PDCCH学习

Posted 2020-10-29 骑行男孩

一、PDCCH格式

PDCCH (Physical Downlink Control Channel)是用来为下行链路发送信息的(DCI, Downlink Control Information) ，其传输的信息包括公共控制信息（系统信息，paging信息等）和用户专属信息（下行资源分配指示，UL grants, PRACH responses，上行功率控制参数等）。LTE系统下行DCI的信息如下图所示：

PDCCH在时域上占用每个子帧的1/2/3个OFDM符号（系统带宽为1.4MHz时，可能占用4个OFDM符号），符号个数有PCFICH指示。为了了解PDCCH的资源分配方式，我们首先介绍下LTE系统下行控制信道的资源粒度。

PDCCH的资源粒度是CCE，一个CCE由9个REG（Resource Element Group组成），一个REG是由连续的4个RE组成，如果在一个REG的中间存在RS（reference signal），那么一个REG是表示除了RS之外的连续4个RE（如下图）。

系统对于每一个DCI(Downlink Control Information) 根据信道质量可能分配给1/2/4/8个逻辑上连续的CCE进行传输。以下图为例，用户1的CCE个数为1，用户2的CCE个数为2，用户3的CCE个数为4.可以看到每个用户CCE的起始位置mod占用CCE的个数n均为0，这样分配的好处是节省忙检测的复杂度。以用户4的PDCCH为例，其第一个CCE由9个REG组成，每个CCE的信息通过交织离散的分布在PDCCH所占用的时域（三个OFDM符号）和频域（整个带宽）上，以减少小区间干扰和获得时域上的分集。另外，可以看到LTE规定PDCCH的起始CCE必须是所占用CCE个数的整数倍。

 

二、PDCCH检测

因为PDCCH是基站发送的指令，UE在此之前除了一些系统信息外没有接收过其他信息，因此UE不知道其占用的CCD数目大小，位置，以及传送的DCI format。因此，PDCCH的检测属于盲检测。

首先看一下UE如何知道传送的是哪种DCI format：对于DCI format，UE会根据自己当前的状态期望获得某一种DCI，比如其在Idle状态时期待的信息时paging SI； 有上行数据准备发送时期待的是UE Grant， 发起Random Access后期待的是RACH Response。对于不同信息UE使用相应的RNTI去和CCE信息做CRC校验，如果CRC校验成功，那么UE就知道的这个信息时自己所需要的，进一步根据调制编码方式解出DCI的内容。

UE只知道自己是什么DCI信息还不够，还得知道去哪里找这些信息。上一节说到在下行控制资源中（一般是1/2/3个OFDM符号），出去PHICH,PCFICH,以及CRS之后，将剩余的资源分配给PDCCH CCE，如果UE将所有的CCE遍历一边，那么对于UE来说计算量将会很大。因此，LTE系统将可用的CCE分成两种搜索空间，分别是公共搜索空间和UE特定搜索空间。另外，对于CCE数目为N的PDCCH，LTE规定了其起始位置必须是N的整数倍。下图给出了公共DCI和UE特定DCI及不同CCE个数对应的搜索空间。

公共搜索空间中传输的数据主要是包括系统信息、RAR、寻呼等消息，每个用户都要进行搜索。公共搜索空间的位置是固定了，总是在CCE 0-CCE 16，并且公共搜索空间中AL只有4和8两种，因此用户在对公共搜索空间进行搜索时，从CCE 0开始按照AL为4搜索4次，再以AL为8搜索2次。

对于UE特定的搜索空间，每个UE的搜索起始点是不同的，按照如下公式进行计算

其中，A=39827，D=65537，Y（-1）=UE ID, Alpha是聚合等级， NCCE表示CCE可用数目，K表示TTI索引。

从上面的公式可以看出UE特定的搜索空间的起始点取决于UE的ID（C－RNTI），子帧号，以及PDCCH的类型，因而，随着子帧的不同，UE特定的搜索空间也有所不同。这里需要指出的是UE特定的搜索空间和公共的搜索空间有可能是重叠的。

对于大小为N的PDCCH，在某一子帧内，对应某UE的特定搜索区间的起点就可以确定（起点可能落入公共搜索区间的范围内），UE从起始位置开始，依次进行对应大小PDCCH的盲检（也就是满足大小为N的PDCCH，其起始点的CCE号必须为N的整数倍）。对于公共搜索区间和UE特定搜索区间重叠的情形，如果UE已经在公共搜索区间成功检测，那么UE可以跳过重叠部分对应的特定搜索区间。

因此，UE进行盲检测的次数可以计算如下：公共搜索空间搜索次数6次+UE特定搜索空间搜索16次（可以通过上图计算得到）。UE在PDCCH搜索空间进行盲检时，只需对可能出现的DCI进行尝试解码，并不需要对所有的DCI格式进行匹配。UE在同一个时刻所处的状态只有两种。因此，PDCCH盲检的总次数不超过44次。

 

PDCCH资源映射方式： 
            总所周知数据信道采用PRB作为分配的基本单位，但控制信道信道占用的区域仅为最多3个OFDM符号，显然不能使用PRB概念；另外，频域上12个子载波的宽度也是针对数据载荷设计的，不适用于信令的传输。因此提出了CCE与REG的概念。 CCE与REG概念： 
         控制信道带宽区域内可以同时包含多个PDCCH，同时也存在PCFICH、PHICH信道，为了更有效地配置各种控制信道的时频资源，需定义适合控制信道的资源单位即控制信道元素（Control Channel Elements，CCE）。 
         协议里规定一个CCE由9个REG组成，一个REG（RE Group）有效RE由4个频域上连续的非RS的RE组成，即一个CCE由36个RE组成。

定义好了PDCCH的资源单元REG与CCE后，接下来的问题是： 
 
1. 对于每个PDCCH，其CCE是否占满PDCCH的所有符号？即PDCCH之间如何复用？ 
由于PDCCH区域的时域长度已经较小（最多3个OFDM符号），因此每个PDCCH应占满这个子帧内PDCCH区域的所有符号，以获得尽可能长的时域长度，即一个子帧内的各个PDCCH之间是FDM复用的。这样做的优点是可以最大化功率控制的效果，即当信道条件足够好的情况，某ue只需要1个CCE就足够，这样有效地在多个PDCCH之间进行功率平衡，即Node B可以将信道质量较好UE的PDCCH发射功率节省下来以分配给链路质量较差的UE。  
2. 控制信道的频域结构，即每个PDCCH的带宽等于系统带宽还是仅占部分系统带宽？        
      为了取得较大的频率分集增益，协议规定
pdcch应该占用整个
系统带宽，即PDCCH在整个带宽内分布式映射。 Pdcch的盲检测： 
1. 终端对PDCCH的检测为什么是“盲检测”？ 
为了确定pdcch所占用的资源，首先要确定phich占用的资源，而一个子帧中phich所占用的资源与子帧配比有关系，上下行子帧配比的信息是在SIB1广播信息中传输，而我们都知道SIB1是由PDSCH承载的，而PDSCH是由PDCCH调度的，也就是说这时候需要获得pdcch信息才能解调SIB1获得子帧配比相关信息，这样一来就形成了一个“鸡与蛋”的问题。为了解决这个问题就需要对PDCCH进行盲检测。 

2. 搜索空间与聚合等级的概念？ 
作为终端盲检测的搜索范围，协议规定了搜索空间的概念,搜索空间包括公用空间（common space）和UE专用空间（UE-Specific space）。一共定义了两个公用空间，又定义了聚合等级（Aggregation Level）的概念，总共有4种聚合等级，分别是1，2，4，8个CCE。 
       一个搜索空间对某一CCE聚合级别（1/2/4/8）定义的，一个UE可以有多个搜索空间： 
   ①  UE 在搜索空间内对各种可能的PDCCH进行盲解码 ② 搜索空间中的所有CCEs是连续分布的 
               LTE采用共享机制，因此UE需监听一组PDCCH控制信道，可称为“控制信道候
选集”（candidate control channel set），该集合由高层信令配置给UE，集合的大小决定了UE需进行盲解码的次数，由于候选集可以是多种CCE格式的组合（树形结构），因此候选集的大小要大于CCE的大小。 
公共搜索空间： 
– 小区中的所有UE进行监测，子帧中的位置固定在前16个CCE，可以与UE
专用搜索空间重叠 
– 聚合等级与大小（注：两种情况下起始位置都是0） 
 4-CCE，共4个候选集（0~3, 4~7, 8~11, 12~15）  8-CCE，共2个候选集（0~7, 8~15） 
– 支持的DCI格式为0、1A、1C、3、3A 
 共2种payload大小，6个候选集，即6*2，总盲检次数为12次 
          
UE-specific搜索空间 
– 集合级别1, 2, 4, 8 CCE，各级别候选集数目为 
 6 个1-CCE 候选集，共6 CCE  6 个2-CCE 候选集，共12 CCE  2 个4-CCE 候选集，共8 CCE  2 个8-CCE 候选集，共16 CCE 
– 支持的DCI 根据半静态配置的传输模式确定 
 0/1A, 1   0/1A, 1B  0/1A, 1D  0/1A, 2  0/1A, 2A 
 每种配置模式下最多有两种payload大小，盲检次数共为32次  要说明的一点是UE专用搜索空间的cce起点位置是有hash函数给
出的，与子帧编号和C-RNTI有关 
         综上，所以说如果公用空间和专用空间都盲检的话，最大盲检次数是12+32=44次   
终端盲检就是UE找到cce的起始位置，在cce起始位置，截取猜测的DCI长度，进行译码，如果译码后的信息比特的CRC和PDCCH中携带的CRC相同，则认为当前的PDCH承载的信息比特就是当前传输的下行控制信息。各种RNTI隐含在CRC中。 Msg2使用ra-rnti加扰，使用dci-1a格式。