5G无线技术基础自学系列 | 物理下行控制信道

Posted 2022-12-10 COCOgsta

素材来源：《5G无线网络优化实践》

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2.4.1 PDCCH位置定义

在LTE中，PDCCH位置相对固定，频域为整个带宽，时域固定占用每个RB的前1～3个符号。也就是说，系统只需要通知UE物理下行控制信道PDCCH占据的OFDM符号数，UE便能确定PDCCH的搜索空间。

在NR系统中，由于5G系统带宽较大，如果PDCCH依然占据整个带宽会导致资源占用过多，搜索时间过长。此外，为了增加系统灵活性，5G NR中引入了控制资源集合（CORESET）概念，其对应的PDCCH频域和时域所占用资源可以灵活进行配置。因此，在NR系统中，UE先要获得PDCCH在频域上的位置和时域上的位置才能成功解码PDCCH。

1．CORESET含义

CORESET是NR中提出的概念，用以承载PDCCH频域上占据的频段和时域上占用的OFDM符号数等信息（参阅TS38.211 7.3.3.2节）。CORESET是一组物理资源，对应NR下行资源网格上的一个特定区域，用于携带PDCCH/DCI的一系列参数，等同于LTE的PDCCH。

LTE PDCCH与NR CORESET的对比如图2-19所示。

图2-19　LTE PDCCH与NR CORESET的对比

根据承载消息不同，CORESET可分为两种类型：一类为小区级CORESET，以CORESET 0进行标识，CORESET 0主要用来承载SIB1所需的Type 0-PDCCH CSS集合，由MIB中的pdcch-ConfigSIB1进行资源配置；另一类为与用户相关的CORESET（这些CORESET通过系统消息的方式进行配置或通过UE专属RRC信令配置），以CORESET 1～11进行标识，这些CORESET与配置BWP紧密关联。

在NR中，PDCCH频域占用的频段和时域占用的OFDM符号数等信息被封装在信息单元控制资源集合CORESET中；PDCCH起始OFDM符号编号及PDCCH监测周期等信息被封装在搜索空间SS（Search Space）中发送给UE。

根据承载内容不同，PDCCH搜索空间集合从逻辑上划分可分为公共搜索空间（CSS）集合和UE专用搜索空间（USS）集合，其中CSS由信元pdcch-ConfigCommon发送给UE，USS由信元pdcch-Config发送给UE。搜索空间类型如表2-10所示。

表2-10　搜索空间类型（3GPP TS38.213 10.1节）

每个小区可以配置0～11个CORESET，每个BWP最多被配置3个CORESET（包括公共搜索空间和UE专用搜索空间），其中CORESET 0用于SIB1的调度，位于初始BWP。

每个CORESET频域上可以包含多个CCE，时域上可以占用1～3个OFDM符号。一个CORESET和一个搜索空间绑定起来后才能确定PDCCH的位置。一个搜索空间只能和一个CORESET绑定，但一个CORESET可以和多个搜索空间绑定，如图2-20所示。

图2-20　CSS和CORESET对应关系（示意图）

2．SIB1的搜索空间定义

根据协议，SIB1对应PDCCH的搜索空间由Type 0-PDCCH CSS和CORESET 0进行定义。Type 0-PDCCH CSS和CORESET 0信息封装在MIB消息IE“pdcch-ConfigSIB1”中。“pdcch-ConfigSIB1”的低有效位（LSB）4bit指示Type 0-PDCCH CSS的配置索引，高有效位（MSB）4bit指示CORESET 0所对应的频域信息配置索引，详见3GPP TS38.213 13节UE procedure for monitoring Type0-PDCCH CSS sets中表13-1～表13-15，其中表13-1～表13-10用于指示CORESET 0所对应的频域信息配置索引，表13-11～表13-15用于指示Type 0-PDCCH的搜索空间CSS。

Type 0-PDCCH CORESET配置示例如表2-11所示。Type 0-PDCCH的搜索空间CSS配置示例如表2-12所示。

表2-11　Type 0-PDCCH CORESET配置示例（TS38.213表13-1）

注：本表基于SSB SCS为15kHz、PDCCH SCS为15kHz的场景。Nrb定义了初始BWP中PDCCH的RB数，同时定义了初始BWP的带宽。目前协议定义了3种带宽：24RB、48RB和96RB。Nsymbol定义了初始BWP中PDCCH的符号数，取值范围1、2、3。Offset定义初始BWP中PDCCH的起始RB与SSB的RB 0之间的频率偏移量。

表2-12　Type 0-PDCCH的搜索空间CSS配置示例（TS 38.213表13-11）

SSB与CORESET 0复用的模式类型如图2-21所示。

图2-21　SSB与CORESET 0复用的模式类型

注：模式1可用于FR1频段和FR2频段，SSB与CORESET 0可以映射在不同的OFDM符号，且CORESET 0的频率范围需要包含SSB。模式2和模式3仅用于FR2频段。

UE根据MIB中字段“pdcch-ConfigSIB1”的指示位置读取CORESET 0信息（即SIB 1对应的PDCCH）。通过解码CORESET 0获得SIB 1所在的PDSCH，然后UE在指定PDSCH读取SIB 1消息。

1）Type 0-PDCCH CSS ，“pdcch-ConfigSIB1”LSB4bit，指示SIB 1对应的PDCCH时域位置，包含的信息如下：

①参数O和M取值（仅用于模式1）；

②搜索空间第1个OFDM符号索引；

③每个slot内搜索空间的数量（仅用于模式1）。

2）CORESET 0，“pdcch-ConfigSIB 1”MSB 4bit，指示SIB 1对应的PDCCH频域位置和占用的符号数，包含的信息如下：

①SSB与CORESET 0复用的模式类型，共有3种复用模式；

②CORESET 0占用的PRB数；

③Offset，即频域上SSB下边界与CORESET 0下边界的偏差（以RB为单位）。

图2-22　SSB、CORESET 0和SIB1 PDSCH关系示意图

UE读取SIB 1消息后，根据SIB 1中其他OSI的搜索空间和CORESET配置信息，利用SI-RNTI在指定位置盲搜PDCCH，搜到后在PDCCH指定位置读取PDSCH中的其他SIB消息。UE专用搜索空间UE-specific由高层RRC消息进行配置。

与SSB一样，SIB 1需要覆盖整个小区。因此，SIB 1的PDCCH与PDSCH也需要和PBCH/SSB一样进行波束扫描。同步信号块SSB集合中的每一个SSB块对应一个控制资源集合CORESET 0，且使用相同的波束方向。

PDCCH盲搜过程如图2-23所示。

例如，subcarrierspacingCommon = 15kHz，pdcch-ConfigSIB1=0，则MSB 4bit为0，LSB 4bit为0。根据协议TS38.213表13-1可以获得，CORESET 0占用的RB数为24个，占用的符号数为2个，Offset为0，复用模式为1，如表2-13所示。

图2-23　PDCCH盲搜过程

注：Type 0（SIB 1）的搜索空间（CORESET和SS）信息封装在MIB中，Type 0A/Type 1/Type 2/Type 3的搜索空间封装在SIB 1中，UE专用搜索空间由高层RRC消息进行配置。

表2-13　CORESET 0频域设置

根据协议TS 38.213表13-11，得到O=0，M=1，起始符号为0，每个时隙上搜索空间个数为1，如表2-14所示。

表2-14　CORESET0时域设置

根据TS38.213 13章的描述，SCS =15kHz，SSB Index =0、1、2、3时，可以计算出PDCCH搜索的开始时隙n0=0，1，2，3，如图2-24所示。以下为协议详细描述。

图2-24　PDCCH时隙位置计算过程（“Li-M”表示向下取整）

根据协议描述，SS/PBCH和CORESET 0复用模型为1时，UE需要在两个连续的时隙上监听PDCCH。本例中CORESET 0占用的时域位置和UE搜索空间如图2-25所示（灰色符号表示CORESET 0占用的时域位置）。

图2-25　PDCCH位置定义举例

3．其他公共搜索空间定义

其他公共搜索空间由CORESET和CSS两个部分定义，包含在SIB1中。

控制资源集CORESET指示PDCCH占用符号数、RB数等，CSS指示PDCCH的起始符号，以及绑定的CORESET等。CORESET参数含义如表2-15所示。

表2-15　CORESET参数含义

搜索空间指示PDCCH在slot起始OFDM符号位图及PDCCH监测周期等信息。搜索空间参数定义如表2-16所示。

表2-16　搜索空间参数定义

例如，UE在每10个时隙周期内的时隙3和时隙4内的符号0和符号7检测CORESET，且CORESET在时域上占用2个OFDM符号，如图2-26所示。

图2-26　CORESET（PDCCH）搜索过程

每个NR小区可配置多个CORESET和搜索空间，具体数量取决于在BWP中配置的CORESET/搜索空间数量及小区中配置的BWP数量。

2.4.2 PDCCH功能分类

PDCCH用于传输下行控制信息（DCI），共有8种格式，分别用于携带3种类型消息。

1）上行授权：包括PUSCH的资源指示、编码调制方式等信息，上行授权包含Format 0_0格式和Format 0_1格式。

2）下行授权：包括PDSCH的资源指示、编码调制方式和HARQ进程等信息，下行授权包含Format 1_0格式和Format 1_1格式。

3）功率控制命令：对应一组UE的PUSCH功率控制命令，作为上行授权中PUSCH/PUCCH功控命令的补充。

DCI功能分类如表2-17所示。

表2-17　DCI功能分类（TS38.212 7.3节）

NR定义小区PDCCH占据1个slot的前几个符号（1个slot共14个符号，即符号0～符号13），最多3个符号，如图2-27所示。

图2-27　PDCCH和DM-RS的位置

PDCCH的调制编码方式为QPSK，CCE是PDCCH传输的最小资源单位。1个CCE包含6个REG，1个REG对应1个RB。按照码率的不同，gNB能够将1、2、4、8或16个CCE聚合起来组成一个PDCCH，对应协议定义的聚合级别1、2、4、8、16。例如，聚合级别1表示PDCCH占用1个CCE，聚合级别为2表示PDCCH占用2个CCE，依次类推。

■　聚合级别为16的PDCCH，码率最低，解调性能最好。

如果将小区内所有UE的PDCCH聚合级别都定为16，则小区中心用户会降低PDCCH CCE资源的使用效率。

■　聚合级别为1的PDCCH，码率最高，解调性能最差。

如果将小区内所有UE的PDCCH聚合级别都定为1，则无法保证小区中点和远点用户的PDCCH被正确解调。

gNB默认会根据CQI指示的PDCCH信道质量及PDCCH的BLER选择合适的PDCCH聚合级别，即选择满足PDCCH解调性能的最小聚合级别，使得PDCCH的解调性能和容量达到最优。