云計算無線接入網下的物理下行控制信道增強

杜 寧

（中國聯合網絡通信有限公司哈爾濱市分公司，黑龍江 哈爾濱 150010）

0 引 言

隨著近年來我國科學技術水平的不斷提升，無線接入網相關技術獲得了空前發展，尤其是異構網、增強小區間干擾協調以及聚合載波等相關技術。在此背景下，必須科學控制物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）容量，確保系統正常運行[1]。實踐表明，PDCCH幾乎占用了物理資源的全部帶寬，因此導致異構網絡下行控制信道干擾協調較差。尤其是在多天線列陣持續穩定環境中，PDCCH無法像物理下行共享信道（Physical Downlink Share Channel，PDSCH）獲得波速賦形增益。基于上述種種情形，在制定第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP） Release11 時，應用現代化科學技術進一步增強了系統穩定性。筆者梳理相關學者的研究資料，總結云計算無線接入網下的物理下行控制信道增強方案，希望能為相關工作人員制定無線接入網下物理下行控制信道增強方案提供幫助。

1 基于云計算的無線接入網構架及其增強PDCCH的可能性

作為當前使用頻率最高、應用效果最佳的集中式/協作式/云計算無線接入網，基于云計算的無線接入網構架（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）不僅在通用移動通信技術的長期演進（Long Term Evolution，LTE）中獲得了廣泛應用，還在無線接入網中獲得了廣泛應用，如全球移動通信系統（Global System for Mobile Communications，GSM）、時分同步碼分多址系統（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）等[2]。這一情形出現的原因在于C-RAN優越的結構。

C-RAN中各遙控發射單元（Remote Radio Unit，RRU）無法與基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）進行直連，而是通過快速交換網與BBU相連。這一連接方式的最大優勢是能夠科學協調小區間的有效資源，達到降低運維支出成本的目的。

在C-RAN中，如果各RRU信號相同而地理位置不同，如一個RRU在居民區，另一RRU在辦公區，那么可將其連接于同一扇區。此外，每個RRU都具備多載波支持功能，能夠有效應對“潮汐效應”。通過這種組網方式還能夠有效降低PDCCH的使用量，高效地完成小區間的PDCCH協調工作。

2 增強型物理下行鏈路控制信道空口資源介紹

增強型物理下行鏈路控制信道（Enhanced Physical Downlink Control Channel，EPDCCH）增強型資源粒子群與PDCCH雖然存在共同處，但是仍然具有本質上的區別，主要在于受到聚合等級的影響，其傳輸性能受到限制，一個EPDCCH只能從增強型控制信道單元（Enhanced Control Channel Element，ECCE）上傳輸。ECCE受到增強型資源單元組（Enhanced Resource Element Group，EREG）的制約，導致在實際信號傳輸中與PDCCH存在較大區別。

2.1 EPDCCH占用的物理資源塊

在每個EPDCCH的小區邊緣終端（User Experience，UE）中，只能為其配置1～2個EPDCCH集合。EPDCCH僅能在其配置的EPDCCH集合上傳輸，因此當某住宅小區在開展接入網設計時若為UE配置了2個EPDCCH集合，而這2個EPDCCH集合又各自包含4個和8個物理資源塊（Physical Resource Block pair，PRB pair），將導致二者可配置的PRB pair數量存在較大差異。再加之EPDCCH集合只能用于被特定UE接收，就造成即使在同一個PRB pair上也不能同時進行EPDCCH與PDSCH之間的數據傳輸，而僅用于特定UE數據傳輸。

2.2 增強型資源粒子群EREG

引入EREG的主要目的是對EPDCCH映射到資源單元（Resource Element，RE）的方式進行定義，而利用長期演進技術升級版（Long Term Evolution Advanced，LTE-A）進行EREG資源單元定義的主要是為了能夠更加科學高效地分配物理控制格式指示器通道（Physical Control Format Indicator Channel，PCFICH）、物理指示信道（Physical Hybrid Indicator Channel，PHICH）等數據資源，即在PCFICH、PHICH資源分配中，以EREG為單位，將數據信號映射至REA上時，無須考慮參考信號（Demodulation Reference Signal，DMRS）調節情況，僅遵循EREG頻域先于時域順序原則即可。通過這種交織技術的科學應用，可將所有物理資源上的RE平均分配于頻域與時域[3]。在PRB pair內，共有16個EREG。為保證應用中不出現混淆情況，設計時按0～15進行編號。通常情況下，每個EREG包含9個RE，而在擴展循環前綴情形下，每個EREG僅有8個RE。所有編號為n的RE共同構成EREG#n，表明在同一個PRB pair內，所有編號相同的RE組成一個EREG[4]。此外，所組成EREG的RE無法完全被用于EPDCCH傳輸，而在PDCCH所在控制區域或小區特定參考信號范圍內，CSI參考信號占用的RE也無法被用作EPDCCH傳輸。

2.3 增強型控制信道粒子ECCE

LTE-A存在的目的是便于大量數據信息傳輸運行，為資源數據分配提供后臺程序支持。本文中PDCCH最低資源組為RE共計36個，而每9個RE資源組合又組成了REG資源組，4個REG資源組又組成了一個CCE資源組，多個CCE資源組又組成了PDCCH資源集合。根據不同的資源前綴和子幀配合，整體上ECCE資源組中的分組不同，具體如表1所示。

表1 不同情況下ECCE所含EREG數量表

由表1可知，1個PRB pair中包含16個EREG。假定1個ECCE包含NECCEEREG個EREG，那么1個PRB pair就包含16/NECCEEREG個ECCE情況。

3 PDCCH增強方案

C-RAN本身具有較強的構架優越性，而增強PDCCH主要包含PDCCH資源預留、PDCCH聯合發射、跨載波調度、增強物理下行控制信道（Enhanced Physical Downlink Control Channel，EPDCCH）等，因此本研究主要針對上述4個重要組成部分進行論述。

3.1 PDCCH資源預留

在C-RAN下，小區之間的協調變得更加容易。為保證小區各個空間的控制信道單元（Control Channel Element，CCE）數量相同、位置一致，一般通過控制天線配置數量和控制符號數量等方式實現。如果2個小區距離較近，一個小區使用了某個CCE后，應避免其鄰近小區采用同種規格和形式的CCE，避免出現信號干擾現象。在實際應用過程中，也可以通過對RE進行打孔、基站功率置零的方式降低干擾[5]。需要注意的是，在資源預留方案中，不同小區具有的頻率偏移/子載波偏移不同，因此資源預留效果往往達不到預期。導致這一現象的主要原因是相鄰小區在發送參考信號時未能高效落實資源預留，常采用多種資源預留方案，造成運行工況復雜，最終導致信號干擾較大。

3.2 PDCCH聯合發射

同PDCCH資源預留一樣，相鄰小區可幫助本小區發射相同PDCCH的符號級信號。如果相鄰小區使用相同資源單元的參考信號，RE發射可參考鄰區信號，從而為PDCCH聯合發射提供分集增益[6]。因為不同小區具備的頻率偏移不同，所以PDCCH聯合發射效果并不理想，但同資源預留相比，產生的效果還是更勝一籌。

3.3 跨載波調度

可以通過跨載波調度降低PDCCH資源集合組間干擾。3GPP Release10終端支持載波聚合（Carrier Aggregation，CA）。該載波可以作為降低通信干擾的載體。例如，將PDCCH放在低頻載波上，將PDSCH/PUSCH放在高頻載波上，能夠實現跨載波科學調度，降低高低頻率載波的干擾影響。

3.4 EPDCCH及其增強

所述EPDCCH增強是指針對3GPP Release11及以后版本的PDCCH增強[7]。EPDCCH增強的主要參考對象是EPDCCH，那么如何有效增強其實際網絡中的使用性能，實現對EPDCCH小區間的干擾協調，可參照圖1、圖2基于物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）的結構進行配置。

圖1 EPDCCH的EREG組成

圖2 集中式EPDCCH的ECCE組成

對于C-RAN增強及其性能研究，可從EPDCCH結構出發進行分析。

在常規循環前綴（Cyclic Pre-fix，CP）和子載波間隔（15 kHz）下的常規下行子幀中，每個PRB有168個RE。通過對各個RE進行編號，相同編號的9個RE可組成一個EREG，因此一個PRB擁有16個EREG。

由圖1可知，編號相隔4的4個EREG能組成一個ECCE，那么就出現一個PRB有4個ECCE情形。以此類推，承載一條EPDCCH信道的ECCE使用量一般需要2個、4個、8個、16個或32個。

從PRB結構上看，EPDCCH信道與PDSCH信道存在許多相似之處。在具體運行實踐中，為保障小區邊緣用戶使用的安全性和可靠性，應切實做好RBG0和RBG1預留工作，并對小區承載的EPDCCH進行聯合發射、聯合波束賦形、資源預留、動態選擇及跨載波調度，從而穩定提升小區間內EPDCCH實際應用的安全性能。

4 結 論

本文主要探究云計算模式下無線接入網物理下行控制信道的增強方案，旨在解決C-RAN下PDCCH難以增強和傳統LTE接入網協調不充分、難以實現等問題。基于眾學者研究成果的借鑒與參考，重點剖析C-RAN下的資源預留、聯合發射、跨載波調度等有效PDCCH增強方案，希望能為相關執業者提供借鑒與指導。