LTE系统中PDCCH资源分配算法的研究*

李小文，贾海峰

(重庆邮电大学重庆市移动通信技术重点实验室 重 庆400065)

1 引言

LTE作为下一代无线网络同时支持多数据量和多话音用户，这些用户在每个无线帧上共享上行和下行资源。基站必须发送用于用户资源分配的信令，在LTE无线标准中，这种信令是通过PDCCH传输的。分配给PDCCH的资源数是不同的，如果分配的资源数太小，下行和上行的调度将不足以覆盖所有的用户，从而增加PDCCH阻塞率；如果分配的资源数太大，用于传输信令的资源将会浪费。因此，有两个问题需要解决：第一个是如何决定分配给PDCCH的资源数，第二个是采取何种方案才能更有效地利用资源。

[1]提出根据CQI固定CCE聚合等级的算法实现资源分配，该方法可以兼顾小区容量和编码增益，但是由于固定了CCE聚合等级，分配的成功率不高；参考文献[2]提出采用自适应CCE聚合等级的算法实现资源分配，该方法可以提高资源分配成功率，但是由于从最小CCE聚合等级进行分配，CCE利用率不高，且终端盲检复杂度增加。

鉴于此，本文结合这两种算法提出了一种改进后的算法，通过仿真比较3种算法的阻塞率和资源利用率，为系统选择一种最佳算法。

2 PDCCH的内容和结构

在LTE系统中，PDCCH用于传输上下行的调度控制信息 DCI（downlink control information，下行控制信息），决定PUSCH（physical uplink shared channel，物理上行数据信道）和 PDSCH（physical downlink shared channel，物理下行数据信道）的资源分配、调频类型和传输模式等控制信息。

为了降低UE（user equipment，用户设备）盲检的次数，LTE支持4种PDCCH格式，见表1，每种格式对应不同的CCE,，每个 CCE 包含 9个 REG（resource element group,资源元素组），每个 REG包含 4个 RE（resource element，资源元素），即一个CCE包含36个RE，72个比特信息的一个连续资源块[3]。

表1 PDCCH格式

LTE协议规定，控制区域是由CCE的集合组成的，CCE的编号为0到 NCCE,k-1，其中 NCCE,k是子帧 k中用于PDCCH控制区域的总的CCE个数。每个PDCCH的起始位置不仅要满足i mod n=0，这里的i是CCE序号[3]，还要满足 L{（Yk+m）mod NCCE,k/L}+i，Yk的定义与使用的搜索空间有关，i=0,…，L-1，m=0,…,M(L)-1，M(L)是在给定的搜索空间中需要检测的PDCCH的信道个数[4]。

对于每一个UE，存在两种承载PDCCH信道的CCE搜索空间，即公共搜索空间和UE专用搜索空间。其中，公共搜索空间主要用于承载通知UE接收广播、寻呼信息的PDCCH信道，所有UE共用；而专用搜索空间则针对每一个UE进行分配，即当UE被调度时，发送给它的PDCCH信道只可能由公共搜索空间或属于它的专用搜索空间的CCE承载。LTE标准中目前定义了每种PDCCH格式对应的CCE个数及CCE搜索空间候选集大小，终端监视的候选PDCCH数目见表2[4]。

表2 终端监视的候选PDCCH数目

3 PDCCH资源分配

LTE标准和产品中并没有规定实现PDCCH资源分配的具体算法，目前主要有两种实现方案：固定CCE聚合等级算法(算法1)和自适应聚合等级算法(算法2)。

3.1 算法1分析

固定CCE聚合等级算法的具体步骤如下[1]。

（1）根据 CQI信息，确定一个无线帧中每个可选的PDCCH可承载的最大比特数。

（2）根据确定的每个PDCCH可承载的最大比特数以及当前需要传输的控制信令的数据量，确定每个PDCCH的质量参数。

（3）将确定的所有PDCCH的质量参数中最大的质量参数与阈值进行比较，根据比较结果从一个无线帧中所有可选的PDCCH中选择一个，并确定选择的PDCCH对应的控制信道块数量。

（4）根据 L{（Yk+m）mod NCCE,k/L}+i计算 CCE 起始位置，并映射到PDCCH上。如果候选空间都被占用，则表明该UE被阻塞，跳过此UE进行下一UE的资源分配。

该算法可以在确定CCE数量时，兼顾小区容量和PDCCH解调性能，使得选择的CCE的数量比较合理，从而降低了对小区容量和PDCCH传输质量的影响[1]。采用该算法的缺点是：当信道环境质量较好时，如果固定的PDCCH聚合等级太大，则浪费了PDCCH资源，减少了可支持的调度用户数；当信道环境质量较差时，如果固定的PDCCH聚合等级太小，则可能无法正确检测到PDCCH，从而影响上行共享数据信道的检测性能。

3.2 算法2分析

自适应聚合等级算法的具体步骤如下[2]。

（1）计算PDCCH可用的总的CCE数。

（2）计算公共空间CCE数，为公共空间分配CCE数，取总的CCE数与16的最小值作为公共空间CCE数。基站从待分配公共空间CCE的DCI队列中，依次取出DCI，按照CCE聚合度为4计算所取出的DCI分配的CCE，并向DCI进行CCE的分配。

（3）计算上行和下行可用的CCE聚合等级集合，其中，该上行可用的CCE聚合等级集合的最大值为：分配给上行DCI的CCE个数和该上行DCI个数的比值，并向上取整为集合{1,2,4,8}中的最小值；该下行可用的CCE聚合等级集合的最大值为：分配给下行DCI的CCE个数和该下行DCI个数的比值，并向上取整为{1,2,4,8}中的最小值。

（4）从可用聚合等级集合中最小的等级开始分配，如果当前等级所有候选空间都被占用，则按等级递增顺序选取聚合等级继续分配，直到成功或所有聚合等级集合中的值都遍历完。

当又一次取出的聚合等级的值计算得到的CCE被占用时，可以再次从该集合中依次取出另一个聚合度的值来计算分配所需的CCE，直到该UE成功分配到CCE或该集合的值被取遍。如此，提高了分配CCE的成功率，但是由于总是从最小等级开始取值，使得资源利用率降低，并且终端盲检的复杂度增加。

3.3 改进后算法

改进后算法的具体步骤如下。

（1）首先分配公共空间，根据3.2节计算公共空间CCE数，为公共空间分配CCE数。基站从待分配公共空间CCE的DCI队列中依次取出DCI，按照CCE聚合度为4计算所取出的DCI分配的CCE，并将分配给DCI的CCE映射到PDCCH。

（2）为UE专用空间分配资源，根据每个UE等级的不同，先分配等级高的DCI。根据3.1节确定DCI的初始CCE聚合等级，计算当前聚合等级下的CCE位置，如果有未被占用的位置，则分配此CCE位置，并将分配给DCI的CCE映射到PDCCH；如果所有的候选位置都被占用，则执行步骤（3）。

（3）根据3.2节确定当前DCI所属上行或下行可用的CCE聚合度集合，按照靠近初始值的顺序选择CCE聚合等级，计算当前聚合等级下的CCE位置，如果有未被占用的位置，则分配此CCE位置，并将分配给DCI的CCE映射到PDCCH；如果所有的候选位置都被占用，则选取下一聚合等级，直到分配成功或遍历所有可用CCE聚合等级集合。

此算法将PDCCH分为公共和UE专用两种类型，并且能够保证公共PDCCH优先得到资源配置，因此公共PDCCH不会受限于PDCCH分配，在一定程度上解决了PDCCH检测性能和增加可支持的调度用户数之间的冲突问题。

此外，该算法首先根据3.1节确定DCI聚合等级进行资源分配，兼顾了小区容量和PDCCH解调性能，使得选择的CCE的数量比较合理，从而降低了对小区容量和PDCCH传输质量的影响，并能在保证PDCCH传输质量的同时，尽量减少占用的CCE，从而增加了小区承载的终端数量。根据3.2节自适应分配资源，提高了资源利用率和UE覆盖率。

4 仿真条件和结果

假定用于PDCCH资源分配的CCE有40个，对应10 MHz下行带宽3个OFDM符号，为15个UE分配资源。这里假定每个UE只有一个DCI，实际通信中可能一个UE对应几个DCI[5]。仿真过程中在上下子行帧配置1[3]，固定带宽和用户条件下，在4个下行子帧中分别为15个UE分配资源，循环1 000次统计平均阻塞率和CCE利用率，结果如图1和图2所示。

从图1中可以看出，改进后的算法所对应的阻塞率低于算法1，这是因为改进后的算法具有自适应性，在原本被阻塞的情况下，在聚合等级中选取其他等级进行分配，这就降低了阻塞率。改进后算法的阻塞率高于算法2，这是因为两者都具有自适应性，但是算法2每次分配资源时都是从最小等级开始分配，而改进后算法的初始等级不一定是最小，因此改进后算法的阻塞率略高。但从终端考虑，算法2所造成的复杂度明显高于其他两种，特别是当信道质量不好时，一个CCE很难确保终端可以检测成功。

从图2中可以明显看出，改进后的算法所对应的CCE利用率是最高的。从整个系统来看，改进后的算法是最优的。

5 结束语

本文从理论分析出发，通过建立PDCCH链路进行MATLAB仿真，从仿真结果可以看出，改进后算法的UE阻塞率和CCE利用率都表现出较好的性能，验证了算法的可行性和有效性。

参考文献

1 崔潇扬,李远军,张龙.一种确定信道控制块数量的方法和设备.中国：200910086886.5,2009

2 谭源春,彭佛才.一种控制信道资源的分配方法及装置.中国：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