TD-LTE PDCCH資源容量評估研究

吳威

摘 要 本文主要通過對PDCCH信道特性的分析，結合網絡資源配置及評估單用戶在不同調制方式下占用的PDCCH資源情況，提出了在移動通信領域基于用戶調制方式的PDCCH資源容量評估方法。

關鍵詞 PDCCH；容量評估；信道資源

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）206-0089-02

隨著廣東移動4G網絡用戶的不斷增長，TDLTE網絡容量問題日益突顯，在容量不足的小區，相關的KPI指標會有劣化，隨之用戶感知度明顯下降，因此網絡容量的評估對用戶感知和網絡指標均有著重要的意義。現有的網絡資源容量評估，主要依靠整體的下行資源利用率來進行評估，但TDLTE網絡資源是一個共享的資源結構，網管統計的資源利用率僅針對一個特定時間范圍內，無法對實時的用戶信息進行反饋，當用戶在做大的數據業務時，即使一個用戶其小區的資源利用率也會很高，反之當小區內大量用戶在做小包業務時，由于其占用的業務資源較少，小區的下行資源利用率反而不高。

由于通過資源利用率對網絡負荷進行評估無法真實地反映小區的實際負荷，所以需建立一套貼進用戶的實際感知且綜合考慮系統資源和網絡覆蓋性能的小區容量評估方法，以達到合理評估小區容量問題并提升用戶感知的目的。

1 PDCCH信道特性分析

LTE網絡中的PDCCH信道為物理下行控制信道，用于下行承載調度和其他控制信息，UE根據在子幀中檢測到的具有DCI格式（1，1A，1B，1C，1D，2，2A）或者UE擴展的DCI格式（2B）的PDCCH，使用上層定義的傳輸塊數目限制條件來解碼在同一子幀中相應的PDSCH，若PDCCH信道資源容量不足，將無法對小區內的用戶進行充分的調度，從而影響用戶的業務速率和應用感知，PDCCH信道特性分析主要涉及以下一些概念及參數。

1.1 LTE無線網絡

LTE是由3GPP組織制定的UMTS技術標準的長期演進，它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，改善了小區邊緣用戶的性能，提高小區容量和降低系統延遲。

1.2 LTE的信道結構

LTE子幀結構由控制域和數據域兩部分組成控制域和數據域，其中控制域占用一個子幀的前1、2、3個OFDM符號，承載控制信道PHICH、PCFICH、PDCCH，而數據域占用控制域以外的OFDM符號，傳輸業務信息。

1.3 LTE物理資源概念

資源單元（RE）：對于第一個天線端口，一個OFMD或者SC-FDM符號上的一個子載波對應的單元；資源塊（RB）：一個時隙中，頻域上連續寬度為180kHz的物理資源稱為一個資源塊；資源單元組（REG）：控制區域中RE集合，用于映射下行控制信道，每個REG中包含4個RE；控制信道單元（CCE）：由9個REG組成，共計36個RE。

1.4 PCFICH信道作用及資源

物理控制格式指示信道（PCFICH）：用于指示一個子幀中傳輸PDCCH所使用的OFDM符號個數，映射到控制區域的第一個OFDM符號的4個REG上，固定占用16個RE資源。

1.5 PHICH信道作用及資源

物理HARQ指示信道，承載HARQ的ACK/NACK信息。每個PHICH？group由3部分組成，分別映射到一個REG上，共占用3個REG，占用12個RE資源。每個小區的PHICH？group資源由高層配置，且與下行系統帶寬相關，TDD模式下，其配置與上下行子幀配比相關。

1.6 CRS參考信號的作用及資源

小區專用參考信號（CRS）：用于小區信道測量和下行信道估計，其時域位置與天線端口相關，在頻域上每6個子載波插入一個參考信號，而占用資源數則與系統帶寬和天線配置相關。

1.7 PDCCH資源的作用及資源

物理下行控制信道承載用戶數據的資源分配信息及用戶的數據相關的HARQ信息，一個PDCCH是一個或者幾個連續的CCE的集合。每個用戶根據無線環境的不同按不同的聚合等級可能占用1、2、4、8個CCE。PDCCH的資源占用的符號數由PCFICH進行指示，最大占用3個符號。每子幀的最大PDCCH的可用CCE數=（控制區域的子載波數-控制區域的其它資源數）/36。

2 小區容量評估方法

通過對PDCCH信道特性的分析，結合網絡資源配置及評估單用戶在不同調制方式下占用的PDCCH資源情況，特提出了在移動通信領域基于用戶調制方式的PDCCH資源容量評估方法。本方法主要通過采集網絡內小區參數配置信息計算小區的PDCCH資源的最大CCE配置數，通過采集網管數據“CCE聚合度為X的次數”分別對不同時間段內網絡使用的CCE聚合度進行統計，利用等效算法計算出對應時段內的單用戶等效CCE數，從而計算出小區內PDCCH信道承載的用戶數，以此對小區的控制信道容量進行評估。

2.1 PDCCH資源的CCE計算

LTE的控制區域主要承載LTE控制信息，占用每個下行子幀的前3個OFDM符號，包含了PCFICH、PHICH、PDCCH控制信息和CRS參考信號，控制區域的大小由PCFICH進行指示與系統帶寬、天線端口和PHICH配置信息相關。其計算方式如為（公式1）：Ncell？CCE=（NDLRB*A*B-Npcfich-NphichNcrs）/36，其中：NDLRB為下行帶寬內所包含的RB數，A為一個RB內包含的子載波數，B為控制區域所占用的最大符號數，Npcfich為PCFICH所占用的RE數，Nphich為PHICH所占用的RE數，Ncrs為CRS所占用的RE數，36為一個CCE所占用的RE數。

2.2 小區內單用戶等效CCE計算

用戶所處的無線環境的好壞在業務信道反映為小區的編碼方式（64QAM、16QAM、QPSK）占比，因此本計算方法以小區編碼方式的占比等效小區下用戶的分布，對小區內用戶的無線環境和占用的控制信道的CCE數進行評估，其等效算法如下（公式2）：

其中：式中x為CCE的聚合度，取值為1、2、4、8，CCEx為統計周期內CCE聚合度為x的次數（x取值為1、2、4、8）。

PDCCH資源的調度能力與UE所在的無線環境息息相關，當無線環境差時，為使終端能夠順暢地解調出PDCCH信道的DCI信息，則需要較低的編碼方式進行數據傳輸，其使用的CCE資源也會較多，因此小區內CCE的使用評估，需考慮到小區內用戶所在的無線環境。

2.3 PDCCH承載用戶數計算

PDCCH承載用戶數計算（公式3）為：Ncell？ user=？Ncell？CCE/等效CCE。其中：

Ncell？CCE由公式1計算得出，等效CCE由公式2計算得出。

3 結論

隨著網絡用戶數的增長，系統容量將是影響用戶感知的一個重要因素，缺少完善的容量評估體系，將無法對網絡資源進行精確的投入和分配。本計算方法立足于LTE網絡理論體系，通過小區配置情況與編碼方式占比情況，計算出PDCCH信道承載能力的瓶頸，可準確輸出LTE容量不足小區清單，在排除小區資源配置與無線環境問題的情況下，對該小區進行硬件擴容，可實現資源利用最大化并提升用戶感知。

參考文獻

[1]3GPP TS 36.201： Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical Layer General Description.

[2]3GPP TS 36.211： Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical channels and modulation.

[3]3GPP TS 36.212： Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Multiplexing and channel coding.

[4]3GPP TS 36.302：Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）；Services provided by the physical layer.