| 标题 | LTE?A系统中E?PDCCH设计及性能研究 |
| 范文 | 尤雅 朱宇霞 张元雨 摘 要： 随着LTE?A系统中新技术的引入，PDCCH的容量和同频干扰逐渐成为制约系统性能的瓶颈。3GPP在Release 11中引入了E?PDCCH，对于E?PDCCH，这里详细研究其发送端的资源映射设计和接收端的盲检测算法，并在Matlab平台上对PDCCH和E?PDCCH的性能进行仿真比较。结果表明，在相同的配置条件下，E?PDCCH相对于PDCCH具有更低的误码率，更好的抗衰落性能。 关键词： 增强物理下行控制信道； LTE?A系统； E?PDCCH资源映射； E?PDCCH盲检测 中图分类号： TN911.22?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）05?0054?04 Design and performance research of E?PDCCH in LTE?A system YOU Ya1， 2， ZHU Yu?xia1， 2， ZHANG Yuan?yu2 （1. Wuhan Research Institute of Post and Telecommunications， Wuhan 430074， China； 2. Beijing Northern FiberHome Technologies Co.， Ltd.， Beijing 100085， China） Abstract： With the introduction of new technologies in LTE?A system， the capacity and same frequency interference of PDCCH has become the bottleneck of system performance. E?PDCCH is introduced into 3GPP in Release 11. The design of resource mapping in the transmitter and the blind detection algorithm in the receiver are studied in detail in this paper， and then the performances of PDCCH and EPDCCH were compared by simulation on downlink platform of Matlab. The results show that E?PDCCH has lower error rate and better anti?fading performance than PDCCH with the same configuration. Keywords： E?PDCCH； LTE?A system； resource mapping of E?PDCCH； blind detection of E?PDCCH 0 引 言 在LTE R10及之前，PDCCH用以承载上、下行数据的调度信息和一组用户的上行功率控制命令信息。由于PDCCH采用全带宽发送、分集传输，无法进一步获得频率选择性增益。同时，在同频组网下，不同小区之间PDCCH会产生严重的干扰。在异构网下，Macro和Pico基站之间也会产生干扰。此外，LTE?A系统中引入了新的技术——上、下行MIMO增强、COMP等，新技术的应用也会导致控制信令需求的激增。PDCCH的容量和干扰成为阻碍系统性能进一步提升的瓶颈之一。 由于PDCCH的局限性，在R11中引入了增强的物理控制信道（E?PDCCH）。在3GPP RAN1 69?71次会议上，众多公司就E?PDCCH技术的标准化研究与设计方向达成以下共识：考虑后向兼容性，尽量延续PDCCH的传输与接收机制；增加控制信道容量；支持频域干扰协调与消除；资源可以灵活分配，带来频域选择调度增益；支持波束赋形和分集传输模式；能兼容低版本UE等。 1 发送端资源设计 E?PDCCH和PDCCH一样用以承载DCI信息，可支持除DCI format 1C和format 3以外的所有格式。相比于在全带宽下一个子帧内仅占用前几个OFDM符号的PDCCH，E?PDCCH占用数据区域的资源，并且与PDSCH是频分的，因此在资源分配上有了更为复杂的设计。 E?PDCCH在一个子帧的数据区占用资源的起始符号位置，这与PDSCH所使用的传输模式有关。如果PDSCH使用传输模式1～9且高层给UE配置了参数epdcch?StartSymbol?r11，或者如果PDSCH使用传输模式10，且高层给UE配置参数pdsch?Start?r11，则E?PDCCH的起始位置[lEPDCHStart]由高层参数[l′EPDCHStart]获得，否则根据CFI获得。 对于一个下行子帧，在时域上确定E?PDCCH的起始符号后，还需要进一步确定其占用的频域位置。通过高层配置可获取E?PDCCH的PRB集合数和对应位置。其中参数numberPRB?Pairs?r11指示该EPDCCH?PRB集合里PRB对数，resourceBlockAssignment?r11指示PRB对索引合并后指示[r]的二进制比特，通过[r]可以得到每个PRB对的索引[Ki，]具体计算如下式所示： [r=i=0NXpRB-1NDLRB-kiNXpRB-i] 其中：[kiNXpRB-1i=0，1≤ki≤NDLRB，ki 在时域上，E?PDCCH要避开控制区域占用的OFDM符号；在频域上，其要避开PSS/SSS和PBCH所在PRB对。在E?PDCCH的可使用PRB对内，并非所有的资源单元都能为E?PDCCH所使用，还需要扣除CRS、DMRS、CSI?RS占用的RE。 PDCCH的传输以CCE为单位进行编排，每个CCE固定由9个REG组成，每个REG包括4个RE，即一个CCE由固定的36个RE资源组成。不同格式的DCI，传输信息bit数目的大小有所不同；根据无线信道的质量，可以选用不同的PDCCH格式，对应不同聚合等级的CCE承载传输DCI消息。 由于E?PDCCH与PDSCH在数据区是频分复用的，每个子帧控制区占用的OFDM符号数和参考信号占用的RE数都是变动的，所以不同子帧上的PRB对可用于E?PDCCH的资源是变化的。如果采用固定大小的eCCE设计，可能存在一个PRB对中可用资源无法提供整数个eCCE的情况。这意味着浪费部分可用资源或者一个eCCE会分布在两个或多个PRB对中，这样会使UE对DCI的盲检复杂度增加。因此在eCCE的设计中，R11采用了非固定eCCE/eREG大小的设计。协议规定每个eCCE由4个或者8个增强的资源单元组eREG组成，且每个PRB pair在扣除DMRS后分配给16个eREG，索引按照先频域后时域的顺序从#0～#15依次编号。如图1所示为一个PRB对中常规CP、普通下行子帧中的RE编号情况。图2为一个PRB对中扩展CP、普通下行子帧中的RE编号情况。其中绿色的方格代表DM?RS，编号为[N]的RE共同组成编号为[N]的eREG。 在一个E?PDCCH set中，[NECCEEREG]可根据子帧的配置分为以下两种情况：选择1，一个eCCE是4个eREG的组合，即eREGgroup#0 {eREG#0，4，8，12}， eREG group #1{eREG#1，5，9，13}， eREG group #2{eREG#2，6，10，14}，eREG group #3{eREG#3，7，11，15}；选择2，一个eCCE是8个eREG的组合，eREGgroup#0 {eREG#0，2，4，6，8，10，12，14}， eREG group #1 {eREG#1， 3， 5， 7， 9，11，13，15}。对当前用户所有可用PRB对中的eCCE依次进行编号，按照集中式或分布式传输方式进行资源映射。从资源利用的角度分析，集中式和分布式发送定义有相同的eREG，是为了保证集中式和分布式发送能复用在相同的PRB对上。 常规子帧下的RE编号 集中式传输方式下，每个用户的E?PDCCH集中在一块连续的资源上，主要被用于获取控制信道的频率选择性调度和预编码的增益，也较容易进行频域上的干扰协调，多用于eCCE聚合等级较低的情形；而分布式传输方式下每个用户的E?PDCCH则要遍历所有的PRB对，可获得较好的频率分集增益，主要被用在CQI/PMI反馈不准确的环境下，此时eCCE聚合等级较高[1]。 一个UE可配置1～2个E?PDCCH set，每个E?PDCCH set下的所有E?PDCCH采用一种传输方式，所有的组合方式如表1所示。 2 接收端盲检测算法 在接收端，为了方便UE找到PDCCH相应的CCE位置，设计有公共搜索空间和用户专用搜索空间。R11中，E?PDCCH仅支持用户专用搜索空间。 如果在E?PDCCH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，减少用 CRS 估计信道的开销，可以用于一些小带宽的机器间通信。但其会和PDCCH 带来双倍开销，在无线资源控制（RRC）重配时需要回退测量，从标准上和终端实现上都增加了复杂度。为了减少PDCCH和E?PDCCH的功能重叠，标准中规定对于某一个特定的载波分量：如果一个终端在一个子帧上监听了E?PDCCH的用户专用搜索空间，那么不再监听PDCCH的用户专用搜索空间，但是仍然监听公共搜索空间；反之，需要监听PDCCH的公共搜索空间和用户专用搜索空间，这样是为了兼容R10中的用户终端。 监听E?PDCCH的用户专用搜索空间，极限情况下需要遍历所有的情况，最多需进行32次盲检测计算。接收端的处理流程如图3所示。 具体实现方法如下： （1） 在每个下行子帧上，UE根据高层参数指示的PRB对依次进行均衡、解QPSK、解扰。 （2） 将分配给E?PDCCH的PRB对扣除CRS、DM?RS、CSI?RS、控制信道占用的RE，可知一个PRB对中E?PDCCH可用的RE数。结合[NRBECCE=16NECCEEREG]可以计算出每个eCCE包含的RE数。 （3） 用解扰后的符号数除以每个eCCE包含的RE数，即可得到总的eCCE数[NECCE，p，k，]将得到的eCCE按照0～[NECCE，p，k-1]进行编号，其中[p]表示E?PDCCH集合，[k]表示当前子帧号。 （4） 根据UE的RNTI确定待检测的DCI格式，确定聚合等级、候选空间和候选的信道数。 （5） 根据哈希函数： [LYp，k+m?NECCE，p，kL?M（L）p+bmodNECCE，p，kL+i] 确定待检测数据的起始位置。 在PDCCH的搜索空间中，哈希函数用来对CCE搜索空间进行随机化，可以减小调度拥塞的概率。即使哈希函数会使CCE搜索空间彼此连续也影响不大，因为在发送端经过交织器进行了充分的随机化。而对于E?PDCCH的发送端并没有交织处理这一步，如果继续使用PDCCH搜索空间的哈希函数，会导致资源过分集中，不能充分发挥频率选择和波束赋形的作用，因此对PDCCH的搜索空间进行了改进。 （6） 从起始位置开始，读取[L]个eCCE的数据，即一个候选信道取出依次进行解速率匹配、维特比译码、CRC校验。由于UE端不知道信道格式，只能对聚合等级一一进行尝试，如按照[L]从小到大的顺序做检测，逐一检测每个聚合等级下的每个候选信道，如果检验成功则读取信息，否则放弃此次检测。一直重复进行检测计算，直到找到期待的DCI信息，或者遍历所有的情况检测结束。 3 仿真与分析 根据R11中规定的E?PDCCH处理流程，搭建了整个E?PDCCH发送端和接收端，并在各个信噪比值条件下统计性能。其中具体的参数配置条件如表2所示，仿真图如图4所示。 从表2和图4中可以看出，对于AWGN信道模型，E?PDCCH集中式传输的BLER约在-0.5 dB处降到10-2，分布式传输方式的BLER约在-1.5 dB处降到10-2。在BLER降到10-2时，集中式传输方式下E?PDCCH的性能优于PDCCH约3 dB。 图5所示即为在EPA信道模型下，PDCCH和两种传输方式下E?PDCCH的BLER仿真图，仿真条件配置见表3。可以看出，E?PDCCH的性能优于PDCCH 0.5～4.5 dB；E?PDCCH资源映射过程中分布的PRB对数越多，就能获取更好的分集增益，相应的BLER越低，性能更好。 4 结 语 本文针对R11中新引入的E?PDCCH，重点研究了发送端的资源映射处理和接收端的盲检测算法设计，并在Matlab仿真平台上搭建其发送端和接送端的代码，统计PDCCH和E?PDCCH在各种配置环境下的误码率。从标准演进和仿真结果可知，E?PDCCH的设计在兼容原有版本的基础上增大了控制信道的容量，也可获取更好的频率分集增益，仿真出比PDCCH更好的性能，更有利于实际产品的开发。 在后期的研究中，针对发送端的资源映射碎片和接收端的盲检测算法还可以做出进一步的改进优化。 参考文献 [1] 焦慧颖.LTE?Advanced系统中的增强控制信道设计[J].现代电信技术，2013（3）：33?34. [2] ETSI. 3GPP TS 36.212 v11.3.0 Multiplexing and channel co?ding [R]. [S.l.]： ETSI， 2013. [3] ETSI. 3GPP TS 36.213 v11.4.0 EPDCCH assignment procedure [R]. [S.l.]： ETSI， 2013. [4] ETSI. 3GPP TS 36.211 v11.4.0 physical channels and modulation [R]. [S.l.]： ETSI， 2013. [5] 熊欢.LTE?A基于资源利用率的接纳控制跨层设计[J].现代电子技术，2012，35（9）：52?56. [6] 梁素龙.LTE中随机接入过程的解析及工程实现[J].现代电子技术，2013，36（13）：53?55. |
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