LTE下行传输机制--PDCCH

1 PDCCH概述

PDCCH: Physical Downlink Control Channel, 物理下行控制信道。它采用QPSK调制。PDCCH携带DCI信息。一个PDCCH只能有一种格式的DCI, 1个下行子帧上可以发送多个PDCCH.

1.1 CCE 与聚合等级

PDCCH的资源单元是CCE, 1个CCE包含9个REG,一个REG是由连续的4个RE组成，如果在一个REG的中间存在RS（reference signal），那么一个REG是表示除了RS之外的连续4个RE。 CCE是逻辑上的资源单位，对应PRB上的9个物理资源单位REG。一个PDCCH是n个连续的CCE, 称作聚合等级(Aggregation Level), 有4种聚合等级:{1,2,4,8}. 如果聚合等级为8的话，就表示一个PDCCH 是8个连续的CCE。一个PDCCH起始的CCE要求是对应等级的倍数。

LTE中支持4中不同类型的PDCCH

PDCCH格式	CCE个数	REG个数	PDCCH比特数
0	1	9	72
1	2	18	144
2	4	36	288
3	8	72	576

说明：

1个REG由位于同一OFDM符号上的4个或6个相邻的RE组成，但只有其中的4个RE可用，另外两个被两个参考信号RS所占用（被RS占用的RE不能被REG使用）；
1个CCE由9个REG构成，之所以定义REG资源单位，目的是为了有效支持PCFICH、PHICH等数据率很小的控制信道的资源分配，即PCFICH，PHICH的资源分配是以REG为单位的；而定义相对较大的CCE，是为了用于数据量相对较大的PDCCH的资源分配。
LTE中CCE的编号和分配是连续的，假设系统分配了PCFICH和PHICH后，剩余的REG数量为NREG，则PDCCH可用的CCE数目为NCCE=NREG/9（向下取整），并且CCE的编号从0开始到NCCE-1。
PDCCH所占用的CCE数目取决于UE所处的下行信道环境，对于下行信道环境好的UE，eNodeB可能只需分配一个CCE，对于下行信道环境较差的UE，eNodeB可能需要为之分配多达8个的CCE。
为了简化UE在解码PDCCH时的复杂度，LTE中还规定CCE数目为N的PDCCH，其起始位置的CCE号，必须是N的整数倍。

1.2 搜索空间

与聚合等级有关系:

搜索空间	可选的Aggregation Level	可能承载的内容(RNTI)
Common space	{4,8}	BCCH(si-rnti)/PAGING(p-rnti)/RAR(ra-rnti)
UE-specific space	{1,2,4,8}	DL-SCH/UL-SCH控制信息(c-rnti)

搜索空间+集合等级的组合对应PDCCH candidate的个数如下：

1.3 PDCCH之DCI

LTE中支持的DCI格式

DCI格式	目的	所适用的PDSCH传输模式
0	PUSCH确认	全部
1	单码字PDSCH分配	1，2，7
1A	使用压缩格式的PDSCH分配	全部
1B	秩为1传输模式的PDSCH分配	6
1C	使用非常紧凑格式的PDSCH分配	不适用
1D	多用户MIMO PDSCH分配	5
2	闭环MIMO操作的PDSCH分配	4
2A	开环MIMO操作的PDSCH分配	3
2B	双层波束成形的PDSCH分配	8
2C	最多8层空间复用的PDSCH分配	9
3	用2bit功率调整PUCCH和PUSCH多用户发射功率控制命令（TPC）	不适用
3A	用1bit功率调整PUCCH和PUSCH多用户发射功率控制命令（TPC）	不适用
4	最多4层空间复用的PUSCH确认	全部（若为PUSCH传输模式2所配置的话）

【格式0】—用于确认PUSCH传输的资源

PDCCH的0123分别包含1、2、4、8个CCE，选用哪种格式的PDCCH，不仅取决于要传的数据个数，还取决于信道质量等因素，比如对小区边缘的UE，就应该用多的CCE以保证可靠性。
0123基本是按大类分，比如0上行，1下行，2是MIMO等，然后在大类里又分abcd几个小类对的。0上行，1下行，2 MIMO，3传TPC信息。

1,2,4,8对应的是CCE个数，也就是aggregation level，也就对应某个UE在当前TTI的PDCCH channel，或者公共PDCCH channel，选择多少个CCE一般是有UE的CQI决定的，如果信道质量比较好，则可以选择小的CCE个数，毕竟PDCCH是非常珍贵的资源。DCI是指当前TTI的不同PDCCH channel采用的格式，一般由传输模式决定，比如说0用于上行，1C一般用于SI,RAR,PAGING等，1A用于SFBC，2/2A用于SM。

DCI格式		通过DCI格式传输的信息
DCI 0	用于 PUSCH调度	格式0和格式1A区分的标志(1bit) 跳频标志位(1bit) 资源块分配和跳频资源分配调制编码方案和冗余版本(5bit) 新数据指示(1bit) 被调度的PUSCH的传输功率控制命令(2bit) 上行索引号(2bit) 下行索引号(2bit) CQI请求(1bit)
DCI 1	调度PDSCH单码字	资源分配类型0或者1(1bit) 资源块分配调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit）新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit)
DCI 1A	压缩调度of\|(PDSCH单码字&PDCCH命令发起的随机接入进程)	集中式和分布式VRB分配标志(1bit) 资源块分配调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit）新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit) 格式0和格式1A区分标志(1bit) 集中式和分布式VRB分配标志(1bit) 资源块分配随机接入导频序列号(6bit) PRACH掩码号(4bit) 用于单PDSCH码字的压缩调度的其余比特全部设置成0
DCI 1B	带有预编码信息的PDSCH单码字压缩调度	集中式和分布式VRB分配标志(1bit) 资源块分配调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit）新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit) 用于预编码的TPMI信息 TPMI信息用于预编码的PMI确认
DCI 1C	PDSCH单码字的高压缩调度	间距值(1bit) 资源块分配传输块尺寸索引(5bit)
DCI 1D	压缩调度of(带有预编码和功率偏移信息的PDSCH单码字)	集中式/分布式VRB分配标志位(1bit) 资源块分配调制编码方案 (5bit) HARQ进程数（4bit）新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) PUCCH传输功率控制命令(2bit) 下行分配索引(2bit) 用于预编码的TPMI信息 TPMI信息下行功率偏移(1bit)
DCI 2	调度PDSCH双码字	资源分配头（资源分配类型0/资源分配类型1）（1bit）资源块分配用于PUCCH的功控命令(2bit) 下行分配索引(2bit) HARQ进程数（4bit）传输块到码块映射标志位（1bit） TB1&TB2:调制编码方案 (5bit) 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) 预编码信息
DCI 2A	带有预编码的PDSCH双码字	资源分配头（资源分配类型0/资源分配类型1）（1bit）资源块分配用于PUCCH的TPC命令(2bit) 下行分配索引(2bit)；HARQ进程数（4bit）传输块到码块映射标志位（1bit） TB1&TB2:调制编码方案 (5bit) 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit) 预编码信息
DCI 2B	带扰码？的PDSCH双码字	资源分配头（资源分配类型0/资源分配类型1）（1bit）资源块分配下行分配索引(2bit) HARQ进程数（4bit）扰码标识(1bit) TB1&TB2:调制编码方案 (5bit) 新数据指示(1bit) 冗余版本(2bit)
DCI 3	PUCCH和PUSCH的TPC命令传输	TPC命令1，TPC命令2(2bit)
DCI 3A	PUCCH和PUSCH的TPC命令传输	TPC命令1，TPC命令2(1bit)

2 PDCCH过程

1.CRC

DCI进行CRC16处理，在其尾部添加了16比特，然后该16比特与相应的RNTI进行异或，最终得到CRC的输出数据。

2.维特比编码

维特比编码并行输出产生三路数据。

3.速率匹配

这部分则是将该三路数据按一定地址排列后，循环串行输出达到相应长度。这里的长度根据PDCCH信道的格式确定（稍后展开讨论）

4.复用

将不同的DCI放在一个子帧内，形成一段数据。

5.加扰

根据子帧号和cell_id算出Cinit。利用Cinit值对数据进行加扰，长度不发生变化。

6.调制

不同的调制方式，输出得到的数据长度也会不同，这里采用QPSK。输出长度减为一半。

7.层映射与预编码

8.quadruplet交织

四个数据为一组，根据速率匹配的地址进行重新排列。最后得到完整的一个子帧上PDCCH信道数据，后面进行资源映射。

附加说明：　　

　　每个PDCCH中，包含16bit的CRC校验，UE用来验证接收到的PDCCH是否正确，并且CRC使用和UE相关的Identity进行扰码，使得UE能够确定哪些PDCCH是自己需要接收的，哪些是发送给其他UE的。可以同来进行扰码的UE Identity包括有：C－RNTI， SPS－RNTI，以及公用的SI－RNTI， P－RNTI和RA－RNTI等。

　　每个PDCCH，经过CRC校验后，进行TBCC信道编码和速率匹配。eNodeB可以根据UE上报上来的CQI进行速率匹配。此时，对于每个PDCCH，就可以确定其占用的CCE数目的大小。

　　前面已经提到过，可用的CCE的编号是从0到NCCE－1。可以将CCE看作是逻辑的资源，顺序排列，为所有的PDCCH所共享。eNodeB 根据每个PDCCH上CCE起始位置的限制，将每个PDCCH放置在合适的位置。这时可能出现有的CCE没有被占用的情况，标准中规定需要插入NIL，NIL对应的RE上面的发送功率为-Inf，也就是0。

下行控制信道资源映射结构图

3 PDCCH位置

PDCCH在时域上占用每个子帧的1/2/3个OFDM符号（系统带宽为1.4MHz时，可能占用4个OFDM符号），符号个数有PCFICH指示。为了了解PDCCH的资源分配方式，我们首先介绍下LTE系统下行控制信道的资源粒度。

4 PDCCH检测

因为PDCCH是基站发送的指令，UE在此之前除了一些系统信息外没有接收过其他信息，因此UE不知道其占用的CCE数目大小，位置，以及传送的DCI format。因此，PDCCH的检测属于盲检测。

首先看一下UE如何知道传送的是哪种DCI format：对于DCI format，UE会根据自己当前的状态期望获得某一种DCI，比如其在Idle状态时期待的信息时paging SI；有上行数据准备发送时期待的是UE Grant，发起Random Access后期待的是RACH Response。对于不同信息UE使用相应的RNTI去和CCE信息做CRC校验，如果CRC校验成功，那么UE就知道的这个信息时自己所需要的，进一步根据调制编码方式解出DCI的内容。

UE只知道自己是什么DCI信息还不够，还得知道去哪里找这些信息。上一节说到在下行控制资源中（一般是1/2/3个OFDM符号），出去PHICH,PCFICH,以及CRS之后，将剩余的资源分配给PDCCH CCE，如果UE将所有的CCE遍历一边，那么对于UE来说计算量将会很大。因此，LTE系统将可用的CCE分成两种搜索空间，分别是公共搜索空间和UE特定搜索空间。另外，对于CCE数目为N的PDCCH，LTE规定了其起始位置必须是N的整数倍。下图给出了公共DCI和UE特定DCI及不同CCE个数对应的搜索空间。

公共搜索空间中传输的数据主要是包括系统信息、RAR、寻呼等消息，每个用户都要进行搜索。公共搜索空间的位置是固定了，总是在CCE0-CCE 16，并且公共搜索空间中AL只有4和8两种，因此用户在对公共搜索空间进行搜索时，从CCE0开始按照AL为4搜索4次，再以AL为8搜索2次。

对于UE特定的搜索空间，每个UE的搜索起始点是不同的，按照如下公式进行计算

其中，A=39827，D=65537，Y（-1）=UE ID, Alpha是聚合等级，NCCE表示CCE可用数目，K表示TTI索引。

从上面的公式可以看出UE特定的搜索空间的起始点取决于UE的ID（C－RNTI），子帧号，以及PDCCH的类型，因而，随着子帧的不同，UE特定的搜索空间也有所不同。这里需要指出的是UE特定的搜索空间和公共的搜索空间有可能是重叠的。

对于大小为N的PDCCH，在某一子帧内，对应某UE的特定搜索区间的起点就可以确定（起点可能落入公共搜索区间的范围内），UE从起始位置开始，依次进行对应大小PDCCH的盲检（也就是满足大小为N的PDCCH，其起始点的CCE号必须为N的整数倍）。对于公共搜索区间和UE特定搜索区间重叠的情形，如果UE已经在公共搜索区间成功检测，那么UE可以跳过重叠部分对应的特定搜索区间。

因此，UE进行盲检测的次数可以计算如下：公共搜索空间搜索次数6次+UE特定搜索空间搜索16次（可以通过上图计算得到）。UE在PDCCH搜索空间进行盲检时，只需对可能出现的DCI进行尝试解码，并不需要对所有的DCI格式进行匹配。UE在同一个时刻所处的状态只有两种。因此，PDCCH盲检的总次数不超过44次。