LTE系統中PDCCH資源分配算法的研究*

李小文，賈海峰

(重慶郵電大學重慶市移動通信技術重點實驗室 重 慶400065)

1 引言

LTE作為下一代無線網絡同時支持多數據量和多話音用戶，這些用戶在每個無線幀上共享上行和下行資源。基站必須發送用于用戶資源分配的信令，在LTE無線標準中，這種信令是通過PDCCH傳輸的。分配給PDCCH的資源數是不同的，如果分配的資源數太小，下行和上行的調度將不足以覆蓋所有的用戶，從而增加PDCCH阻塞率；如果分配的資源數太大，用于傳輸信令的資源將會浪費。因此，有兩個問題需要解決：第一個是如何決定分配給PDCCH的資源數，第二個是采取何種方案才能更有效地利用資源。

[1]提出根據CQI固定CCE聚合等級的算法實現資源分配，該方法可以兼顧小區容量和編碼增益，但是由于固定了CCE聚合等級，分配的成功率不高；參考文獻[2]提出采用自適應CCE聚合等級的算法實現資源分配，該方法可以提高資源分配成功率，但是由于從最小CCE聚合等級進行分配，CCE利用率不高，且終端盲檢復雜度增加。

鑒于此，本文結合這兩種算法提出了一種改進后的算法，通過仿真比較3種算法的阻塞率和資源利用率，為系統選擇一種最佳算法。

2 PDCCH的內容和結構

在LTE系統中，PDCCH用于傳輸上下行的調度控制信息 DCI（downlink control information，下行控制信息），決定PUSCH（physical uplink shared channel，物理上行數據信道）和 PDSCH（physical downlink shared channel，物理下行數據信道）的資源分配、調頻類型和傳輸模式等控制信息。

為了降低UE（user equipment，用戶設備）盲檢的次數，LTE支持4種PDCCH格式，見表1，每種格式對應不同的CCE,，每個 CCE 包含 9個 REG（resource element group,資源元素組），每個 REG包含 4個 RE（resource element，資源元素），即一個CCE包含36個RE，72個比特信息的一個連續資源塊[3]。

表1 PDCCH格式

LTE協議規定，控制區域是由CCE的集合組成的，CCE的編號為0到 NCCE,k-1，其中 NCCE,k是子幀 k中用于PDCCH控制區域的總的CCE個數。每個PDCCH的起始位置不僅要滿足i mod n=0，這里的i是CCE序號[3]，還要滿足 L{（Yk+m）mod NCCE,k/L}+i，Yk的定義與使用的搜索空間有關，i=0,…，L-1，m=0,…,M(L)-1，M(L)是在給定的搜索空間中需要檢測的PDCCH的信道個數[4]。

對于每一個UE，存在兩種承載PDCCH信道的CCE搜索空間，即公共搜索空間和UE專用搜索空間。其中，公共搜索空間主要用于承載通知UE接收廣播、尋呼信息的PDCCH信道，所有UE共用；而專用搜索空間則針對每一個UE進行分配，即當UE被調度時，發送給它的PDCCH信道只可能由公共搜索空間或屬于它的專用搜索空間的CCE承載。LTE標準中目前定義了每種PDCCH格式對應的CCE個數及CCE搜索空間候選集大小，終端監視的候選PDCCH數目見表2[4]。

表2 終端監視的候選PDCCH數目

3 PDCCH資源分配

LTE標準和產品中并沒有規定實現PDCCH資源分配的具體算法，目前主要有兩種實現方案：固定CCE聚合等級算法(算法1)和自適應聚合等級算法(算法2)。

3.1 算法1分析

固定CCE聚合等級算法的具體步驟如下[1]。

（1）根據 CQI信息，確定一個無線幀中每個可選的PDCCH可承載的最大比特數。

（2）根據確定的每個PDCCH可承載的最大比特數以及當前需要傳輸的控制信令的數據量，確定每個PDCCH的質量參數。

（3）將確定的所有PDCCH的質量參數中最大的質量參數與閾值進行比較，根據比較結果從一個無線幀中所有可選的PDCCH中選擇一個，并確定選擇的PDCCH對應的控制信道塊數量。

（4）根據 L{（Yk+m）mod NCCE,k/L}+i計算 CCE 起始位置，并映射到PDCCH上。如果候選空間都被占用，則表明該UE被阻塞，跳過此UE進行下一UE的資源分配。

該算法可以在確定CCE數量時，兼顧小區容量和PDCCH解調性能，使得選擇的CCE的數量比較合理，從而降低了對小區容量和PDCCH傳輸質量的影響[1]。采用該算法的缺點是：當信道環境質量較好時，如果固定的PDCCH聚合等級太大，則浪費了PDCCH資源，減少了可支持的調度用戶數；當信道環境質量較差時，如果固定的PDCCH聚合等級太小，則可能無法正確檢測到PDCCH，從而影響上行共享數據信道的檢測性能。

3.2 算法2分析

自適應聚合等級算法的具體步驟如下[2]。

（1）計算PDCCH可用的總的CCE數。

（2）計算公共空間CCE數，為公共空間分配CCE數，取總的CCE數與16的最小值作為公共空間CCE數。基站從待分配公共空間CCE的DCI隊列中，依次取出DCI，按照CCE聚合度為4計算所取出的DCI分配的CCE，并向DCI進行CCE的分配。

（3）計算上行和下行可用的CCE聚合等級集合，其中，該上行可用的CCE聚合等級集合的最大值為：分配給上行DCI的CCE個數和該上行DCI個數的比值，并向上取整為集合{1,2,4,8}中的最小值；該下行可用的CCE聚合等級集合的最大值為：分配給下行DCI的CCE個數和該下行DCI個數的比值，并向上取整為{1,2,4,8}中的最小值。

（4）從可用聚合等級集合中最小的等級開始分配，如果當前等級所有候選空間都被占用，則按等級遞增順序選取聚合等級繼續分配，直到成功或所有聚合等級集合中的值都遍歷完。

當又一次取出的聚合等級的值計算得到的CCE被占用時，可以再次從該集合中依次取出另一個聚合度的值來計算分配所需的CCE，直到該UE成功分配到CCE或該集合的值被取遍。如此，提高了分配CCE的成功率，但是由于總是從最小等級開始取值，使得資源利用率降低，并且終端盲檢的復雜度增加。

3.3 改進后算法

改進后算法的具體步驟如下。

（1）首先分配公共空間，根據3.2節計算公共空間CCE數，為公共空間分配CCE數。基站從待分配公共空間CCE的DCI隊列中依次取出DCI，按照CCE聚合度為4計算所取出的DCI分配的CCE，并將分配給DCI的CCE映射到PDCCH。

（2）為UE專用空間分配資源，根據每個UE等級的不同，先分配等級高的DCI。根據3.1節確定DCI的初始CCE聚合等級，計算當前聚合等級下的CCE位置，如果有未被占用的位置，則分配此CCE位置，并將分配給DCI的CCE映射到PDCCH；如果所有的候選位置都被占用，則執行步驟（3）。

（3）根據3.2節確定當前DCI所屬上行或下行可用的CCE聚合度集合，按照靠近初始值的順序選擇CCE聚合等級，計算當前聚合等級下的CCE位置，如果有未被占用的位置，則分配此CCE位置，并將分配給DCI的CCE映射到PDCCH；如果所有的候選位置都被占用，則選取下一聚合等級，直到分配成功或遍歷所有可用CCE聚合等級集合。

此算法將PDCCH分為公共和UE專用兩種類型，并且能夠保證公共PDCCH優先得到資源配置，因此公共PDCCH不會受限于PDCCH分配，在一定程度上解決了PDCCH檢測性能和增加可支持的調度用戶數之間的沖突問題。

此外，該算法首先根據3.1節確定DCI聚合等級進行資源分配，兼顧了小區容量和PDCCH解調性能，使得選擇的CCE的數量比較合理，從而降低了對小區容量和PDCCH傳輸質量的影響，并能在保證PDCCH傳輸質量的同時，盡量減少占用的CCE，從而增加了小區承載的終端數量。根據3.2節自適應分配資源，提高了資源利用率和UE覆蓋率。

4 仿真條件和結果

假定用于PDCCH資源分配的CCE有40個，對應10 MHz下行帶寬3個OFDM符號，為15個UE分配資源。這里假定每個UE只有一個DCI，實際通信中可能一個UE對應幾個DCI[5]。仿真過程中在上下子行幀配置1[3]，固定帶寬和用戶條件下，在4個下行子幀中分別為15個UE分配資源，循環1 000次統計平均阻塞率和CCE利用率，結果如圖1和圖2所示。

從圖1中可以看出，改進后的算法所對應的阻塞率低于算法1，這是因為改進后的算法具有自適應性，在原本被阻塞的情況下，在聚合等級中選取其他等級進行分配，這就降低了阻塞率。改進后算法的阻塞率高于算法2，這是因為兩者都具有自適應性，但是算法2每次分配資源時都是從最小等級開始分配，而改進后算法的初始等級不一定是最小，因此改進后算法的阻塞率略高。但從終端考慮，算法2所造成的復雜度明顯高于其他兩種，特別是當信道質量不好時，一個CCE很難確保終端可以檢測成功。

從圖2中可以明顯看出，改進后的算法所對應的CCE利用率是最高的。從整個系統來看，改進后的算法是最優的。

5 結束語

本文從理論分析出發，通過建立PDCCH鏈路進行MATLAB仿真，從仿真結果可以看出，改進后算法的UE阻塞率和CCE利用率都表現出較好的性能，驗證了算法的可行性和有效性。

參考文獻

1 崔瀟揚,李遠軍,張龍.一種確定信道控制塊數量的方法和設備.中國：200910086886.5,2009

2 譚源春,彭佛才.一種控制信道資源的分配方法及裝置.中國：200910085500.9,2009

3 3GPP TS 36.211 v9.1.0.3rd Generation Partnership Project,Technical Specification Group Radio Access Network,Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA),Physical Channels and Modulation(Release 9),2010

4 3GPP TS 36.213 v9.1.0.3rd Generation Partnership Project,Technical Specification Group Radio Access Network,Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA),Physical Layer Procedures(Release 9),2010

5 Stefania Sesia,Issam Toufik,Matthew Baker.LTE——the UMTS Long Term Evolution from Theory to Practice.A John Wiley and Sons,Ltd,Publication,2009