LTE-Advanced系統(tǒng)中下行物理層方面的載波聚合技術(shù)的研究

謝 聰

（同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

1 引言

在物理層，如圖1所示，每個(gè)傳輸塊映射到一個(gè)服務(wù)小區(qū)的一個(gè)CC上。即使UE同時(shí)在多個(gè)CC被上調(diào)度，HARQ、調(diào)制、編碼和資源分配以及對(duì)應(yīng)的信令都是在每個(gè)CC上獨(dú)立進(jìn)行的。

圖1 載波聚合時(shí)MAC到物理層的映射

2 下行控制信令

同 Release 8，每個(gè)下行 CC在每個(gè)子幀開(kāi)始處都有含PCFICH、PDCCH和PHICH的控制信令區(qū)。

2.1 下行物理控制信道（PDCCH）

同Release 8，每個(gè)下行CC上都有可能有一個(gè)PDCCH承載對(duì)這個(gè)CC的下行資源分配和對(duì)相應(yīng)上行CC（根據(jù)SIB2中指示的上下行CC之間的關(guān)聯(lián)）的上行資源授權(quán)。

此外，載波聚合的一個(gè)關(guān)鍵特征是跨載波調(diào)度。這個(gè)使得一個(gè)CC上的PDCCH可以通過(guò)在PDCCH消息的最開(kāi)始增加一個(gè)新的3比特的載波指示域（CIF）來(lái)調(diào)度指示另一個(gè)CC上的數(shù)據(jù)傳輸。其他 Release 8定義的 PDCCH控制信道元素（CCE）結(jié)構(gòu)、編碼和消息內(nèi)容在引入載波聚合后也不變。每個(gè)CC上CIF使用與否是UE特定（通過(guò)RRC信令）半靜態(tài)配置的。當(dāng)配置時(shí)，CIF僅僅出現(xiàn)在PDCCH消息中UE特定的搜索空間里，不是公共搜索空間。

對(duì)于給定CC上的數(shù)據(jù)傳輸，UE將在一個(gè)CC上接收調(diào)度信息，或者是相同的CC，或者在跨載波調(diào)度情況下是不同的CC；從PDCCH到PDSCH的映射也是半靜態(tài)配置的。圖2為一些配置實(shí)例。

圖2 PDCCH調(diào)度消息到數(shù)據(jù)傳輸CC的映射配置實(shí)例

對(duì)于PDCCH監(jiān)測(cè)的那個(gè)服務(wù)小區(qū)的CC，UE至少會(huì)在該服務(wù)小區(qū)的相同CC上搜索PDCCH的消息。在圖2（b）所示的例子中，UE為獲得CC1上的資源分配而監(jiān)測(cè)服務(wù)小區(qū)1的CC1上的PDCCH，而CC1的資源不能被服務(wù)小區(qū)的其他CC來(lái)跨載波調(diào)度。而UE也來(lái)搜索CC1上有CIF的PDCCH來(lái)獲得對(duì)CC2和CC3的資源分配，而不需要監(jiān)測(cè)CC2和CC3上的PDCCH（CC2和CC3分別對(duì)應(yīng)服務(wù)小區(qū)2和3）。

配置了CIF的UE將用監(jiān)測(cè)到的PDCCH上的CIF值來(lái)識(shí)別相應(yīng)的PUSCH和PDSCH需要在哪個(gè)服務(wù)小區(qū)上發(fā)送。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，CIF值設(shè)定與對(duì)應(yīng)小區(qū)序號(hào)相同。

如果UE沒(méi)有配置CIF，那么從某個(gè)給定的服務(wù)小區(qū)接收到的上行授權(quán)或者下行分配將對(duì)應(yīng)在相同服務(wù)小區(qū)上的PUSCH或者PDSCH的傳輸。

顯然在載波聚合情況下，UE需要執(zhí)行的處理數(shù)量遠(yuǎn)大于Release 8。此結(jié)論也適用于PDCCH解碼，在最差的情況下，UE需要執(zhí)行的盲檢測(cè)將隨著配置的CC數(shù)量線性增長(zhǎng)。任何一個(gè)子幀里，在單載波情況下最大的盲檢數(shù)目為44（12次在公共搜索空間，32次在UE特定搜索空間）。

當(dāng)配置了載波聚合時(shí)，UE需要執(zhí)行的最大的盲檢總數(shù)是：對(duì)PCell是44次，對(duì)每個(gè)激活的下行SCC是32次。

對(duì)UE監(jiān)測(cè)任何下行CC上沒(méi)有配置CIF的PDCCH，搜索空間和Release 8一樣。

在跨載波調(diào)度情況下，總的搜索空間大?。–CE的個(gè)數(shù)）將擴(kuò)展超過(guò)Release 8的大小。對(duì)于任何一個(gè)給定的UE，位于一個(gè)CC控制區(qū)的UE特定搜索空間分別依各個(gè)聚合級(jí)別根據(jù)關(guān)聯(lián)到這個(gè) CC上（提供對(duì)應(yīng)的控制信令）的每個(gè) CC的PUSCH/PDSCH來(lái)定義。

如果所有CC之間的DCI格式大小相同，那么在給定的控制區(qū)域針對(duì)不同CC的UE特定搜索空間是共享的。對(duì)任何UE監(jiān)測(cè)有CIF PDSCH的CC，在PDSCH/PUSCHCC的子幀聚合級(jí)別為的UE特定搜索空間由一組PDCCH候選集合定義。在搜索空間PDCCH的候選對(duì)應(yīng)的CCE為：

其中是 UE特定子幀到子幀搜索空間跳頻序列的輸出,i=0，…，L-1，m=0，…，是在給定搜索空間中監(jiān)測(cè)的PDCCH候選數(shù)目，為在子幀控制k控制區(qū)的總CCE數(shù)目。

UE特定搜索空間的設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 多CC時(shí)的UE特定搜索空間

對(duì)于公共搜索空間，式（1）中的為0.對(duì)UE沒(méi)有配置CIF時(shí)同樣適用。

下面重點(diǎn)講解異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的跨載波調(diào)度。

LTE-Advanced中的跨載波調(diào)度最主要的動(dòng)機(jī)就是為了在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署情況下支持 PDCCH的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（ICIC）。圖 4表示宏小區(qū)和小小區(qū)共享兩個(gè)下行 CC（CC1和 CC2）情況下的典型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景。小小區(qū)用低發(fā)射功率使用兩個(gè)CC，宏小區(qū)在CC1用高發(fā)射功率，在CC2上降低功率發(fā)射。在CC1上，宏小區(qū)將對(duì)小小區(qū)產(chǎn)生較大的干擾，所以小小區(qū)將通過(guò)使用 CC2上的 PDCCH來(lái)進(jìn)行跨載波調(diào)度CC1上的數(shù)據(jù)傳輸而受益。而宏小區(qū)也不在CC2上發(fā)送PDCCH（或者以低功率發(fā)送PDCCH），而是使用CC1通過(guò)跨載波調(diào)度來(lái)調(diào)度在CC1和CC2上的數(shù)據(jù)傳輸。這樣有效地提供了PDCCH的ICIC，且對(duì)于PDSCH數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)還可以繼續(xù)采用Release 8的ICIC機(jī)制。

圖4 典型的宏小區(qū)和微小區(qū)公用兩個(gè)CC的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署

2.2 物理控制格式指示信道（PCFICH）

由于可能不同CC上的負(fù)載不同，下行控制區(qū)使用的OFDM符號(hào)數(shù)目，也就是PDSCH的起始點(diǎn)，對(duì)每個(gè)CC可以獨(dú)立設(shè)置。但是，因?yàn)樵谝粋€(gè)有數(shù)據(jù)發(fā)送的SCell的CC上存在不可靠的PDCCH接受而采用跨載波調(diào)度時(shí)，同樣影響PDCCH的小區(qū)干擾也將影響PDFICH，因?yàn)樗鼈兌荚谶@個(gè)CC同樣的控制區(qū)。為解決這個(gè)問(wèn)題且不帶來(lái)過(guò)大的信令開(kāi)銷(xiāo)，Release 10提供一個(gè)機(jī)制使得跨載波調(diào)度的PDSCH的每個(gè)CC上第一個(gè)OFDM符號(hào)的序號(hào)可以半靜態(tài)地信令配置。這樣就避免了跨載波調(diào)度的UE在目標(biāo)CC上解調(diào)PCFICH的必要。需要注意的是，這樣并不會(huì)影響eNodeB動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)CC上控制區(qū)大?。ūM管子啊很多異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，相對(duì)靜態(tài)的控制區(qū)大小更合適來(lái)做ICIC）。如果靜態(tài)信令通知的大小大于使用的控制區(qū)大小，額外的OFDM符號(hào)還是可以用于非跨載波調(diào)度的UE的數(shù)據(jù)傳輸，如果使用較長(zhǎng)惡控制區(qū)大小，那么會(huì)降低跨載波調(diào)度的UE的PDSCH解調(diào)性能。

2.3 物理HARQ指示信道（PHICH）

載波聚合中 PHICH（用于發(fā)送對(duì)應(yīng)上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕旌螦RQ的ACK/NACK）的設(shè)計(jì)基于Release 8定義的設(shè)計(jì)原則：物理傳輸方面（正交碼設(shè)計(jì)、調(diào)制、擾碼序列和資源元素的映射等）都是一致的。PHICH在發(fā)送對(duì)應(yīng)上行資源授權(quán)的下行CC上發(fā)送；這個(gè)特別對(duì)有些CC在控制區(qū)受到強(qiáng)的小區(qū)間干擾的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署情況下有益處。如果采用跨載波調(diào)度，一個(gè)下行CC將會(huì)承載多個(gè)上行CC的PHICH信息，所以講增加PHICH碰撞的概率（因?yàn)镻HICH的次序是由對(duì)應(yīng)的PUSCH傳輸?shù)淖畹蚉RB決定的，這樣對(duì)于多個(gè)上行CC，它們的序號(hào)可能相同）。為避免這種情況，可以對(duì)會(huì)在相同下行CC的控制區(qū)發(fā)送PHICH的上行CC配置不同的PUSCH解調(diào)參考信號(hào)，這樣PHICH的次序也就偏移了。而且eNodeB的調(diào)度器也可以選擇不同CC的上行資源分配的不同起始PRB來(lái)避免碰撞。

3 小結(jié)

在Release 10中引入LTE-Advanced載波聚合主要來(lái)自三個(gè)動(dòng)機(jī)：支持高數(shù)據(jù)速率，有效利用離散頻譜，通過(guò)跨載波調(diào)度支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的部署。對(duì)載波聚合的增強(qiáng)，也勢(shì)必是現(xiàn)階段及未來(lái)研究重點(diǎn)。

[1] 3GPP Technical Report 36.913. Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)(LTE-Advanced)[J],www.3gpp.org.

[2] 3GPP Technical Report 36.815.LTE-Advanced Feasibility Studies in RAN WG4 (Release 9) [J],www.3gpp.org.

[3] 3GPP Technical Specification36.213.Physical Layer Procedures (Release10) [J],www.3gpp.org.

[4] 3GPP Technical Report 25.814.Physical Layer Aspects for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)(Release 7) [J],www.3gpp.org.

[5] 3GPP Technical Specification 36.101.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);User Equipment(UE)Radio Transmission and Reception(Release10)[J],www.3gpp.org.