LTE系統(tǒng)中PDCCH資源分配算法的研究*

李小文，賈海峰

(重慶郵電大學(xué)重慶市移動(dòng)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重 慶400065)

1 引言

LTE作為下一代無線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)支持多數(shù)據(jù)量和多話音用戶，這些用戶在每個(gè)無線幀上共享上行和下行資源?；颈仨毎l(fā)送用于用戶資源分配的信令，在LTE無線標(biāo)準(zhǔn)中，這種信令是通過PDCCH傳輸?shù)?。分配給PDCCH的資源數(shù)是不同的，如果分配的資源數(shù)太小，下行和上行的調(diào)度將不足以覆蓋所有的用戶，從而增加PDCCH阻塞率；如果分配的資源數(shù)太大，用于傳輸信令的資源將會(huì)浪費(fèi)。因此，有兩個(gè)問題需要解決：第一個(gè)是如何決定分配給PDCCH的資源數(shù)，第二個(gè)是采取何種方案才能更有效地利用資源。

[1]提出根據(jù)CQI固定CCE聚合等級(jí)的算法實(shí)現(xiàn)資源分配，該方法可以兼顧小區(qū)容量和編碼增益，但是由于固定了CCE聚合等級(jí)，分配的成功率不高；參考文獻(xiàn)[2]提出采用自適應(yīng)CCE聚合等級(jí)的算法實(shí)現(xiàn)資源分配，該方法可以提高資源分配成功率，但是由于從最小CCE聚合等級(jí)進(jìn)行分配，CCE利用率不高，且終端盲檢復(fù)雜度增加。

鑒于此，本文結(jié)合這兩種算法提出了一種改進(jìn)后的算法，通過仿真比較3種算法的阻塞率和資源利用率，為系統(tǒng)選擇一種最佳算法。

2 PDCCH的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)

在LTE系統(tǒng)中，PDCCH用于傳輸上下行的調(diào)度控制信息 DCI（downlink control information，下行控制信息），決定PUSCH（physical uplink shared channel，物理上行數(shù)據(jù)信道）和 PDSCH（physical downlink shared channel，物理下行數(shù)據(jù)信道）的資源分配、調(diào)頻類型和傳輸模式等控制信息。

為了降低UE（user equipment，用戶設(shè)備）盲檢的次數(shù)，LTE支持4種PDCCH格式，見表1，每種格式對應(yīng)不同的CCE,，每個(gè) CCE 包含 9個(gè) REG（resource element group,資源元素組），每個(gè) REG包含 4個(gè) RE（resource element，資源元素），即一個(gè)CCE包含36個(gè)RE，72個(gè)比特信息的一個(gè)連續(xù)資源塊[3]。

表1 PDCCH格式

LTE協(xié)議規(guī)定，控制區(qū)域是由CCE的集合組成的，CCE的編號(hào)為0到 NCCE,k-1，其中 NCCE,k是子幀 k中用于PDCCH控制區(qū)域的總的CCE個(gè)數(shù)。每個(gè)PDCCH的起始位置不僅要滿足i mod n=0，這里的i是CCE序號(hào)[3]，還要滿足 L{（Yk+m）mod NCCE,k/L}+i，Yk的定義與使用的搜索空間有關(guān)，i=0,…，L-1，m=0,…,M(L)-1，M(L)是在給定的搜索空間中需要檢測的PDCCH的信道個(gè)數(shù)[4]。

對于每一個(gè)UE，存在兩種承載PDCCH信道的CCE搜索空間，即公共搜索空間和UE專用搜索空間。其中，公共搜索空間主要用于承載通知UE接收廣播、尋呼信息的PDCCH信道，所有UE共用；而專用搜索空間則針對每一個(gè)UE進(jìn)行分配，即當(dāng)UE被調(diào)度時(shí)，發(fā)送給它的PDCCH信道只可能由公共搜索空間或?qū)儆谒膶Ｓ盟阉骺臻g的CCE承載。LTE標(biāo)準(zhǔn)中目前定義了每種PDCCH格式對應(yīng)的CCE個(gè)數(shù)及CCE搜索空間候選集大小，終端監(jiān)視的候選PDCCH數(shù)目見表2[4]。

表2 終端監(jiān)視的候選PDCCH數(shù)目

3 PDCCH資源分配

LTE標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品中并沒有規(guī)定實(shí)現(xiàn)PDCCH資源分配的具體算法，目前主要有兩種實(shí)現(xiàn)方案：固定CCE聚合等級(jí)算法(算法1)和自適應(yīng)聚合等級(jí)算法(算法2)。

3.1 算法1分析

固定CCE聚合等級(jí)算法的具體步驟如下[1]。

（1）根據(jù) CQI信息，確定一個(gè)無線幀中每個(gè)可選的PDCCH可承載的最大比特?cái)?shù)。

（2）根據(jù)確定的每個(gè)PDCCH可承載的最大比特?cái)?shù)以及當(dāng)前需要傳輸?shù)目刂菩帕畹臄?shù)據(jù)量，確定每個(gè)PDCCH的質(zhì)量參數(shù)。

（3）將確定的所有PDCCH的質(zhì)量參數(shù)中最大的質(zhì)量參數(shù)與閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果從一個(gè)無線幀中所有可選的PDCCH中選擇一個(gè)，并確定選擇的PDCCH對應(yīng)的控制信道塊數(shù)量。

（4）根據(jù) L{（Yk+m）mod NCCE,k/L}+i計(jì)算 CCE 起始位置，并映射到PDCCH上。如果候選空間都被占用，則表明該UE被阻塞，跳過此UE進(jìn)行下一UE的資源分配。

該算法可以在確定CCE數(shù)量時(shí)，兼顧小區(qū)容量和PDCCH解調(diào)性能，使得選擇的CCE的數(shù)量比較合理，從而降低了對小區(qū)容量和PDCCH傳輸質(zhì)量的影響[1]。采用該算法的缺點(diǎn)是：當(dāng)信道環(huán)境質(zhì)量較好時(shí)，如果固定的PDCCH聚合等級(jí)太大，則浪費(fèi)了PDCCH資源，減少了可支持的調(diào)度用戶數(shù)；當(dāng)信道環(huán)境質(zhì)量較差時(shí)，如果固定的PDCCH聚合等級(jí)太小，則可能無法正確檢測到PDCCH，從而影響上行共享數(shù)據(jù)信道的檢測性能。

3.2 算法2分析

自適應(yīng)聚合等級(jí)算法的具體步驟如下[2]。

（1）計(jì)算PDCCH可用的總的CCE數(shù)。

（2）計(jì)算公共空間CCE數(shù)，為公共空間分配CCE數(shù)，取總的CCE數(shù)與16的最小值作為公共空間CCE數(shù)。基站從待分配公共空間CCE的DCI隊(duì)列中，依次取出DCI，按照CCE聚合度為4計(jì)算所取出的DCI分配的CCE，并向DCI進(jìn)行CCE的分配。

（3）計(jì)算上行和下行可用的CCE聚合等級(jí)集合，其中，該上行可用的CCE聚合等級(jí)集合的最大值為：分配給上行DCI的CCE個(gè)數(shù)和該上行DCI個(gè)數(shù)的比值，并向上取整為集合{1,2,4,8}中的最小值；該下行可用的CCE聚合等級(jí)集合的最大值為：分配給下行DCI的CCE個(gè)數(shù)和該下行DCI個(gè)數(shù)的比值，并向上取整為{1,2,4,8}中的最小值。

（4）從可用聚合等級(jí)集合中最小的等級(jí)開始分配，如果當(dāng)前等級(jí)所有候選空間都被占用，則按等級(jí)遞增順序選取聚合等級(jí)繼續(xù)分配，直到成功或所有聚合等級(jí)集合中的值都遍歷完。

當(dāng)又一次取出的聚合等級(jí)的值計(jì)算得到的CCE被占用時(shí)，可以再次從該集合中依次取出另一個(gè)聚合度的值來計(jì)算分配所需的CCE，直到該UE成功分配到CCE或該集合的值被取遍。如此，提高了分配CCE的成功率，但是由于總是從最小等級(jí)開始取值，使得資源利用率降低，并且終端盲檢的復(fù)雜度增加。

3.3 改進(jìn)后算法

改進(jìn)后算法的具體步驟如下。

（1）首先分配公共空間，根據(jù)3.2節(jié)計(jì)算公共空間CCE數(shù)，為公共空間分配CCE數(shù)?；緩拇峙涔部臻gCCE的DCI隊(duì)列中依次取出DCI，按照CCE聚合度為4計(jì)算所取出的DCI分配的CCE，并將分配給DCI的CCE映射到PDCCH。

（2）為UE專用空間分配資源，根據(jù)每個(gè)UE等級(jí)的不同，先分配等級(jí)高的DCI。根據(jù)3.1節(jié)確定DCI的初始CCE聚合等級(jí)，計(jì)算當(dāng)前聚合等級(jí)下的CCE位置，如果有未被占用的位置，則分配此CCE位置，并將分配給DCI的CCE映射到PDCCH；如果所有的候選位置都被占用，則執(zhí)行步驟（3）。

（3）根據(jù)3.2節(jié)確定當(dāng)前DCI所屬上行或下行可用的CCE聚合度集合，按照靠近初始值的順序選擇CCE聚合等級(jí)，計(jì)算當(dāng)前聚合等級(jí)下的CCE位置，如果有未被占用的位置，則分配此CCE位置，并將分配給DCI的CCE映射到PDCCH；如果所有的候選位置都被占用，則選取下一聚合等級(jí)，直到分配成功或遍歷所有可用CCE聚合等級(jí)集合。

此算法將PDCCH分為公共和UE專用兩種類型，并且能夠保證公共PDCCH優(yōu)先得到資源配置，因此公共PDCCH不會(huì)受限于PDCCH分配，在一定程度上解決了PDCCH檢測性能和增加可支持的調(diào)度用戶數(shù)之間的沖突問題。

此外，該算法首先根據(jù)3.1節(jié)確定DCI聚合等級(jí)進(jìn)行資源分配，兼顧了小區(qū)容量和PDCCH解調(diào)性能，使得選擇的CCE的數(shù)量比較合理，從而降低了對小區(qū)容量和PDCCH傳輸質(zhì)量的影響，并能在保證PDCCH傳輸質(zhì)量的同時(shí)，盡量減少占用的CCE，從而增加了小區(qū)承載的終端數(shù)量。根據(jù)3.2節(jié)自適應(yīng)分配資源，提高了資源利用率和UE覆蓋率。

4 仿真條件和結(jié)果

假定用于PDCCH資源分配的CCE有40個(gè)，對應(yīng)10 MHz下行帶寬3個(gè)OFDM符號(hào)，為15個(gè)UE分配資源。這里假定每個(gè)UE只有一個(gè)DCI，實(shí)際通信中可能一個(gè)UE對應(yīng)幾個(gè)DCI[5]。仿真過程中在上下子行幀配置1[3]，固定帶寬和用戶條件下，在4個(gè)下行子幀中分別為15個(gè)UE分配資源，循環(huán)1 000次統(tǒng)計(jì)平均阻塞率和CCE利用率，結(jié)果如圖1和圖2所示。

從圖1中可以看出，改進(jìn)后的算法所對應(yīng)的阻塞率低于算法1，這是因?yàn)楦倪M(jìn)后的算法具有自適應(yīng)性，在原本被阻塞的情況下，在聚合等級(jí)中選取其他等級(jí)進(jìn)行分配，這就降低了阻塞率。改進(jìn)后算法的阻塞率高于算法2，這是因?yàn)閮烧叨季哂凶赃m應(yīng)性，但是算法2每次分配資源時(shí)都是從最小等級(jí)開始分配，而改進(jìn)后算法的初始等級(jí)不一定是最小，因此改進(jìn)后算法的阻塞率略高。但從終端考慮，算法2所造成的復(fù)雜度明顯高于其他兩種，特別是當(dāng)信道質(zhì)量不好時(shí)，一個(gè)CCE很難確保終端可以檢測成功。

從圖2中可以明顯看出，改進(jìn)后的算法所對應(yīng)的CCE利用率是最高的。從整個(gè)系統(tǒng)來看，改進(jìn)后的算法是最優(yōu)的。

5 結(jié)束語

本文從理論分析出發(fā)，通過建立PDCCH鏈路進(jìn)行MATLAB仿真，從仿真結(jié)果可以看出，改進(jìn)后算法的UE阻塞率和CCE利用率都表現(xiàn)出較好的性能，驗(yàn)證了算法的可行性和有效性。

參考文獻(xiàn)

1 崔瀟揚(yáng),李遠(yuǎn)軍,張龍.一種確定信道控制塊數(shù)量的方法和設(shè)備.中國：200910086886.5,2009

2 譚源春,彭佛才.一種控制信道資源的分配方法及裝置.中國：200910085500.9,2009

3 3GPP TS 36.211 v9.1.0.3rd Generation Partnership Project,Technical Specification Group Radio Access Network,Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA),Physical Channels and Modulation(Release 9),2010

4 3GPP TS 36.213 v9.1.0.3rd Generation Partnership Project,Technical Specification Group Radio Access Network,Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA),Physical Layer Procedures(Release 9),2010

5 Stefania Sesia,Issam Toufik,Matthew Baker.LTE——the UMTS Long Term Evolution from Theory to Practice.A John Wiley and Sons,Ltd,Publication,2009