LTE－A系统DCI盲检测方法的实现过程研究

林威林，曹龙汉、2，张治中

(1.重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室，重庆 400065;2.重庆通信学院控制工程重点实验室，重庆 400035)

LTE－A是在LTE技术基础上的平滑演进，具有后向兼容性，最显著的性能特点是满足上行峰速500 Mbit/s，下行峰速1 Gbit/s，频谱配置灵活，支持连续和非连续的频谱等。物理层在通信系统中是非常重要的一层，由控制信息和数据信息组成，控制信息包括混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)信息、功率控制命令、标识数据传输格式和调制方式信息等，从而保证用户端对接收数据的正确解调和解码［1－4］。

物理层可以划分为多个能独立完成编码过程和调制过程的信道，其中调度控制信息和分配系统资源主要由物理层下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)来承担，系统性能的高低受PDCCH接收信息快慢的影响。为了降低系统时延和提高传输速率，基站在同一时刻一般与多个用户进行信息交互，加之LTE－A系统中增加了载波聚合(Carrier Aggregation，CA)技术，下行控制信息(Downlink Control Information，DCI)的格式增加到13种，不同用户的情况不一样，而基站同时需要给多个用户发送多种控制信息，这就导致用户端(User Epuipment，UE)接收正确的PDCCH非常麻烦。由于DCI在哪个载波上传输、当前PDCCH承载的是哪种DCI格式、调度信息具体定位等信息UE是无法获取的，UE只能发送所需要的控制信息的类型，在UE系统的复杂度相当有限的情况下，本文设计了一种有效的DCI盲检测方法来限制盲检次数，缩短系统的反应时间。

1 PDCCH内容简介

PDCCH承载着一个或多个UE的DCI信息［5］，每个DCI承载的信息和用途不一样，物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)调度信息由 DCI格式 1、1A、1B、1C、1D 来承载;物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)调度信息由DCI格式0、4来承载;上行功率控制配置信息由DCI格式3、3A来承载;多天线条件下的配置信息由DCI格式2、2A、2B、2C来承载。

PDCCH 支持4 种格式:PDCCH0，PDCCH1，PDCCH2，PDCCH3分别对应的控制信道元素(Control Channel Elements，CCE)个数是1，2，4，8。PDCCH 在 CCE 上的开始位置应满足imodn=0，i为CCE的编号，n为单个PDCCH含有的CCE数量，单个CCE含9个资源粒子组(Resource Group，REG)、36 个资源元素(Resource Element，RE)、72比特信息。大部分情况下，一个子帧中的前3个正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)符号被PDCCH配置，多个PDCCH可在一个子帧中复用，当子帧中有多播广播单频网(Multimedia Broadcast/Multicast Service Single Frequency Network，MBSFN)传输，则可能有0，1或2个控制信息符号，但当资源块数(Resource Blocks，RB)小于10时，可能有2，3或4个控制信息符号，以保证小区边缘可以覆盖。

1.1 PDCCH占用的CCE数量

系统对每个子帧内用于PDCCH传输的CCE数量采用动态分配原则。首先由系统带宽(Bandwidth，BW)、天线数和CP模式初步确定当前子帧内每个OFDM符号可用的CCE数量，再由物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indicator Channel，PCFICH)来解调，确定当前子帧内用于PDCCH的OFDM符号数。同时，对该子帧内用于物理混合ARQ指示值信道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，PHICH)、辅同步信号(Secondary Synchronization Signal，SSS)和 PCFICH的 CCE数量进行分析，最终确定用于PDCCH传输的CCE总数。

一个子帧内实际用于PDCCH传输的CCE数为用于PDCCH传输的OFDM符号上的所有CCE总数减去子帧内用于 PCFICH、PHICH和 SSS的 CCE数量，即:

NCCE，RB，OFDM2=2(nant=1 或 2)或者NCCE，RB，OFDM2=3(nant=4)，nant为天线数

NCCE，RB，OFDM3=2(长CP)或者NCCE，RB，OFDM3=3(短CP)

当帧结构为FDD时，NCCE，SSS=0，当帧结构是TDD时，NCCE，SSS由BW和CFI值决定。表1所示是SSS、下行系统BW及CFI的关系。

表1 SSS、下行系统BW及CFI的关系

表1 中为Y 时，NCCE，SSS值为2，为N 时，NCCE，SSS值为0。

1.2 搜索空间

LTE－A系统设定搜索空间()来尽力减少监视的CCE集合，进而减少盲检次数，以缩短系统反应的时间。分为公共搜索空间和专有搜索空间，其是由CCE按照聚合等级(L)合成的候选 PDCCH(M(L))集合［6］，通常情况下UE通过某种检测方法试图遍历系统某子帧中全部M(L)，UE只会在循环冗余码校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)成功的时候才会处理信息(部分特殊格式类型再经过DCI判决正确后才进行信息处理)，表2为搜索空间与候选PDCCH关系表。

表2 搜索空间与候选PDCCH关系列表

2 载波聚合

CA将2个或更多的载波单元(Component Carrier，CC)聚合在一起以满足LTE－A版本支持最大为100 MHz的传输带宽要求［7］。因为每个CC的最大BW为20 MHz，为了高效地利用零碎的频谱频段，CA支持不同CC之间的聚合，主要聚合方式分为三种:相同或不同带宽的CC聚合，同一频带内邻近或非邻近的CC聚合和不同频带内的 CC 聚合［8］。

一个主小区(PCell)加上若干个(0～4)辅小区(SCell)组成一个服务小区(Serving Cell)，通信链接形成后指定PCell;在初始安全激活流程完成的情况下，由RRCConnectionReconfiguration信令决定增删改哪些SCell，从而知道哪些CC是SCell。每个CC都用一个索引值进行区分，PCell的CC索引值规定为0，SCell的CC索引值由RRC信令确定［9］。

不同UE用户的两种小区的配置情况因用户的需求不同而可能不一样，CA情况下用户的Serving Cell的CRNTI都一样，根据系统支不支持跨载波调度，CA分为两种调度情况:

调度方式不支持跨载波调度的情况下，每个CC的功能与LTE(R8版本)一样，体现了其后向兼容性。

调度方式支持跨载波调度的情况下，不是所有DCI格式都支持这种调度方式，一个CC中的PDCCH可调度在其他CC上的数据信息，PDCCH和哪个CC对应是由其开头位置的CIF信令决定的，CIF仅支持专有搜索空间，其受控于cif－Presence－r10信令，UE只能在一个CC获取控制信息，这个CC可以是同载波的CC或者是跨载波调度情况下其他载波上的CC，在进行DCI盲检测时，分情况进行检测可进一步降低检测时间，提高盲检效率，载波调度示意图如图1所示(CC数为5个、PCell设定为第3个CC上的情况时)。

图1 载波调度示意图

若UE配置CA时最多盲检44+32×num_SCell次，num_SCell代表SCell个数，PCell和R8版本一样需要44次检测，SCell因不存在公有搜索空间而只需要32次检测;若没有配置跨载波调度，每个Serving Cell等同于R8版本，最多检测44次。

3 DCI盲检测方法及实现流程

LTE－A系统DCI盲检测流程图如图2所示，其发送过程为:首先媒体接入控制层(Media Access Control，MAC)的信令决定载波调度的方式、PCell和SCell在哪些CC上，然后选择传输模式(Transmission Mode，TM)来传输相应的DCI格式信息，最后通过DCI发送模型发射出去。接收过程为:首先通过MAC层信令确定载波调度方式、要盲检PCell和SCell所在的CC，然后确定TM限制选取的DCI格式信息和S(L)K位置，最后通过DCI盲检测模型进行盲检。

图2 DCI盲检测整体系统示意图

3.1 单个CC上DCI盲检测发收流程

单个CC上PDCCH的DCI盲检测系统是由DCI发送模型和DCI盲检测模型组成的，图3所示为单个CC上DCI盲检测发收链路流程。

图3 单个CC上DCI盲检测发收链路流程

3.2 DCI盲检测过程

根据上文基本知识的介绍，尽可能地减少盲检次数和尽可能避免漏检或误检的情况下，设计了LTE－A系统DCI盲检测详细的发送和接收流程。

1)DCI盲检测发送过程如下:

(1)根据上文介绍可知，MAC层信令决定载波调度的方式、定位PCell和SCell在哪些CC上。

(2)每个CC上的上行链路中哪些UE可分配DCI信息，可分配什么格式的DCI信息由信道质量信息、调度请求信息和缓冲状态报告等决定;每个CC上的下行链路中哪些UE可进行分组传输由MIMO配置、秩指示、信道质量指示报告和预编码信息决定，每个DCI都用对应的无线网络临时标识(Radio Network Temporary Identity，RNTI)进行标识。

(3)为每个DCI信息配置一定等级的PDCCH格式，当信道质量不好时，配置的PDCCH格式大，当信道质量良好时，配置的PDCCH格式小，在满足传输正确的基础上尽可能最小化PDCCH头，在配比的时候应考虑NCCE，k的大小。

(4)计算PDCCH的资源数大小以及承载PDCCH的OFDM符号数大小，然后将这些信息告诉给PCFICH。

(5)在正确的S(L)K进行PDCCH信道的复用，图4所示为其复用方法，其中SCell所在的CC仅映射专有搜索空间范围内的资源信息。

(6)若PDCCH映射的时候搜索空间被占用，可以接受若干PDCCH不能被传输的损失，继续步骤7)，也可以增加一个OFDM符号用来重新对PDCCH映射。

(7)分配PDFICH和PHICH资源。

图4 PDCCH信道复用示意图

(8)根据上述情况分配PDCCH占用资源，参考1.1节。

(9)每个CC上在确保每个OFDM符号的总功率值没有超过允许的最大值的情况下，发送PDCCH。

2)DCI盲检测接收过程为:

(1)根据第2节介绍由MAC层信令确定载波调度的方式、确定PCell和SCell在哪些CC上盲检。

(2)由图3所示，单个CC上将接收到的数据依次经过从解资源映射到信号解扰模块的一系列处理，得到DCI盲检测发送模块PDCCH复用后的数据信息。

(3)根据1.1节介绍求得PDCCH占用的CCE资源总数NCCE，k，并依次编号为0，1，2，…，NCCE，k－1，k表示当前子帧号。

(4)根据RNTI值、子帧序号、NCCE，k、TM 模式选择和L确定CCE的，提取候选M(L)。由协议规定的算法=L×{(YK+m1)mod［NCCE，k/L］}+i可计算出的位置，其中在公共搜索空间情况下，由协议可知L的值为4，8，YK的值为0，m1=m，在专有搜索空间的情况下，由协议可知L为 1，2，4，8，YK=(A×YK－1)modD，A的值为39 827，D的值为 65 537，Y－1=nRNTI，nRNTI不为 0，2k=ns，ns表示时隙编号，m1=m+nCI×M(L)，m=0，1，…，M(L)－1，i=0，1，…，L－1，nCI代表载波指示值的大小，系统检测非周期控制状态信息报告(Control State Information，CSI)是否存在，当有非周期CSI报告时nCI的值规定为1，当无非周期CSI报告时nCI的值规定为0。

(5)由于UE既不确定目前PDCCH传输的是哪种DCI信息，也不确定自己所需要DCI信息所在的位置，所以UE必须将所有L一一尝试检测，根据不同的配比情况，当公共搜索空间和专有搜索空间同时存在的时候，优先检测公共搜索空间。以专有搜索空间为例，如图5所示，L从小到大的盲检测流程为:L=1时，根据步骤4)在起始位置截取一个CCE，即一个M(L)，将截取数据依次进行解速率匹配、Viterbi译码和最后16位的CRC校验，如果CRC校验成功，则根据当前信息配比条件下所知道的信息长度可确定DCI格式类型，此时如果是格式1A，则需要进一步通过flag信令进行DCI判决来区分DCI格式是0或1A;如果校验不对，当前位置增大L再次进行截取，然后重复以上过程。若L=1遍历检测后仍没有校验成功，则返回步骤(4)重新确定起始位置进行L=2的检测，以此类推，直到盲检成功或者遍历所有L后，盲检测才算结束，公共搜索空间的检测方法亦如此。

图5 专有搜索空间L按从小到大顺序盲检测示意图

(6)当检测的CC是PCell时，所有搜索空间都可能需要检测;当检测的CC是SCell时，仅检测专有搜索空间。

(7)在实际的盲检测过程的速率匹配模块中，当输入序列相同、输出序列不同的时候，短序列是长序列的子序列，在检测的过程中，对应级别L的PDCCH在检测的过程中，检测级别小于L，用户端却认为检测出的DCI有效，出现误检。每种级别的搜索长度有可能是6个、8个、12个或16个CCE，当搜索长度不小于16个CCE时，正常盲检;当CCE数量小于16时，就会出现部分或者全部L级别无法正常盲检;如果搜索长度小于16个CCE就跳过不检测，这可能会出现漏检。因为协议规定公共搜索空间和专有搜索空间可以部分重合，假设DCI编码后映射到i(某个CCE上)到i+7的CCE上，接收端以相同DCI格式、以i为起始位置进行L=4的检测，最后检测成功，随后系统就会跳过L=8的检测，从而也会出现漏检。

(8)基于情况(7)，为了减少盲检次数，尽量避免漏检和误检，首先，L值可以从小到大，或从大到小，或按照上次的L值先检测，再向大或者向小的L值尝试，或根据信道质量情况确定先检测的L值。其次，当NCCE，k＜16时，前L×n个CCE需进行相应搜索空间等级L的盲检测，其中L×n＜NCCE，k，n是正整数，检测方法参考步骤(4)和(5)。

4 结果验证

根据上述设计发送和接收流程，以ECLIPSE为平台搭建C链路进行结果验证，在发送端数据配置如下时:上下行BW为50个RB，PDCCH格式选择PDCCH1，CFI=1，子帧编号为1，高斯白噪声信道，时隙编号ns=19，DCI格式选择1A，CC选择为PCell=0，m=1，RNTI选择CRNTI，专有搜索空间模式，TM选择9。盲检测结果如图6所示，在PCell专有搜索空间的L=2的等级上检测出DCI格式为1A，盲检测成功。图7所示的是DCI格式1A的部分控制信息检测结果，可以看出，DCI格式1A含有的配置信息，都能检测出来，其他格式的信息，因没有盲检出来，所以无法知道具体值，系统随意赋值。

图6 DCI格式1A在PCELL上专有搜索空间配比下的盲检结果(截图)

图7 DCI格式1A被检测后其所含控制信息部分检测结果(截图)

5 结束语

本文描述了LTE－A系统DCI盲检测方法及发送和接收步骤，并搭建了链路进行实现验证，为实际系统的实现提供了理论依据。在盲检测过程中L等级的选择和检测顺序的确定，直接影响盲检测的时间;一般情况下，L影响PDCCH的编码速率，因此，UE应该有一套与基站匹配的如何选择PDCCH的编码速率的方法，这也影响盲检测的时间，以上两点有待进一步的研究与仿真，可进一步避免漏检和误检，减少盲检次数，提高整个系统的效率。

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［1］3GPP TS 36.211，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical channels and modulation［S］.2010.

［2］3GPP TS 36.212，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):multiplexing and channel coding［S］.2010.

［3］3GPP TS36.213，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical layer procedures［S］.2010.

［4］3GPP TS 36.214，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):physical layer measurement［S］.2010.

［5］罗友宝，李小文，吴云梅.LTE物理下行控制信道盲检测过程研究［J］.电视技术，2010，34(12):75－76.

［6］唐宏，舒刚，赵林君，等.LTE系统中保证CCE分配公平性的算法［J］.电信科学，2011(9):83－84.

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［8］张丽娟，侯晓赟.LTE－A载波聚合技术的最新研究进展［J］.通信技术，2012，45(9):112－113.

［9］3GPP TS36.321，Evolved universal terrestrial radio access(E－UTRA):medium access control(MAC)protocol specification［S］.2010.