云計算無線接入網(wǎng)下的物理下行控制信道增強

杜 寧

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司哈爾濱市分公司，黑龍江 哈爾濱 150010）

0 引 言

隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，無線接入網(wǎng)相關(guān)技術(shù)獲得了空前發(fā)展，尤其是異構(gòu)網(wǎng)、增強小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)以及聚合載波等相關(guān)技術(shù)。在此背景下，必須科學(xué)控制物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）容量，確保系統(tǒng)正常運行[1]。實踐表明，PDCCH幾乎占用了物理資源的全部帶寬，因此導(dǎo)致異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行控制信道干擾協(xié)調(diào)較差。尤其是在多天線列陣持續(xù)穩(wěn)定環(huán)境中，PDCCH無法像物理下行共享信道（Physical Downlink Share Channel，PDSCH）獲得波速賦形增益?；谏鲜龇N種情形，在制定第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP） Release11 時，應(yīng)用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)進一步增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。筆者梳理相關(guān)學(xué)者的研究資料，總結(jié)云計算無線接入網(wǎng)下的物理下行控制信道增強方案，希望能為相關(guān)工作人員制定無線接入網(wǎng)下物理下行控制信道增強方案提供幫助。

1 基于云計算的無線接入網(wǎng)構(gòu)架及其增強PDCCH的可能性

作為當前使用頻率最高、應(yīng)用效果最佳的集中式/協(xié)作式/云計算無線接入網(wǎng)，基于云計算的無線接入網(wǎng)構(gòu)架（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）不僅在通用移動通信技術(shù)的長期演進（Long Term Evolution，LTE）中獲得了廣泛應(yīng)用，還在無線接入網(wǎng)中獲得了廣泛應(yīng)用，如全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）、時分同步碼分多址系統(tǒng)（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）等[2]。這一情形出現(xiàn)的原因在于C-RAN優(yōu)越的結(jié)構(gòu)。

C-RAN中各遙控發(fā)射單元（Remote Radio Unit，RRU）無法與基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）進行直連，而是通過快速交換網(wǎng)與BBU相連。這一連接方式的最大優(yōu)勢是能夠科學(xué)協(xié)調(diào)小區(qū)間的有效資源，達到降低運維支出成本的目的。

在C-RAN中，如果各RRU信號相同而地理位置不同，如一個RRU在居民區(qū)，另一RRU在辦公區(qū)，那么可將其連接于同一扇區(qū)。此外，每個RRU都具備多載波支持功能，能夠有效應(yīng)對“潮汐效應(yīng)”。通過這種組網(wǎng)方式還能夠有效降低PDCCH的使用量，高效地完成小區(qū)間的PDCCH協(xié)調(diào)工作。

2 增強型物理下行鏈路控制信道空口資源介紹

增強型物理下行鏈路控制信道（Enhanced Physical Downlink Control Channel，EPDCCH）增強型資源粒子群與PDCCH雖然存在共同處，但是仍然具有本質(zhì)上的區(qū)別，主要在于受到聚合等級的影響，其傳輸性能受到限制，一個EPDCCH只能從增強型控制信道單元（Enhanced Control Channel Element，ECCE）上傳輸。ECCE受到增強型資源單元組（Enhanced Resource Element Group，EREG）的制約，導(dǎo)致在實際信號傳輸中與PDCCH存在較大區(qū)別。

2.1 EPDCCH占用的物理資源塊

在每個EPDCCH的小區(qū)邊緣終端（User Experience，UE）中，只能為其配置1～2個EPDCCH集合。EPDCCH僅能在其配置的EPDCCH集合上傳輸，因此當某住宅小區(qū)在開展接入網(wǎng)設(shè)計時若為UE配置了2個EPDCCH集合，而這2個EPDCCH集合又各自包含4個和8個物理資源塊（Physical Resource Block pair，PRB pair），將導(dǎo)致二者可配置的PRB pair數(shù)量存在較大差異。再加之EPDCCH集合只能用于被特定UE接收，就造成即使在同一個PRB pair上也不能同時進行EPDCCH與PDSCH之間的數(shù)據(jù)傳輸，而僅用于特定UE數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 增強型資源粒子群EREG

引入EREG的主要目的是對EPDCCH映射到資源單元（Resource Element，RE）的方式進行定義，而利用長期演進技術(shù)升級版（Long Term Evolution Advanced，LTE-A）進行EREG資源單元定義的主要是為了能夠更加科學(xué)高效地分配物理控制格式指示器通道（Physical Control Format Indicator Channel，PCFICH）、物理指示信道（Physical Hybrid Indicator Channel，PHICH）等數(shù)據(jù)資源，即在PCFICH、PHICH資源分配中，以EREG為單位，將數(shù)據(jù)信號映射至REA上時，無須考慮參考信號（Demodulation Reference Signal，DMRS）調(diào)節(jié)情況，僅遵循EREG頻域先于時域順序原則即可。通過這種交織技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，可將所有物理資源上的RE平均分配于頻域與時域[3]。在PRB pair內(nèi)，共有16個EREG。為保證應(yīng)用中不出現(xiàn)混淆情況，設(shè)計時按0～15進行編號。通常情況下，每個EREG包含9個RE，而在擴展循環(huán)前綴情形下，每個EREG僅有8個RE。所有編號為n的RE共同構(gòu)成EREG#n，表明在同一個PRB pair內(nèi)，所有編號相同的RE組成一個EREG[4]。此外，所組成EREG的RE無法完全被用于EPDCCH傳輸，而在PDCCH所在控制區(qū)域或小區(qū)特定參考信號范圍內(nèi)，CSI參考信號占用的RE也無法被用作EPDCCH傳輸。

2.3 增強型控制信道粒子ECCE

LTE-A存在的目的是便于大量數(shù)據(jù)信息傳輸運行，為資源數(shù)據(jù)分配提供后臺程序支持。本文中PDCCH最低資源組為RE共計36個，而每9個RE資源組合又組成了REG資源組，4個REG資源組又組成了一個CCE資源組，多個CCE資源組又組成了PDCCH資源集合。根據(jù)不同的資源前綴和子幀配合，整體上ECCE資源組中的分組不同，具體如表1所示。

表1 不同情況下ECCE所含EREG數(shù)量表

由表1可知，1個PRB pair中包含16個EREG。假定1個ECCE包含NECCEEREG個EREG，那么1個PRB pair就包含16/NECCEEREG個ECCE情況。

3 PDCCH增強方案

C-RAN本身具有較強的構(gòu)架優(yōu)越性，而增強PDCCH主要包含PDCCH資源預(yù)留、PDCCH聯(lián)合發(fā)射、跨載波調(diào)度、增強物理下行控制信道（Enhanced Physical Downlink Control Channel，EPDCCH）等，因此本研究主要針對上述4個重要組成部分進行論述。

3.1 PDCCH資源預(yù)留

在C-RAN下，小區(qū)之間的協(xié)調(diào)變得更加容易。為保證小區(qū)各個空間的控制信道單元（Control Channel Element，CCE）數(shù)量相同、位置一致，一般通過控制天線配置數(shù)量和控制符號數(shù)量等方式實現(xiàn)。如果2個小區(qū)距離較近，一個小區(qū)使用了某個CCE后，應(yīng)避免其鄰近小區(qū)采用同種規(guī)格和形式的CCE，避免出現(xiàn)信號干擾現(xiàn)象。在實際應(yīng)用過程中，也可以通過對RE進行打孔、基站功率置零的方式降低干擾[5]。需要注意的是，在資源預(yù)留方案中，不同小區(qū)具有的頻率偏移/子載波偏移不同，因此資源預(yù)留效果往往達不到預(yù)期。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是相鄰小區(qū)在發(fā)送參考信號時未能高效落實資源預(yù)留，常采用多種資源預(yù)留方案，造成運行工況復(fù)雜，最終導(dǎo)致信號干擾較大。

3.2 PDCCH聯(lián)合發(fā)射

同PDCCH資源預(yù)留一樣，相鄰小區(qū)可幫助本小區(qū)發(fā)射相同PDCCH的符號級信號。如果相鄰小區(qū)使用相同資源單元的參考信號，RE發(fā)射可參考鄰區(qū)信號，從而為PDCCH聯(lián)合發(fā)射提供分集增益[6]。因為不同小區(qū)具備的頻率偏移不同，所以PDCCH聯(lián)合發(fā)射效果并不理想，但同資源預(yù)留相比，產(chǎn)生的效果還是更勝一籌。

3.3 跨載波調(diào)度

可以通過跨載波調(diào)度降低PDCCH資源集合組間干擾。3GPP Release10終端支持載波聚合（Carrier Aggregation，CA）。該載波可以作為降低通信干擾的載體。例如，將PDCCH放在低頻載波上，將PDSCH/PUSCH放在高頻載波上，能夠?qū)崿F(xiàn)跨載波科學(xué)調(diào)度，降低高低頻率載波的干擾影響。

3.4 EPDCCH及其增強

所述EPDCCH增強是指針對3GPP Release11及以后版本的PDCCH增強[7]。EPDCCH增強的主要參考對象是EPDCCH，那么如何有效增強其實際網(wǎng)絡(luò)中的使用性能，實現(xiàn)對EPDCCH小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)，可參照圖1、圖2基于物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）的結(jié)構(gòu)進行配置。

圖1 EPDCCH的EREG組成

圖2 集中式EPDCCH的ECCE組成

對于C-RAN增強及其性能研究，可從EPDCCH結(jié)構(gòu)出發(fā)進行分析。

在常規(guī)循環(huán)前綴（Cyclic Pre-fix，CP）和子載波間隔（15 kHz）下的常規(guī)下行子幀中，每個PRB有168個RE。通過對各個RE進行編號，相同編號的9個RE可組成一個EREG，因此一個PRB擁有16個EREG。

由圖1可知，編號相隔4的4個EREG能組成一個ECCE，那么就出現(xiàn)一個PRB有4個ECCE情形。以此類推，承載一條EPDCCH信道的ECCE使用量一般需要2個、4個、8個、16個或32個。

從PRB結(jié)構(gòu)上看，EPDCCH信道與PDSCH信道存在許多相似之處。在具體運行實踐中，為保障小區(qū)邊緣用戶使用的安全性和可靠性，應(yīng)切實做好RBG0和RBG1預(yù)留工作，并對小區(qū)承載的EPDCCH進行聯(lián)合發(fā)射、聯(lián)合波束賦形、資源預(yù)留、動態(tài)選擇及跨載波調(diào)度，從而穩(wěn)定提升小區(qū)間內(nèi)EPDCCH實際應(yīng)用的安全性能。

4 結(jié) 論

本文主要探究云計算模式下無線接入網(wǎng)物理下行控制信道的增強方案，旨在解決C-RAN下PDCCH難以增強和傳統(tǒng)LTE接入網(wǎng)協(xié)調(diào)不充分、難以實現(xiàn)等問題?；诒妼W(xué)者研究成果的借鑒與參考，重點剖析C-RAN下的資源預(yù)留、聯(lián)合發(fā)射、跨載波調(diào)度等有效PDCCH增強方案，希望能為相關(guān)執(zhí)業(yè)者提供借鑒與指導(dǎo)。