BLER：衡量蜂巢式接收器性能的關鍵參數
作者 : Khushboo Kalyani，LitePoint公司
5G使用者裝置接收器的性能對於實現高品質連接和超大資料傳輸效率至關重要。其中誤塊率是衡量接收器解調精度和靈敏度的有效指標。
行動裝置使用者想要體驗無縫的視訊串流傳輸、網頁快速存取和資料下載，但並不希望遇到語音通話中斷等情況。整個下行鏈路都與這些期望密切相關。在無線裝置中，發射器和接收器的性能會極大地影響上述能力。接收器的性能決定了使用者設備(UE)的最大資料傳輸效率。
靈敏度是接收器的一項關鍵指標，工程師可利用它來執行測量以表徵接收器的性能。靈敏度會影響接收器在惡劣無線條件下有效解調資料的能力。根據3GPP規範，UE的參考靈敏度定義為裝置需要達到的最小接收功率級，這項參數值必須保證傳輸效率不低於給定參考測量通道最大傳輸效率的95%。
如表1所示，對於特定的頻寬和子載波間隔(SCS)，參考通道由特定數量已分配資源塊上的特定調變機制和編碼率(MCS索引)組成。這張表還指定了每個程式碼塊在幾個子訊枉框或訊框之間的平均最大傳輸效率。這些下行鏈路固定參考通道(FRC)的波形配置已在3GPP規範38.101和38.521中定義，可用於UE輸入測試。
表1：3GPP 38.521附錄A.3.2.1.1：物理下行鏈路共用通道(PDSCH)採用15kHz SCS、FR1和QPS調變時的參考測量通道。
更高的MCS深度會帶來更高的頻譜效率，進而轉化為更高的資料傳輸效率。MCS深度的選擇取決於兩個相互關聯的因素：無線訊號品質和誤塊率(BLER)。
訊噪比(SNR)是接收訊號功率與雜訊功率的比值，能夠反映出無線訊號的品質。較差的無線條件或接近雜訊層的訊號可能會造成資料損壞，導致發射器和接收器之間需要重新傳輸資料。重新傳輸資料會導致實體層傳輸效率下降，並增加通訊過程中的傳輸延遲。因此，更高MC可讓每個資源元素(RE)封包更多的資料位元，這就需要更乾淨的通道或更高的SNR無線品質。MCS和SNR的關係並非看上去那樣直接。分析兩者之間的關係時，還必須考慮誤塊率。誤塊率必須低於特定閾值，才能實現有效的解調並維持下一代節點B (gNodeB)與UE之間的通訊鏈路。
什麼是BLER？
3GPP定義了一種專門用於估計實體層錯誤的技術指標，稱為誤塊率(BLER)，即一定數量的訊框上發生接收錯誤的塊數與傳輸的總塊數之比。這項測量是用於衡量裝置實體層性能的最簡單指標之一，在通道分選和解碼之後，透過評估接收的每個傳輸塊的迴圈冗餘校驗 (CRC)來測量誤塊率。
BLER密切反映了射頻(RF)通道的條件和干幹擾程度。對於特定的調變深度，無線電通道越乾淨或SNR越高，傳輸塊接收出錯的可能性就越小，BLER也就越低。反之亦然，對於給定的SNR，調變深度越高，由於干擾而出錯的可能性就越高，BLER也相應地越高。有鑑於此，可以證明BLER是下列參數的關鍵指標之一：
- 接收器靈敏度
- 下載傳輸效率
- 無線鏈路監控(RLM)期間的同步和不同步狀態指示
參考靈敏度：確保基地台邊緣用戶體驗的關鍵
UE與基地台之間的距離決定了裝置接收訊號的能力，因此對於處於基地台傳輸範圍邊緣的裝置而言，參考靈敏度尤其重要。
從BLER和SNR之間的關係可以看出，參考靈敏度可作為一項關鍵的測量指標，用於分析基地台邊緣或遠離gNodeB的位置出現的通話失敗、通話中斷、ping-pong切換、可靠性低和延遲較高等情況。例如，假設平均SNR為20dB，此時QPSK的MCS方案可能處於可接受的範圍內，但只要MCS稍有增大，就可能導致接收器靈敏度降低和延遲增加。圖1顯示了MCS的變化(從左到右)導致的訊號衰減。
圖1：隨著MCS密集度升高(從左到右)，出錯的機率開始增加，導致接收器解調越來越困難，從而降低了接收器的靈敏度。
在5G的目標使用模型中，對延遲高度敏感的超可靠低延遲(URLLC)應用的BLER必須介於10-9到10-5之間，才能實現小於1ms的延遲，而LTE應用的BLER典型值為10-2。
傳輸效率與BLER的關係
在執行接收器測量時，對於接收到的每個資料有效負載塊，UE將為成功解碼的塊發送應答(ACK)訊號，為未通過CRC的塊發送否定應答(NACK)訊號。簡而言之，BLER等於CRC失敗的塊數與傳輸的總塊數之比。
另一方面，傳輸效率並非簡單地計算失敗塊數與成功塊數的比值，它是一種衡量在特定時間段內成功接收到的實際資料位元的指標，可使用下面的數學公式描述：
本質上，傳輸效率可以用BLER表示為：
因此，隨著BLER的降低，傳輸效率會增大。
在5G和LTE的實體層，典型BLER閾值定義為10%。為了使BLER保持在此閾值以下，gNodeB使用基於UE反饋的鏈路自我調整演算法來指示較低的MCS和編碼機制。這種機制會增加冗餘並降低頻譜效率，從而實現可靠的資料傳輸。
無線鏈路監控(RLM)
連續指示不同步會導致無線鏈路出現故障，從而導致通話中斷。因此，為了及時檢測無線鏈路故障並加以修復，UE會主動對主基地台和輔助基地台執行無線鏈路監控(RLM)，並使用BLER作為指標向更高層指示不同步/同步狀態。
為評估下行鏈路的無線鏈路品質，UE會使用專為無線鏈路監控配置的參考訊號，即RLM-RS。網路可將同步訊號塊(SSB)和通道狀態資訊參考訊號(CSI-RS)之一或者這兩者的組合配置為RLM-RS資源，以確定網路能否可靠地解碼假定的物理下行鏈路控制通道(PDCCH)傳輸。
在RLM期間，UE會根據rlmInSyncOutOfSyncThreshold所配置的QOUT和QIN閾值來評估無線鏈路品質。QOUT是無法可靠接收下行無線鏈路的功率水準，而QIN是遠比Qout接收下行無線鏈路的品質更可靠的功率電平。
透過計算QOUT和QIN各自的解碼成功和失敗嘗試次數，UE可透過確定BLERIN和BLEROUT (參見表2)來估算無線鏈路品質，並向更高層指示不同步和同步狀態。
根據3GPP，如果BLER在預先指定的持續時間內高於10%，就會引發無線鏈路故障，而BLER ≥2%可以防止連接釋放。
總結
儘管接收器的性能由多個參數決定，但BLER無疑是可用於衡量裝置通話品質、傳輸效率和靈敏度的一項基本指標。這種誤差估算技術使用簡便，因此不僅對研發非常有用，在製造和現場測試流程中也相當實用。
從無線連接、更快的處理和運算、網路安全機制、更複雜的虛擬實境(VR)到人工智慧(AI)等技術，都將在未來的每一個嵌入式系統中發揮更關鍵功能。「嵌入式系統設計研討會」將全面涵蓋在電子產業最受熱議的「智慧」、「互連」、「安全」與「運算」等系統之相關硬體和軟體設計。
會中將邀請來自嵌入式設計相關領域的研究人員、代表廠商以及專家，透過專題演講、產品展示與互動交流，從元件、模組到系統，從概念設計到開發工具，深入介紹嵌入式系統設計領域的最新趨勢、創新和關注重點，並深入分享關於嵌入式系統設計的經驗、成果以及遇到的實際挑戰及其解決方案。
加入LINE@，最新消息一手掌握！
