LTE-Advanced系统中的增强控制信道设计

LTE-Advanced系统中的增强控制信道设计
焦慧颖
【摘要】LTE Release 8中的下行控制信道和数据信道时分复用，并且占用系统的全部带宽，不能很好的利用频率协调机制来降低异构网络中下行控制信道的干扰，而且随着多天线阵列的普及，下行控制信道不能像数据一样获得波束赋形的增益。

因此在LTE Release 11中引入了增强控制信道这一重要特性，将控制信道在数据信道的位置发送，采用与数据信道相同的预编码方式获得波束赋形和分集的增益，同时也增加了异构网络中控制信道的干扰灵活性，并且保证很好的覆盖性能。

文章介绍了标准中增强控制信道的设计。

【期刊名称】《现代电信科技》
【年(卷),期】2013(000)003
【总页数】5页(P33-36,41)
【作者】焦慧颖
【作者单位】工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师
【正文语种】中文
LTE- Advanced （即LTE Release10）标准化工作已于2011 年3 月正式完成，其中引入了“载波聚合”、“中继技术Relay”以及“进一步增强的MIMO 技术”等新特性，系统的性能得到进一步提升，系统峰值吞吐量提高到1Gbit/s 以上。

这些新特性集中体现在数据信道的频谱效率和数据速率，为了在下行控制信道
（PDCCH）上也获得相同的增益，LTE Release 11 中引入了增强的下行控制信道（ePDCCH），并且已经于2012 年12 月完成了标准化工作。

LTE Release 8/9/10 中，PDCCH 占用最多3 个正交频分复用（OFDM）符号（如果系统带宽是1.4 MHz，占用4个OFDM符号），每个子帧上面发送的下行控制信息受限；而随着异构网络宏小区和微小区共享相同小区标识（cell ID）和跨载波调度等标准化工作的完成，PDCCH 的容量成为一个瓶颈，而且当基站部署多天线阵列时，下行数据可以获得波束赋形的增益，而PDCCH 由于采用发射分集的方式，不能很好地获得天线数目增加带来的频谱效率的提升。

另外，LTE Release8 中的PDCCH 占用整个带宽，不能很好地利用频率协调机制来降低异构网络中的PDCCH 的干扰。

率的提升。

另外，LTERelease8中的PDCCH占用整个带宽，不能很好地利用频率协调机制来降低异构网络中的PDCCH的干扰。

因此，考虑引入与数据信道相同的预编码方式来设计e PDCCH，在数据信道的位置发送，可以获得波束赋形和分集的增益，增加异构网络中控制信道的干扰消除灵活性，并且保证很好的覆盖性能。

增强控制信道在之前版本中的数据信道中发送，如图1所示。

图1 增强的控制信道
为此对增强控制信道的发送方式、搜索空间、增强控制信道的导频符号以及上行控制信道的资源分配等方式进行了标准化。

1 增强控制信道的发送方式
增强控制信道支持集中式和分布式两种发送方式，其中集中式发送方式类似于数据信道的发送方式，目的是要获得控制信道的频率选择性调度和波束赋形增益；而分布式发送方式是当信道状态信息不够稳定的时候，通过将控制信息分布在多个物理资源块（PRB）上发送来获得频率分集增益，这时增强的资源单元组（eREG）分布在不同的PRB对上。

对于集中式和分布式发送，定义相同的eREG，以便能够
保证集中式和分布式发送复用在相同的PRB对上。

增强控制信道是单流发送，不支持双流单用户MIMO（SU-MIMO），空间分集
方案是基于实现的波束赋形方式。

增强的控制信道和数据信道通过频分的方式复用，不允许在一个PRB对内进行数据和增强控制信道的复用，ePDCCH只支持正交移相键控（QPSK）的调制方式。

当存在其他信号的时候，如何处理ePDCCH的发送？对于小区专用导频（CRS），新载波上的新天线端口，数据信道（PDSCH）起始位置前的区域，在为接收ePDCCH的终端配置的信道状态信息导频（CSI-RS）的周围，采用编码链路上的
速率匹配方法。

ePDCCH不在包含物理广播信道（PBCH）或者主同步信息/辅同
步信号（PSS/SSS）的PRB对上面发送。

图2 一个PRB对的eREG组成例如黄色的资源单元（RE）组成一个eREG）注：
例如黄色的资源单元（RE）组成一个eREG
如图2所示，一个PRB对由16个eREG组成，无论是分布式增强控制信道组（ePDCCHset）还是集中式 ePDCCHset，将 eREGs分组为 eREG#0组{eREG#0,4,8,12},eREG#1组{eREG#1,5,9,13},eREG#2组
{eREG#2,6,10,14},eREG#3组 {eREG#3,7,11,15}，当增强的控制信道单元（eCCE）由4个eREGs组成时，一个eCCE由一个eREG组组成；当eCCE由8个eREGs组成时，一个eCCE由两个eREG组组成；两个eREG组是eREG#0/2
组和eREG#1/3组。

eREG到RE的映射在标准中是固定的，在去除掉解调导频（DMRS）的R E后，
先在频域上映射，再在时域上映射。

聚合等级L是包含L个连续的eCCEs，对于集中式的ePDCCH，eCCE首先在一
个PRB对上面进行排序。

例子如图3和图4所示。

其中图3是N=8，一个eCCE 由8个eREG组成；图4是N=4，每个eCCE由4个eREG组成。

对于分布式ePDCCH，聚合等级大于1的搜索空间要跨越所有的PRB对。

一个例子如图5所示：当ePDCCHset有8个PRB对，并且一个eCCE由4个eREGs 组成的时候，聚合等级大于1的搜索空间要跨越整个8个PRB对。

图3 集中发送的eCCE映射（N=8）
图4 集中发送的eCCE映射（N=4）
图5 分布式发送的eCCE映射
2 搜索空间
如果在增强控制信道中引入公共搜索空间，优点是可以支持异构网络，增加搜索空间的容量，扩大覆盖，减少用CRS估计信道的开销，可以用作一些如小带宽机器间通信（MTC）设备中。

但其会和PDCCH带来双倍开销，在无线资源控制（RRC）重配的时候需要回退测量，从标准上和终端实现上都增加了复杂度。

在LTERelease11中不引入增强控制信道的公共搜索空间。

每个UE设备可以配置一个或者两个ePDCCHset，组合为{KL=1,KD=0}，
{KL=0,KD=1},{KL=1,KD=1},{KL=0,KD=2},{KL=2,KD=0}，每个 set由N个PRB 对组成，N={2,4,8}，其中在系统带宽小于8个PRB的时候，不支持N=8。

与PDCCH不同的是，每个ePDCCHset监听的聚合等级取决于可用的RE数目、下行控制信息格式（DCIformat）、系统带宽和ePDCCH的传输类型：当采用一个eCCE的码速率过高的时候，不支持聚合等级1，并且支持更高的聚合等级；相比PDCCH，虽然ePDCCH也可以获得频率分集的增益，但是因为ePDCCH可用的R E数目减少，并且由于PDCCH可以获得更好的频率分集增益和CR S带来的信道估计性能，ePDCCH的链路性能要差一些。

为了保证分布式ePDCCH和PDCCH有相同的覆盖，分布式发送的ePDCCH引入相比PDCCH2～4倍的更高的聚合等级。

在分布式和集中式发送情况下，在正常子帧（normalCP）或者特殊子帧配置3、
4、8的时候（normalCP），一个eCCE由4个eREG s组成（在集中式发送的情况下，一个PRB对由4个eCCE s组成）。

而在特殊子帧配置 1、2、6、7、9（normalCP），以及正常子帧（扩展 CP）和特殊子帧配置 1、2、3、
5、6（扩
展CP）的情况，一个eCCE由8个eREG s组成。

聚合等级如表1所示。

表1 增强控制信道的聚合等级发送类型循环前缀（CP）类型子帧类型一个PRB
对上可用的R E数目聚合等级常规CP <104 2,4,8,16集中式常规子帧或者特殊子帧配置 3，4，8其他情况 1,2,4,8分布式常规CP常规子帧或者特殊子帧配置 3，4，8<104 2,4,8,16，32其他情况 1,2,4,8，16
为了保证ePDCCH的最大编码速率是0.8，设置RE数目的门限是104。

每个载波上的ePDCCH的用户专用盲检测次数，在配置上行MIMO的时候是48，否则是32，与R 10版本的PDCCH的用户专用盲检测次数相同。

增强控制信道通过两个ePDCCHset的设置，支持多点协作中的动态点选择方案，每个ePDCCHset对应不同的发送点。

3 增强控制信道的导频符号
与PDCCH用小区专用导频CRS解调的方式不同，增强控制信道用对应位置PRB 上的DMRS进行解调，对应4个天线端口7～10，因为在一个PRB上不可能复用多于4个ePDCCHs，扰码序列发生器与数据上的DMRS相同，初始化序列：
其中扰码为 =2，扰码序列初始化参数X是终端专用的高层信令配置的，每个ePDCCHset有1个数值，并且第二个set的默认数值与第一个set的相同。

导频符号天线端口的映射如表2所示，一个eCCE对应一个天线端口。

如果1个PRB对由4个eCCE s组成，每个eCCE对应一个天线端口，也就是天线端口7～10；如果1个PRB对由2个eCCE组成，在常规情况下，由于有24个R E的D MR S，很自然地使用天线端口7和9，而在扩展CP的情况下，有12个RE的
DMRS，考虑使用天线端口7和8。

如果一个PRB对中使用多个eCCEs来发送DCI信息，天线端口的对应和终端标识联系起来，不同UE选择不同天线端口可以获得多用户MIMO或者空间复用。

表2 增强控制信道的天线端口映射发送类型循环前缀（CP）类型子帧类型 PRB 对使用的端口常规子帧 107,108,109,110集中式发送分布式发送常规CP配置 3，4，8的特殊子帧 107,108,109,110配置 1，2，6，7，9的特殊子帧 107,109常规子帧 107,108扩展CP 配置 1，2，3，5，6的常规子帧 107,108常规CP 107,109扩展CP 107,108
4 上行控制信道（PUCCH）的资源分配
PDCCH对应的上行控制信道（PUCCH）和最低CCE系数相关，终端隐式地决定上行控制资源。

这种资源分配方式扩展到了ePDCCH中。

决定ePDCCH的上行控制信道资源的因素有以下几方面。

每个ePDCCHset的最低eCCE的系数；
可配置的终端专用的PUCCH起始偏置来解决不同e PDCCH的资源碰撞问题；在所有的下行DCIformat中增加2比特的HARQ-ACK资源偏置位，如果网络配置一个ePDCCHset的PUCCH资源和另外一个ePDCCHset或者PDCCH的PUCCH资源，部分或者全部重叠的时候，可用这2比特来有效解决PUCCH资源碰撞问题；
DMRS天线端口系数来解决多用户MIMO的PUCCH资源碰撞问题。

5 增强控制信道的起始位置和监听子帧的配置
ePDCCH的起始位置，如果终端没有配置传输模式10（支持多点协作传输），如果提供了高层信令，就由高层信令指示小区的OFDM起始符号位置和ePDCCH 调度的PDSCH；如果没有提供信令，由PCFICH来确定，两个ePDCCHset的OFDM起始符号是同一个数值。

当终端配置了传输模式10，由于CSI-RS是可配置的，为了指示ePDCCH可用的RE数目，每个ePDCCHset有一个终端专用的高层信令来指示。

配置监听ePDCCH的子帧，高层信令包含一个和eICIC相同周期和大小的新位图（bITmAP），如果没有提供这个位图，默认UE在所有子帧上监听ePDCCH的终端专用搜索空间；如果终端知道某个子帧包含PMCH，但是也接收到高层信令指示监听ePDCCH，UE在PDCCH上监听终端专用搜索空间。

6 结语
为了更好地解决异构网络中的控制信道的干扰，增加控制信道多天线的增益，更好地用于多点协作和新载波类型等系统中，LTERelease 11中引入了增强控制信道，该控制信道复用在数据信道中。

由于标准化时间的限制，ePDCCH只支持终端专用的搜索空间，未来的异构网络中同样需要支持可独立工作的ePDCCH，因此在ePDCCH引入公共搜索空间会在未来标准化版本中完成。

参考文献
[1]Sigen Ye,Shin HorngWong and Chandrika Worrall,Enhanced PhysicalDownlink Control Channel in LTE Advanced Release 11[J].IEEE Com Alcatel-Lucent,Alcatel- Lucent Shanghai Bell.RP- 111776.Enhanced downlinkcontrol channel(s) for LTE WID[R],2011.
[3]Ericsson,ST- Ericsson.R1- 124895.ePDCCH antenna port configuration[R],2012.
[4]Huawei, HiSilicon.R1- 124697 Mapping of ECCE to EREG for localizedand distributed transmission[R],2012.。