NR HARQ-ACK三类型码本构造与DAI博弈

基于3GPP TS 38.213 V19.x Section 9.1系列，深度拆解Type 1/2/3 HARQ-ACK码本的构造机制、DAI计数博弈及多PDSCH调度场景下的反馈时序设计。

一、HARQ-ACK码本的核心问题

在NR下行传输中，gNB通过PDSCH向UE发送数据，UE需要在指定上行时隙通过PUCCH或PUSCH反馈ACK/NACK。核心矛盾在于：当gNB在一个反馈窗口内调度了多个PDSCH（可能跨越多个小区、多个时隙），UE必须精确构造一个码本，将所有ACK/NACK比特按照gNB期望的顺序和位置排列。码本错了，gNB无法正确解读反馈——这比不反馈更危险。

3GPP TS 38.213 Section 9.1定义了三种码本类型来解决这个矛盾，其核心设计哲学各不相同：

flowchart TD
    A[HARQ-ACK反馈触发] --> B{pdsch-HARQ-ACK-Codebook配置}
    B -->|semiStatic| C[Type 1 半静态码本]
    B -->|dynamic| D[Type 2 动态码本]
    B -->|Enhanced Type3触发| E[Type 3 一次性码本]

    C --> C1[基于RRC配置的K1集合]
    C1 --> C2[遍历所有候选PDSCH位置]
    C2 --> C3[固定大小码本]

    D --> D1[基于DCI中C-DAI/T-DAI]
    D1 --> D2[仅反馈实际调度的PDSCH]
    D2 --> D3[动态大小码本]

    E --> E1[所有HARQ进程ID全反馈]
    E1 --> E2[按进程号顺序排列]
    E2 --> E3[固定大小 = 进程数 × 每进程比特]

    C3 --> F[PUCCH/PUSCH承载]
    D3 --> F
    E3 --> F

二、K1时序——所有码本类型的基础

在深入码本构造之前，必须先理解K1（PDSCH-to-HARQ-ACK反馈时序），这是所有码本类型的公共基础设施。

K1由RRC参数dl-DataToUL-ACK（或dl-DataToUL-ACK-r16）配置，表示PDSCH所在时隙到ACK/NACK反馈所在时隙的偏移量。DCI中的PDSCH-to-HARQ_feedback timing indicator字段从RRC配置的K1集合中选择一个具体值。

2.1 反馈窗口的确定

当UE需要在时隙n的PUCCH上发送HARQ-ACK时，反馈窗口为：

时隙集合 = {n - K1_min, n - K1_min + 1, ..., n - K1_max}

其中K1_min和K1_max是配置的K1集合中的最小值和最大值。所有潜在映射到时隙n的PDSCH都在这个窗口内。

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant UE

    Note over gNB,UE: K1集合配置 = {1, 2, 3, 4}
    Note over gNB,UE: 反馈时隙 n = 8

    gNB->>UE: DCI (Slot 4) K1=4 → PDSCH Slot 4
    gNB->>UE: DCI (Slot 5) K1=3 → PDSCH Slot 5
    gNB->>UE: DCI (Slot 6) K1=2 → PDSCH Slot 6
    gNB->>UE: DCI (Slot 7) K1=1 → PDSCH Slot 7

    Note over UE: 反馈窗口: Slot 4~7 (n-K1_max ~ n-K1_min)

    UE->>gNB: PUCCH (Slot 8) HARQ-ACK码本
    Note over UE: 包含Slot 4,5,6,7所有PDSCH的ACK/NACK

2.2 多小区场景下的K1交集

当配置了载波聚合（CA）时，不同小区可能配置不同的K1集合。Type 1码本需要对所有小区取K1并集，确保覆盖所有可能的PDSCH映射。

三、Type 1半静态码本——确定性的代价

3.1 构造原理

Type 1码本的核心思想：不论gNB是否实际调度了PDSCH，UE都为反馈窗口内的每一个候选PDSCH位置预留一个ACK/NACK比特。码本大小完全由RRC配置决定，与实际调度无关。

构造步骤（TS 38.213 Section 9.1.2）：

1. 确定反馈时隙集合：遍历所有配置的K1值，收集所有映射到目标PUCCH时隙的下行时隙
2. 确定每个下行时隙的候选PDSCH数量：根据该时隙的DL符号分配，确定最大可调度PDSCH数M
3. 生成码本矩阵：按（小区编号，时隙编号，PDSCH索引）三维遍历，每个位置生成1 bit（或2 bit，如果使能了空间捆绑禁用）

flowchart TD
    subgraph "Step 1: 确定反馈窗口"
        A1[K1集合] --> A2[候选DL时隙集合]
    end

    subgraph "Step 2: 遍历每个小区每个时隙"
        A2 --> B1[小区c = 0]
        B1 --> B2[时隙j = 集合中第1个]
        B2 --> B3{时隙j有DL分配?}
        B3 -->|Yes| B4[候选PDSCH数 = M_c,j]
        B3 -->|No| B5[候选PDSCH数 = 0]
        B4 --> B6[生成M_c,j个HARQ-ACK比特]
        B5 --> B7[跳过]
    end

    subgraph "Step 3: 拼接码本"
        B6 --> C1[按小区顺序拼接]
        C1 --> C2[最终码本]
    end

3.2 码本大小计算

Type 1码本总比特数：

O_ACK = Σ_c Σ_j M_c,j × N_bits_per_PDSCH

其中： - c 遍历所有配置的下行小区 - j 遍历反馈窗口内的所有候选时隙 - M_c,j 是小区c在时隙j的最大可调度PDSCH数 - N_bits_per_PDSCH 为1（空间捆绑使能）或2（空间捆绑禁用，码字0和码字1各1 bit）

3.3 未调度位置的处理

关键设计：如果UE在某个候选位置没有检测到调度DCI，对应比特设为NACK。这意味着Type 1码本天生支持"哑比特"——即使用户没有收到数据，码本中也有位置。

3.4 Type 1的代价

浪费问题：假设配置4个小区，K1集合为{1,2,3,4}，每时隙最多调度1个PDSCH，则码本大小 = 4 × 4 × 1 = 16 bit。但如果gNB实际只调度了2个PDSCH，则14个比特是无效的NACK填充。在TDD场景下，DL时隙少但K1集合大时，浪费更为严重。

四、Type 2动态码本——DAI计数博弈

4.1 DAI机制的核心设计

Type 2码本通过DAI（Downlink Assignment Index）来解决Type 1的浪费问题。DAI包含两个子字段：

C-DAI：每调度一个PDSCH（或SPS释放），C-DAI递增1。C-DAI按（服务小区组, 调度PDSCH-to-HARQ-ACK时机）两级计数。模运算大小为T_D = 2^(N_C-DAI_bits)，其中N_C-DAI_bits为2或4。

T-DAI：每检测到一个DCI，T-DAI更新为该DCI中的T-DAI值。T-DAI仅在DCI format 1_1中存在，在DCI format 1_0中不可用。

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant UE

    Note over gNB,UE: Type 2码本 | 4小区CA | C-DAI 2bit (模4)

    rect rgb(230, 245, 255)
        Note over gNB,UE: 小区0 Slot调度
        gNB->>UE: DCI Cell0: C-DAI=1, T-DAI=1
        gNB->>UE: DCI Cell1: C-DAI=2, T-DAI=2
        gNB->>UE: DCI Cell2: C-DAI=3, T-DAI=3
        Note over UE: UE未检测到Cell3的DCI (漏检!)
    end

    rect rgb(255, 240, 230)
        Note over gNB,UE: 反馈窗口结束
        Note over UE: C-DAI期望: 1,2,3,4<br/>实际收到: 1,2,3<br/>T-DAI = 3 (最后收到的)
        Note over UE: 检测到DAI空隙: C-DAI从3跳到?<br/>推断缺少1个调度 → 插入NACK
        Note over UE: 构造码本: [ACK, ACK, NACK, NACK(漏检)]
    end

    UE->>gNB: PUCCH Type 2码本 (4 bits)

4.2 Type 2码本构造流程

TS 38.213 Section 9.1.3定义了Type 2码本的精确构造过程：

Step 1 — 收集DCI信息：UE记录每个检测到的DCI中的C-DAI和T-DAI值，以及对应的小区编号和HARQ-ACK时机。

Step 2 — 生成服务小区子码本：对每个服务小区，按HARQ-ACK时机顺序排列，每个时机生成对应数量的HARQ-ACK比特。

Step 3 — 检测漏检：UE检查C-DAI的连续性。如果发现C-DAI的值不连续（如从2直接跳到4），则推断漏检了1个调度，在对应位置插入NACK。

Step 4 — 确定总码本大小：最终码本大小 = T-DAI × N_bits_per_PDSCH。如果UE没有收到任何T-DAI（所有DCI都是format 1_0），则码本大小基于最后收到的C-DAI值。

Step 5 — 拼接：按服务小区顺序，拼接所有子码本。

4.3 DAI计数规则详解

C-DAI的计数遵循两级循环结构（TS 38.213 Section 9.1.3）：

对于每个PDSCH-to-HARQ-ACK时机 m:
    对于每个服务小区 c (按ServCellIndex升序):
        如果小区c在时机m有PDSCH调度:
            C-DAI(c, m) = 上一个C-DAI值 + 1 (模 T_D)

这意味着C-DAI在小区维度和时序维度上连续计数。当C-DAI达到T_D - 1后回到0（模运算）。

4.4 Type 2的关键优势：自适应码本大小

结论：CA配置越复杂、实际调度越稀疏，Type 2的优势越明显。

五、Type 3增强码本——全量一次性反馈

5.1 设计动机

Type 3码本（也称enhanced Type 3或one-shot HARQ-ACK）引入于R16，其设计动机是解决一个极端场景：当gNB与UE之间的HARQ-ACK状态出现严重失步时，需要一种机制让UE一次性报告所有HARQ进程的反馈状态。

典型触发场景： - 波束失败恢复后：UE切换到新波束，可能丢失了旧波束上的部分HARQ-ACK反馈 - DRX长周期唤醒后：UE可能错过了某些反馈时机 - 切换后：目标gNB需要获知UE侧的HARQ进程状态 - 网络请求：gNB通过DCI format 1_1或1_2主动触发Type 3码本上报

5.2 构造机制

Type 3码本的构造逻辑（TS 38.213 Section 9.1.4）：

对每个服务小区 c:
    对每个HARQ进程 ID = 0, 1, ..., N_HARQ-1:
        生成 N_HARQ-ACK_bits_c 个比特
    其中:
        N_HARQ-ACK_bits_c = 1 (空间捆绑使能)
                          或 N_max_codewords (空间捆绑禁用)

码本大小计算：

O_Type3 = Σ_c (N_HARQ_processes × N_HARQ-ACK_bits_c)

flowchart TD
    A[Type 3码本触发] --> B{触发源}
    B -->|DCI format 1_1| C[One-shot feedback request = 1]
    B -->|DCI format 1_2| C
    B -->|gNB高层触发| D[RRC配置触发]

    C --> E[确定HARQ进程数]
    D --> E

    E --> F[对每个小区 c = 0..N_Cells-1]
    F --> G[对每个HARQ进程 ID = 0..N_proc-1]
    G --> H[生成对应比特]
    H --> I{CBG使能?}
    I -->|No| J[TB级: 1或2 bit/进程]
    I -->|Yes| K[CBG级: N_CBG bit/进程]
    J --> L[按小区→进程顺序拼接]
    K --> L
    L --> M[最终Type 3码本]

5.3 Type 3码本大小对比

Type 3码本通常很大，因此常需要PUSCH承载而非PUCCH。

六、CBG级HARQ-ACK码本——细粒度反馈

6.1 CBG概念

码块组（Code Block Group, CBG）是R15引入的细粒度反馈机制。一个TB（Transport Block）被分割为多个CB（Code Block），多个CB组成一个CBG。UE可以针对每个CBG单独反馈ACK/NACK，而非整个TB。

RRC参数maxCodeBlockGroupsPerTransportBlock配置每个TB的最大CBG数，取值为{2, 4, 6, 8}。

6.2 CBG码本对三种类型的影响

6.3 CBG级反馈的DAI计数

在CBG模式下，DAI的计数粒度仍然是每个PDSCH调度（即每个TB），而非每个CBG。一个PDSCH调度的N_CBG个CBG的ACK/NACK比特在码本中连续排列。

七、多PDSCH调度对码本的影响（R17/R18增强）

7.1 单DCI多PDSCH调度

R16引入了单DCI调度多个PDSCH的能力（multi-PDSCH scheduling）。一个DCI可以指示多个PDSCH的时频资源，每个PDSCH可能映射到不同的K1值。

这对码本构造产生了深远影响：

Type 1的影响：每个PDSCH独立计算其在码本中的位置，需要考虑多PDSCH间的时序关系。

Type 2的影响：DAI计数需要为每个PDSCH独立递增。一个DCI调度N个PDSCH，C-DAI递增N次而非1次。

sequenceDiagram
    participant gNB
    participant UE

    Note over gNB,UE: 单DCI调度3个PDSCH (multi-PDSCH scheduling)
    Note over gNB,UE: K0集合 = {0, 1, 2}, K1集合 = {2, 3, 4}

    gNB->>UE: DCI (Slot 5): 调度PDSCH_0(Slot5), PDSCH_1(Slot6), PDSCH_2(Slot7)
    Note over gNB,UE: K1分配: PDSCH_0→K1=3, PDSCH_1→K1=2, PDSCH_2→K1=1

    Note over UE: PDSCH_0: Slot 5, 反馈时隙 = 5+3 = Slot 8
    Note over UE: PDSCH_1: Slot 6, 反馈时隙 = 6+2 = Slot 8
    Note over UE: PDSCH_2: Slot 7, 反馈时隙 = 7+1 = Slot 8

    Note over UE: 3个PDSCH映射到同一个PUCCH时隙8
    Note over UE: Type 2码本: C-DAI连续递增3次
    Note over UE: C-DAI = 1(PDSCH_0) → 2(PDSCH_1) → 3(PDSCH_2)

    UE->>gNB: PUCCH Slot 8: [ACK_0, ACK_1, ACK_2]

7.2 R18增强：多小区多PDSCH

R18进一步增强了multi-PDSCH调度，支持跨小区调度。DCI format 1_2可以调度多个小区的PDSCH。DAI计数在所有被调度的小区上连续递增，增加了码本构造的复杂度。

八、HARQ-ACK码本在PUCCH/PUSCH上的承载

8.1 PUCCH格式选择

码本大小直接决定了PUCCH格式选择（TS 38.213 Section 9.2）：

8.2 PUSCH复用

当UE有PUSCH传输时，HARQ-ACK码本通过UCI复用到PUSCH（TS 38.212 Section 6.2.7）。此时需要考虑HARQ-ACK与CSI、SR的优先级和资源分配。

九、实战排错——抓包识别与常见故障

9.1 抓包识别要点

在LOG分析中识别HARQ-ACK码本相关的关键信息：

9.2 常见故障场景

故障1：Type 2码本DAI失步 - 现象：UE反馈的码本大小与gNB期望不一致，导致后续调度混乱 - 根因：UE漏检了一个PDCCH，导致C-DAI计数出现空隙 - 表现：BLER突然升高，误码率增加 - 排查：对比UE侧C-DAI序列与gNB侧调度序列，找出漏检位置

故障2：Type 1码本大小不一致 - 现象：UE与gNB对码本大小理解不同 - 根因：K1集合配置不匹配，或M值（每时隙最大PDSCH数）理解差异 - 排查：检查RRC重配置消息中dl-DataToUL-ACK的值，确认双方K1集合一致

故障3：K1值选择不当 - 现象：PUCCH资源冲突，HARQ-ACK反馈时延过大 - 根因：K1集合包含的值不适合当前TDD配置 - 排查：检查TDD上下行配比与K1集合的兼容性

十、三种码本类型的选型决策

flowchart TD
    A[HARQ-ACK码本选型决策] --> B{CA配置?}
    B -->|单小区或2小区| C{调度密度?}
    B -->|4+小区CA| D{需要高效反馈?}

    C -->|高密度调度| E[Type 1]
    C -->|低密度调度| F[Type 2]

    D -->|Yes, PUCCH资源紧张| G[Type 2]
    D -->|No, 简单优先| E

    E --> H{需要故障恢复?}
    F --> H
    G --> H

    H -->|Yes| I[Type 3 作为补充]
    H -->|No| J[仅Type 1或Type 2]

    I --> K[最终配置: Type 1/2 + Type 3]
    J --> K

常见问题

Q1: Type 1和Type 2码本可以动态切换吗？

A: 可以。gNB通过RRC重配置消息中的harq-ACK-Codebook字段可以切换码本类型。但切换过程中存在一个过渡窗口——UE收到RRC重配置后需要在RRCReconfigurationComplete之后的新配置生效时间点才能使用新码本类型。过渡期间的HARQ-ACK反馈使用旧配置。需要注意的是，切换过程中如果UE使用了错误的码本类型，会导致gNB解析错误，因此建议在DRX非活跃期或空闲期进行切换。

Q2: 当Type 2码本中UE漏检了一个DCI，gNB如何知道UE漏检了？

A: UE通过检测C-DAI的不连续性来推断漏检，并在对应位置插入NACK比特。gNB侧知道实际发送了多少个调度（因为C-DAI的期望序列是已知的），当gNB在PUCCH中收到NACK时，会区分是真正的解码失败还是DAI空隙导致的NACK。但gNB无法仅从码本本身100%确定哪个PDSCH被漏检——它只能通过比对调度记录和收到的码本模式来推断。这也是Type 2码本的主要风险：如果漏检导致码本大小与gNB期望完全不同（例如漏检了携带新T-DAI的DCI），可能导致严重的码本失步。

Q3: Type 3码本与enhanced Type 3有什么区别？

A: 在R16中引入的Type 3码本和enhanced Type 3码本在概念上是同一类，都指一次性反馈所有HARQ进程的ACK/NACK。R18对其进行了进一步增强，主要包括：(1) 支持通过DCI format 1_3触发（新的DCI格式）；(2) 支持按优先级分组反馈（高优先级和低优先级HARQ-ACK可以分别构造Type 3码本）；(3) 支持多TRP场景下独立反馈各TRP的HARQ进程状态。

Q4: CBG级反馈对HARQ-ACK码本的影响是正面还是负面的？

A: 这取决于场景。CBG级反馈使得重传粒度更细——只需要重传失败的CBG而非整个TB，这在好的无线环境下（部分CBG失败）可以显著提升吞吐量。但代价是码本大小成倍增加（×N_CBG），占用更多PUCCH/PUSCH资源。因此CBG级反馈最适合大TB传输（如eMBB的高MCS场景）和信道质量波动较大的场景。对于小包传输（如URLLC的低MCS场景），TB级反馈通常更优。

Q5: 多PDSCH调度场景下DAI溢出（模运算翻转）如何处理？

A: C-DAI使用模运算（模4或模16），所以翻转是设计的一部分而非异常。UE通过追踪C-DAI的变化模式来计数——只要C-DAI是单调递增（考虑模运算）的就认为连续。但当调度数很大（超过T_D×多轮）时，如果中间有漏检，UE可能无法正确判断到底漏检了几个DCI。这就是为什么R16引入了4 bit C-DAI（T_D=16），比R15的2 bit（T_D=4）提供了更大的追踪窗口。在高负载多小区CA场景中，4 bit C-DAI几乎是必须的。

参考来源

1. 3GPP TS 38.213 V19.x — Section 9.1 (HARQ-ACK codebook determination), Section 9.1.2 (Type-1), Section 9.1.3 (Type-2), Section 9.1.4 (Type-3)
2. ShareTechnote — 5G/NR HARQ ACK Codebook — Type-1/2/3码本可视化说明与示例
3. 3GPP TS 38.213 Section 9.1.2.2 — iTecSpec — Type-1 HARQ-ACK码本在PUCCH中的具体构造过程
4. DAI (Downlink Assignment Index) — 3GPP Glossary — DAI字段的详细解析与计数规则
5. R1-24xxxxx Draft summary on Type-1 and Type-2 HARQ-ACK codebook — 3GPP RAN1会议提案，多PDSCH调度下的码本增强讨论

本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵爱卫生（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。

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