【5G之道】第六章:下行链路物理层处理

传输信道处理:

物理层以传输信道的形式提供到MAC层的服务。
下行链路定义了四种传输通道:
下行共享信道(DL-SCH),多播信道(MCH),寻呼信道(PCH),广播信道(BCH)

处理步骤:

在载波聚合情况下,给同一个终端并行传输多个组分载波,不同载波传输对应不同的传输信道,采用独立和基本独立的物理层处理。

每个传输时间间隔(TTI)内,对应长度为1ms的一个子帧,最多发送两个可变大小的传输块到物理层,在每个组分载波的无线接口上传输。

每个TTI内发送的传输块数取决于多天线传输方案:不用空间复用,每个TTI只有一个传输块;空间复用情况下,通过同一终端并行发送多个层,每个TTI有两个传输块。

每个传输块的CRC插入:

为每个传输块计算一个24bit长的CRC并附在其后面,CRC可以在接收机侧检测解码传输过程中的错误。

码块分割和单码块CRC插入:

LTE的Turbo编码器的内部交织器只定义有限的编码块大小,最大块为6144bit。一旦包括传输块CRC的编码块超过6144bit大小,则要进行码块分割;

码块分割还意味着需要为每个码块计算一个额外的CRC并附着在其后(24bit,不同于之前的传输块CRC);每个码块带一个CRC为了对正确解码的码块尽早检测,尽早结束该码块的迭代解码。

信道编码:

DL-SCH的信道编码基于Turbo编码,包含两个1/2速率8状态子编码器,整体码率为1/3,结合QPP交织;
QPP交织器提供了从输入比特到输出比特的映射;
码块最小40bit,最大6144bit。

速率匹配和物理层混合ARQ功能:

功能是:从信道编码器发送的编码比特块中提取将在给定TTI/子帧中用于传输的确切编码比特集合。
首先,Turbo编码器输出(系统比特,第一校验比特,第二校验比特)分别交织;
之后,系统比特最先插入圆形缓冲器,接着交替插入第一第二校验比特;
最后,比特选择从圆形缓冲器中提取连续的比特,直到其数量匹配为传输分配的资源块中可用资源元素的数量。

比特级加扰:

LTE下行链路加扰意味着混合ARQ功能发送的编码比特块与一个比特级扰码序列相乘(异或操作);
若没有下行链路加扰,终端信道解码器至少在原理上对干扰信号和期望信号一样匹配;
LTE系统中,下行链路加扰应用于所有传输信道和下行链路L1/L2控制信令;
除MCH(多播信道)外的所有下行链路传输信道加扰序列与相邻小区不同;

数据调制:

下行链路数据调制将加扰比特的数据块变换为相应的复数调制符号块;
下行链路支持调制方案:QPSK(2bit),16QAM(4bit),64QAM(6bit),256QAM(8bit);
256QAM主要用于小基站环境,可获得相对高的信噪比。

天线映射:

联合处理对应一或两个传输块的调制符号,并将结果映射到用于传输的天线端口集合。
不同传输机制:发射分集,波束成形,组分复用;
多天线传输机制,LTE支持最多8个发射天线端口的同时传输。

资源块映射:

资源块映射获取各天线端口上待发送的符号并将其映射到MAC调度器为传输分配的资源块集合上的资源元素集合。
被占用资源元素,对于传输不可用:不同类型的下行参考符号;下行链路L1/L2控制信令。

集中式和分布式资源映射:

在针对语音的低速率业务和高速移动(终端)时,下行链路信道相关调度不适用,这种情况下:一种是控制无线信道频率选择性,通过在频域内分散下行链路传输以实现频域分集;一种是在频域中分配下行链路传输并由此实现频域分集的方法,是为发往一个终端的传输分配多个频率非连续的资源块。

资源分配类型0和类型1:可以分配资源最小尺度为4个资源块对,不适合更小资源分配;都与用于调度分配的相对较大的控制信令开销相关。

资源分配类型2:允许分配单一资源块对,与相对较小的控制信令相关联,只允许资源块在频域内的连续分配。

引入VRB:为使资源分配类型2可提供分布式资源块分配,并可在频域内分布单一资源块的传输。资源分配中提供的是以VRB对形式存在的资源分配,VRB到PRB的映射,即传输所用的实际物理资源映射。LTE定义两类VRB:集中式VRB和分布式VRB。

集中式VRB对到PRB直接映射;
分布式VRB对到PRB映射更复杂:连续的VRB是不能被映射到频域内连续的PRB;单一的VRB对在频域内也是分散的

下行链路参考信号:

是在下行链路时频网格内占有特定资源元素的预定义的信号。
小区专用参考信号(CRS):在每个下行链路子帧和频域的每个资源块内传输,用于除传输模式7-10的PMCH和PDSCH以及EPDCCH控制信道之外的所有下行链路物理信道的相干解调进行信道估计;

解调参考信号(DM-RS):用于传输模式7-10情况下的PDSCH相干解调的信道估计,还可用于EPDCCH物理信道解调;

CSI参考信号(CSI-RS):被终端用于获取CSI,被配置为传输模式9和10的终端用于获取CSI;
MBSFN参考信号:用于MBSFN方式的MCH传输情况下相关解调的信道估计;
定位参考信号:加强LTE的定位功能。

小区专用参考信号:

一个小区可能有1,2或4个小区专用参考信号,对应1,2或4个天线端口;
天线端口0,1,2,3。

单一参考信号的结构:

包含插入位于每时隙第一个和倒数第三个OFDM符号,内预定义值的参考符号带有6个子载波的间隔;倒数第三个OFDM符号内的参考信号与第一个OFDM参考信号有3个子载波间隔;每个资源块内1ms子帧包含12个子载波,共有8个参考符号。

参考信号序列若为最大可能的LTE小区带宽,对应频域内110个资源块,基本参考信号序列长度为8800个符号;小区带宽小于最大可能带宽时,只传输实际带宽内的参考符号。

LTE定义了504个不同的参考信号序列,每个序列对应于504个不同物理层小区标识之一;

小区搜索过程,终端获知小区的参考信号序列以及参考信号序列的起始位置。
参考信号的提升可以改善参考信号SIR。

多个参考信号:

一个小区内有2个参考信号时,第二个参考符号于第一个参考符号频率复用,带有3个子载波的频域偏置;

4个参考信号时,第三和第四个参考符号在每个时隙的第二个OFDM符号内频率复用传输,从而与第一和第二个参考信号时间复用。

携带特定天线端口的参考符号的资源元素内,不会在对应其他参考符号的天线上传输任何信息,CRS不会被其他天线端口上的传输干扰;

在MBSFN子帧中,只传输子帧中两个最开始OFDM符号上的参考信号(MBSFN控制区),MBSFN部分没有CRS传输。

解调参考信号:

用于特定终端的信道估计,只在为该终端传输分配的资源块内进行传输。

用于PDSCH的DM-RS:

没有未使用资源元素,12个参考符号都用来传输参考信号,参考信号之间的干扰是通过对连续的参考符号应用相互正交模板(正交掩码OCC);

对于4个或者更少参考信号,掩码的定义使得在参考符号对上已获得正交性;
一个终端可以配置多达8个不同的PDSCH DM-RS,对应LTE规范中的天线端口7-14,天线端口7和8对应可支持高达两层空分复用的第9版DM-RS;

参考信号序列与DM-RS指向的设备无关,由物理层小区标识所决定,所以小区之间的参考信号序列不同。
引入终端专用的参考信号序列,为了能够在空间上显著的区分一个小区内的更多终端设备。

用于EPDCCH的DM-RS:

EPDCCH:增强PDCCH的新型L1/L2控制信道结构;
相对于传统控制结构PDCCH,资源块内的EPDCCH传输采用了与PDSCH类似方式,相比PDSCH传输情况下高达8个DM-RS,EPDCCH只能有最多4个DM-RS;

EPDCCH参考信号序列总是终端专用,终端被直接配置一个用于获得参考信号序列的参数;这种用于EPDCCH的DM-RS参考信号序列配置与PDSCH的DM-RS相关配置无关。
EPDCCH对应最多4个DM-RS的天线端口107-110。

CSI参考信号:

用于终端获取CSI,例如信道相关调度,链路自适应,多天线传输相关的传输设置;
为了给配置为传输模式9和传输模式10的终端获取CSI;
对高达8层空分复用的支持,对于终端所对应的需求是能够至少在多达8个天线端口获取CSI;
区分下行链路参考信号两个功能:获取详细信道估计的功能,用于不同下行链路传输进行相干解调;获取CSI的功能,用于例如下行链路自适应和调度。

CSI-RS结构:

一个终端的CSI-RS结构由CSI-RS配置所提供。第10版8个CSI-RS支持8层空间复用并对应8个DM-RS;第13版CSI-RS增加到16,支持二维波束成形;
对应CSI-RS的天线端口通常对应实际的发射天线;而对应DM-RS的天线端口可以包括发射端侧应用的任何天线预编码;

LTE规范对应CSI-RS天线端口15-22,13版中增加到30端口;
CSI-RS可配置周期范围:5-80ms;
对于给定的CSI-RS周期,CSI-RS传输所在的精确子帧可以通过子帧偏置的方法进行配置;在CSI-RS传输所在的子帧内,它在频域上的每一个资源块内传输,覆盖整个小区带宽;

确切那些资源元素集合被用于某一特定CSI-RS依赖于具体的CSI-RS配置:

包含1或2个CSI-RS配置情况,一个CSI-RS包含两个连续的参考符号,一个资源块对内可能有20种不同的CSI-RS配置;

包含4个或8个CSI-RS的配置情况,CSI-RS成对频率复用,分别存在10个或5个不同CSI-RS配置;

包含12个或16个CSI-RS配置情况,采用大小为4或8的CSI-RS聚合,12个CSI-RS是聚合3个大小为4的CSI-RS配置而创建的,16个CSI-RS的配置是聚合2个大小为8的CSI-RS;

一个CSI-RS配置指定:
CSI-RS数量:1,2,4,8,12,16;
CSI-RS周期:5,10,20,40,80ms
CSI-RS周期内的CSI-RS子帧偏移;

一个资源块对内确切CSI-RS配置,即40个可能的资源元素中哪个资源元素用于一个资源块对内的CSI-RS;
正交掩码的大小:2或4,多于8个CSI-RS情况;
CSI-RS配置是终端专用的,每个终端单独设置专用专用CSI-RS配置,其定义了终端所用CSI-RS数量。

静音CSI-RS:

除常规CSI-RS,还可为一个终端配置一系列静音CSI-RS资源;
每个静音CSI-RS带有与传统CSI-RS相同结构:
特定周期:5,10,20,40,80ms;
周期内的特定子帧偏移;
一个资源块对内的特定配置。
目的:为那些应该假定PDSCH不映射的终端简单的定义额外的CSI-RS资源。

准共址关系:

下行链路天线端口0-3,对应最多4个CRS,联合准共址的;
端口7-14,对应最多8个DM-RS,联合准定位的;
准共址假设只在一个子帧内有效;
端口15-30对应一个特定CSI-RS配置的最多16个CSI-RS,联合准共址的;

多天线传输:

数据调制输出到不同天线端口的映射。
天线映射的输入:对应一个TTI的一个或两个传输块的调制符号;
天线映射的输出:针对每个天线端口的一系列符号。

传输模式:

不同多天线传输方案有不同的传输模式,LTE定义了10种传输模式。
10种传输模式的区别:
天线映射的特定结构不同;
解调时采用什么参考信号;
终端如何获取CSI并反馈给网络;
传输模式1为单天线传输,其他为多天线传输(天线分集,波束成形,空间复用)。

两种下行链路天线预编码:基于码本预编码,非码本预编码;
传输模式9和10:相同点:该终端可以看到最多8层的PDSCH传输并依赖DM-RS进行信道估计;不同点:CSI的获取与反馈,模式10可实现更细节的多点测量和基于CSI过程的反馈。
传输模式只与DL-SCH传输有关。
传输模式1-6,在天线端口0-3上进行传输,CRS用于信道估计;
传输模式7对应天线端口5的传输;
传输模式8-10对应天线端口7-14的传输(传输模式8受限于天线端口7和8);
传输模式7-10,DM-RS用于信道估计。

发射分集:

发射分集可应用到如何下行物理信道。
特别适用于不能通过链路自适应或信道相关调度的方式来适应时变信道条件的传输,包括BCH,PCH传输信道和L1/L2控制信令的传输;发射分集是适用于这些信道的唯一多天线传输方案;

当终端配置为传输模式2时,发射分集也用于DL-SCH传输;
当终端配置为传输模式3或者更高模式,发射分集是一种用于DL-SCH传输的回退模式;

两天线端口发射分集:

两天线端口情况下,LTE发射分集基于空间频率块编码SFBC;
两个连续的调制符号Si和Si+1被直接映射到第一个天线端口上频率相邻的资源元素;在第二个天线端口上,频率交换并变换符号-Si+1和Si

四天线端口发射分集:

四天线端口情况下,LTE发射分集是基于SFBC和频率切换发射分集(FSTD)的结合。

合并的SFBC/FSTD意味着调制符号对以SFBC的形式传输,并且传输在天线端口对之间交替(天线端口0和2,天线端口1和3之间交换)。

基于编码的预编码:

对应一个或两个传输块的调制符号,首先映射到NL层,之后这些层通过预编码的方式映射到天线端口;

NL层数最多和天线端口数一样,最多4层;
基于码本的预编码最多允许4个天线端口,所以最多有4层。

NL层为一层时有1个传输块(NL=1);
NL层为两层或多层时有2个传输块(NL>1);

在重传的情况下,一个传输块也可能使用两层传输;
层映射要求每层上的调制符号数相同,等于每个天线端口上传输的调制符号个数。

三层情况下:对应于第二个传输块的调制符号数应该两倍于第一个码本;
四层情况下:第一个传输块将映射到第一和第二层,而第二个传输块将映射到第三和第四层;

层映射后:NL个符号集合(每层一个符号)被线性合并,且映射到天线端口;该合并,映射可通过一个带有NAxNL大小的预编码矩阵W描述(NA为天线端口数);

层数动态变化,预编码矩阵也动态变化;
基于码本的两种预编码操作模式:闭环操作,开环操作;

闭环预编码:

闭环预编码,假定网络基于终端反馈来选择预编码矩阵;闭环预编码与传输模式4有关。

基于CRS测量,终端选择一个合适的传输秩以及预编码矩阵,相关信息以秩指示RI和预编码指示PMI的形式汇报给网络,RI和PMI只是建议,当网络为终端的传输选择真正所用的传输秩和预编码矩阵时,网络无需听从终端建议的RI和PMI。

为限制上下链路上的信令,对于给定数量天线端口的每个传输秩定义了一组有限的预编码矩阵集合,也称为码本。

第一个秩为2(2x2)的矩阵不亚于闭环操作而只用于开环预编码。
可以把闭环预编码严格限制在单流(秩为1)传输,这类多天线传输对应传输模式6。

开环预编码:

开环预编码不依赖任何来自终端上报的详细的预编码推荐,也无需用于传送下行链路实际预编码的显式网络信令;预编码以预先确定的方式提前告知终端;适用于高速移动场景;开环预编码对应传输模式3;

开环预编码基于通用码本的预编码结构,与闭环预编码的区别只在于预编码矩阵W;

预编码矩阵为两个矩阵W‘和P的乘积:
W‘=NAxNL,P=NLxNL,W=W’xP;

非码本的预编码:

与基于码本的预编码类似,非码本预编码只适应于DL-SCH传输;
基本原则和基于码本的预编码非常相似,与基于码本的预编码类似,混合重传ARQ重传时某些情况下单一传输块也有可能进行多层传输;

与基于码本的预编码主要区别在于:DM-RS出现在预编码之前;
预编码参考信号的传输使得接收机在无需知道发射端采用何种预编码的情况下即可解调和恢复被传输的层。

网络来选择合适的预编码矩阵的两个方法:
网络可以估计上行链路信道状态,采用上行链路传输的探测参考信号的方法,选择用于下行链路传输所用预编码矩阵时依赖于上下行链路信道的互异性;网络可以依靠终端反馈来实现预编码矩阵的选择。

下行链路多用户MIMO:

空间复用意味着多层传输,即在相同的时频资源上向同一终端进行多个并行传输;

空间复用被称为MIMO传输,反映空间复用下信道可以被视为带有对应多个发射天线的多个输入信号,以及对应多个接收天线的多个输出信号;
单用户MIMO:SU-MIMO;多用户MIMO:MU-MIMO;

LTE支持两种MU-MIMO方法:一个是对应非码本预编码的传输模式8,9,10;另一种是基于码本的预编码,但对应特殊的传输模式,传输模式5;

传输模式8/9的MU-MIMO:

来自小区内终端的CSI反馈,基站选择两个或多个终端进行传输,使用同一组时频资源;
之后,用于一层甚至多层传输的非码本预编码,被应用于每个传输,它们在接收机(终端)侧是空间分离的。

使用不同的DM-RS改善信道估计:
自LTE第9版起支持小区专用分配,引入传输模式8和DM-RS;
自LTE第11版起支持完全设备专用分配。

单层传输情况:网络可明确告知终端传输发生在所对应的两个OCC天线端口7和8中哪个上,结合两个参考信号序列动态选择,就可以支持最多4个不同DM-RS;

双层传输情况:在天线端口7和8上,可在两个参考信号之间动态选择,允许最多两个终端的并行MU-MIMO传输;

两层以上情况:没有信令支持参考信号序列的选择。
MU-MIMO原则上可应用于任意数量的终端而与层数无关。

基于CRS的MU-MIMO:

传输模式4修改得到传输模式5,传输模式4和5之间的唯一区别是PDSCH和CRS之间的额外功率偏置的信令;

对于依靠CRS实现信道估计的传输模式,终端将用参考信号作为相位参考;
在空间复用的情况下,PDSCH总功率必须在各个层之间分配,而CRS功率与单层PDSCH功率之间的关系才是与解调相关的;

纯空分复用(无MU-MIMO),即传输模式3和4情况下,终端知道层数,间接的知道了CRS功率与单层PDSCH功率之间的偏差;

基于DM-RS的MU-MIMO不需要功率偏置信令,因为此时每个传输都拥有自己的参考信号集合;因此,每个参考信号的功率将随层和传输的数量成倍的变化,类似于PDSCH功率,并且参考信号与单层PDSCH功率比将恒定。

下行链路L1/L2控制信令:

为支持上行链路和下行链路传输信道的传输,需要特定关联的下行链路控制信令。该控制信令通常被称为下行链路L1/L2控制信令,表示相关信息部分来自物理层(层1)部分来自MAC层(层2);

下行链路L1/L2控制信令包括下行链路调度分配,其中包含终端能在一个组分载波上正确接收,解调和解码DL-SCH所需的信息,用于指示终端关于上行链路UL-SCH传输所用资源和传输格式的上行调度请求,以及响应UL-SCH传输的混合ARQ确认。

控制区域对应子帧中下行链路L1/L2控制信令传输的部分,部分L1/L2控制信令还可位于数据区域;

控制区的最大尺寸通常为3个OFDM符号,在TDD模式运行时,子帧1和6的控制区被限制最多2个OFDM符号,因为对于TDD系统主同步信号占据了那些子帧的3个OFDM符号;MBSFN子帧,控制区被限制最多2个OFDM符号。

下行链路L1/L2控制信令包含6种不同的物理信道类型,所有均位于一个子帧的控制区域,其中两个例外位于数据区域;

物理控制格式指示信道(PCFICH),物理混合ARQ指示信道(PHICH),
物理下行链路控制信道(PDCCH),MTC物理下行链路控制信道(MPDCCH),

控制信令位于数据区域两个:
增强物理下行链路控制信道(EPDCCH),中继物理下行链路控制信道(R-PDCCH);

物理控制格式指示信道(PCFICH):

告知终端控制区域的大小,每个组分载波或者等同地每个小区内有且只有1个PCFICH;
间接知道了数据区域从哪儿开始;

PCFICH由两位信息构成,对应三种控制区域大小:1,2,3个OFDM符号(窄带带宽情况下为2,3,4个OFDM符号),编码为32bit码本;由于控制区域大小在PCFICH解码前未知,因此PCFICH总是映射到每个子帧的第一个OFDM符号。

PCFICH发射功率受基站影响,可以借用功率;
L1/L2控制信令的发射分集被规范为最多4个天线端口,4天线端口的发射分集被定义为4个符号(资源元素)为一组,从而L1/L2控制信道处理也被定义为符号四重组的形式。

不管小区实际配置了几个天线端口,对应两天线端口的参考符号会出现在第一个OFDM符号中。

第一个OFDM符号中每资源块有两个资源元素组,第二个OFDM符号中(如为控制区域)存在两个或三个资源元素组,取决于配置的天线端口数,第三个OFDM符号中(如为控制区域)每资源块总是包含三个资源元素组。
PCFICH映射基于物理层小区标识,可降低小区间PCFICH碰撞的风险。

物理混合ARQ指示信道(PHICH):

PHICH用于传送响应UL-SCH传输的混合ARQ确认,每个小区可存在多个PHICH;

本质上,PHICH是单比特调度许可来指示UL-SCH上的重传。每个接收的传输块及TTI只发送一个PHICH,即组分载波上使用上行链路空间复用时采用两个PHICH确认传输,每个传输块一个。

LTE采用一种几个PHICH在同一资源元素集合上编码复用的结构,来解决PHICH映射到PHICH专用的资源元素集合导致资源元素间发射功率的显著波动;

混合ARQ确认重复3次,之后对I或Q通路进行BPSK调制,并通过长为4的正交序列进行扩频。相同资源元素上传输的PHICH集合被称为PHICH组,普通循环前缀情况下,一个PHICH组包含8个PHICH;单个PHICH可通过单一数字来唯一表示,从中可推导出PHICH组号,该组中正交序列号以及I或Q通道。

避免同步网络相邻小区间碰撞:每个PHICH组被映射到3个资源元素组,相互间隔大约为下行链路小区带宽的1/3。

控制区域资源元素分配:在控制区域第一个OFDM符号中,首先分配给PCFICH,PHICH被映射到没有被PCFICH占用的资源元素,最后,PDCCH被映射到剩余资源元素。

PHICH配置在PBCH上作为系统信息的一部分发送;一位指示时长为1或3个OFDM符号,两位指示控制区域内为PHICH保留的资源量,以资源块的形式表示为下行链路小区带宽的一部分。

为了最小化开销并在上行链路许可中不引入任何额外信令,终端预计混合ARQ确认所在的PHICH是从对应的上行链路PUSCH传输发生的第一资源块的数量推导出来的;兼容半持续调度传输和重传。

物理下行链路控制信道(PDCCH):

PDCCH携带下行链路控制信息(DCI),调度决策、功率控制命令字;
控制信息DCI包括:下行链路调度分配,包括PDSCH资源指示、传输格式、混合ARQ信息、空分复用相关控制信息;上行调度请求,包含PUSCH资源分配、传输格式、混合ARQ相关信息;用于一组终端的功率控制命令字;支持eMTC终端的控制信息。

不同类型控制信息,组内和组间,对应不同的DCI信息大小;DCI被分为几种不同DCI格式,每种格式对应一种特定的消息大小和用法;

一个给定的DCI格式可能带有不同消息体大小,取决于小区的总体配置;格式0、1A、3和3A带有相同的消息大小;

为支持不同的无线信道条件,采用链路自适应,选择PDCCH的编码速率来匹配无线信道条件;一个小区可同时传输多个PDCCH;

下行链路控制信令的处理过程:一个CRC附着到每个DCI消息有效载荷,终端标识RNTI包含在CRC计算中;信息比特通过速率为1/3的咬尾卷积进行编码,并且速率适配以适应用于PDCCH传输的资源量;通过小区专用的且子帧专用的扰码进行加扰,使干扰随机化;进行QPSK调制;

PDCCH到资源元素的映射要服从控制信道单元CCE;特定PDCCH所需要的CCE数量:1、2、4、8,这取决于控制信息的有效载荷大小以及信道编码率;CCE数也被称为聚合度;

可用于PDCCH的CCE数量取决于控制区域的大小、小区带宽、下行链路天线端口的数量、PHICH占用的资源量;

由于每个PDCCH的CCE数量可变且不通过信令通知,终端必须盲目确定用于PDCCH传输的CCE数量;所以规定了连续CCE聚合的限制,例如8个CCE的聚合只能始于能被8整除的CCE编号;

CCE数量根据PCFICH上的传输的值变化;
与PCFICH和PHICH相同,映射阶段第一步就是QPSK符号分组为符号四重组,每组有四个连续的QPSK符号组成;
与PCFICH类似,每个PDCCH的传输功率受基站控制;可通过调整信道编码速率,或等价的调整为一个PDCCH聚集的CCE数;

增强物理下行链路控制信道(EPDCCH):

EPDCCH与PDCCH主要区别在于预编码和到物理资源的映射;
引入的原因:为实现也可用于控制信令的频域调度和干扰协调;为实现用于控制信号的基于DM-RS的接收;
EPDCCH工作在数据区域,并且只跨越带宽的一小部分;

因此可以控制EPDCCH在总频谱的一部分上进行传输,不仅受益于控制信道的频率选择性调度还可以实现频域内各种形式的小区间干扰协调方案;
与PDCCH相比,EPDCCH解码结果在子帧结束之前不可用,所以PDSCH处理时间更少;

EPDCCH支持和PDCCH相同的DCI格式,可用于调度在上行链路和下行链路上的所有不同传输模式;EPDCCH不支持格式3/3A和格式1C;

EPDCCH处理过程除了预编码和资源单元映射外与PDCCH几乎相同;终端标识RNTI在CRC中,CRC附着后采用速率1/3咬尾卷积码进行编码并速率匹配,采用终端专用且EPDCCH设定的扰码序列加扰;QPSK调制;预编码;资源元素映射;

EPDCCH到物理资源的映射:使用EPDCCH的每个终端配置一组或两组PRB,每个组由2、4、8个PRB对构成,两个PRB组可以大小不同;这些PRB组只用来指示哪些终端可以接收EPDCCH传输,不用于EPDCCH传输的资源块对可用于同一终端或另一终端的数据传输;

EPDCCH集合被配置为集中式或分布式:集中式集合:单EPDCCH映射到一个PRB对,以利用频域调度增益;分布式集合:单EPDCCH映射被分散到多个PRB对,可提供发射机有限或没有CSI信息情况下的鲁棒性;

EPDCCH到物理资源映射服从一种基于增强控制单元(ECCE)和增强资源组(EREG)的结构;一个EPDCCH映射到一些ECCE,其中用于EPDCCH的ECCE数称为聚合度,以实现链路自适应;
ECCE数可以是1、2、4、8、16、32,ECCE在逻辑域编号,但连续ECCE并不意味着连续的PRB对;

每个ECCE包含4个EREG,一个EREG对应一个PRB对中的9个资源元素;
为定义EREG,一个PEB对内除了用于DM-RS的所有资源元素以频率优先的方式循环排序,从0-15;EREG编号i包含该PRB对内所有编号i的资源元素,由此一个PRB对内有16个EREG;

集中式传输旨在提供基于瞬时信道条件选择物理资源和天线预编码的可能性;
分布式传输旨在最大化分集,在不能或不想利用瞬时信道条件的情况下提供分集增益;
EPDCCH支持准共址配置;

PDCCH和EPDCCH的盲解码:

每个PDCCH和EPDCCH支持多个DCI格式并且所用格式对终端来说是未知的;终端需要盲检测(E)PDCCH;CCE和ECCE结构有助于降低盲解码尝试次数;

为了对调度器提出尽可能少的限制并且同时限制终端盲解码尝试的最大次数,LTE定义了搜索空间;搜索空间是在给定聚合度情况下,由CCE或ECCE构成的一组候选控制信道,终端尝试对其进行解码;由于存在多个聚合度,一个终端拥有多个搜索空间;

PDCCH支持四种不同聚合度,对应1、2、4、8个CCE;每个子帧中,终端将尝试解码其每个搜索空间的CCE可能形成的所有PDCCH;若CRC校验成功,则该控制信道内容被声明为对于该终端有效,并处理终端信息(调度分配,调度许可等);

在一些情况下需要访问系统中的一组或所有终端:系统信息的动态调度;寻呼信息的传输;发送功率控制命令;

LTE定义了用于PDCCH控制的公共搜索空间,公共、小区内所有终端监控用于PDCCH控制信息的公共搜索空间内的CCE,还可以被用来调度个别终端;
公共搜索空间只用于聚集度为4个和8个CCE、最小DCI格式、0/1A/3/3A和1C;不支持带有空间复用的DCI格式;

终端专用搜索空间有16个PDCCH候选项;公共搜索空间有6个PDCCH候选项;

EPDCCH盲解码一般遵循与PDCCH相同的原则,终端会尝试解码所有可能从其每个搜索空间的ECCE形成的EPDCCH;然而EPDCCH只支持终端专用搜索空间;没有EPDCCH的公共搜索空间所以DCI格式3/3A和1C不支持EPDCCH;

采用多个EPDCCH集合是有益的,可以降低阻塞率,与PDCCH相对而言,一个聚合度为8的PDCCH可能阻塞所有聚合度为1的PDCCH候选项;
盲解码尝试的次数与终端是否监控PDCCH和EPDCCH搜索空间无关;因此存在16个被尝试解码的候选项,候选项的数量与PRB对的数量成正比;

对于集中式集合,分配更多候选项到适合良好信道状况的更低聚合度,由集中式传输采用信道相关调度的假设所决定;对于分布式传输,刚好相反,分配更多候选项给更高聚合度以提供鲁棒性,因为分布式传输通常不使用信道相关调度;

采用终端专用搜索空间中16个以及各个搜索空间中的6个PDCCH/EPDCCH,一个终端需要在每个子帧执行2x16+2x6=44次盲解码尝试;在第10版引入上行链路空间复用,需要在终端专用搜索空间监控一个额外的上行链路DCI格式,盲解码尝试次数增加为3x16+2x6=60;这些数字针对一个单独组分载波,载波聚合情况盲解码次数将增加;

传输模式的配置通过RRC信令实现,该配置在终端没有指定的帧号,重传可能会断开通信,为了不失去与该终端的通信,需要一个解码与传输模式无关的DCI格式(格式1A);网络总是可以采用格式1A给终端传输数据,格式1A另一功能是在不需要充分的资源块分配灵活性可降低传输的开销;

下行链路调度分配:

下行链路调度分配在其传输的相同子帧内有效;调度分配使用DCI格式1、1A、1B、1C、1D、2、2A、2B、2C、2D之一,DCI格式取决于被配置的传输模式;

不同DCI格式内容的更详细解释如下:
资源信息(载波指示器,资源块分配),混合ARQ进程号,对于第一个传输块(调制编码方案,新数据指示,冗余版本),对于第二个传输块(调制编码方案,新数据指示,冗余版本),多天线信息(PMI确认,预编码信息,传输块交换标志,PDSCH和CRS之间功率偏置,参考信号扰码序列,用于传输的层数参考信号加扰序列和天线断开集合),PDSCH资源元素映射和准共址指示,下行链路分配指示,用于PUCCH的发射功率控制系统,SRS请求,ACK/NAK偏置,DCI格式0/1A指示,填充,PDSCH传输的目标终端的标识RNTI;

下行链路资源块分配的信令:

三种资源块分配信令:类型0,类型1,类型2;

资源块分配类型0和1都支持资源块在频域的非连续分配,类型2仅支持连续分配;

资源分配类型0中位图大小减少,通过不指向频域中单个资源块而是指向连续的资源块组来实现,但不能调度单个资源块;

资源分配类型1通过将频域中资源块的总数划分成分散的子集来解决类型0不能调度单个资源块问题,子集的数目是由小区带宽给出的,类型1中子集数量等于类型0中组大小;

资源分配类型2不依赖位图,是将资源分配编码为资源块分配的起始位置和长度,不支持资源块的任意分配,只支持频率连续的分配,从而减少了资源块分配信令传输所需的比特数;

三种资源配置类型均为VRB;资源分配类型0和1的VRB是集中式的,并且VRB直接映射到PRB;资源分配类型2支持集中式和分布式VRB。

传输块大小的信令:

除资源块集合,下行链路传输正确接收还需要知道调制方式和传输块大小,这些信息通过不同DCI格式中一个5bit长的字段提供;

调制编码方式与分配的资源块数DL-SCH上的传输块大小,传输块大小是一个29x110的表格(32个组合中29个用于信号调制和编码方案);对于其配置支持256QAM的终端,保留32个组合中的4个,是一个28x110表格来支持更大的传输块大小;

每个编码调制方案是调制方式和信道编码率的一个特定组合,等价为以每个调制符号所携带信息比特数来衡量的频谱效率;

理想的同一传输块大小应该以几种不同资源块分配的形式出现,这样可以使资源块的数量在每次重传尝试之间发生变化,以提供更高的调度灵敏性;因此首先定义传输块大小的母表,29x110表中的每个条目都从母表中提取;
传输块大小不随系统配置而变化,传输块大小的集合与实际的天线端口数目和控制区域大小无关;

母表的设计:假定3个OFDM符号的控制区域大小和两个天线端口,为参考配置;

32个组合中29个用于信号调制和编码,预留了3个只用于重传;使用3个保留组合的任何一个都假定终端正确接收了初始传输的控制信令,否则重传应该明确传输块大小;

上行链路调度许可:

上行链路调度许可使用DCI格式0或4;DCI格式4支持上行链路空间复用;
上行链路基本资源分配方案是单簇分配,资源块在频域中是连续的;版本10增加了多簇传输,单一组分载波上支持最多两个簇;

DCI格式0用于调度在组分载波上不使用空间复用的上行链路传输;格式0和格式1A有相同大小的控制信令消息,消息中有一个标志来让终端区分上行链路调度许可(DCI格式0)和下行链路调度分配(DCI格式1A);
DCI格式4用于组分载波上使用空间复用的上行链路传输,所以DCI格式4大小大于DCI格式0,因为需要额外信息字段;

上行链路不同DCI格式功能:
资源信息(载波指示,资源分配类型,资源块分配),第一个传输块(调制编码方案包含冗余版本,新数据指示),第二个传输块(调制编码方案包含冗余版本,新数据指示),上行链路解调参考信号的相位旋转,预编码消息,信道状态请求标志,SRS请求,上行链路索引/DAI,用于PUSCH的发射功率控制,DCI格式0/1A指示,填充,许可的目标终端的标识;
上行链路中使用了同步HARQ协议,在上行链路调度授权中没有冗余版本的明确信令;

上行链路资源块分配信令:

基本的上行链路资源分配方案是单簇分配,在频域内连续分配,单簇分配使用上行链路参与分配类型0,除了指示集中式和分布式传输的单比特标志被单比特跳频标志所取代,等同于下行链路资源分配类型2;

最多两簇的多簇分配第10版引入,使用上行链路资源分配类型1,两簇频率连续资源块的起始位置和结束位置被编码为索引,上行链路资源分配类型1不支持跳频;

功率控制命令字:

采用DCI格式3或3A来传送功率控制命令字,作为下行链路调度分配和上行链路调度许可一部分所提供的功率控制命令字的补充;
DCI格式3和3A主要支持半持续调度的功率控制

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