前回書4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸流程之從“小視頻”到“傳輸塊”）說到Alice手機(jī)的微信小視頻想要通過4G網(wǎng)絡(luò)到達(dá)Bob手機(jī)需經(jīng)過空口層層處理：小視頻的IP包經(jīng)過PDCP、RLC、MAC、物理層發(fā)射出去，通過基站等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)，Bob手機(jī)接收到后再經(jīng)過物理層、MAC、RLC、PDCP層層剝離，露出小視頻的IP包。同時，小編也介紹了PDCP、RLC、MAC各層的功能。

PDCP講了，RLC講了，MAC也講了，就差物理層沒說了。啊哈，你沒猜錯，今天Bob通信大講堂第二課走起：扒一扒物理層里的那些事，從上行和下行兩個方向一起扒一扒。

我們把物理層的上一層MAC層傳下來的數(shù)據(jù)叫傳輸塊（TB，Transport Blocks），物理層以1ms的調(diào)度周期對TB進(jìn)行處理，最終通過天線發(fā)射出去。那么問題來了：物理層到底對TB干了什么？也就是物理層的處理流程是什么？

答：物理層處理流程與典型通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)處理流程類似，具體到4G LTE中，對TB處理包括CRC、信道編碼、交織（對抗衰落）、調(diào)制、層映射（使用MIMO）、資源映射等。

原來是醬紫，那么問題又來了：上面提到的各種處理中參數(shù)如何決定？比如調(diào)制階數(shù)如何確定？資源映射中資源多少如何確定？這些物理層都得提前知道才能開工呀。

答：這些參數(shù)其實(shí)是由上一層MAC層決定的，這也是MAC層的重要功能之一?；局杏幸粋€資源調(diào)度器邏輯上屬于MAC層，它從物理層獲取一些關(guān)鍵信息（如無線信道質(zhì)量），通過算法得出各種參數(shù)，再告訴物理層怎么怎么做，這個過程小編把它稱為資源調(diào)度。（這么看物理層只是個干活的呀，MAC才是領(lǐng)導(dǎo)）。

上面這兩個問題，第一個物理層處理流程，第二個資源調(diào)度，就是這個系列文章中物理層要講的內(nèi)容。雖然第二個問題資源調(diào)度的決定權(quán)不在物理層，不過需要物理層提供關(guān)鍵信息，姑且就把它放在這里吧。另外，按照實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒蹋扔械诙€問題，才有第一個問題（不知道資源位置和參數(shù)，叫物理層怎么開工），所以小編要先講資源調(diào)度，再講物理層處理流程。

艾瑪，終于鋪墊完了，可以正式開講了。

4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸流程之資源調(diào)度

4G網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度有以下幾個特點(diǎn)，請先拿小本記下：

1. 4G LTE網(wǎng)絡(luò)中，資源調(diào)度就是指如何分配無線資源PRB；

2. 資源調(diào)度分上行和下行，都是由基站來最終決定的，手機(jī)重在參與；

3. 基站中的資源調(diào)度器執(zhí)行調(diào)度過程，不僅要考慮如何給一個用戶分配資源，還要考慮多個用戶之間的協(xié)調(diào)、優(yōu)先級問題。多個用戶之間協(xié)調(diào)通過多用戶調(diào)度算法（像輪詢、比例公平等）實(shí)現(xiàn)，本文中小編暫（qi）不（shi）討（bu）論（dong），重點(diǎn)講單用戶的資源分配；

4. 資源調(diào)度中需要手機(jī)參與反饋重要信息，比如信道質(zhì)量。

先說下行（Bob從基站中下載Alice發(fā)給他的小視頻）的資源分配再說上行。簡單講：每個1ms的調(diào)度周期時間里，基站君的資源調(diào)度器收到Bob手機(jī)反饋上來的下行鏈路無線信道質(zhì)量，查表得出調(diào)制方式和最高碼率。信號好，采用高階調(diào)制方式，碼率高；信號差，采用低階調(diào)制方式，碼率低。然后，基站君的資源調(diào)度器考慮待傳數(shù)據(jù)量，查表確定分配多少PRB，如下示意圖。

能不能說的再具體些？

1、Bob手機(jī)物理層向基站君發(fā)送CQI，表示下行無線信道質(zhì)量。這個CQI是Channel Quality Indicate 的縮寫，一共4bit，取值1~15，如下表（TS 36.213 Table 7.2.3）。（啥？你問我手機(jī)是怎么算出CQI的？鬼才知道，通過解調(diào)小區(qū)參考信號估計(jì)出來的？）

2、基站君收到CQI后，查上表就知道了調(diào)制方式和最大碼率。CQI越小，說明信號越不好，采用低階調(diào)制方式，碼率越低，即保護(hù)比特越多。從表中也能看出，對于同一種調(diào)制方式，對應(yīng)多種碼率。比如CQI = 1~6，調(diào)制方式都是QPSK，但碼率越來越高，通過這樣的細(xì)分保證調(diào)度靈活性。

到這里，基站君已經(jīng)確定了調(diào)制方式和最高碼率，下面就要確定分配多少物理資源（PRB）了。此時，不同基站廠商按照某種小編不知道的算法，將手機(jī)反饋的4bit CQI值，換算成一個5bit的MCS值，取值0~26 。MCS是Modulation and Coding Scheme的縮寫，稱為調(diào)制編碼策略，如下表（TS 36.213 Table 7.1.7.1） 。后續(xù)將通過MCS來確定物理資源，調(diào)整調(diào)制階數(shù)。

3、確定MCS后，繼續(xù)查上表，得到一個對應(yīng)的TBS Index值，范圍也是0~26。TBS Index看名字就知道是用來找TBS的，那TBS是什么鬼？TBS，Transport Block Size，顧名思義是傳輸塊大小，為什么要弄這么個參數(shù)呢？小編認(rèn)（xia）為（chai）：

從MAC傳到物理層的TB數(shù)據(jù)大小是沒有規(guī)律、隨機(jī)的，而TBS就相當(dāng)于用來裝數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)大小的筐，用什么樣的車（即多少無線資源）來送走這個筐是固定的。這樣，MAC傳下來的數(shù)據(jù)先往TBS這個筐里裝，一個小筐不夠就換一個大筐，裝好后，按照所使用筐的標(biāo)準(zhǔn)找車就好了。因?yàn)榭蛴泻枚喾N，小小框，小框，中筐，大筐，大大筐等等，所以MAC傳下來的數(shù)據(jù)總能找到合適的筐，這樣一切就是流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。只要筐的分類合理，總能在復(fù)雜性和有效性之間找到平衡點(diǎn)，這就是TBS的意義。\(^o^)/

4、得到TBS Index值后，繼續(xù)查表（如下TS 36.213 Table 7.1.7.2.1）確定PRB數(shù) 。有了TBS Index就鎖定了表的某一行，不同的列代表不同的TBS大小，就是小編上面提到的筐，對應(yīng)有不同的車（PRB）在等著送貨。根據(jù)貨的多少（傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量）在這一行中選擇一個最合適的筐，即選擇一個大于或等于待傳數(shù)據(jù)量且與待傳數(shù)據(jù)量最接近的TBS。這樣，為待傳數(shù)據(jù)分配多少PRB就跟著確定了。

舉個栗子，TBS Index = 12， 鎖定上表最后一行；假設(shè)待傳數(shù)據(jù)量是4000bit，該行中大于4000且與4000最接近的是4136，所以就選TBS = 4136這個筐來裝數(shù)據(jù)，對應(yīng)的PRB = 18，也就是說基站君分配18個PRB來傳這次的數(shù)據(jù)。

此時，基站君已經(jīng)知道待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制階數(shù)、最高碼率、MCS、TBS、PRB數(shù)，是不是可以交給物理層發(fā)射了？呵呵，還沒完呢。。。難道沒有發(fā)現(xiàn)最高碼率還沒派上用場嗎？下面有請最高碼率登場。

5、基站君根據(jù)上一步選擇的TBS和PRB數(shù)，計(jì)算碼率（CR），看是否超過最高碼率。如果沒超過，則萬事大吉；如果超過，MCS就降低一個值，重復(fù)第3~5步，直到計(jì)算出的碼率小于最高碼率。

那到底要怎么算碼率？(+﹏+)~，碼率 = 信息比特?cái)?shù) / PRB中承載數(shù)據(jù)的總比特?cái)?shù)，其中：

• 信息比特?cái)?shù) = TBS + CRC，信息比特?cái)?shù)是指信道編碼前的數(shù)據(jù)，所以要包括CRC附加的24bit；

• PRB中承載數(shù)據(jù)的總比特?cái)?shù) = 能用來傳輸數(shù)據(jù)的RE數(shù) x 調(diào)制階數(shù)。調(diào)制階數(shù)已經(jīng)知道，還要計(jì)算總共有多少RE用來傳數(shù)據(jù)。1個PRB總有168個RE，但這168個RE不能都用來傳數(shù)據(jù)，要減去開銷（包括同步信道，PBCH，PDCCH等控制信息占用的RE數(shù)），不同網(wǎng)絡(luò)配置開銷數(shù)還不一樣（想知道如何計(jì)算開銷？私撩小編吧）。所以PRB中承載數(shù)據(jù)的總比特?cái)?shù) = PRB數(shù) x （168 - 每個PRB中開銷占用RE數(shù)）x 調(diào)制階數(shù) 。

繼續(xù)舉栗子。手機(jī)反饋CQI=7，基站君通過小編不知道的算法得到MCS=13，查表TBS Index=12，假設(shè)待傳數(shù)據(jù)是4000bit，查表得到TBS=4136，對應(yīng)PRB=18，則：

• CR的分子，信息比特?cái)?shù) = TBS+CRC = 4136+24 = 4160；

• CR的分母，PRB中承載數(shù)據(jù)的總比特?cái)?shù) = 18（PRB數(shù)）x138（1個PRB中傳輸數(shù)據(jù)的RE）x 4（調(diào)制階數(shù)） = 9936； （小編才不會告訴你138是用168減去CFI=2時PDCCH占用RE和CRS占用RE得到的，O(∩_∩)O~）

• 所以碼率CR = 4160/9936 = 0.419 > 最高碼率0.369；

• 所以MCS降階選擇12，則TBS Index=11，TBS=4008，PRB=20，重新計(jì)算碼率 =（4008+24）/（20x138x4）= 4032/11040 = 0.365 <>

• 結(jié)果OK，Game Over。

艾瑪，總算是把下行資源調(diào)度完了，簡單總結(jié)下：

啥？還有上行資源調(diào)度？

上行資源調(diào)度和下行資源調(diào)度總原則是一樣的，遵循“獲取無線信道質(zhì)量→MCS→TBS Index→確定TBS及PRB數(shù)”，但是也略有不同。示意圖如下：

1、雖然上行方向是手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給基站，不過手機(jī)的物理層如何處理數(shù)據(jù)、用哪些無線資源發(fā)送也是由基站決定的，在本文一開始，小編就提到，上行和下行的資源調(diào)度都是由基站決定的。

2、上行方向資源調(diào)度，基站君也要首先獲取無線信道質(zhì)量。對于下行的無線信道質(zhì)量，基站君是通過手機(jī)反饋的CQI知曉的；那么對于上行，基站君親自操刀測量手機(jī)發(fā)送的上行SRS（Sounding Reference Signal）信號，估計(jì)出信道質(zhì)量。

3、上行方向由于是手機(jī)給基站發(fā)數(shù)據(jù)，所以基站事先不知道手機(jī)有多少數(shù)據(jù)要發(fā)，基站不知道數(shù)據(jù)量大小就沒法決定分配多少資源啊，所以手機(jī)要向基站發(fā)送BSR（Buffer Status Report），表明手機(jī)的緩存里有多少數(shù)據(jù)要傳。

4、基站君通過信道質(zhì)量得出MCS，進(jìn)而查表得到TB Index、TBS、PRB，這個過程和下行一樣，不詳述。

5、基站將決定好的TBS、調(diào)制階數(shù)、資源數(shù)量等信息打包成TF（Transport Format ）發(fā)給手機(jī)，手機(jī)按這些參數(shù)指導(dǎo)物理層開工，準(zhǔn)備發(fā)射。

至此，我們4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸流程系列的第二課就Over了，這一課里我們講了物理層中兩個關(guān)鍵問題的第一個：下行和上行資源調(diào)度，下一課小編將介紹物理層的詳細(xì)處理流程，敬請期待。

下課~~