云计算无线接入网下的物理下行控制信道增强

杜 宁

（中国联合网络通信有限公司哈尔滨市分公司，黑龙江 哈尔滨 150010）

0 引 言

随着近年来我国科学技术水平的不断提升，无线接入网相关技术获得了空前发展，尤其是异构网、增强小区间干扰协调以及聚合载波等相关技术。在此背景下，必须科学控制物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）容量，确保系统正常运行[1]。实践表明，PDCCH几乎占用了物理资源的全部带宽，因此导致异构网络下行控制信道干扰协调较差。尤其是在多天线列阵持续稳定环境中，PDCCH无法像物理下行共享信道（Physical Downlink Share Channel，PDSCH）获得波速赋形增益。基于上述种种情形，在制定第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP） Release11 时，应用现代化科学技术进一步增强了系统稳定性。笔者梳理相关学者的研究资料，总结云计算无线接入网下的物理下行控制信道增强方案，希望能为相关工作人员制定无线接入网下物理下行控制信道增强方案提供帮助。

1 基于云计算的无线接入网构架及其增强PDCCH的可能性

作为当前使用频率最高、应用效果最佳的集中式/协作式/云计算无线接入网，基于云计算的无线接入网构架（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）不仅在通用移动通信技术的长期演进（Long Term Evolution，LTE）中获得了广泛应用，还在无线接入网中获得了广泛应用，如全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）、时分同步码分多址系统（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）等[2]。这一情形出现的原因在于C-RAN优越的结构。

C-RAN中各遥控发射单元（Remote Radio Unit，RRU）无法与基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）进行直连，而是通过快速交换网与BBU相连。这一连接方式的最大优势是能够科学协调小区间的有效资源，达到降低运维支出成本的目的。

在C-RAN中，如果各RRU信号相同而地理位置不同，如一个RRU在居民区，另一RRU在办公区，那么可将其连接于同一扇区。此外，每个RRU都具备多载波支持功能，能够有效应对“潮汐效应”。通过这种组网方式还能够有效降低PDCCH的使用量，高效地完成小区间的PDCCH协调工作。

2 增强型物理下行链路控制信道空口资源介绍

增强型物理下行链路控制信道（Enhanced Physical Downlink Control Channel，EPDCCH）增强型资源粒子群与PDCCH虽然存在共同处，但是仍然具有本质上的区别，主要在于受到聚合等级的影响，其传输性能受到限制，一个EPDCCH只能从增强型控制信道单元（Enhanced Control Channel Element，ECCE）上传输。ECCE受到增强型资源单元组（Enhanced Resource Element Group，EREG）的制约，导致在实际信号传输中与PDCCH存在较大区别。

2.1 EPDCCH占用的物理资源块

在每个EPDCCH的小区边缘终端（User Experience，UE）中，只能为其配置1～2个EPDCCH集合。EPDCCH仅能在其配置的EPDCCH集合上传输，因此当某住宅小区在开展接入网设计时若为UE配置了2个EPDCCH集合，而这2个EPDCCH集合又各自包含4个和8个物理资源块（Physical Resource Block pair，PRB pair），将导致二者可配置的PRB pair数量存在较大差异。再加之EPDCCH集合只能用于被特定UE接收，就造成即使在同一个PRB pair上也不能同时进行EPDCCH与PDSCH之间的数据传输，而仅用于特定UE数据传输。

2.2 增强型资源粒子群EREG

引入EREG的主要目的是对EPDCCH映射到资源单元（Resource Element，RE）的方式进行定义，而利用长期演进技术升级版（Long Term Evolution Advanced，LTE-A）进行EREG资源单元定义的主要是为了能够更加科学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）等数据资源，即在PCFICH、PHICH资源分配中，以EREG为单位，将数据信号映射至REA上时，无须考虑参考信号（Demodulation Reference Signal，DMRS）调节情况，仅遵循EREG频域先于时域顺序原则即可。通过这种交织技术的科学应用，可将所有物理资源上的RE平均分配于频域与时域[3]。在PRB pair内，共有16个EREG。为保证应用中不出现混淆情况，设计时按0～15进行编号。通常情况下，每个EREG包含9个RE，而在扩展循环前缀情形下，每个EREG仅有8个RE。所有编号为n的RE共同构成EREG#n，表明在同一个PRB pair内，所有编号相同的RE组成一个EREG[4]。此外，所组成EREG的RE无法完全被用于EPDCCH传输，而在PDCCH所在控制区域或小区特定参考信号范围内，CSI参考信号占用的RE也无法被用作EPDCCH传输。

2.3 增强型控制信道粒子ECCE

LTE-A存在的目的是便于大量数据信息传输运行，为资源数据分配提供后台程序支持。本文中PDCCH最低资源组为RE共计36个，而每9个RE资源组合又组成了REG资源组，4个REG资源组又组成了一个CCE资源组，多个CCE资源组又组成了PDCCH资源集合。根据不同的资源前缀和子帧配合，整体上ECCE资源组中的分组不同，具体如表1所示。

表1 不同情况下ECCE所含EREG数量表

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

3 PDCCH增强方案

C-RAN本身具有较强的构架优越性，而增强PDCCH主要包含PDCCH资源预留、PDCCH联合发射、跨载波调度、增强物理下行控制信道（Enhanced Physical Downlink Control Channel，EPDCCH）等，因此本研究主要针对上述4个重要组成部分进行论述。

3.1 PDCCH资源预留

在C-RAN下，小区之间的协调变得更加容易。为保证小区各个空间的控制信道单元（Control Channel Element，CCE）数量相同、位置一致，一般通过控制天线配置数量和控制符号数量等方式实现。如果2个小区距离较近，一个小区使用了某个CCE后，应避免其邻近小区采用同种规格和形式的CCE，避免出现信号干扰现象。在实际应用过程中，也可以通过对RE进行打孔、基站功率置零的方式降低干扰[5]。需要注意的是，在资源预留方案中，不同小区具有的频率偏移/子载波偏移不同，因此资源预留效果往往达不到预期。导致这一现象的主要原因是相邻小区在发送参考信号时未能高效落实资源预留，常采用多种资源预留方案，造成运行工况复杂，最终导致信号干扰较大。

3.2 PDCCH联合发射

同PDCCH资源预留一样，相邻小区可帮助本小区发射相同PDCCH的符号级信号。如果相邻小区使用相同资源单元的参考信号，RE发射可参考邻区信号，从而为PDCCH联合发射提供分集增益[6]。因为不同小区具备的频率偏移不同，所以PDCCH联合发射效果并不理想，但同资源预留相比，产生的效果还是更胜一筹。

3.3 跨载波调度

可以通过跨载波调度降低PDCCH资源集合组间干扰。3GPP Release10终端支持载波聚合（Carrier Aggregation，CA）。该载波可以作为降低通信干扰的载体。例如，将PDCCH放在低频载波上，将PDSCH/PUSCH放在高频载波上，能够实现跨载波科学调度，降低高低频率载波的干扰影响。

3.4 EPDCCH及其增强

所述EPDCCH增强是指针对3GPP Release11及以后版本的PDCCH增强[7]。EPDCCH增强的主要参考对象是EPDCCH，那么如何有效增强其实际网络中的使用性能，实现对EPDCCH小区间的干扰协调，可参照图1、图2基于物理资源块（Physical Resource Block，PRB）的结构进行配置。

图1 EPDCCH的EREG组成

图2 集中式EPDCCH的ECCE组成

对于C-RAN增强及其性能研究，可从EPDCCH结构出发进行分析。

在常规循环前缀（Cyclic Pre-fix，CP）和子载波间隔（15 kHz）下的常规下行子帧中，每个PRB有168个RE。通过对各个RE进行编号，相同编号的9个RE可组成一个EREG，因此一个PRB拥有16个EREG。

由图1可知，编号相隔4的4个EREG能组成一个ECCE，那么就出现一个PRB有4个ECCE情形。以此类推，承载一条EPDCCH信道的ECCE使用量一般需要2个、4个、8个、16个或32个。

从PRB结构上看，EPDCCH信道与PDSCH信道存在许多相似之处。在具体运行实践中，为保障小区边缘用户使用的安全性和可靠性，应切实做好RBG0和RBG1预留工作，并对小区承载的EPDCCH进行联合发射、联合波束赋形、资源预留、动态选择及跨载波调度，从而稳定提升小区间内EPDCCH实际应用的安全性能。

4 结 论

本文主要探究云计算模式下无线接入网物理下行控制信道的增强方案，旨在解决C-RAN下PDCCH难以增强和传统LTE接入网协调不充分、难以实现等问题。基于众学者研究成果的借鉴与参考，重点剖析C-RAN下的资源预留、联合发射、跨载波调度等有效PDCCH增强方案，希望能为相关执业者提供借鉴与指导。