5G NR:协议 - PDCCH信道

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1、基本概念

        不同于LTE中的控制信道包括PCFICH、PHICH和PDCCH,在5G NR中,控制信道仅包括PDCCH(Physical Downlink Control Channel),负责物理层各种关键控制信息的传递,PDCCH中传递的下行控制信息(Downlink Control Information)主要包括:

  1. 下行调度信息
  2. 上行调度信息
  3. 激活与去激活PUSCH调度
  4. 激活与去激活PDSCH半静态调度
  5. 通知时隙格式给一个或者多个UE
  6. 通知一个或者多个UE不再使用的PRB和OFDM符号资源
  7. 为PUCCH和PUSCH发送TPC命令
  8. 指示BWP切换
  9. 触发随机接入过程等

        PDCCH信道是一组物理资源粒子的集合,其承载上下行控制信息,根据其作用域不同,PDCCH承载信息区分公共控制信息(公共搜索空间)专用控制信息(专用搜寻空间),搜索空间定义了盲检的开始位置和信道搜索方式。

         PDCCH信道主要承载着PUSCH和PDSCH信道控制信息(DCI),不同终端的PDCCH信息通过其对应的RNTI信息区分,即其DCI的crc由RNTI加扰,一个PDCCH只能有一种dci format,而承载DCI信息的基础单元是CCE

1.1、基础知识

  • RE(Resource Element):时域上一个slot,频域上一个载波;
  • RB(Resource Block):在协议38.211中,定义RB为频域上连续的12个子载波,并没有对RB的时域进行定义,所以通常只将RB看作频域上的概念;
  • REG(Resource Element Group):协议中REG对应时域一个OFDM符号,频域一个RB(1 REG=1 PRB);
  • REG Bundle(REG 绑定):REG绑定由多个REGs组成,绑定大小由L进行表示,该参数由RRC 中reg-bundle-size进行配置,绑定大小L为{1, 2, 3},具体情况后面再进行讨论。
  • CCE(Control Channel Element):CCE是构成PDCCH的基本单元,一个CCE占用6个REG,即72个子载波, 其中有54个数据RE和18个DRMS RE(占比1/4)。CCE的个数称作聚合度,取值如下表:

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PDCCH结构如下所示:

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1.2、PDCCH导入

        PDCCH主要承载PDSCH和PUSCH的下行控制信息DCI(Downlink Control Information),即包含一个或多个UE资源分配和其他的控制信息,固定使用QPSK进行调制。
        UE需要首先解调PDCCH中的DCI,然后才能够在指定的时频资源位置上解调属于UE自己的PDSCH(包括系统消息 - OSI、寻呼 - Paging、用户数据 - UserData等)。PDCCH还会包含上行授权信息(UL Grant),以指示UE上行数据传输的PUSCH信道所使用的时频资源。在5G NR中,PDCCH所处的位置示意图如下图所示:

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        在LTE中PDCCH时域资源总是固定的,且在频域总是占据整个载波带宽。而5G NR在时域和频域上不是固定位置,通常来说,对于5G NR中PDCCH的时域资源则由Search Space(搜索空间)表示,频域资源由CORESET(控制资源集)表示。CORESET配置示意图如下,由下图看出,CORESET在时域和频域的位置可以是任意的。

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        因此5G NR中PDCCH的时域,频域位置更加灵活,所以引入了CORESET和SpaceSpace来分别指示时域和频域资源。

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1.3、PDCCH处理过程

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2、CORESET

        在LTE系统中,PDCCH在频域上占据了整个频段,时域上占据每个子帧的前1-3个OFDM符号,UE只需得到PDCCH占据的OFDM符号数,便能确定PDCCH的搜索空间。
  在NR系统中,由于系统带宽较大,引入CORESET(control resource set,资源控制集),UE需要知道PDCCH在频域和时域上的位置才能成功解码PDCCH。

  • NR系统将PDCCH频域上占据的频段&时域上占用的OFDM符号数等信息封装在CORESET中。
  • 而将PDCCH 起始OFDM符号编号以及PDCCH监测周期等信息封装在Search Space中。

       CORESET(Control Resource Set)是5G新提出的一个时频域资源集的概念,这是因为在5G,系统的传输带宽比较大,UE的支持能力不尽相同,为了适配不同的带宽,同时降低PDCCH的盲检复杂度,从而通过CORESET约束PDCCH的时频域资源调度。
       CORESET在时域上占用1-3个时域OFDM符号,可位于slot内的任何位置,根据不同的场景,CORESET的时域OFDM符号调度位置也不同,一般高层会将CORESET的时域OFDM符号调度在一个slot的起始位置,但在URLLC(低时延高可靠)场景中,CORESET的时域OFDM符号也会调度在slot的非起始位置,这样UE就可以在本slot内直接进行PDCCH的解调,而非等到下一个slot的起始才进行,从而有效的降低时延。
       CORESET在频域上占用多个资源块,配置的频域资源位置不得超过BWP的频域范围。CORESET的频域资源配置的粒度为6,这样可以适配不同的REG Bundle情况,有效的减少资源碎片。
       CREOSET内从CCE到REG资源映射方式包括交织非交织模式:

  • 针对交织,REG可以通过3GPP 38.211协议规定的交织公式在整个CORESET的范围内进行映射,从而获得频率分集增益,另外在多小区场景中,假设相邻小区之间采用相同的资源映射方式,则会互相造成干扰,而交织映射则会根据交织器在CORESET内进行随机映射,从而实现小区间的干扰随机化。
  • 针对非交织,虽然会损失部分频率分集增益,但是基站侧在提前获知下行无线信道的情况下(尤其是TDD模式下,根据信道互易性,通过上行信道估计获取下行无线信道的情况),可以将PDCCH调度在信道质量比较好的时频资源上,从而获取一定的调度增益。
     

2.1、CORESET #0

        CORESET 0比较特殊,我们知道,只有UE解完RRC信息后才能取得CORESET资源,但UE想要接收RRC信息又要先知道CORESET资源,所以就有了CORESET 0 的存在。
  CORESET 0:第一个CORESET,其信息属于初始部分带宽配置信息的一部分,由主信息块(MIB)提供给UE,封装了初始接入的必要资源(SIB1),也就是专门用来发送解码SIB消息的PDCCH。通过CORESET 0,UE知道如何接收剩余的系统信息,建立连接之后,UE可以获取RRC信息,就能获得多个CORESET资源。

3、SearchSpace

        同4G LTE一样,5G NR PDCCH同样也有搜索空间的慨念,搜索空间定义了PDCCH时域发送时刻(PDCCH Occasion,PO)。NR PDCCH同样也分为公共搜索空间(Common Search Space-CSSUE专用搜索空间(UE Specific SearchSpace-USS两大类。公用搜索空间又细分为Type0、Tpye0A、Type1、Type2和Type3 等5种。

  •  CSS用于BCCH、寻呼、RAR等相关的控制信息(小区级公共信息),
  •  USS用于传输与DL-SCH、UL-SCH等相关的控制信息(UE级信息)。

        USS内的聚合等级有5种(AL = 1,2,4,8,16),而Type0 PDCCH CSS只有3种(AL = 4,8,16,且candidate有个数限制)

        对于UE而言,CSS和USS的配置,由PDCCH-Config IE中参数searchSpaceType决定。

        其相关的配置表如下所示:
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         其中,Type0A CSS是在MIB中指示的,其余的SS是在SIB1或是BWP里指示的。

        对于CSS和USS内所包含的DCI,及其RNTI加扰方式,如下:

===FOR CSS

· DCI format 0_0 and DCI format 1_0

      · C-RNTI,TC-RNTI,CS-RNTI(if configured),SI-RNTI,RA-RNTI,P-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

===FOR USS

· DCI format 0_0 and DCI format 1_0 ,or

      · C-RNTI,CS-RNTI(if configured),SP-CSI-RNTI(if configured)

· DCI format 2_0

      · C-RNTI,CS-RNTI(if configured),SP-CSI-RNTI(if configured)

 4、参考文献

【1】《5G NR新空口技术详解》- PDCCH信道
【2】《5G NR标准-下一代无线通信技术》文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-668474.html

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