LTE物理信道-PHICH分析

PHICH
PHICH用于对PUSCH传输的数据回应HARQ ACK/NACK。

每个TTI中的每个上行TB对应一个PHICH，也就是说，当UE在某小区配置了上行空分复用时，需要2个PHICH。

映射到相同的资源元素集多种PHICH组成一个PHICH组，其中在相同PHICH组中的PHICH通过不同的正交序列区分。

一个PHICH资源由索引对(nPHICHgroup,nPHICHseq)定义，其中nPHICHgroup为PHICH组标号，nPHICHseq为该组中的正交序列索引
1、PHICH资源介绍
小区是通过MasterInformationBlock的phich-Config字段来配置PHICH 的。

图1：PHICH-Config
1.1 Phich-Duration
Phich-Duration指定了是使用controlregion中的1个symbol还是3（或2）个symbol来发送PHICH，对应36.211的Table6.9.3-1。

Phich-Duration有两个选择：正常和扩展，不同的是正常CP只使用1个OFDM符号，而扩展CP将使用2个或3个OFDM符号。

通常会配置只使用第一个OFDMsymbol来发送PHICH，这样即使PCFICH 解码失败了，也不影响PHICH的解码。

扩展是用于较小的信道带宽，如1.4MHz的，在这种情况下，有总共只有6PRBS，频域分集的增益要比系统带宽较大的小区（如20MHz）的小区要低，
通过使用extendedPHICHduration，能提高时间分集的增益，从而提高PHICH
注：TDD中，PSS随着子帧1和6的第三个symbol传输（在DwPTS中），所以在extendedPHICHduration下，只能使用2个symbol来发送PHICH。

PHICHduration的配置限制了CFI取值范围的下限，也就是说，限制了controlregion至少需要占用的symbol数。

对于下行系统带宽的小区而言，如果配置了extendedPHICHduration，UE会认为CFI的值等于PHICHduration，此时UE 可以忽略PCFICH的值；对于下行系统带宽的小区而言，由于CFI 指定的可用于controlregion的symbol数可以为4（见36.212的5.3.4节），大于PHICHduration可配置的最大值3，如果此时配置了extendedPHICHduration，UE还是要使用PCFICH指定的配置。

即“CFI和extendedPHICHduration相比较，取其大者”。

（见36.213的9.1.3节和[1]）
1.2 phich-Resource
phich-Resource指定了controlregion中预留给PHICH的资源数，它决定了PHICHgroup的数目。

多个PHICH可以映射到相同的RE集合中发送，这些PHICH组成了一个PHICHgroup，即多个PHICH可以复用到同一个PHICHgroup中。

同一个PHICHgroup中的PHICH通过不同的orthogonalsequence来区分。

即一个二元组唯一指定一个PHICH资源，其中为PHICHgroup索引，为该PHICHgroup内的orthogonalsequence 索引。

一个小区内可用的PHICHgroup数的计算方式如图2所示。

图2：如何计算PHICHgroup的个数
注意：的场景只出现在TDD0这种配置下，此时对应子帧所需的PHICHgroup数量是时的2倍。

这是因为只有在TDD0配置下，一个系统帧内的下行子帧数少于上行子帧数，此时同一个下行子帧可能需要反馈2个上行子帧的ACK/NACK信息，所以需要2倍的PHICH资源。

从图2可以看出：
➢对于FDD而言，PHICHgroup数仅与phich-Resource的配置相关；
➢而对于TDD而言，PHICHgroup数不仅与phich-Resource的配置相关，还与uplink-downlinkconfiguration以及子帧号相关。

越大，可复用的UE数越多，支持调度的上行UE数也就越多，但码间干扰也就越大，解调性能也就越差。

与此同时，controlregion内可用于PDCCH 的资源数就越少。

一个PHICHgroup可用的orthogonalsequence数见36.211的Table6.9.1-2。

可以看出：
➢对NormalCP而言，一个PHICHgroup支持8个orthogonalsequence，即支持8个PHICH复用；
➢对ExtendedCP而言，一个PHICHgroup支持4个orthogonalsequence，即支持4个PHICH复用。

通过上面的介绍，我们可以计算出一个小区在某个下行子帧所包含的
PHICH资源数：对应NormalCP，其值为；对应ExtendedCP，其值为。

（我们可以认为：在FDD下，）
一个小区真正所需的PHICH资源总数取决于：
（1）系统带宽；
（2）每个TTI能够调度的上行UE数（只有被调度的上行UE才需要PHICH）；
（3）UE是否支持空分复用（2个上行TB就对应2个PHICH）等。

当UE在某小区配置了上行空分复用时，需要2个PHICH
PHICH配置必须在MIB中发送的原因在于：SIB是在PDSCH中发送的，PDSCH资源是通过PDCCH来指示的，PDCCH的盲检又与PHICH资源数的
配置相关，因此UE需要提前知道PHICH配置以便成功解码SIB。

对于FDD而言，接收到MIB就可以计算出预留给PHICH的资源。

对于TDD而言，UE仅仅接收到MIB是不够的，UE还需要知道uplink-downlinkconfiguration和子帧号。

通过小区搜索过程，UE已经知道了当前子帧号（见《LTE：小区搜索过程（cellsearchprocedure）》）；而UE需要接收到SIB1后，通过SystemInformationBlockType1的tdd-Config的subframeAssignment字段才能知道uplink-downlinkconfiguration。

问题来了：SIB1在PDSCH中发送，需要先解码PDCCH，且PDCCH的解码与PHICH 资源数的计算相关；而PHICH资源数的计算又依赖于SIB1中指定的uplink-downlinkconfiguration，这就形成了死锁。

解决的方法是，UE在接收SIB1时，会使用不同的值（0~2，见图2）去尝试盲检，直到成功解码出SIB1为止，从而得到uplink-downlinkconfiguration。

1.3 现网设置情况
2、PHICH物理层处理
2.1 信道编码-1/3重复码
到达编码单元的HARQ指示表示HARQ的应答信息。

图5.3.5-1给出了其编码流程。

图 5.3.5-1 HI编码
每个HARQ确认信息1bit，对应一个上行TB；重复3遍（见36.212的5.3.5节）：1/3重复编码
HARQ指示按照表5.3.5-1进行信道编码，其中肯定应答用HI = 1表示，否定应答用HI = 0表示。

Table 5.3.5-1: HI 码字
1bit的HI经过码率为1/3的信道编码，得到一个3bit的codeword。

2.2 调制-BPSK
一个子幀中在一个PHICH上传输的比特块b(0),...,b(Mbit −1)应该按BPSK
进行调制，产生复数调制符
号块z(0),...,z(Ms −1)，其中Ms =Mbit。

表3.9.1-1
规定了适用于物理混合ARQ指示信道的调制方案
2.3扩频加扰-8个长度为4的正交序列&31位加扰码
使用一个长为4（对于ExtendedCP而言，长为2）的orthogonalsequence 进行扩频，再使用小区特定的加扰序列进行加扰后，就得到12个加扰symbol （见36.211的6.9.1节）。

2.4资源组调整，层映射和预编
➢层映射和预编码操作取决于循环前缀长度和用于PHICH传输天线端口数。

➢PHICH应该与PBCH在相同的天线端口上传输。

2.5RE映射
➢多个PHICH映射同一个PHICHgroup时，是将多个PHICH的映射到同一个RE的symbol相加来实现的。

每个PHICHgroup会映射到3个REG中，这3个REG是分开的，彼此间隔1/3下行系统带宽。

12个symbol如何映射到对应的REG、层匹配、预编码、以及如何映射到RE，详见36.211的6.9.2节和6.9.3节。

图3：PHICH结构
在controlregion的第一个OFDMsymbol，资源首先会分配给PCFICH，PHICH只能映射到没有被PCFICH使用的那些RE上。

同一个PHICHgroup中的所有PHICH映射到相同的RE集合上；
不同的PHICHgroup使用的RE集合是不同的。

3、PHICH分配过程
在时域上，如果UE在子帧n发送PUSCH，则UE会在子帧检测对应的PHICH。

对于FDD而言，总是等于4；对于TDD而言，
是通过36.213的Table9.1.2-1得到。

在子帧绑定（subframebundling）操作中，PHICH资源是与所有绑定在一
起的子帧中的最后一个子帧相对应的。

上下行配
上下行转换
Subframenumber
PHICH 资源由上行资源分配的最小索引、与PUSCH 传输相关的上行解调参考符号（DMRS ）的循环偏移来确定，上述两个参数均由用于PUSCH 传输授权的PDCCH DCI 格式0来指示。

PHICH 资源由索引对
)
,(seq
PHICH group PHICH n n 确定，其中
group
PHICH
n 为PHICH 组号，
seq PHICH
n 为PHICH 组内的正交序列号，定义为：
⎣
⎦
PHICH
SF
DMRS group
PHICH
index lowest RA
PRB seq PHICH
group PHICH PHICH group PHICH DMRS index lowest RA PRB group PHICH N n N I n N I N n I n 2mod )/
(
mod )(____+=++=
其中，
DMRS n 由与相应PUSCH 传输相关的传输块最新的DCI 格式0中指示的DMRS 域
的循环偏移映射得到（参见表9.1.2-2）。

DCI0中有一个字段叫
CyclicshiftforDMRSandOCCindex （见36.212的5.3.3.1.1节），通过该字段查36.213的Table9.1.2-2，就得到对应的
值。

当然，此DCI0必须是最新的用于指示对应
PHICH 相关的TB 所在的PUSCH 资源的。

如果同一TB 没有相应的DCI0，并且以下两个条件满足其一，的值
将为0：
同一TB 的初始PUSCH 传输是半静态调度的； 同一TB 的初始PUSCH 传输是通过RAR 调度的。

PHICH
SF
N 为用于PHICH 调制的扩频因子大小，参见[3]中6.9节。

index lowest RA
PRB I __为相应PUSCH 传输第一个时隙中最小的PRB 索引。

group PHICH
N 为高层配置的PHICH 组数，参见[3]中的6.9节。

1 TDD 0 ,49PUSCH
0PHICH I ⎧=⎨
⎩
对于上下行配比为时子帧或中传输的其它
Table 9.1.2-2: Mapping between DMRS n and the cyclic shift for DMRS field in DCI format
0 in [4]
Cyclic Shift for DMRS Field in DCI
format 0 in [4]
DMRS n
000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111
7
4、载波聚合对PHICH 的影响
在载波聚合中，PHICH 与对应的上行PUSCH 数据传输的ULGrant 在同一个下行载波单元（ComponentCarrier ，CC ）上传输。

这样做的原因在于异构网络的部署可能使得一些CC 的controlregion 受到较高的inter-cell 干扰，这时候使用跨承载调度（cross-carrierscheduling ）将某些CC 的PDCCH （此时对应DCI0）在信道质量较好的其它CC 上发送，
能提高了PDCCH的解码效率。

假如将CC1的DCI0放在CC2的controlregion 上发送，可以认为CC2的信道质量较好，这时把CC1的PHICH也放在CC2发送，相应地也能提高PHICH的解码效率。

因此，当配置了跨承载调度时，一个下行CC可能需要携带多个上行CC 的PHICH，从而增加了PHICH冲突的可能性（因为PHICH资源与对应PUSCH 传输的起始PRB相关，多个上行CC可能使用相同的起始PRB）。

为了降低冲突，可以将在相同下行CC的controlregion上传输的不同上行CC的DMRS的cyclicshift（即）配置成不同的值；与此同时，eNodeB调度器也可以在调度时为不同CC选择起始PRB不同的上行PUSCH资源。

5、知识点总结
➢PHICH资源又MIB消息指示，Phich-Duration和phich-Resource，Phich-Duration指示了是使用controlregion中的1个symbol还是3（或2）个symbol来发送PHICH。

（取值：Normal，Extended1bit）
phich-Resource指定了controlregion中预留给PHICH的资源数，它决
定了PHICHgroup的数目。

（取值：1/6,1/2,1,22bit）mi的概念
➢对NormalCP而言，一个PHICHgroup支持8个orthogonalsequence，即支持8个PHICH复用；对ExtendedCP而言，一个PHICHgroup支持4个
orthogonalsequence，即支持4个PHICH复用。

➢我们可以计算出一个小区在某个下行子帧所包含的PHICH资源数：对应NormalCP，其值为；对应ExtendedCP，其值为。

➢每个HARQ确认信息（1bit：对应一个上行TB）先重复3遍。

接着使用BPSK调制和使用一个长为4（对于ExtendedCP而言，长为2）的orthogonalsequence 进行扩频，再使用小区特定的搅扰序列进行加扰后，就得到12个加扰symbol。

➢每个PHICHgroup会映射到3个REG中，这3个REG是分开的，彼此间隔1/3下行系统带宽。

➢UE确定其使用的PHICH资源：时域上如果UE在子帧n发送PUSCH，则UE会在子帧检测对应的PHICH；UE所使用的PHICH资源与DCI0指定的上行资源分配和DMRScyclicshift相关
➢在载波聚合中，PHICH与对应的上行PUSCH数据传输的ULGrant在同一个下行载波单元（ComponentCarrier，CC）上传输。