PDCCH學習


一、PDCCH格式

PDCCH (Physical Downlink Control Channel)是用來為下行鏈路發送信息的(DCI, Downlink Control Information) ,其傳輸的信息包括公共控制信息(系統信息,paging信息等)和用戶專屬信息(下行資源分配指示,UL grants, PRACH responses,上行功率控制參數等)。LTE系統下行DCI的信息如下圖所示:

PDCCH在時域上占用每個子幀的1/2/3個OFDM符號(系統帶寬為1.4MHz時,可能占用4個OFDM符號),符號個數有PCFICH指示。為了了解PDCCH的資源分配方式,我們首先介紹下LTE系統下行控制信道的資源粒度。

PDCCH的資源粒度是CCE,一個CCE由9個REG(Resource Element Group組成),一個REG是由連續的4個RE組成,如果在一個REG的中間存在RS(reference signal),那么一個REG是表示除了RS之外的連續4個RE(如下圖)。

系統對於每一個DCI(Downlink Control Information) 根據信道質量可能分配給1/2/4/8個邏輯上連續的CCE進行傳輸。以下圖為例,用戶1的CCE個數為1,用戶2的CCE個數為2,用戶3的CCE個數為4.可以看到每個用戶CCE的起始位置mod占用CCE的個數n均為0,這樣分配的好處是節省忙檢測的復雜度。以用戶4的PDCCH為例,其第一個CCE由9個REG組成,每個CCE的信息通過交織離散的分布在PDCCH所占用的時域(三個OFDM符號)和頻域(整個帶寬)上,以減少小區間干擾和獲得時域上的分集。另外,可以看到LTE規定PDCCH的起始CCE必須是所占用CCE個數的整數倍。

 

二、PDCCH檢測

因為PDCCH是基站發送的指令,UE在此之前除了一些系統信息外沒有接收過其他信息,因此UE不知道其占用的CCD數目大小,位置,以及傳送的DCI format。因此,PDCCH的檢測屬於盲檢測。

首先看一下UE如何知道傳送的是哪種DCI format:對於DCI format,UE會根據自己當前的狀態期望獲得某一種DCI,比如其在Idle狀態時期待的信息時paging SI; 有上行數據准備發送時期待的是UE Grant, 發起Random Access后期待的是RACH Response。對於不同信息UE使用相應的RNTI去和CCE信息做CRC校驗,如果CRC校驗成功,那么UE就知道的這個信息時自己所需要的,進一步根據調制編碼方式解出DCI的內容。

UE只知道自己是什么DCI信息還不夠,還得知道去哪里找這些信息。上一節說到在下行控制資源中(一般是1/2/3個OFDM符號),出去PHICH,PCFICH,以及CRS之后,將剩余的資源分配給PDCCH CCE,如果UE將所有的CCE遍歷一邊,那么對於UE來說計算量將會很大。因此,LTE系統將可用的CCE分成兩種搜索空間,分別是公共搜索空間和UE特定搜索空間。另外,對於CCE數目為N的PDCCH,LTE規定了其起始位置必須是N的整數倍。下圖給出了公共DCI和UE特定DCI及不同CCE個數對應的搜索空間。

公共搜索空間中傳輸的數據主要是包括系統信息、RAR、尋呼等消息,每個用戶都要進行搜索。公共搜索空間的位置是固定了,總是在CCE 0-CCE 16,並且公共搜索空間中AL只有4和8兩種,因此用戶在對公共搜索空間進行搜索時,從CCE 0開始按照AL為4搜索4次,再以AL為8搜索2次。
對於UE特定的搜索空間,每個UE的搜索起始點是不同的,按照如下公式進行計算
其中,A=39827,D=65537,Y(-1)=UE ID, Alpha是聚合等級, NCCE表示CCE可用數目,K表示TTI索引。
從上面的公式可以看出UE特定的搜索空間的起始點取決於UE的ID(C-RNTI),子幀號,以及PDCCH的類型,因而,隨着子幀的不同,UE特定的搜索空間也有所不同。這里需要指出的是UE特定的搜索空間和公共的搜索空間有可能是重疊的。
對於大小為N的PDCCH,在某一子幀內,對應某UE的特定搜索區間的起點就可以確定(起點可能落入公共搜索區間的范圍內),UE從起始位置開始,依次進行對應大小PDCCH的盲檢(也就是滿足大小為N的PDCCH,其起始點的CCE號必須為N的整數倍)。對於公共搜索區間和UE特定搜索區間重疊的情形,如果UE已經在公共搜索區間成功檢測,那么UE可以跳過重疊部分對應的特定搜索區間。
因此,UE進行盲檢測的次數可以計算如下:公共搜索空間搜索次數6次+UE特定搜索空間搜索16次(可以通過上圖計算得到)。UE在PDCCH搜索空間進行盲檢時,只需對可能出現的DCI進行嘗試解碼,並不需要對所有的DCI格式進行匹配。UE在同一個時刻所處的狀態只有兩種。因此,PDCCH盲檢的總次數不超過44次。
 
PDCCH資源映射方式: 
            總所周知數據信道采用PRB作為分配的基本單位,但控制信道信道占用的區域僅為最多3個OFDM符號,顯然不能使用PRB概念;另外,頻域上12個子載波的寬度也是針對數據載荷設計的,不適用於信令的傳輸。因此提出了CCE與REG的概念。 CCE與REG概念: 
         控制信道帶寬區域內可以同時包含多個PDCCH,同時也存在PCFICH、PHICH信道,為了更有效地配置各種控制信道的時頻資源,需定義適合控制信道的資源單位即控制信道元素(Control Channel Elements,CCE)。 
         協議里規定一個CCE由9個REG組成,一個REG(RE Group)有效RE由4個頻域上連續的非RS的RE組成,即一個CCE由36個RE組成。
定義好了PDCCH的資源單元REG與CCE后,接下來的問題是: 
 
1. 對於每個PDCCH,其CCE是否占滿PDCCH的所有符號?即PDCCH之間如何復用? 
由於PDCCH區域的時域長度已經較小(最多3個OFDM符號),因此每個PDCCH應占滿這個子幀內PDCCH區域的所有符號,以獲得盡可能長的時域長度,即一個子幀內的各個PDCCH之間是FDM復用的。這樣做的優點是可以最大化功率控制的效果,即當信道條件足夠好的情況,某ue只需要1個CCE就足夠,這樣有效地在多個PDCCH之間進行功率平衡,即Node B可以將信道質量較好UE的PDCCH發射功率節省下來以分配給鏈路質量較差的UE。  
2. 控制信道的頻域結構,即每個PDCCH的帶寬等於系統帶寬還是僅占部分系統帶寬?        
      為了取得較大的頻率分集增益,協議規定
pdcch應該占用整個
系統帶寬,即PDCCH在整個帶寬內分布式映射。 Pdcch的盲檢測: 
1. 終端對PDCCH的檢測為什么是“盲檢測”? 
為了確定pdcch所占用的資源,首先要確定phich占用的資源,而一個子幀中phich所占用的資源與子幀配比有關系,上下行子幀配比的信息是在SIB1廣播信息中傳輸,而我們都知道SIB1是由PDSCH承載的,而PDSCH是由PDCCH調度的,也就是說這時候需要獲得pdcch信息才能解調SIB1獲得子幀配比相關信息,這樣一來就形成了一個“雞與蛋”的問題。為了解決這個問題就需要對PDCCH進行盲檢測。 

2. 搜索空間與聚合等級的概念? 
作為終端盲檢測的搜索范圍,協議規定了搜索空間的概念,搜索空間包括公用空間(common space)和UE專用空間(UE-Specific space)。一共定義了兩個公用空間,又定義了聚合等級(Aggregation Level)的概念,總共有4種聚合等級,分別是1,2,4,8個CCE。 
       一個搜索空間對某一CCE聚合級別(1/2/4/8)定義的,一個UE可以有多個搜索空間: 
   ①  UE 在搜索空間內對各種可能的PDCCH進行盲解碼 ② 搜索空間中的所有CCEs是連續分布的 
               LTE采用共享機制,因此UE需監聽一組PDCCH控制信道,可稱為“控制信道候
選集”(candidate control channel set),該集合由高層信令配置給UE,集合的大小決定了UE需進行盲解碼的次數,由於候選集可以是多種CCE格式的組合(樹形結構),因此候選集的大小要大於CCE的大小。 
公共搜索空間: 
– 小區中的所有UE進行監測,子幀中的位置固定在前16個CCE,可以與UE
專用搜索空間重疊 
– 聚合等級與大小(注:兩種情況下起始位置都是0) 
 4-CCE,共4個候選集(0~3, 4~7, 8~11, 12~15)  8-CCE,共2個候選集(0~7, 8~15) 
– 支持的DCI格式為0、1A、1C、3、3A 
 共2種payload大小,6個候選集,即6*2,總盲檢次數為12次 
          
UE-specific搜索空間 
– 集合級別1, 2, 4, 8 CCE,各級別候選集數目為 
 6 個1-CCE 候選集,共6 CCE  6 個2-CCE 候選集,共12 CCE  2 個4-CCE 候選集,共8 CCE  2 個8-CCE 候選集,共16 CCE 
– 支持的DCI 根據半靜態配置的傳輸模式確定 
 0/1A, 1   0/1A, 1B  0/1A, 1D  0/1A, 2  0/1A, 2A 
 每種配置模式下最多有兩種payload大小,盲檢次數共為32次  要說明的一點是UE專用搜索空間的cce起點位置是有hash函數給
出的,與子幀編號和C-RNTI有關 
         綜上,所以說如果公用空間和專用空間都盲檢的話,最大盲檢次數是12+32=44次   
終端盲檢就是UE找到cce的起始位置,在cce起始位置,截取猜測的DCI長度,進行譯碼,如果譯碼后的信息比特的CRC和PDCCH中攜帶的CRC相同,則認為當前的PDCH承載的信息比特就是當前傳輸的下行控制信息。各種RNTI隱含在CRC中。 Msg2使用ra-rnti加擾,使用dci-1a格式。


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