5GNR漫谈5:PDCCH信道设计
在介绍CORESET时,谈到了PDCCH承载的DCI信息出现在CORESET指示的时频位置上,UE想要知道了解基站对自己的调度信息或者广播消息,需要对PDCCH信道进行解调。在了解NR PDCCH信道之前,我们先来简单了解一下PDCCH信道承载的DCI格式和主要功能。
DCI格式主要下表所列,其中Format 0_0和Format 0_1用于调度PUSCH上行信道的时频资源等,Format 1_0和Format 1_1,用于调度PDSCH的时频资源等,Format 2_0用于通知slot的格式,Format 2_1用于通知UE哪些频域资源(PRB)和时域资源(OFDM符号)可不发射数据,Format 2_3用于告知UE发射SRS的控制指令。
我们分别来看看Format 0_0和Format 1_0,大体了解一下基站对于PUSCH和PDSCH这两个典型的上下行链路是怎么调度的。下表是Format 0_0的调度信息:
从表中可看到,1位指示了控制格式,4位指示了频域资源PRB在BWP中的位置,X位指示时间位置(起始符号和长度,在RRC指令的表pusch-TimedomainAllocationList),1位指示是否跳频,5位指示调制编码方案(MCS,由协议中表Table 6.1.4.1-1),1位指示是否传输的是数据,2位指示传输数据的冗余版本号(信道编码后将数据分为4份,0,1,2,3),4位指示HARQ进程,2 位指示PUSCH的功率调度,1位是否配置SUL(5GNR中一种新的上行信道,用于上下行频段的解藕,增强小区覆盖)。
对于下行调度Format 1_0,由UE处于不同的状态需要请求业务资源是不同的,因此,会设根据UE的不同状态来调度不同的资源,UE在接收解调DCI的时候,会根据自己所处状态的RNTI解扰数据。比如,处于RRC连接状态的UE采用下表中的调参数格式。
我们看到,对于下行链路PDSCH的调度,同样包含了对时频资源、调制编码等的调度指示,另外增加了一些信道的特性指示。
这些高层的DCI调度信息比特流,在物理层进行发送处理,主要包括DCI信息比特流的复用(即多个DCI信息连在一起),CRC校验,信道编码,速率匹配,加扰,调制映射,时频位置的RE资源映射,如下图所示。
从图中,我们看到一些与LTE PDCCH比特流处理不一样的地方。首先一个,24位的CRC校验位采用交织技术打散在了payload里面。另外一个,采用RNTI对部分CRC进行了加扰,增强抗干扰能力。CRC校验位采用了24位,比LTE的16位要长,这是因为NR里在的PDCCH信道编码采用的是Polar编码,而LTE里的PDCCH采用的是卷积编码。Polar编码背后的思想是采用一组信道,包含了无噪声信道和全部是噪声的信道,然后信息位发送在无噪声信道,通过信道的极化,带来译码性能的增益。Polar译码典型的方法是采用连续删除和线性译码。由于线性译码采用了一部分CRC比特位,这意味着CRC的纠错能力的损失,比如,24位的CRC,有3位用于Polar线性译码,则其实际的纠错能力只有21位。正是由于考虑到了这一特点,NR里面的CRC采用了更长的校验位来抵消影响。
另外一点,从上图中我们发现CRC的校验位并不是如LTE一样直接附在信息比特位后面的,而是有一部分交织在信息比特中,这也是由于Polar编译码的特性,交织的CRC校验位有助于Polar码译码的时候提前找到终止位。不同于LTE下行信道中,各信道共享小区参考(RS)信号,用于各信道的接收解调以及信道探测,在NR中PDCCH有自己专门的DMRS信号,这意味着PDCCH信道可以通过DMRS探测来建立自己的天线参数,比如说波束赋形(beamforming)来指定的方向,毕竟Massive MIMO是NR的一个技术特点。
比特流在调制为QPSK复数星座图符号之后,接下来要映射到具体的时频资位置,这个时候,就用到了漫谈4里面提到的CORESET参数集来分配资源,CCE到REG的映射(CCE-to-REG)。一个CCE包含6个REG,一个REG包含一个OFDM符号的RB(12个子载波)带宽,这样剔除了DMRS信号之后,一个CCE承载了54个资源粒(RE),108个比特数据。CCE-to-REG映射有两种方式:交织与非交织。采用交织的方式,可以带来频率选择多样性,克服信道的频率选择性衰落。下图显示了交织与非交织映射的区别。
结合上图来看,非交织映射的时候,如果是1个OFDM符号,直接按频域填满一个CCE,再填满下一个CCE,而多个OFDM符号的时候,则采取先填时域REG,再填频域REG,直到填满一个CCE为止,再进行下一个CCE的映射。采取交织映射的时候,稍微有点复杂。由REG-bundling指示大小size,先时域再频域的方式填满一个size大小的REG,再在频域上(前一个REG-bundling的起始位置)间隔6个REG的距离,进行下一个REG-bundling的size映射,直到填完一个CCE大小(6个REG)为止。下一个CCE的映射,根据偏移值大小(RRC消息里),再进行相同规则的映射。
前面说过,NR的PDCCH有自己的DMRS,每个REG(频域大小等RB)里面,占据了四分之一的时频资源,这比LTE里面的六分之一要多,这是为了采用MIMO的Beamformed技术,能带来极大的信道增益,传输更可靠。
PDCCH的每一个UE在搜索空间做盲检接收自己的DCI信息的时候,可以在每一个REG-bundling里做信道估计,获得更精确的信道参数,也可以在整个PDCCH带宽内做信道估计,即不局限于自己CORESET内的带宽内做信道估计,这类似于LTE采用小区参考信号在整个频带内做信道估计,也即宽带信道估计,这样做的局限是估计出来的信道值做Beamforming的时候,性能受到限制。两种信道估计采用DMRS方法如下图所示。
为了更精确的波束管理,PDCCH的DMRS还可以采用准联合定位 (quasi-collocated )来发射,与CSI-RS(Channel-state information RS)信号一起联合对波束的方向确定,如下图所示。 UE在不同的CORESET发射CSI-RS和DMRS,由CORESET域内的CSI-RS和DMRS联合接收PDCCH。通过探测CSI-RS,可以确定最佳的波束,这样,在监测PDCCH的时候,即可知道采用最佳波束的DMRS。
假如CORESET没有配置准联合定位,则PDCCH candidates认为其信道参数与SSB得到的信道参数一致,即此时默认为PDCCH信道与PBCH信道有相同的时延扩展,多普勒扩展,空间接收参数。
一个PDCCH的搜索空间只能存在一个UE,即不同的UE不能同时位于同一个搜索空间。UE在CORESET和SearchSpace两个参数集给定的时频位置,根据可能的搜索空间,一个一个的去接收解调数据。当解调出来的CRC正确,RNTI匹配时,得到DCI数据。有多少个搜索空间,相当于多少个candidates,就有多少次译码及解CRC处理。
声明:文中部分图片来源http://www.sharetechnote.com/,《下一代无线接入技术》
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