LTE-Advanced系統中下行物理層方面的載波聚合技術的研究

謝 聰

（同濟大學電子與信息工程學院，上海 201804）

1 引言

在物理層，如圖1所示，每個傳輸塊映射到一個服務小區的一個CC上。即使UE同時在多個CC被上調度，HARQ、調制、編碼和資源分配以及對應的信令都是在每個CC上獨立進行的。

圖1 載波聚合時MAC到物理層的映射

2 下行控制信令

同 Release 8，每個下行 CC在每個子幀開始處都有含PCFICH、PDCCH和PHICH的控制信令區。

2.1 下行物理控制信道（PDCCH）

同Release 8，每個下行CC上都有可能有一個PDCCH承載對這個CC的下行資源分配和對相應上行CC（根據SIB2中指示的上下行CC之間的關聯）的上行資源授權。

此外，載波聚合的一個關鍵特征是跨載波調度。這個使得一個CC上的PDCCH可以通過在PDCCH消息的最開始增加一個新的3比特的載波指示域（CIF）來調度指示另一個CC上的數據傳輸。其他 Release 8定義的 PDCCH控制信道元素（CCE）結構、編碼和消息內容在引入載波聚合后也不變。每個CC上CIF使用與否是UE特定（通過RRC信令）半靜態配置的。當配置時，CIF僅僅出現在PDCCH消息中UE特定的搜索空間里，不是公共搜索空間。

對于給定CC上的數據傳輸，UE將在一個CC上接收調度信息，或者是相同的CC，或者在跨載波調度情況下是不同的CC；從PDCCH到PDSCH的映射也是半靜態配置的。圖2為一些配置實例。

圖2 PDCCH調度消息到數據傳輸CC的映射配置實例

對于PDCCH監測的那個服務小區的CC，UE至少會在該服務小區的相同CC上搜索PDCCH的消息。在圖2（b）所示的例子中，UE為獲得CC1上的資源分配而監測服務小區1的CC1上的PDCCH，而CC1的資源不能被服務小區的其他CC來跨載波調度。而UE也來搜索CC1上有CIF的PDCCH來獲得對CC2和CC3的資源分配，而不需要監測CC2和CC3上的PDCCH（CC2和CC3分別對應服務小區2和3）。

配置了CIF的UE將用監測到的PDCCH上的CIF值來識別相應的PUSCH和PDSCH需要在哪個服務小區上發送。簡單來說，CIF值設定與對應小區序號相同。

如果UE沒有配置CIF，那么從某個給定的服務小區接收到的上行授權或者下行分配將對應在相同服務小區上的PUSCH或者PDSCH的傳輸。

顯然在載波聚合情況下，UE需要執行的處理數量遠大于Release 8。此結論也適用于PDCCH解碼，在最差的情況下，UE需要執行的盲檢測將隨著配置的CC數量線性增長。任何一個子幀里，在單載波情況下最大的盲檢數目為44（12次在公共搜索空間，32次在UE特定搜索空間）。

當配置了載波聚合時，UE需要執行的最大的盲檢總數是：對PCell是44次，對每個激活的下行SCC是32次。

對UE監測任何下行CC上沒有配置CIF的PDCCH，搜索空間和Release 8一樣。

在跨載波調度情況下，總的搜索空間大小（CCE的個數）將擴展超過Release 8的大小。對于任何一個給定的UE，位于一個CC控制區的UE特定搜索空間分別依各個聚合級別根據關聯到這個 CC上（提供對應的控制信令）的每個 CC的PUSCH/PDSCH來定義。

如果所有CC之間的DCI格式大小相同，那么在給定的控制區域針對不同CC的UE特定搜索空間是共享的。對任何UE監測有CIF PDSCH的CC，在PDSCH/PUSCHCC的子幀聚合級別為的UE特定搜索空間由一組PDCCH候選集合定義。在搜索空間PDCCH的候選對應的CCE為：

其中是 UE特定子幀到子幀搜索空間跳頻序列的輸出,i=0，…，L-1，m=0，…，是在給定搜索空間中監測的PDCCH候選數目，為在子幀控制k控制區的總CCE數目。

UE特定搜索空間的設計如圖3所示。

圖3 多CC時的UE特定搜索空間

對于公共搜索空間，式（1）中的為0.對UE沒有配置CIF時同樣適用。

下面重點講解異構網絡中的跨載波調度。

LTE-Advanced中的跨載波調度最主要的動機就是為了在異構網絡部署情況下支持 PDCCH的小區間干擾協調（ICIC）。圖 4表示宏小區和小小區共享兩個下行 CC（CC1和 CC2）情況下的典型異構網絡部署場景。小小區用低發射功率使用兩個CC，宏小區在CC1用高發射功率，在CC2上降低功率發射。在CC1上，宏小區將對小小區產生較大的干擾，所以小小區將通過使用 CC2上的 PDCCH來進行跨載波調度CC1上的數據傳輸而受益。而宏小區也不在CC2上發送PDCCH（或者以低功率發送PDCCH），而是使用CC1通過跨載波調度來調度在CC1和CC2上的數據傳輸。這樣有效地提供了PDCCH的ICIC，且對于PDSCH數據來說還可以繼續采用Release 8的ICIC機制。

圖4 典型的宏小區和微小區公用兩個CC的異構網絡部署

2.2 物理控制格式指示信道（PCFICH）

由于可能不同CC上的負載不同，下行控制區使用的OFDM符號數目，也就是PDSCH的起始點，對每個CC可以獨立設置。但是，因為在一個有數據發送的SCell的CC上存在不可靠的PDCCH接受而采用跨載波調度時，同樣影響PDCCH的小區干擾也將影響PDFICH，因為它們都在這個CC同樣的控制區。為解決這個問題且不帶來過大的信令開銷，Release 10提供一個機制使得跨載波調度的PDSCH的每個CC上第一個OFDM符號的序號可以半靜態地信令配置。這樣就避免了跨載波調度的UE在目標CC上解調PCFICH的必要。需要注意的是，這樣并不會影響eNodeB動態調整每個CC上控制區大小（盡管子啊很多異構網絡場景下，相對靜態的控制區大小更合適來做ICIC）。如果靜態信令通知的大小大于使用的控制區大小，額外的OFDM符號還是可以用于非跨載波調度的UE的數據傳輸，如果使用較長惡控制區大小，那么會降低跨載波調度的UE的PDSCH解調性能。

2.3 物理HARQ指示信道（PHICH）

載波聚合中 PHICH（用于發送對應上行數據傳輸的混合ARQ的ACK/NACK）的設計基于Release 8定義的設計原則：物理傳輸方面（正交碼設計、調制、擾碼序列和資源元素的映射等）都是一致的。PHICH在發送對應上行資源授權的下行CC上發送；這個特別對有些CC在控制區受到強的小區間干擾的異構網絡部署情況下有益處。如果采用跨載波調度，一個下行CC將會承載多個上行CC的PHICH信息，所以講增加PHICH碰撞的概率（因為PHICH的次序是由對應的PUSCH傳輸的最低PRB決定的，這樣對于多個上行CC，它們的序號可能相同）。為避免這種情況，可以對會在相同下行CC的控制區發送PHICH的上行CC配置不同的PUSCH解調參考信號，這樣PHICH的次序也就偏移了。而且eNodeB的調度器也可以選擇不同CC的上行資源分配的不同起始PRB來避免碰撞。

3 小結

在Release 10中引入LTE-Advanced載波聚合主要來自三個動機：支持高數據速率，有效利用離散頻譜，通過跨載波調度支持異構網絡的部署。對載波聚合的增強，也勢必是現階段及未來研究重點。

[1] 3GPP Technical Report 36.913. Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)(LTE-Advanced)[J],www.3gpp.org.

[2] 3GPP Technical Report 36.815.LTE-Advanced Feasibility Studies in RAN WG4 (Release 9) [J],www.3gpp.org.

[3] 3GPP Technical Specification36.213.Physical Layer Procedures (Release10) [J],www.3gpp.org.

[4] 3GPP Technical Report 25.814.Physical Layer Aspects for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)(Release 7) [J],www.3gpp.org.

[5] 3GPP Technical Specification 36.101.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);User Equipment(UE)Radio Transmission and Reception(Release10)[J],www.3gpp.org.