NR概覽
2017年底，第一版NR標准問世，該標准不包含獨立組網。
2018年中，NR rel-15發布，該標准的重點式eMBB和一定程度上的URLLC類型的服務。
2019年底，NR rel-16發布，該標准包含獨立組網模式。
和LTE相比，NR有許多好處，主要是：
- 利用更高頻率的頻段作為額外的頻譜，以支持超寬的傳輸帶寬和高數據速率
- 極簡（ultra-lean）設計，改進網絡能效，減少干擾
- 向前兼容性
- 低延遲
- 以波束為中心的設計，廣泛使用波束賦形和大規模天線，不僅用於數據傳輸，還用於控制面的流程
NR時域結構
10ms的無線幀被划分為10個1ms子幀，每個子幀划分為若干個時隙。由於時隙被定義為固定數量的OFDM符號（14個符號），因此較高的子載波間隔導致較短的時隙時長。TODO: 復習子載波間隔定義
對於15kHz的子載波間隔，NR時隙具有與LTE子幀相同的結構，即一個子幀一個時隙。
為了更有效的支持低時延的要求，NR允許在部分時隙（微時隙（mini-slot））上進行傳輸；還可以搶占另一個終端正在進行的、基於時隙的傳輸。
低時延支持
“前置”的參考信號和控制信令
“微時隙”傳輸
終端必須在收到下行數據傳輸之后大約一個時隙的時間做HARQ確認響應
MAC和RLC的報文頭結構使能夠在不知道要傳輸的數據量的情況下開始進行處理，在上行方向尤其重要
調度和數據傳輸
總體上NR調度框架和LTE的調度框架類似，基站中的調度器基於從終端獲得的信道質量報告進行調度決策。
每個終端監聽若干條物理下行控制信道（PDCCH），通常每時隙一次。一旦檢測到有效的PDCCH，終端將服從調度決策，接收（或發送）NR中稱為傳輸塊的一個數據單元。
下行信道編碼數據采用低密度奇偶校驗（low-density parity-check, LDPC)碼，該碼易於實現，在較高碼率時比Turbo碼復雜度低。
終端采用具有增量冗余的混合自動重傳請求（HARQ）向基站報告解碼的結果。在數據接收出錯時，網絡可以重傳數據。NR支持更細粒度的重傳，即碼塊組（code-block group, CBG）的重傳，提高重傳效率。
NR還支持通過配置實現沒有動態授權的操作。在這種情況下，終端被預先配置可用於上行數據傳輸（或下行數據接收）的資源。一旦終端有可用數據，就可以立即開始上行傳輸而無須經過先調度請求、再獲得授權的周期，從而實現更低的時延。
幀結構
在LTE中，終端支持20MHz的最大載波帶寬。NR的最大總帶寬為400MHz，最多可使用的子載波為3300個。對於子載波間隔15/30/60/120kHz，最大載波帶寬分別為50/100/200/400MHz。
Q: 如何根據子載波間隔得到載波帶寬？
10ms的無線幀被划分為10個1ms的子幀，每個子幀又被划分為一個或多個Slot，每個Slot包含14個OFDM符號。子載波間隔越大，符號數越多，由於每個Slot包含的OFDM符號數固定，因此子載波間隔越大，Slot越短。
LTE下的下行吞吐量計算
假設CQI為5，對應調制方式為64QAM，碼率為0.926。
帶寬為20MHz，子載波間隔為15kHz，PRB數為20M/15k-系統預留開銷，約為100個PRB
100*14符號/子幀*12RE/符號=16800RE/子幀
每個子幀中有3個符號用於PDCCH，因此有效RE為16800*11/14=13200RE/子幀
64QAM對應的調制階數為6，因此每個RE可以傳輸6bit，6*13200=79200bit/子幀
傳輸塊大小=物理信道總bit數*碼率=79200*0.926=73340bit/子幀
這意味着CQI=15時，20MHz帶寬下所能承載的最大TBS為73340bit。假定上下行時隙配比是1:3，即一個5ms的TD-LTE半幀里有3個下行時隙，且根據規范要求，特殊子幀5 的DwPTS 中不能傳送下行數據，則MIMO 模式下（2個碼字同時傳送），下行峰值速率為：73340（TBS）x 2（流數）x 3（下行時隙數）x 200（1s 內半幀數，每個半幀為5ms）= 88008000 bit/s = 88Mbps.
TODO: NR的下行吞吐量計算
https://blog.csdn.net/dear_father/article/details/101364163
https://www.rfwireless-world.com/calculators/5G-NR-maximum-throughput-calculator.html
無線接口架構
5G核心網建立在EPC的基礎上，有三個方面的增強：
- 基於服務的架構
- 支持網絡切片
- 控制面和用戶面分離
一個網絡切片是服務於特定業務或客戶需求的一個邏輯網絡。具體而言，它是通過對基於服務的架構中的功能進行選擇、配置、組合而成。在共同的核心網和無線網絡上，既可以提供移動寬帶服務，也可以提供超低時延服務。從最終用戶角度看，像是有多個獨立的網絡。
ME: 在實際應用中，更多的是在移動寬帶上，再進一步切片，為不同應用提供不同質量的服務。
UPF(User Plane Function)：它是RAN和諸如互聯網之類的外部網絡之間的網關，負責處理數據包路由和轉發、數據包檢測、服務質量處理和數據包過濾、流量測量等。在需要時，可以作為RAT間移動性的錨點。
SMF(Session Management Function)：處理終端的IP地址分配、策略實施的控制以及一般會話管理功能等。
AMF(Access and Mobility Management Function)：負責核心網和終端之間的控制信令、用戶數據的安全性、空閑態移動性和鑒權。
服務質量
主要原則：網絡負責QoS的控制、5G核心網感知服務、無線接入網不感知服務。QoS的處理對網絡切片的實現至關重要。
對於每個處於連接態的終端，都有一個或多個相對應的PDU會話，每個PDU會話有一個或多個QoS流以及數據無線承載（data radio bearer）。IP數據包根據QoS請求映射到QoS流上，這些請求可以是對延遲的要求或者對所需速率的要求。每個數據包使用QoS流標識符（QoS Flow Identifier，QFI）進行標記以幫助上行鏈路對QoS的處理。將QoS流映射到數據無線承載上則是在無線接入網絡中完成的，多個QoS流可以映射到一個數據無線承載上。
上面是從網絡的角度描述QoS的，數據包的標記是在核心網中完成。那么，從終端角度看呢，對於上行數據，終端是不是可以對數據包進行標記？
在上行鏈路中，有兩種控制QoS流到數據無線承載映射的方式：反射映射和顯式配置。
-
反射映射：終端首先在PDU會話的下行數據包中檢測到QFI，並用它確定IP流和QoS流以及無線承載之間映射的關系，以后用於上行業務流。
-
顯式配置：通過RRC信令配置。TODO: 具體的參數
用戶面協議
- SDAP(Service Data Adaptation Protocol)：負責根據QoS要求將QoS承載映射到無線承載
- PDCP(Packet Data Convergence Protocol)：實現IP報文頭壓縮、加密和完整性保護。在切換時，還處理重傳、按序遞交和重復數據刪除。對於雙連接，提供路由和復制，即每個無線承載配置一個PDCP實體
- RLC(Radio-Link Control)：負責數據分段和重傳。RLC以RLC信道的形式向PDCP提供服務。針對每個終端，每個RLC信道（對應一個無線承載）配置一個RLC實體。
- MAC(Medium-Access Control)：負責邏輯信道的復用、HARQ重傳以及調度相關的功能。MAC以邏輯信道的形式向RLC提供服務。
- PHY(Physical Layer)：負責編解碼、調制、解調、多天線映射以及其他典型的物理層功能。物理層以傳輸信道的形式向MAC層提供服務。
注意：無線承載是SDAP/PDCP/RLC三層中的概念
Q: 無線承載是如何分配的？
下圖是一個很經典的圖，從該圖可以看出不同層之間數據包的關系。RLC會根據需要對PDCP PDU進行分段，滿足MAC層的傳輸要求；MAC層則會多個RLC PDU進行組裝（Multiplex），形成一個傳輸塊（Transport Block）
SDU(Service Data Unit)：來自或去往更高層的數據實體
PDU(Protocol Data Unit)：來自或去往更低層的數據實體。
因此SDAP的輸出是SDAP PDU，等價於PDCP SDU
RLC
為了降低時延：NR RLC不再支持按序遞交和級聯功能。
RLC根據調度器所做出的決定，選擇一定數量的數據，也就是傳輸塊的大小。由於不再支持級聯功能，因此可以在收到調度決策前，預先組裝RLC PDU。由於組裝時不知道傳輸塊大小，因此最后一個RLC PDU可能只包含RLC SDU的一部分，通過報頭指示進行標記。
在AM模式下，RLC根據報文頭中的序列號識別丟失的PDU，然后反饋給發送方的RLC實體，請求重傳。
TODO: RLC 窗口機制
MAC
NR的邏輯信道包括：
- BCCH(Broadcast Control Channel)：用於從網絡向小區中的所有終端發送系統消息
- PCCH(Paging Control Channel)：用於尋呼網絡中所在小區信息未知的終端，尋呼消息需要在多個小區中發送
- CCCH(Common Control Channel)：用於在隨機接入時傳輸控制信息
- DCCH(Dedicated Control Channel)：用於在網絡和終端之間傳輸控制信息
- DTCH(Dedicated Traffic Channel)：用於在網絡和終端之間傳輸用戶數據
物理層以傳輸信道的形式向MAC層提供服務。傳輸信道上的數據被組織成傳輸塊，在每個傳輸時間間隔（Transport Time Interval，TTI）中，最多一個大小動態可變的傳輸塊通過無線接口發送到終端或由終端發出。每個傳輸塊有一個相關聯的傳輸格式（Transport Format，TF）。傳輸格式包括傳輸塊的大小、調制編碼方式以及天線映射的信息。
NR的傳輸信道包括：
- BCH(Broadcast Channel)：用於傳輸系統消息中的MIB
- PCH(Paging Channel)：用於傳輸PCCH的尋呼消息。PCH支持DRX(Discontinuous Reception)，允許終端只在預先定義的時刻醒來
- DL-SCH(Downlink Shared Channel)：傳輸下行數據的主要傳輸信道，支持NR的關鍵特性，比如動態速率自適應和信道相關調度、HARQ和空分復用等。DL-SCH還用於傳輸未映射到BCH的系統消息
- UL-SCH(Uplink Shared Channel)：傳輸上行數據的主要傳輸信道
- RACH(Random Access Channel)
在載波聚合的情況下，MAC實體還負責在不同分量載波之間或者小區之間分發來自每個流的數據。分量載波在物理層處理，MAC層負責聚合。
調度器是MAC層的一部分，它以頻域中的資源塊（resource block）和時域中的OFDM符號和時隙為單位來控制上下行鏈路資源的分配。
gNB通常在每個時隙進行一次調度決策，並將調度信息發送給所選擇的一組終端。為了降低時延，NR支持在非時隙開始或結束處進行調度決策和數據傳輸。
下行調度器負責控制對哪些終端進行發送，以及用於傳輸數據給終端的資源塊集（the set of resource blocks upon which the device's DL-SCH should be transmitted）。
上行調度器控制哪些終端在它們各自的UL-SCH上進行發送以及需要使用的上行時域資源。上行調度器控制被調度終端的payload，終端負責根據gNB配置的一組規則來決定從哪一個或幾個無線承載來獲取數據。
CSI（Channel-State Indication）為下行信道相關調度提供支持，由 CQI（Channel Quality Indicator）、PMI（Precoding Matrix Indicator）、 PTI（Precoding Type Indicator）和 RI（Rand Indication）組成，它反應了時頻域中當前的下行信道質量。
對於上行，gNB根據終端發送的SRS（Sounding Reference Signal）來獲得上行信道質量。為了幫助上行調度器做決策，終端可以使用MAC控制信元將緩存狀態和功率余量發送個gNB。
關於CQI的更多信息可以參考這里。
HARQ
HARQ使用多個並行的停止-等待進程（Q: 什么是停止-等待進程？）。當接收到傳輸塊時，接收機嘗試進行解碼，並通知發射機解碼的結果，這是通過一個bit的確認位來實現的。由於采用多個並行的HARQ進程，因此可能導致數據亂序。這時，可以通過PCDP協議進行重排序。
與LTE相比，NR中的HARQ的一個增強功能是碼塊組（codeblock groups）。一個傳輸塊被分割為一個或多個碼塊（每個碼塊最大為8448bit或3840bit）。當傳輸塊中個別碼塊被破壞時，只要重新傳輸錯誤的碼塊就可以了。為了避免對每個碼塊進行尋址帶來的控制信令開銷，提出了碼塊組（CBG）的概念。
HARQ重傳 VS RLC重傳
HARQ重傳更快，但由於反饋中存在錯誤，殘留錯誤率太高不能確保提供較好的TCP性能；RLC重傳較慢，但可以確保幾乎無差錯的數據遞交。兩者結合，提供一個有吸引力的小RRT和高傳輸可靠性的組合。
重傳協議
MAC的HARQ重傳：在接收到每個下行傳輸塊后，將傳輸成功或者失敗的結果反饋給gNB，重傳速度極快。但如果要達到極低的反饋錯誤率，隨之帶來的是傳輸資源的損耗。因此，反饋錯誤率在0.1%~1%之間是合理的，HARQ的殘留錯誤率也是近似的水平。
RLC的重傳：通過序列號檢測數據包是否丟失，通過狀態報告反饋給發送方。RLC狀態報告傳輸頻率較低，因此獲得可靠性為10-5的可靠性的開銷較小。
PDCP的重傳：主要用於gNB之間的切換場景。也可以用於多個載波上發送相同的PDU來獲得選擇分級增益。
帶軟合並的HARQ
當接收到錯誤的數據包時，發送重傳請求。盡管無法解析數據包，但接收到的信號仍然包含信息，通過帶軟合並的HARQ，錯誤數據包存儲在緩存中，隨后與重傳的數據包進行合並，合並后的數據包比單個數據包更可靠。
HARQ協議本身屬於MAC層，但軟合並是物理層的功能。碼塊組的重傳，也是由物理層來完成。
HARQ機制是由多個停止-等待經常組成的。在該類進程中，發射機在每次發送傳輸塊后會停止並等待確認。確認為1bit的傳輸塊。
TODO: 未完待續
RLC
RLC從PDCP獲取數據並生成RLC的SDU,然后通過MAC層和物理層遞交給接收機的RLC實體。RLC的多個邏輯信道復用為MAC的一個傳輸信道。一個無線承載內？
每個RLC PDU都有一個頭信息，包含如下幾個內容：
- 序列號：非確認模式序列號為6bit或12bit；確認模式序列號長度為12bit或18bit
- SI(Segmentation Information): 用於指示該PDU是一個完整的SDU、SDU的第一個分段、SDU的最后一個分段或SDU中間的一個分段
- SO(Segmentation Offset): 指示該分段代表了SDU的哪部分字節
- P(poll bit): 在確認模式下用於請求狀態報告
- 數據/控制指示(data/control indicator): 用於指示RLC PDU是數據還是控制信號
確認模式
確認模式下，RLC實體維護兩個窗口：發送窗口和接收窗口。
發送窗口的下限為已發送但未收到ack的最小序號，當收到狀態報告后，根據報告中的ack決定是否移動發送窗口
接收窗口的下限為已收到且前面沒有丟失的最大序號，當收到新的數據時，根據丟失情況決定是否移動接收窗口
Q: 窗口的大小是如何配置的？
| 發射機 | 接收機 | |
|---|---|---|
| t0 | 發送了n，但未收到ack，因此Tx window下限為n | 收到了n，期待下一個為n+1，因此Rx window下限為n+1 |
| t1 | 又發送了n+1和n+2，但還沒有收到n的ack，因此Tx window下限仍為n | 收到了n+2，但沒有收到n+1，仍然期待n+1，因此Rx window下限仍為n+1。啟動定時器t-Reassembly，定時器超時后，請求重傳 |
| t2 | 繼續等待n的ack | 定時器超時前收到了n+1，期待n+3，Rx window下限移動到n+3 |
| 發射機 | 接收機 | |
|---|---|---|
| t3 | 繼續發送n+4, n+5 | 收到n+5，但沒有收到n+3和n+4，啟動定時器 |
| t4 | 收到狀態報告，知道接收機已經收到n+2要求重傳n+3和n+4，Tx window下限修改為n+3，並且重新發送n+3，n+4 | 定時器超時，仍然沒有收到n+3和n+4，發送狀態報告要求重傳 |
| t5 | 收到n+3, n+4 | |
| t6 | n+5是發送緩存中最后一個PDU，因此在頭中設置標志，向接收機請求狀態報告。接收到狀態報告后，移動Tx window | 接收機收到n+5后，發送狀態報告 |
Q: 接收機發送請求重傳的狀態報告后，是否啟動新的定時器？如果一直收不到丟失的PDU，怎么辦？
協議翻譯
RLC control PDU優先級高於RLC data PDU; 重傳的RLC data PDU優先級高於新的RLC data PDU。
發射機RLC實體應該維護一個發射窗口，窗口邊界為VT(A)和VT(MS)，左閉右開
當發送一個新的PDU給下層時，將VT(S)設置為該PDU的SN，然后加一
當收到一個SN為VT(A)的ACK時，將VT(A)設置為
接收機RLC實體應該維護一個接收窗口，窗口邊界為VR(R)和VR(MR)，左閉右開. VR(H)指示當前窗口內收到的最大的SN。VR(MS)指示當前窗口內收到的完整的AMD PDU的最大SN。
當VR(H) > VR(R)時，啟動t-Reordering定時器；當t-Reordering定時器超時時，更新VR(MS)，如果VR(H)>VR(MS)，則啟動t-Reordering定時器，設置VR(X)=VR(H)
調度
NR本質上是一個調度系統，由調度器決定何時向哪些終端分配時間、
頻率和空間資源，使用何種傳輸參數，包括數據速率。調度分為動態和半靜態兩種。
動態下行調度
多用戶分集：當小區里有足夠多的有數據待傳的終端時，在某個時間點上很可能有一些信道條件好的終端能夠高速傳輸數據，因此網絡可以選擇良好無線鏈路的用戶。信道變化越大，小區用戶數越多，則多用戶分集增益越大。