LTE－A系統(tǒng)DCI盲檢測方法的實(shí)現(xiàn)過程研究

林威林，曹龍漢、2，張治中

(1.重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065;2.重慶通信學(xué)院控制工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400035)

LTE－A是在LTE技術(shù)基礎(chǔ)上的平滑演進(jìn)，具有后向兼容性，最顯著的性能特點(diǎn)是滿足上行峰速500 Mbit/s，下行峰速1 Gbit/s，頻譜配置靈活，支持連續(xù)和非連續(xù)的頻譜等。物理層在通信系統(tǒng)中是非常重要的一層，由控制信息和數(shù)據(jù)信息組成，控制信息包括混合自動(dòng)重傳請求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)信息、功率控制命令、標(biāo)識數(shù)據(jù)傳輸格式和調(diào)制方式信息等，從而保證用戶端對接收數(shù)據(jù)的正確解調(diào)和解碼［1－4］。

物理層可以劃分為多個(gè)能獨(dú)立完成編碼過程和調(diào)制過程的信道，其中調(diào)度控制信息和分配系統(tǒng)資源主要由物理層下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)來承擔(dān)，系統(tǒng)性能的高低受PDCCH接收信息快慢的影響。為了降低系統(tǒng)時(shí)延和提高傳輸速率，基站在同一時(shí)刻一般與多個(gè)用戶進(jìn)行信息交互，加之LTE－A系統(tǒng)中增加了載波聚合(Carrier Aggregation，CA)技術(shù)，下行控制信息(Downlink Control Information，DCI)的格式增加到13種，不同用戶的情況不一樣，而基站同時(shí)需要給多個(gè)用戶發(fā)送多種控制信息，這就導(dǎo)致用戶端(User Epuipment，UE)接收正確的PDCCH非常麻煩。由于DCI在哪個(gè)載波上傳輸、當(dāng)前PDCCH承載的是哪種DCI格式、調(diào)度信息具體定位等信息UE是無法獲取的，UE只能發(fā)送所需要的控制信息的類型，在UE系統(tǒng)的復(fù)雜度相當(dāng)有限的情況下，本文設(shè)計(jì)了一種有效的DCI盲檢測方法來限制盲檢次數(shù)，縮短系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。

1 PDCCH內(nèi)容簡介

PDCCH承載著一個(gè)或多個(gè)UE的DCI信息［5］，每個(gè)DCI承載的信息和用途不一樣，物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)調(diào)度信息由 DCI格式 1、1A、1B、1C、1D 來承載;物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)調(diào)度信息由DCI格式0、4來承載;上行功率控制配置信息由DCI格式3、3A來承載;多天線條件下的配置信息由DCI格式2、2A、2B、2C來承載。

PDCCH 支持4 種格式:PDCCH0，PDCCH1，PDCCH2，PDCCH3分別對應(yīng)的控制信道元素(Control Channel Elements，CCE)個(gè)數(shù)是1，2，4，8。PDCCH 在 CCE 上的開始位置應(yīng)滿足imodn=0，i為CCE的編號，n為單個(gè)PDCCH含有的CCE數(shù)量，單個(gè)CCE含9個(gè)資源粒子組(Resource Group，REG)、36 個(gè)資源元素(Resource Element，RE)、72比特信息。大部分情況下，一個(gè)子幀中的前3個(gè)正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)符號被PDCCH配置，多個(gè)PDCCH可在一個(gè)子幀中復(fù)用，當(dāng)子幀中有多播廣播單頻網(wǎng)(Multimedia Broadcast/Multicast Service Single Frequency Network，MBSFN)傳輸，則可能有0，1或2個(gè)控制信息符號，但當(dāng)資源塊數(shù)(Resource Blocks，RB)小于10時(shí)，可能有2，3或4個(gè)控制信息符號，以保證小區(qū)邊緣可以覆蓋。

1.1 PDCCH占用的CCE數(shù)量

系統(tǒng)對每個(gè)子幀內(nèi)用于PDCCH傳輸?shù)腃CE數(shù)量采用動(dòng)態(tài)分配原則。首先由系統(tǒng)帶寬(Bandwidth，BW)、天線數(shù)和CP模式初步確定當(dāng)前子幀內(nèi)每個(gè)OFDM符號可用的CCE數(shù)量，再由物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indicator Channel，PCFICH)來解調(diào)，確定當(dāng)前子幀內(nèi)用于PDCCH的OFDM符號數(shù)。同時(shí)，對該子幀內(nèi)用于物理混合ARQ指示值信道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，PHICH)、輔同步信號(Secondary Synchronization Signal，SSS)和 PCFICH的 CCE數(shù)量進(jìn)行分析，最終確定用于PDCCH傳輸?shù)腃CE總數(shù)。

一個(gè)子幀內(nèi)實(shí)際用于PDCCH傳輸?shù)腃CE數(shù)為用于PDCCH傳輸?shù)腛FDM符號上的所有CCE總數(shù)減去子幀內(nèi)用于 PCFICH、PHICH和 SSS的 CCE數(shù)量，即:

NCCE，RB，OFDM2=2(nant=1 或 2)或者NCCE，RB，OFDM2=3(nant=4)，nant為天線數(shù)

NCCE，RB，OFDM3=2(長CP)或者NCCE，RB，OFDM3=3(短CP)

當(dāng)幀結(jié)構(gòu)為FDD時(shí)，NCCE，SSS=0，當(dāng)幀結(jié)構(gòu)是TDD時(shí)，NCCE，SSS由BW和CFI值決定。表1所示是SSS、下行系統(tǒng)BW及CFI的關(guān)系。

表1 SSS、下行系統(tǒng)BW及CFI的關(guān)系

表1 中為Y 時(shí)，NCCE，SSS值為2，為N 時(shí)，NCCE，SSS值為0。

1.2 搜索空間

LTE－A系統(tǒng)設(shè)定搜索空間()來盡力減少監(jiān)視的CCE集合，進(jìn)而減少盲檢次數(shù)，以縮短系統(tǒng)反應(yīng)的時(shí)間。分為公共搜索空間和專有搜索空間，其是由CCE按照聚合等級(L)合成的候選 PDCCH(M(L))集合［6］，通常情況下UE通過某種檢測方法試圖遍歷系統(tǒng)某子幀中全部M(L)，UE只會(huì)在循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(Cyclic Redundancy Check，CRC)成功的時(shí)候才會(huì)處理信息(部分特殊格式類型再經(jīng)過DCI判決正確后才進(jìn)行信息處理)，表2為搜索空間與候選PDCCH關(guān)系表。

表2 搜索空間與候選PDCCH關(guān)系列表

2 載波聚合

CA將2個(gè)或更多的載波單元(Component Carrier，CC)聚合在一起以滿足LTE－A版本支持最大為100 MHz的傳輸帶寬要求［7］。因?yàn)槊總€(gè)CC的最大BW為20 MHz，為了高效地利用零碎的頻譜頻段，CA支持不同CC之間的聚合，主要聚合方式分為三種:相同或不同帶寬的CC聚合，同一頻帶內(nèi)鄰近或非鄰近的CC聚合和不同頻帶內(nèi)的 CC 聚合［8］。

一個(gè)主小區(qū)(PCell)加上若干個(gè)(0～4)輔小區(qū)(SCell)組成一個(gè)服務(wù)小區(qū)(Serving Cell)，通信鏈接形成后指定PCell;在初始安全激活流程完成的情況下，由RRCConnectionReconfiguration信令決定增刪改哪些SCell，從而知道哪些CC是SCell。每個(gè)CC都用一個(gè)索引值進(jìn)行區(qū)分，PCell的CC索引值規(guī)定為0，SCell的CC索引值由RRC信令確定［9］。

不同UE用戶的兩種小區(qū)的配置情況因用戶的需求不同而可能不一樣，CA情況下用戶的Serving Cell的CRNTI都一樣，根據(jù)系統(tǒng)支不支持跨載波調(diào)度，CA分為兩種調(diào)度情況:

調(diào)度方式不支持跨載波調(diào)度的情況下，每個(gè)CC的功能與LTE(R8版本)一樣，體現(xiàn)了其后向兼容性。

調(diào)度方式支持跨載波調(diào)度的情況下，不是所有DCI格式都支持這種調(diào)度方式，一個(gè)CC中的PDCCH可調(diào)度在其他CC上的數(shù)據(jù)信息，PDCCH和哪個(gè)CC對應(yīng)是由其開頭位置的CIF信令決定的，CIF僅支持專有搜索空間，其受控于cif－Presence－r10信令，UE只能在一個(gè)CC獲取控制信息，這個(gè)CC可以是同載波的CC或者是跨載波調(diào)度情況下其他載波上的CC，在進(jìn)行DCI盲檢測時(shí)，分情況進(jìn)行檢測可進(jìn)一步降低檢測時(shí)間，提高盲檢效率，載波調(diào)度示意圖如圖1所示(CC數(shù)為5個(gè)、PCell設(shè)定為第3個(gè)CC上的情況時(shí))。

圖1 載波調(diào)度示意圖

若UE配置CA時(shí)最多盲檢44+32×num_SCell次，num_SCell代表SCell個(gè)數(shù)，PCell和R8版本一樣需要44次檢測，SCell因不存在公有搜索空間而只需要32次檢測;若沒有配置跨載波調(diào)度，每個(gè)Serving Cell等同于R8版本，最多檢測44次。

3 DCI盲檢測方法及實(shí)現(xiàn)流程

LTE－A系統(tǒng)DCI盲檢測流程圖如圖2所示，其發(fā)送過程為:首先媒體接入控制層(Media Access Control，MAC)的信令決定載波調(diào)度的方式、PCell和SCell在哪些CC上，然后選擇傳輸模式(Transmission Mode，TM)來傳輸相應(yīng)的DCI格式信息，最后通過DCI發(fā)送模型發(fā)射出去。接收過程為:首先通過MAC層信令確定載波調(diào)度方式、要盲檢PCell和SCell所在的CC，然后確定TM限制選取的DCI格式信息和S(L)K位置，最后通過DCI盲檢測模型進(jìn)行盲檢。

圖2 DCI盲檢測整體系統(tǒng)示意圖

3.1 單個(gè)CC上DCI盲檢測發(fā)收流程

單個(gè)CC上PDCCH的DCI盲檢測系統(tǒng)是由DCI發(fā)送模型和DCI盲檢測模型組成的，圖3所示為單個(gè)CC上DCI盲檢測發(fā)收鏈路流程。

圖3 單個(gè)CC上DCI盲檢測發(fā)收鏈路流程

3.2 DCI盲檢測過程

根據(jù)上文基本知識的介紹，盡可能地減少盲檢次數(shù)和盡可能避免漏檢或誤檢的情況下，設(shè)計(jì)了LTE－A系統(tǒng)DCI盲檢測詳細(xì)的發(fā)送和接收流程。

1)DCI盲檢測發(fā)送過程如下:

(1)根據(jù)上文介紹可知，MAC層信令決定載波調(diào)度的方式、定位PCell和SCell在哪些CC上。

(2)每個(gè)CC上的上行鏈路中哪些UE可分配DCI信息，可分配什么格式的DCI信息由信道質(zhì)量信息、調(diào)度請求信息和緩沖狀態(tài)報(bào)告等決定;每個(gè)CC上的下行鏈路中哪些UE可進(jìn)行分組傳輸由MIMO配置、秩指示、信道質(zhì)量指示報(bào)告和預(yù)編碼信息決定，每個(gè)DCI都用對應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(Radio Network Temporary Identity，RNTI)進(jìn)行標(biāo)識。

(3)為每個(gè)DCI信息配置一定等級的PDCCH格式，當(dāng)信道質(zhì)量不好時(shí)，配置的PDCCH格式大，當(dāng)信道質(zhì)量良好時(shí)，配置的PDCCH格式小，在滿足傳輸正確的基礎(chǔ)上盡可能最小化PDCCH頭，在配比的時(shí)候應(yīng)考慮NCCE，k的大小。

(4)計(jì)算PDCCH的資源數(shù)大小以及承載PDCCH的OFDM符號數(shù)大小，然后將這些信息告訴給PCFICH。

(5)在正確的S(L)K進(jìn)行PDCCH信道的復(fù)用，圖4所示為其復(fù)用方法，其中SCell所在的CC僅映射專有搜索空間范圍內(nèi)的資源信息。

(6)若PDCCH映射的時(shí)候搜索空間被占用，可以接受若干PDCCH不能被傳輸?shù)膿p失，繼續(xù)步驟7)，也可以增加一個(gè)OFDM符號用來重新對PDCCH映射。

(7)分配PDFICH和PHICH資源。

圖4 PDCCH信道復(fù)用示意圖

(8)根據(jù)上述情況分配PDCCH占用資源，參考1.1節(jié)。

(9)每個(gè)CC上在確保每個(gè)OFDM符號的總功率值沒有超過允許的最大值的情況下，發(fā)送PDCCH。

2)DCI盲檢測接收過程為:

(1)根據(jù)第2節(jié)介紹由MAC層信令確定載波調(diào)度的方式、確定PCell和SCell在哪些CC上盲檢。

(2)由圖3所示，單個(gè)CC上將接收到的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過從解資源映射到信號解擾模塊的一系列處理，得到DCI盲檢測發(fā)送模塊PDCCH復(fù)用后的數(shù)據(jù)信息。

(3)根據(jù)1.1節(jié)介紹求得PDCCH占用的CCE資源總數(shù)NCCE，k，并依次編號為0，1，2，…，NCCE，k－1，k表示當(dāng)前子幀號。

(4)根據(jù)RNTI值、子幀序號、NCCE，k、TM 模式選擇和L確定CCE的，提取候選M(L)。由協(xié)議規(guī)定的算法=L×{(YK+m1)mod［NCCE，k/L］}+i可計(jì)算出的位置，其中在公共搜索空間情況下，由協(xié)議可知L的值為4，8，YK的值為0，m1=m，在專有搜索空間的情況下，由協(xié)議可知L為 1，2，4，8，YK=(A×YK－1)modD，A的值為39 827，D的值為 65 537，Y－1=nRNTI，nRNTI不為 0，2k=ns，ns表示時(shí)隙編號，m1=m+nCI×M(L)，m=0，1，…，M(L)－1，i=0，1，…，L－1，nCI代表載波指示值的大小，系統(tǒng)檢測非周期控制狀態(tài)信息報(bào)告(Control State Information，CSI)是否存在，當(dāng)有非周期CSI報(bào)告時(shí)nCI的值規(guī)定為1，當(dāng)無非周期CSI報(bào)告時(shí)nCI的值規(guī)定為0。

(5)由于UE既不確定目前PDCCH傳輸?shù)氖悄姆NDCI信息，也不確定自己所需要DCI信息所在的位置，所以UE必須將所有L一一嘗試檢測，根據(jù)不同的配比情況，當(dāng)公共搜索空間和專有搜索空間同時(shí)存在的時(shí)候，優(yōu)先檢測公共搜索空間。以專有搜索空間為例，如圖5所示，L從小到大的盲檢測流程為:L=1時(shí)，根據(jù)步驟4)在起始位置截取一個(gè)CCE，即一個(gè)M(L)，將截取數(shù)據(jù)依次進(jìn)行解速率匹配、Viterbi譯碼和最后16位的CRC校驗(yàn)，如果CRC校驗(yàn)成功，則根據(jù)當(dāng)前信息配比條件下所知道的信息長度可確定DCI格式類型，此時(shí)如果是格式1A，則需要進(jìn)一步通過flag信令進(jìn)行DCI判決來區(qū)分DCI格式是0或1A;如果校驗(yàn)不對，當(dāng)前位置增大L再次進(jìn)行截取，然后重復(fù)以上過程。若L=1遍歷檢測后仍沒有校驗(yàn)成功，則返回步驟(4)重新確定起始位置進(jìn)行L=2的檢測，以此類推，直到盲檢成功或者遍歷所有L后，盲檢測才算結(jié)束，公共搜索空間的檢測方法亦如此。

圖5 專有搜索空間L按從小到大順序盲檢測示意圖

(6)當(dāng)檢測的CC是PCell時(shí)，所有搜索空間都可能需要檢測;當(dāng)檢測的CC是SCell時(shí)，僅檢測專有搜索空間。

(7)在實(shí)際的盲檢測過程的速率匹配模塊中，當(dāng)輸入序列相同、輸出序列不同的時(shí)候，短序列是長序列的子序列，在檢測的過程中，對應(yīng)級別L的PDCCH在檢測的過程中，檢測級別小于L，用戶端卻認(rèn)為檢測出的DCI有效，出現(xiàn)誤檢。每種級別的搜索長度有可能是6個(gè)、8個(gè)、12個(gè)或16個(gè)CCE，當(dāng)搜索長度不小于16個(gè)CCE時(shí)，正常盲檢;當(dāng)CCE數(shù)量小于16時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)部分或者全部L級別無法正常盲檢;如果搜索長度小于16個(gè)CCE就跳過不檢測，這可能會(huì)出現(xiàn)漏檢。因?yàn)閰f(xié)議規(guī)定公共搜索空間和專有搜索空間可以部分重合，假設(shè)DCI編碼后映射到i(某個(gè)CCE上)到i+7的CCE上，接收端以相同DCI格式、以i為起始位置進(jìn)行L=4的檢測，最后檢測成功，隨后系統(tǒng)就會(huì)跳過L=8的檢測，從而也會(huì)出現(xiàn)漏檢。

(8)基于情況(7)，為了減少盲檢次數(shù)，盡量避免漏檢和誤檢，首先，L值可以從小到大，或從大到小，或按照上次的L值先檢測，再向大或者向小的L值嘗試，或根據(jù)信道質(zhì)量情況確定先檢測的L值。其次，當(dāng)NCCE，k＜16時(shí)，前L×n個(gè)CCE需進(jìn)行相應(yīng)搜索空間等級L的盲檢測，其中L×n＜NCCE，k，n是正整數(shù)，檢測方法參考步驟(4)和(5)。

4 結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)上述設(shè)計(jì)發(fā)送和接收流程，以ECLIPSE為平臺搭建C鏈路進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，在發(fā)送端數(shù)據(jù)配置如下時(shí):上下行BW為50個(gè)RB，PDCCH格式選擇PDCCH1，CFI=1，子幀編號為1，高斯白噪聲信道，時(shí)隙編號ns=19，DCI格式選擇1A，CC選擇為PCell=0，m=1，RNTI選擇CRNTI，專有搜索空間模式，TM選擇9。盲檢測結(jié)果如圖6所示，在PCell專有搜索空間的L=2的等級上檢測出DCI格式為1A，盲檢測成功。圖7所示的是DCI格式1A的部分控制信息檢測結(jié)果，可以看出，DCI格式1A含有的配置信息，都能檢測出來，其他格式的信息，因沒有盲檢出來，所以無法知道具體值，系統(tǒng)隨意賦值。

圖6 DCI格式1A在PCELL上專有搜索空間配比下的盲檢結(jié)果(截圖)

圖7 DCI格式1A被檢測后其所含控制信息部分檢測結(jié)果(截圖)

5 結(jié)束語

本文描述了LTE－A系統(tǒng)DCI盲檢測方法及發(fā)送和接收步驟，并搭建了鏈路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證，為實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了理論依據(jù)。在盲檢測過程中L等級的選擇和檢測順序的確定，直接影響盲檢測的時(shí)間;一般情況下，L影響PDCCH的編碼速率，因此，UE應(yīng)該有一套與基站匹配的如何選擇PDCCH的編碼速率的方法，這也影響盲檢測的時(shí)間，以上兩點(diǎn)有待進(jìn)一步的研究與仿真，可進(jìn)一步避免漏檢和誤檢，減少盲檢次數(shù)，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

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［1］3GPP TS 36.211，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical channels and modulation［S］.2010.

［2］3GPP TS 36.212，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):multiplexing and channel coding［S］.2010.

［3］3GPP TS36.213，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical layer procedures［S］.2010.

［4］3GPP TS 36.214，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical layer measurement［S］.2010.

［5］羅友寶，李小文，吳云梅.LTE物理下行控制信道盲檢測過程研究［J］.電視技術(shù)，2010，34(12):75－76.

［6］唐宏，舒剛，趙林君，等.LTE系統(tǒng)中保證CCE分配公平性的算法［J］.電信科學(xué)，2011(9):83－84.

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［8］張麗娟，侯曉赟.LTE－A載波聚合技術(shù)的最新研究進(jìn)展［J］.通信技術(shù)，2012，45(9):112－113.

［9］3GPP TS36.321，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):medium access control(MAC)protocol specification［S］.2010.