LTE－A系統DCI盲檢測方法的實現過程研究

林威林，曹龍漢、2，張治中

(1.重慶郵電大學通信網與測試技術重點實驗室，重慶 400065;2.重慶通信學院控制工程重點實驗室，重慶 400035)

LTE－A是在LTE技術基礎上的平滑演進，具有后向兼容性，最顯著的性能特點是滿足上行峰速500 Mbit/s，下行峰速1 Gbit/s，頻譜配置靈活，支持連續和非連續的頻譜等。物理層在通信系統中是非常重要的一層，由控制信息和數據信息組成，控制信息包括混合自動重傳請求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)信息、功率控制命令、標識數據傳輸格式和調制方式信息等，從而保證用戶端對接收數據的正確解調和解碼［1－4］。

物理層可以劃分為多個能獨立完成編碼過程和調制過程的信道，其中調度控制信息和分配系統資源主要由物理層下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)來承擔，系統性能的高低受PDCCH接收信息快慢的影響。為了降低系統時延和提高傳輸速率，基站在同一時刻一般與多個用戶進行信息交互，加之LTE－A系統中增加了載波聚合(Carrier Aggregation，CA)技術，下行控制信息(Downlink Control Information，DCI)的格式增加到13種，不同用戶的情況不一樣，而基站同時需要給多個用戶發送多種控制信息，這就導致用戶端(User Epuipment，UE)接收正確的PDCCH非常麻煩。由于DCI在哪個載波上傳輸、當前PDCCH承載的是哪種DCI格式、調度信息具體定位等信息UE是無法獲取的，UE只能發送所需要的控制信息的類型，在UE系統的復雜度相當有限的情況下，本文設計了一種有效的DCI盲檢測方法來限制盲檢次數，縮短系統的反應時間。

1 PDCCH內容簡介

PDCCH承載著一個或多個UE的DCI信息［5］，每個DCI承載的信息和用途不一樣，物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)調度信息由 DCI格式 1、1A、1B、1C、1D 來承載;物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)調度信息由DCI格式0、4來承載;上行功率控制配置信息由DCI格式3、3A來承載;多天線條件下的配置信息由DCI格式2、2A、2B、2C來承載。

PDCCH 支持4 種格式:PDCCH0，PDCCH1，PDCCH2，PDCCH3分別對應的控制信道元素(Control Channel Elements，CCE)個數是1，2，4，8。PDCCH 在 CCE 上的開始位置應滿足imodn=0，i為CCE的編號，n為單個PDCCH含有的CCE數量，單個CCE含9個資源粒子組(Resource Group，REG)、36 個資源元素(Resource Element，RE)、72比特信息。大部分情況下，一個子幀中的前3個正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)符號被PDCCH配置，多個PDCCH可在一個子幀中復用，當子幀中有多播廣播單頻網(Multimedia Broadcast/Multicast Service Single Frequency Network，MBSFN)傳輸，則可能有0，1或2個控制信息符號，但當資源塊數(Resource Blocks，RB)小于10時，可能有2，3或4個控制信息符號，以保證小區邊緣可以覆蓋。

1.1 PDCCH占用的CCE數量

系統對每個子幀內用于PDCCH傳輸的CCE數量采用動態分配原則。首先由系統帶寬(Bandwidth，BW)、天線數和CP模式初步確定當前子幀內每個OFDM符號可用的CCE數量，再由物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indicator Channel，PCFICH)來解調，確定當前子幀內用于PDCCH的OFDM符號數。同時，對該子幀內用于物理混合ARQ指示值信道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，PHICH)、輔同步信號(Secondary Synchronization Signal，SSS)和 PCFICH的 CCE數量進行分析，最終確定用于PDCCH傳輸的CCE總數。

一個子幀內實際用于PDCCH傳輸的CCE數為用于PDCCH傳輸的OFDM符號上的所有CCE總數減去子幀內用于 PCFICH、PHICH和 SSS的 CCE數量，即:

NCCE，RB，OFDM2=2(nant=1 或 2)或者NCCE，RB，OFDM2=3(nant=4)，nant為天線數

NCCE，RB，OFDM3=2(長CP)或者NCCE，RB，OFDM3=3(短CP)

當幀結構為FDD時，NCCE，SSS=0，當幀結構是TDD時，NCCE，SSS由BW和CFI值決定。表1所示是SSS、下行系統BW及CFI的關系。

表1 SSS、下行系統BW及CFI的關系

表1 中為Y 時，NCCE，SSS值為2，為N 時，NCCE，SSS值為0。

1.2 搜索空間

LTE－A系統設定搜索空間()來盡力減少監視的CCE集合，進而減少盲檢次數，以縮短系統反應的時間。分為公共搜索空間和專有搜索空間，其是由CCE按照聚合等級(L)合成的候選 PDCCH(M(L))集合［6］，通常情況下UE通過某種檢測方法試圖遍歷系統某子幀中全部M(L)，UE只會在循環冗余碼校驗(Cyclic Redundancy Check，CRC)成功的時候才會處理信息(部分特殊格式類型再經過DCI判決正確后才進行信息處理)，表2為搜索空間與候選PDCCH關系表。

表2 搜索空間與候選PDCCH關系列表

2 載波聚合

CA將2個或更多的載波單元(Component Carrier，CC)聚合在一起以滿足LTE－A版本支持最大為100 MHz的傳輸帶寬要求［7］。因為每個CC的最大BW為20 MHz，為了高效地利用零碎的頻譜頻段，CA支持不同CC之間的聚合，主要聚合方式分為三種:相同或不同帶寬的CC聚合，同一頻帶內鄰近或非鄰近的CC聚合和不同頻帶內的 CC 聚合［8］。

一個主小區(PCell)加上若干個(0～4)輔小區(SCell)組成一個服務小區(Serving Cell)，通信鏈接形成后指定PCell;在初始安全激活流程完成的情況下，由RRCConnectionReconfiguration信令決定增刪改哪些SCell，從而知道哪些CC是SCell。每個CC都用一個索引值進行區分，PCell的CC索引值規定為0，SCell的CC索引值由RRC信令確定［9］。

不同UE用戶的兩種小區的配置情況因用戶的需求不同而可能不一樣，CA情況下用戶的Serving Cell的CRNTI都一樣，根據系統支不支持跨載波調度，CA分為兩種調度情況:

調度方式不支持跨載波調度的情況下，每個CC的功能與LTE(R8版本)一樣，體現了其后向兼容性。

調度方式支持跨載波調度的情況下，不是所有DCI格式都支持這種調度方式，一個CC中的PDCCH可調度在其他CC上的數據信息，PDCCH和哪個CC對應是由其開頭位置的CIF信令決定的，CIF僅支持專有搜索空間，其受控于cif－Presence－r10信令，UE只能在一個CC獲取控制信息，這個CC可以是同載波的CC或者是跨載波調度情況下其他載波上的CC，在進行DCI盲檢測時，分情況進行檢測可進一步降低檢測時間，提高盲檢效率，載波調度示意圖如圖1所示(CC數為5個、PCell設定為第3個CC上的情況時)。

圖1 載波調度示意圖

若UE配置CA時最多盲檢44+32×num_SCell次，num_SCell代表SCell個數，PCell和R8版本一樣需要44次檢測，SCell因不存在公有搜索空間而只需要32次檢測;若沒有配置跨載波調度，每個Serving Cell等同于R8版本，最多檢測44次。

3 DCI盲檢測方法及實現流程

LTE－A系統DCI盲檢測流程圖如圖2所示，其發送過程為:首先媒體接入控制層(Media Access Control，MAC)的信令決定載波調度的方式、PCell和SCell在哪些CC上，然后選擇傳輸模式(Transmission Mode，TM)來傳輸相應的DCI格式信息，最后通過DCI發送模型發射出去。接收過程為:首先通過MAC層信令確定載波調度方式、要盲檢PCell和SCell所在的CC，然后確定TM限制選取的DCI格式信息和S(L)K位置，最后通過DCI盲檢測模型進行盲檢。

圖2 DCI盲檢測整體系統示意圖

3.1 單個CC上DCI盲檢測發收流程

單個CC上PDCCH的DCI盲檢測系統是由DCI發送模型和DCI盲檢測模型組成的，圖3所示為單個CC上DCI盲檢測發收鏈路流程。

圖3 單個CC上DCI盲檢測發收鏈路流程

3.2 DCI盲檢測過程

根據上文基本知識的介紹，盡可能地減少盲檢次數和盡可能避免漏檢或誤檢的情況下，設計了LTE－A系統DCI盲檢測詳細的發送和接收流程。

1)DCI盲檢測發送過程如下:

(1)根據上文介紹可知，MAC層信令決定載波調度的方式、定位PCell和SCell在哪些CC上。

(2)每個CC上的上行鏈路中哪些UE可分配DCI信息，可分配什么格式的DCI信息由信道質量信息、調度請求信息和緩沖狀態報告等決定;每個CC上的下行鏈路中哪些UE可進行分組傳輸由MIMO配置、秩指示、信道質量指示報告和預編碼信息決定，每個DCI都用對應的無線網絡臨時標識(Radio Network Temporary Identity，RNTI)進行標識。

(3)為每個DCI信息配置一定等級的PDCCH格式，當信道質量不好時，配置的PDCCH格式大，當信道質量良好時，配置的PDCCH格式小，在滿足傳輸正確的基礎上盡可能最小化PDCCH頭，在配比的時候應考慮NCCE，k的大小。

(4)計算PDCCH的資源數大小以及承載PDCCH的OFDM符號數大小，然后將這些信息告訴給PCFICH。

(5)在正確的S(L)K進行PDCCH信道的復用，圖4所示為其復用方法，其中SCell所在的CC僅映射專有搜索空間范圍內的資源信息。

(6)若PDCCH映射的時候搜索空間被占用，可以接受若干PDCCH不能被傳輸的損失，繼續步驟7)，也可以增加一個OFDM符號用來重新對PDCCH映射。

(7)分配PDFICH和PHICH資源。

圖4 PDCCH信道復用示意圖

(8)根據上述情況分配PDCCH占用資源，參考1.1節。

(9)每個CC上在確保每個OFDM符號的總功率值沒有超過允許的最大值的情況下，發送PDCCH。

2)DCI盲檢測接收過程為:

(1)根據第2節介紹由MAC層信令確定載波調度的方式、確定PCell和SCell在哪些CC上盲檢。

(2)由圖3所示，單個CC上將接收到的數據依次經過從解資源映射到信號解擾模塊的一系列處理，得到DCI盲檢測發送模塊PDCCH復用后的數據信息。

(3)根據1.1節介紹求得PDCCH占用的CCE資源總數NCCE，k，并依次編號為0，1，2，…，NCCE，k－1，k表示當前子幀號。

(4)根據RNTI值、子幀序號、NCCE，k、TM 模式選擇和L確定CCE的，提取候選M(L)。由協議規定的算法=L×{(YK+m1)mod［NCCE，k/L］}+i可計算出的位置，其中在公共搜索空間情況下，由協議可知L的值為4，8，YK的值為0，m1=m，在專有搜索空間的情況下，由協議可知L為 1，2，4，8，YK=(A×YK－1)modD，A的值為39 827，D的值為 65 537，Y－1=nRNTI，nRNTI不為 0，2k=ns，ns表示時隙編號，m1=m+nCI×M(L)，m=0，1，…，M(L)－1，i=0，1，…，L－1，nCI代表載波指示值的大小，系統檢測非周期控制狀態信息報告(Control State Information，CSI)是否存在，當有非周期CSI報告時nCI的值規定為1，當無非周期CSI報告時nCI的值規定為0。

(5)由于UE既不確定目前PDCCH傳輸的是哪種DCI信息，也不確定自己所需要DCI信息所在的位置，所以UE必須將所有L一一嘗試檢測，根據不同的配比情況，當公共搜索空間和專有搜索空間同時存在的時候，優先檢測公共搜索空間。以專有搜索空間為例，如圖5所示，L從小到大的盲檢測流程為:L=1時，根據步驟4)在起始位置截取一個CCE，即一個M(L)，將截取數據依次進行解速率匹配、Viterbi譯碼和最后16位的CRC校驗，如果CRC校驗成功，則根據當前信息配比條件下所知道的信息長度可確定DCI格式類型，此時如果是格式1A，則需要進一步通過flag信令進行DCI判決來區分DCI格式是0或1A;如果校驗不對，當前位置增大L再次進行截取，然后重復以上過程。若L=1遍歷檢測后仍沒有校驗成功，則返回步驟(4)重新確定起始位置進行L=2的檢測，以此類推，直到盲檢成功或者遍歷所有L后，盲檢測才算結束，公共搜索空間的檢測方法亦如此。

圖5 專有搜索空間L按從小到大順序盲檢測示意圖

(6)當檢測的CC是PCell時，所有搜索空間都可能需要檢測;當檢測的CC是SCell時，僅檢測專有搜索空間。

(7)在實際的盲檢測過程的速率匹配模塊中，當輸入序列相同、輸出序列不同的時候，短序列是長序列的子序列，在檢測的過程中，對應級別L的PDCCH在檢測的過程中，檢測級別小于L，用戶端卻認為檢測出的DCI有效，出現誤檢。每種級別的搜索長度有可能是6個、8個、12個或16個CCE，當搜索長度不小于16個CCE時，正常盲檢;當CCE數量小于16時，就會出現部分或者全部L級別無法正常盲檢;如果搜索長度小于16個CCE就跳過不檢測，這可能會出現漏檢。因為協議規定公共搜索空間和專有搜索空間可以部分重合，假設DCI編碼后映射到i(某個CCE上)到i+7的CCE上，接收端以相同DCI格式、以i為起始位置進行L=4的檢測，最后檢測成功，隨后系統就會跳過L=8的檢測，從而也會出現漏檢。

(8)基于情況(7)，為了減少盲檢次數，盡量避免漏檢和誤檢，首先，L值可以從小到大，或從大到小，或按照上次的L值先檢測，再向大或者向小的L值嘗試，或根據信道質量情況確定先檢測的L值。其次，當NCCE，k＜16時，前L×n個CCE需進行相應搜索空間等級L的盲檢測，其中L×n＜NCCE，k，n是正整數，檢測方法參考步驟(4)和(5)。

4 結果驗證

根據上述設計發送和接收流程，以ECLIPSE為平臺搭建C鏈路進行結果驗證，在發送端數據配置如下時:上下行BW為50個RB，PDCCH格式選擇PDCCH1，CFI=1，子幀編號為1，高斯白噪聲信道，時隙編號ns=19，DCI格式選擇1A，CC選擇為PCell=0，m=1，RNTI選擇CRNTI，專有搜索空間模式，TM選擇9。盲檢測結果如圖6所示，在PCell專有搜索空間的L=2的等級上檢測出DCI格式為1A，盲檢測成功。圖7所示的是DCI格式1A的部分控制信息檢測結果，可以看出，DCI格式1A含有的配置信息，都能檢測出來，其他格式的信息，因沒有盲檢出來，所以無法知道具體值，系統隨意賦值。

圖6 DCI格式1A在PCELL上專有搜索空間配比下的盲檢結果(截圖)

圖7 DCI格式1A被檢測后其所含控制信息部分檢測結果(截圖)

5 結束語

本文描述了LTE－A系統DCI盲檢測方法及發送和接收步驟，并搭建了鏈路進行實現驗證，為實際系統的實現提供了理論依據。在盲檢測過程中L等級的選擇和檢測順序的確定，直接影響盲檢測的時間;一般情況下，L影響PDCCH的編碼速率，因此，UE應該有一套與基站匹配的如何選擇PDCCH的編碼速率的方法，這也影響盲檢測的時間，以上兩點有待進一步的研究與仿真，可進一步避免漏檢和誤檢，減少盲檢次數，提高整個系統的效率。

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［1］3GPP TS 36.211，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical channels and modulation［S］.2010.

［2］3GPP TS 36.212，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):multiplexing and channel coding［S］.2010.

［3］3GPP TS36.213，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical layer procedures［S］.2010.

［4］3GPP TS 36.214，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical layer measurement［S］.2010.

［5］羅友寶，李小文，吳云梅.LTE物理下行控制信道盲檢測過程研究［J］.電視技術，2010，34(12):75－76.

［6］唐宏，舒剛，趙林君，等.LTE系統中保證CCE分配公平性的算法［J］.電信科學，2011(9):83－84.

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［8］張麗娟，侯曉赟.LTE－A載波聚合技術的最新研究進展［J］.通信技術，2012，45(9):112－113.

［9］3GPP TS36.321，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):medium access control(MAC)protocol specification［S］.2010.