丢失的最大序号，当收到新的数据时，根据丢失情况决定是否移动接收窗口
Q: 窗口的大小是如何配置的？
| 发射机 | 接收机 | |
|---|---|---|
| t0 | 发送了n，但未收到ack，因此Tx window下限为n | 收到了n，期待下一个为n+1，因此Rx window下限为n+1 |
| t1 | 又发送了n+1和n+2，但还没有收到n的ack，因此Tx window下限仍为n | 收到了n+2，但没有收到n+1，仍然期待n+1，因此Rx window下限仍为n+1。启动定时器t-Reassembly，定时器超时后，请求重传 |
| t2 | 继续等待n的ack | 定时器超时前收到了n+1，期待n+3，Rx window下限移动到n+3 |
| 发射机 | 接收机 | |
|---|---|---|
| t3 | 继续发送n+4, n+5 | 收到n+5，但没有收到n+3和n+4，启动定时器 |
| t4 | 收到状态报告，知道接收机已经收到n+2要求重传n+3和n+4，Tx window下限修改为n+3，并且重新发送n+3，n+4 | 定时器超时，仍然没有收到n+3和n+4，发送状态报告要求重传 |
| t5 | 收到n+3, n+4 | |
| t6 | n+5是发送缓存中最后一个PDU，因此在头中设置标志，向接收机请求状态报告。接收到状态报告后，移动Tx window | 接收机收到n+5后，发送状态报告 |
Q: 接收机发送请求重传的状态报告后，是否启动新的定时器？如果一直收不到丢失的PDU，怎么办？
协议翻译
RLC control PDU优先级高于RLC data PDU; 重传的RLC data PDU优先级高于新的RLC data PDU。
发射机RLC实体应该维护一个发射窗口，窗口边界为VT(A)和VT(MS)，左闭右开
当发送一个新的PDU给下层时，将VT(S)设置为该PDU的SN，然后加一
当收到一个SN为VT(A)的ACK时，将VT(A)设置为
接收机RLC实体应该维护一个接收窗口，窗口边界为VR(R)和VR(MR)，左闭右开. VR(H)指示当前窗口内收到的最大的SN。VR(MS)指示当前窗口内收到的完整的AMD PDU的最大SN。
当VR(H) > VR(R)时，启动t-Reordering定时器；当t-Reordering定时器超时时，更新VR(MS)，如果VR(H)>VR(MS)，则启动t-Reordering定时器，设置VR(X)=VR(H)
调度
NR本质上是一个调度系统，由调度器决定何时向哪些终端分配时间、
频率和空间资源，使用何种传输参数，包括数据速率。调度分为动态和半静态两种。
动态下行调度
多用户分集：当小区里有足够多的有数据待传的终端时，在某个时间点上很可能有一些信道条件好的终端能够高速传输数据，因此网络可以选择良好无线链路的用户。信道变化越大，小区用户数越多，则多用户分集增益越大。