云計算無線接入網下的物理下行控制信道增強

孫 波, 鐘征斌

(中興通訊股份有限公司 西安研發中心, 陜西 西安 710114)

云計算無線接入網下的物理下行控制信道增強

孫 波, 鐘征斌

(中興通訊股份有限公司 西安研發中心, 陜西 西安 710114)

為了克服傳統長期演進無線接入網的缺陷，討論增強物理下行控制信道的可能性，并給出針對物理下行控制信道的增強方案，包括資源預留、聯合發射、跨載波調度、增強的物理下行控制信道及其進一步的增強，由此可解決傳統長期演進無線接入網協調不充分、難于實現的問題。

長期演進；物理下行控制信道；增強的物理下行控制信道

傳統的長期演進(Long Term Evolution, LTE)無線接入網(Radio Access Network, RAN)組網方式通常一個基站由一塊或多塊基帶處理單元(BaseBand Unit, BBU)、遠端射頻單元(Remote Radio Unit/Head, RRU/RRH)和主控板等組成。每塊BBU可支持3～6扇區，每個扇區的射頻信號(In-phase and Quadrature-phase data, IQ數據)通過光纖發送到(接收自)RRU。

在這種情況下，為減輕各個小區之間控制信道(或/和數據信道)的干擾，通常使用干擾隨機化、小區間干擾協調(Inter-Cell Interference Coordination, ICIC；只針對數據信道)、增強的小區間干擾協調((Further) enhanced Inter-Cell Interference Coordination, (F)eICIC)等技術。但是，各個小區之間協調不夠充分，也難于實現，特別是控制信道。

1 概述

由于傳統的長期演進無線接入網存在協調不夠充分，難于實現的缺點，文章重點給出了一種集中式/協作式/云計算無線接入網(Centralized, Cooperative, Cloud RAN)下的物理下行控制信道(Physical Downlink Control CHannel, PDCCH)增強方法。

傳統的長期演進無線接入網組網方式如圖1所示。

圖1 傳統無線接入網

第3代移動通信合作伙伴項目(3rd Generation Partnership Project，3GPP)R8-R11協議所定義的物理下行控制信道主要用來調度小區的公共信道(Common Control CHannel, CCCH; Broadcast Control CHannel, BCCH; Paging Control CHannel, PCCH)和隨機接入響應(Random Access Response, RAR，即Message 2, Msg2)、調度用戶設備(User Equipment，UE)的專用信道(Dedicated Control CHannel, DCCH和Dedicated Traffic CHannel, DTCH；包括上行和下行)和專用前導(Message 0, Msg0)。

一條PDCCH承載在一個(或2個連續的或4個連續的或8個連續的)控制信道單元(Control Channel Element, CCE)上。一個CCE由9個連續的資源單元組(Resource-Element Group, REG)組成。一個REG由4個“連續的”(加引號是因為中間可能隔著用于發射小區參考信號的資源單元)資源單元(Resource-Element, RE)組成。

CCE的數量由物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indicator CHannel, PCFICH)、下行系統帶寬、下行發射天線數(這里指端口數)決定。20MHz、雙天線端口系統在Control Format Indicator, CFI = 3時的CCE組成如圖 2所示。

由于CFI值(由PCFICH承載；表示有多少個符號用于PDCCH)是在每個傳輸時間間隔(Transmission Time Interval, TTI)動態可變的且PDCCH會擴散到整個帶寬上(有內部交織)，并且各個小區的參考信號位置可能不同，所以，PDCCH在小區之間很難協調。

PDCCH的正確解調是數據信道(Physical Downlink Shared CHannel， PDSCH / Physical Uplink Shared CHannel, PUSCH)正確解調的先決條件。因此，需要有一定的方法來減少小區之間的PDCCH干擾。

圖2 CCE組成(20 MHz,雙天線系統,CFI=3)

2 C-RAN及其增強PDCCH的可能性

C-RAN是由中國移動提出來的集中式/協作式/云計算無線接入網[1-2]。C-RAN并不僅用于LTE，它也可用于全球移動通信系統(Globla System for Mobile， GSM)、時分同步碼分多址系統(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA)等無線接入網[1]。C-RAN的組成如圖3所示。

通過比較圖1和圖3可知，在C-RAN中，一個RRU并不直接與BBU連接，而是通過快速交換網絡與BBU相連接。這樣做的好處是，可以協調小區之間的資源、對付“朝夕效應”[1]，從而可以降低資本支出(CAPital EXpenditure，CAPEX)和運維支出(OPerating EXpense, OPEX)。

在C-RAN中，兩個或多個RRU連接到同一個扇區(信號完全一樣，但地理位置隔開。例如，一個RRU放在居民區，另一個RRU放在企業辦公區)，每個RRU還可以是支持多載波的RRU。這就是對抗“朝夕效應”的基礎。在這種組網方式下，PDCCH的使用數量得以降低，從而使得小區之間的PDCCH協調變得容易一些。

虛擬基站簇內的信息交互、虛擬基站簇之間的信息交互也使得小區之間的PDCCH/PDSCH/PUSCH協調變得更容易一些。

圖3 C-RAN組成

3 PDCCH增強方案

得益于C-RAN的優越構架，PDCCH增強包括下列幾個方面：PDCCH資源預留、PDCCH聯合發射、跨載波調度、增強的物理下行控制信道(Enhanced Physical Downlink Control CHannel，EPDCCH)及其進一步的增強。下面分別加以闡述。

(1) PDCCH資源預留。在C-RAN下，小區之間的協調變得容易一些。通過設置相同的天線配置和相同的控制符號數目，各個小區之間的CCE數量相同、位置基本一致。一個小區在使用了某個(些)CCE后，告知鄰小區其使用狀況，然后鄰區盡可能避免使用相同的CCE。這樣可以減少干擾。當然，在實現上，還可以對一些RE進行打孔(在基站端功率置零)操作。

在上述資源預留方案中，需要注意的是，不同的小區具有不同的頻率偏移[3](子載波偏移； )。這使得資源預留方案的效果不夠好(因相鄰的小區也需要發送小區參考信號，從而在一些RE上不能進行資源預留)，需要預留較多的資源才能達到一定的效果。這使得我們需要進一步考慮其他可能的方案。

(2) PDCCH聯合發射。與上面的PDCCH資源預留相似，鄰區可以幫助本區發射相同的PDCCH的符號級信號(與鄰區的參考信號沖突的RE上僅發射鄰區的參考信號；這里的“沖突”指使用了相同的資源單元)。這可以提供發分集增益。

與前面提到的原因相似(不同的小區具有不同的頻率偏移)，PDCCH聯合發射的效果也不夠理想(但比前面的“資源預留”好一些)。

(3) 跨載波調度。對于支持載波聚合(Carrier Aggregation, CA)的終端(3GPP R10及以后的版本的終端)，還可以通過跨載波調度來減少PDCCH的小區間干擾。例如，可以把PDCCH放在頻率低的載波上(如載頻為800MHz的小區)，而PDSCH/PUSCH放在頻率高的載波上(如載頻為2 500 MHz的小區)。

(4) EPDCCH及其增強。EPDCCH是指3GPP提出的針對R11及以后的版本的增強型PDCCH[3-5]。“EPDCCH增強”是指針對EPDCCH，如何增強其實際網絡中的使用性能，如EPDCCH的小區間干擾協調[6-7]。

EPDCCH使用了如圖4、圖5和圖6所示的基于物理資源塊(Physical Resource Block， PRB)的結構[5]。

圖4 EPDCCH的EREG組成

圖5 (集中式)EPDCCH的ECCE組成

圖6 (集中式)EPDCCH的ECCE組成

下面我們先考察一下EPDCCH的結構，看看如何在C-RAN中增強其性能。

從圖4可以看出，在常規循環前綴(Cyclic Prefix，CP)和常規子載波間隔(15 kHz)下的常規下行子幀中，一個PRB共有12×14=168個RE。如果給各個RE進行編號(先按子載波，然后按符號)，那么相同編號的9個RE組成一個EREG。這樣一來，一個PRB共有16個EREG。

從圖5可以看出，編號相隔4的4個EREG組成一個ECCE。這樣一來，一個PRB共有4個ECCE。承載一條EPDCCH信道需要一個或2個或4個或8個或16個或32個ECCE(根據不同的情況有不同的規定，請參閱[4])。

從圖6可以看出，一個ECCE的分布比較有規律：水平方向(相同的子載波上)，一個ECCE通常占3個子載波多一點(或簡單地說，4個子載)；垂直方向(相同的符號上)，一個ECCE在每個符號上都會出現。如果在圖4所述情況下給某一條集中式的EPDCCH分配4個ECCE，那么這整個PRB上的RE都屬于該EPDCCH了——這與PDCCH是完全不同的。

正因為上述EPDCCH使用類似于PDSCH信道的PRB結構，小區之間的EPDCCH協調就變得很容易。圖7給出了2小區之間如何進行協作，給邊緣的UE1聯合發射EPDCCH的例子[7,10]。在該圖中，RBG0和RBG1預留給邊緣用戶(的EPDCCH)使用。本區和鄰區可對其上承載的EPDCCH進行聯合發射、聯合波束賦形、資源預留、動態小區選擇和跨載波調度等。C-RAN小區之間協作的便利性使得它可以很輕易地提升EPDCCH的實際性能。

在C-RAN構架下，也可使用EPDCCH在將來調度公共信道(如SIB的發射；目前的協議不支持；目前EPDCCH只有UE專用的搜索空間)，使得(將來在)公共信道上的數據更為可靠，且可減少小區之間的干擾(包括對控制信道和數據信道的干擾)。

目前，EPDCCH的小區間干擾協調也可使用3GPP R8的ICIC機制,其中包括對相對窄帶發射功率(Relative Narrowband TX Power restrictions，RNTP)的設置等,和R10的eICIC機制，甚至R11的FeICIC機制。在將來EPDCCH可能進一步增強，如增強其干擾協調機制[8-9]。在C-RAN構架下，EPDCCH增強很容易實現。

圖7 EPDCCH在2小區之間進行協作

4 結束語

本文給出了C-RAN下的如何增強PDCCH，解決了傳統LTE接入網協調不夠充分，難于實現的問題。本文給出的方法包括資源預留、聯合發射、跨載波調度等。在C-RAN構架下，EPDCCH更容易得到增強，包括聯合發射、聯合波束賦形等。EPDCCH的PRB結構是它在C-RAN下能夠增強實際系統性能的關鍵所在，未來其性能還會進一步增強。

[1] 中國移動. C-RAN[EB/OL].(2011-07-17)[2014-06-02].http://labs.chinamobile.com/cran/.

[2] 百度百科. C-RAN[EB/OL].(2011-07-09)[2014-06-02].http://baike.baidu.com/view/4640854.htm.

[3] 3GPP. TS36.211-b20: Physical Channels and Modulation[S/OL].(2013-03-12)[2014-06-02].http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.211/36211-b20.zip.

[4] 3GPP. TS36.213-b20: Physical layer procedures[S/OL].(2013-03-15)[2014-06-02].http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.213/36213-b20.zip.

[5] Panasonic. R1-124238-eCCE/eREG to RE mapping for EPDCCH[EB/OL].(2012-09-29)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_70b/Docs/R1-124238.zip.

[6] Nokia. R1-132306-Interference coordination for EPDCCH[EB/OL].(2013-05-11)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_73/Docs/R1-132306.zip.

[7] Ericsson. R1-142380-256QAM for PMCH transmissions[EB/OL].(2014-05-10)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_77/Docs/R1-142380.zip.

[8] Intel. RP-140235-Interference mitigation for control channels[EB/OL].(2014-02-25)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_63/Docs/RP-140235.zip.

[9] Intel. RP-140794-Motivation for new SI: Interference mitigation for downlink control[EB/OL].(2012-05-17)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_64/Docs/RP-140794.zip.

[10] Qualcomm. R1-141954-Higher order modulation[EB/OL].(2014-05-10)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_77/Docs/R1-141954.zip.

[責任編輯:瑞金]

Physical downlink control channel enhancement under cloud radio access network

SUN Bo, ZHONG Zhengbin

(R&D Center in Xi’an, ZTE Corporation, Xi’an 710114, China)

As to drawbacks of the legacy long term evolution radio access network defects, this paper gives the possibility to enhance the physical downlink control channel. The proposed solutions to enhance the physical downlink control channel include resource reservation, joint transmission, cross-carrier scheduling enhanced physical downlink control channel and its further enhancement. Problems on insufficient coordination and difficulty in implement in the legacy long term evolution radio access network are solved.

long term evolution, physical downlink control channel, enhanced physical downlink control channel

10.13682/j.issn.2095-6533.2014.05.014

2014-06-10

孫波(1969-)，女，碩士，工程師，從事無線通信系統的研究。E-mail:sun.bo@zte.com.cn 鐘征斌(1970-)，男，碩士，工程師，從事無線通信系統的研究。E-mail:zhong.zhengbin@zte.com.cn

TN911

A

2095-6533(2014)05-0071-06