LTE下行物理层传输机制(7)-DCI2格式和预编码矩阵的选择

TTI是动态调度资源的基本时间单位,每进行一次动态调度就是一个TTI,通常情况下,一个TTI就是1ms。如果eNB在调度下行RB资源的时候,发现可以进行空分复用,或者说1个TTITransmission Time Interval)内可以同时传输2个下行传输块(Transport Block,简称TB块),那么这个时候,网侧可以使用DCI2、DCI2A等格式来传输PDSCH的控制信息。下面就具体介绍DCI2格式的内容,以及什么时候使用DCI2格式。

1.组成DCI2格式的bit内容

DCI2格式包括以下字段:

- 资源分配头(Resource allocation header) – 固定占1 bit。DCI2格式可以使用2种资源分配方式,分别是资源分配方式0和资源分配方式1,详见博文《LTE下行物理层传输机制(6)-下行资源分配方式(Resource Allocation Type)》。如果当前DCI2使用资源分配方式0,则本bit位设置为0;若当前DCI2使用资源分配方式1,则需要将本bit设置为1。这里有个例外,就是如果当前的下行带宽小于或等于10个RB,也就是如果当前的下行带宽是1.4MHz的时候,DCI2只使用资源分配方式0,此时DCI2就没有这个1bit的“资源分配头”字段了。即,这个1bit的字段是一种条件性字段,而不是必选性字段。

- RB分配字段(Resource block assignment) - 固定占ceil(N_DL_RB /P)bit。其中,N_DL_RB是下行带宽的RB个数,P是RBG_SIZE,取值与系统带宽相关,详见《LTE下行物理层传输机制(6)-下行资源分配方式(Resource Allocation Type)》。如10MHz带宽时,N_DL_RB=50,P=3,所以本字段占用的bit位个数=ceil(50/3)=ceil(16.667)=17。DCI2可以使用资源分配方式0也可以使用资源分配方式1,不同的分配方式,本字段的解释不同,具体如下:

(1)使用使用资源分配方式0,那么该字段只有一个域,使用 ceil(N_DL_RB / P)bit 的bitmap来表示对应的RBG资源,详见博文《LTE下行物理层传输机制(6)-下行资源分配方式(Resource Allocation Type)》。

(2)如果使用资源分配方式1,那么该字段有3个域,分别是:ceil(log2(P)bit 的子集索引;1bit 的shift资源偏移指示;[ceil(N_DL_RB / P)-ceil(log2(P) - 1]   bit 的资源分配bitmap表。每个域更详细的说明请参考博文《LTE下行物理层传输机制(6)-下行资源分配方式(Resource Allocation Type)》。

- PUCCH的TPC字段(TPC command for PUCCH) – 固定占2 bits。这个TPC值不是绝对值,而是一个相对值。具体含义如下表所示。如果UE解码到该字段值=0,表示PUCCH信道需要减少1dB的发送功率,但只减少一次,后续不再继续减少,比如之前的发送功率是9dB,那么后续就按照8dB发送,而不是持续按照8dB、7dB、6dB这样的顺序调整。需要注意的是,这里的TPC字段与DCI1A中的TPC字段有点不同,这里并不需要考虑RNTI值(参考《LTE下行物理层传输机制(5)-DCI格式的选择和DCI1A》)。


- 下行分配DAI字段(Downlink Assignment Index) – 固定占2 bits。这也是一个条件性字段,只有在TDD-LTE制式下才有,如果是FDD-LTE,则没有这个字段。另外,这个字段只在TDD上下行配置1~6的时候才有意义,如果是TDD上下行子帧配置0,则该字段也没有意义,不需要关注。这里的DAI字段与DCI1A中的DAI含义相同,参考《LTE下行物理层传输机制(5)-DCI格式的选择和DCI1A》。

- HARQ进程号(HARQ process number) - 如果是FDD制式,则固定占3 bits,如果是TDD制式,则固定占4 bits。DLSCH或者说PDSCH是针对HARQ进程传输的,无论是新传还是重传,都需要指出当前的HARQ进程。

- TB块与码字的映射关系(Transport block to codeword swap flag) – 固定占1 bit。DCI2最多可以携带2个传输块(TB块)的控制信息,那么这两个TB块与两个码字(码字0和码字1)的对应关系是怎样的,就由这个bit位来标识。具体对应关系如下:

(1)如果当前PDSCH携带2个TB块,那么:若该bit位=0,则表示TB1对应码字0,TB2对应码字1;若该bit位=1,则表示TB2对应码字0,TB1对应码字1。如下表所示。


(2)如果当前PDSCH只携带1个TB块,那么该bit位不再具有实际意义,此时无论PDSCH传输的是TB1还是TB2,均对应码字0。如下表所示。


对于TB1块,对应以下字段:

- MCS字段(Modulation and coding scheme) – 固定占5 bits。表示TB块1的调制方式,结合RB个数可以查36213-7.1.7.2表获取TB size。

- NDI指示字段(New data indicator) – 固定占1 bit。通过NDI是否反转,来判断TB块1在该HARQ进程中是新传还是重传。

- 冗余版本号RV(Redundancy version) – 固定占2 bits

对于TB2块,对应以下字段(与TB1字段相同):

MCS字段(Modulation and coding scheme) – 固定占5 bits。当前TB块2的调制方式,结合RB个数可以查36213-7.1.7.2表获取TB size。

NDI指示字段(New data indicator) – 固定占1 bit。通过NDI是否反转,来判断TB块2在该HARQ进程中是新传还是重传。

冗余版本号RV(Redundancy version) – 固定占2 bits

如果上述某个TB块,对应的MCS=0且RV=1,那么就表示该TB块无效。通过这种设定,就可以让PDSCH携带2个TB块还是1个TB块,继而明确“Transport block to codeword swap flag”字段的含义:解析TB块与码字对应关系的时候,是应该用上文中的Table 5.3.3.1.5-1还是用Table 5.3.3.1.5-2。

- 预编码信息字段(Precoding information) – 这个字段表示当前eNB采用什么样的预编码矩阵,占用的bit位个数与天线端口数有关,如Table 5.3.3.1.5-3所示。


如果当前的天线端口数等于2,则本字段占用3bits,最多可以使用8种预编码矩阵,如果当前的天线端口数等于4,则本字段占用6bits,最多可以使用64种预编码矩阵。关于天线端口更详细的内容,请参考《LTE下行物理层传输机制(1)-天线端口Antenna Port和小区特定参考信号CRS》。

空分复用按照是否依赖终端的PMI(Precoding Matrix Indicator,预编码矩阵指示)反馈,分为开环空分复用和闭环空分复用。基于DCI2格式的空分复用采用的是基于预编码的、闭环的空分复用模式,即,eNB根据UE反馈的PMI参数,动态调整当前TTI使用哪种预编码矩阵,并通过“预编码信息”字段发送给UE,告诉UE当前采用的预编码矩阵。这也是为什么DCI2格式需要这个字段的原因。

依据协议,DCI2格式只在传输模式为TM4的时候使用。换句话说,如果当前UE的传输模式是TM4,且可以进行空分复用,那么就需要使用DCI2格式。至于在TM4模式下,什么时候可以使用空分复用,则由设备厂家的算法决定,一般来说,信道质量非常差的情况下,是不建议进行空分复用的。

2.预编码矩阵的选择和解析

上文提到,不同的天线端口对应的“预编码信息”字段的bit位数不同,所对应的预编码矩阵也就不同。本小节就以两天线端口为例,具体介绍怎么填写DCI2格式中的“预编码信息”字段,即eNB侧怎么选择预编码矩阵,以及UE侧怎么解析这个“预编码信息”字段

(1)eNB侧选择预编码矩阵。

eNB侧根据UE上报的PMI和当前DCI码流中的有效码字个数,查下面的Table 6.3.4.2.3-1,可以获取预编码矩阵W。比如当前UE的PMI=0且只有1个码字有效(即1个TB块有效另外一个TB块无效,无效TB块的MCS=0且RV=1),则使用表中Codebook_index=0、v=1的这个预编码矩阵,即(1/根号2)[1 1]T。

需要注意的是,对于TM4闭环模式的空分复用,使用Codebook_index=0,v=2的这个预编码矩阵。因此如果当前PMI=2,有效码字个数或者说v=2,那么选择的预编码矩阵是(1/2)×[A B],A=[1, j]T,B=[1, -j]T。此时,DCI中的“预编码信息”字段填写的Precoding information的值需要减1,即要填(2-1)=1,而不能填2。结合后文中的表5.3.3.1.5-4也可以验证这点。


如果当前是TM4空分复用,eNB虽然可以根据PMI和有效码字个数,选择不同的预编码矩阵,但也不是任意选择的。eNB RRC可以限制使用某个或某几个预编码矩阵,这个信元叫做codebookSubsetRestriction,可以在radioResourceConfigDedicated->physicalConfigDedicated->antennaInfo中找到。


如上图所示,对于两天线端口的TM4模式来说,有6个bit限制系统可以使用的预编码矩阵,如果某个bit被设置为1,则表示系统可以使用这个预编码矩阵。每个bit所表示的预编码矩阵如下图所示。


(2)UE侧解析预编码矩阵

根据DCI2格式中的码字使能情况(是否有某个TB块对应的MCS=0且RV=1,如果有则该TB块对应的码字disabled)以及3bits的预编码信息(范围0~7),查下面的Table 5.3.3.1.5-4之后,UE就可以知道eNB侧使用的预编码矩阵。比如当前PDSCH传输2个TB块,即码字0和码字1都使能,如果eNB填写的“预编码信息”字段=1,那么实际使用的预编码矩阵为(1/2)×[A B],A=[1, j]T,B=[1, -j]T。从下表中还可以看出,如果当前TTI是1个码字有效,那么DCI2中填写的“预编码信息”字段,其取值应该是1~6中的某个数值,如果是2个码字有效,则“预编码信息”字段的值应该是0~2


参考文献:

(1)3GPP TS 36.212 V9.4.0 (2011-09) Multiplexing and channel coding

(2)3GPP TS 36.213 V9.3.0 (2010-09) Physical layer procedures

(3)3GPP TS 36.211 V9.1.0 (2010-03) Physical Channels and Modulation 

(4)http://www.sharetechnote.com/html/BasicProcedure_LTE_PHY_Precoding.html#Codebook_2Tx

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