理论教育 下行物理信道串烧优化方案

下行物理信道串烧优化方案

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:LTE下行主要物理信道有如下几个:●物理控制格式指示信道。其中,PCFICH、PHICH、PDCCH三个物理信道整体上和PDSCH在一个子帧里是时分的,即前三者占一个子帧的前几个OFDM符号,剩下的OFDM符号为PDSCH信道。

下行物理信道串烧优化方案

LTE下行主要物理信道有如下几个:

●物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indication Channel,PCFICH)。

●物理HARQ指示信道(Physical HARQ Indication Channel,PHICH)。

●物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channle,PDCCH)。

●物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel,PDSCH)。

其中,PCFICH、PHICH、PDCCH三个物理信道整体上和PDSCH在一个子帧里是时分的,即前三者占一个子帧的前几个OFDM符号,剩下的OFDM符号为PDSCH信道。

1.PCFICH

PCFICH信道用来指示当前下行子帧里PHICH和PDCCH共占用该子帧的前几个OFDM符号,其取值一般为1、2、3。PCFICH所在的资源位置(资源集合)对每个小区来说是固定的,所有用户都知道,直接去那些位置读取里面指示的值就可以了。

2.PHICH

LTE里上下行数据传输采用的检错纠错方式为混合自动重传请求方式(Hybrid Automatic Retransmission Request,HARQ),即每一次数据传输,接收端需要反馈是正确接收(ACK)还是错误接收(NACK)。若是错误接收,数据发送方需要重传,重传的数据可以是先前已经传过的数据的不同信道编码冗余版本,也可以是相同的冗余版本,这样接收端可以把多次传输合并译码,提高译码的正确概率。

PHICH信道的作用是承载用户上行数据传输需要反馈的ACK或NACK。每个下行子帧上PHICH所占的时频资源数量和时频资源位置是由基站配置的,基站首先根据情况配置PHICH信道是分布在一个OFDM符号上还是三个OFDM符号上,用户可以通过广播里的系统配置参数读到这些信息。

3.PDCCH

我们把基站下行发数据给某个用户和允许某个用户上行发数据给基站,分别称为某用户被下行和上行调度了。PDCCH信道用来指示用户当前是否被调度,并承载用户上下行数据传输占用的时频资源信息(即资源分配)、调制编码方式、HARQ进程号等和数据解调译码强相关的控制信息,这些信息的不同组合形成了不同的下行控制信息(Downlink Control Informa-tion,DCI)格式,这里不再详细讲解了,请大家参考LTE协议36.212。(www.daowen.com)

我们知道LTE支持灵活的用户调度,而当某个用户被调度时就会有该用户数据对应的PDCCH,相反没有被调度的用户就没有对应的PDCCH(暂时不考虑半持续调度SPS)。那么UE怎么知道当前下行子帧基站有没有调度自己呢?换一种问法,怎么判断有没有给自己的PDCCH呢?要回答这个问题,因为控制信道本身所占用的时频资源也是用户间复用的,首先UE得知道在哪些时频资源上去找自己的PDCCH。

提醒

PDCCH的时频资源不可能像UE数据传输所用的时频资源一样被动态指示,因为那就得给PDCCH再设计一个“PDCCH”,这样会“鸡生蛋,蛋生鸡”,没完没了。

既然不能被动态指示,那就只能是预先规定。给每个用户规定一个各自PDCCH对应的时频资源,这样如果某个用户在当前子帧被调度,那么它对应的PDCCH就放在预先规定的位置。但注意另外一个问题,一个小区里接入的用户可能成百上千,你想想普通城市里方圆一公里区域内会有多少设备接入网络了。而一个子帧前几个OFDM符号的时频资源有限,不可能互不重叠地预先预留时频资源,也就是说,有可能很多个用户的PDCCH预留的时频资源是同一块时频资源,至少是有重叠的。那么,如果每个用户只有一份预留的PD-CCH对应的时频资源,那么对于预留的PDCCH时频资源有重叠的用户,如果某个子帧里这些用户中有一个被调度了,那么其他用户都不能被调度了。这样的话,这个设计就人为地对用户的调度限制较大,相当于没有任何根据地把用户分了组,并且每次每组里只有一个用户被调度。如何解决这个问题呢?注意,按照上面的设计,有可能某个子帧时刻,某一组用户里所有用户都不会被调度,那这一组对应的PDCCH时频资源就被浪费了。那么现在问题变成了,一边有浪费,一边又想调度调不了。可以这样解决:每个用户对应的PDCCH预留的不是一份时频资源,而是可能的多份时频资源,这样的话,即使一个用户的其中一份PDCCH时频资源因为和别人重叠而被别人的PDCCH占用,它当时又确实有被调度的必要性,那么它的PDCCH可能还有另一份时频资源位置可以放置,这样看来虽然由于时频资源有限,总是不能尽如人意,还是存在被限制调度,但这个“限制”本身可以做到相对公平随机,而不是某个固定限制模式。

在LTE里,采用的就是为一个用户规定多份可能放其对应PDCCH的地方,称为PDCCH搜索空间。这样的资源分配使用机制,一般被称为统计复用。一个搜索空间包含的时频资源数,也就是包含的RE个数的基本单位为控制信道单元(Control Channel Element,CCE)。注意要传输的DCI格式一旦定下来了,要传输的原始信息比特也就定了,而最后一个搜索空间的大小包含的CCE个数就确定了编码比特的个数,也就确定了一个码率。显然,由于不同时刻不同用户的信道差异性,要满足接收性能,比如1%误块率,不可能一个通用的码率能保证所有情形,除非这个码率是按最差信道情况下定的。但是,这样的话,资源利用不合理,因为不管信道有多好,总是花很多时频资源来传输PDCCH。从而一个子帧里前几个OFDM符号能承载的PDCCH个数就更少了,也即一个子帧能调度的用户更少了。为了克服这个缺点,LTE里一个搜索空间的大小分4种情形,可能包含的CCE个数分别为{1,2,4,8},称为聚合等级,每提高一个聚合等级,相当于对应的码率依次降1/2。

LTE为每个用户的每一个聚合级别都规定了可能的位置集合,如果某个被调度到的用户信道质量相对较好,那么基站可能把它的PDCCH放在聚合等级为1或2的搜索空间里。如果某个被调度到的用户信道质量相对较差,那么基站可能把它的PDCCH放在聚合等级为4或8的搜索空间里。用户因为不知道当前下行子帧里,基站是否有给自己发PDCCH(即是否调度自己),会用哪个聚合级别去发,用户需要在所有聚合级别的搜索空间里去尝试,直到正确解出一个给自己的PDCCH或者所有该尝试的都尝试了,但就是没解出来为止。这个一一尝试的过程也被称为盲检测过程。

最后再讨论一下,LTE为对付频率选择性,提高PDCCH频率分集增益所做的考虑。LTE里CCE是一个逻辑资源集合,一个CCE由9个资源单元组(Resource Element Group,REG)组成,每个REG由4个RE组成,即一个CCE由36个RE组成。并且,因为每个用户的PDCCH时频资源位置不是根据实时信道确定的,为了避免一个PDCCH所在时频资源都处于深衰落,比较保险的方法就是让一个PDCCH所在时频资源离散分布在整个控制信道区域,即获得一些频率分集效果。这个目的通过一个逻辑资源集合到实际物理资源的交织映射完成。下面举个例子来模拟这个过程,具体准确的细节请参照协议描述。不妨假设共有18个物理REG,从物理相邻自然顺序为物理REG1,…,物理REG18;从逻辑上讲也有18个逻辑REG,逻辑REG1,…,逻辑REG18,前9个逻辑REG组成CCE1,后9个逻辑REG组成CCE2。如果逻辑REG直接按顺序往物理REG映射,结果会使前9个逻辑REG也对应到前9个物理REG,即CCE1对应的物理资源是相邻的9个物理REG,有可能都处于深衰落,同样CCE2也可能都处于深衰落。一个办法就是先把逻辑REG交织一下,即重新排个序,变成逻辑REG4,逻辑REG18,逻辑REG9,…,逻辑REG5,逻辑REG11;然后按这个顺序往物理REG建立映射关系,那么逻辑REG1到逻辑REG9对应的物理REG的相对位置是离散分布的,则CCE1对应的物理资源是离散分布的,将PDCCH承载在上面,将获得一些频率分集效果。

4.PDSCH

PDSCH就是用来放各用户普通数据的地方,之所以称之为共享信道,是因为这些物理资源可以灵活分配给不同用户。谈到资源分配,LTE下行支持两种资源分配方式:集中式分配和分布式分配。首先LTE里下行资源分配是按两个时隙的一对PRB为粒度,集中式分配主要是指,这一对PRB就是两个时隙频率位置完全一样的一对PRB;而分布式分配是指,这一对PRB就是两个时隙频率位置不一样的一对PRB。同一个子帧里,可能有些用户的资源分配采用集中式分配,有些采用分布式分配,具体每个用户是哪一种,会在各用户对应的PDCCH的资源指示字段中指示出来。PDSCH主要涉及数据的发射接收处理过程,这在后面会单独讲解。

5.下行物理信道小结

根据上面的讨论,我们简单总结一下用户接收下行子帧的行为。首先用户会去检测PC-FICH,根据PCFICH的指示,确定当前下行子帧里PHICH和可能的PDCCH占用当前下行子帧的前几个OFDM符号。不过,具体在每个下行子帧里能占用几个OFDM符号,其实由PCFICH和PHICH共同决定。基站首先根据情况配置PHICH信道分布在1个OFDM符号还是3个OFDM符号上,用户通过广播里的系统配置参数就能读到这些信息。为了保证PHICH这个配置条件,PCFICH指示的个数必须大于等于PHICH分布的OFDM符号个数。也就是说,若PHICH配置为1个,PCFICH指示的控制信道可以为1~3个;而若PHICH配置的就是3个,那么PCFICH指示的个数只能是3个。

当PCFICH的值确定后,每个用户之前上行数据传输对应的PHICH的位置是和该之前上行数据传输绑定关系的,则是UE确知的,用户直接到这个对应的位置去解PHICH内容就行了;而PDCCH如上面讨论,用户需要到自己的搜索空间去盲检测。如果没检测到PDCCH就可以暂时歇歇了;如果检测到用于PDSCH调度的PDCCH,那么用户根据这个PDCCH里的指示信息,去解相应的PDSCH内容。

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