劉大洋，張 悅，徐登軍，廖繁茂，李 珂，藍(lán)萬順

（1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司，廣東 廣州 510623；2.華為技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518129）

0 引言

PDCCH 是LTE 的信令信道，上行的資源分配的承載和下行分配的承載都是通過PDCCH 通知給UE。PDCCH 在時(shí)域上主要占用時(shí)隙的前3 個(gè)符號(hào)(對(duì)于帶寬比較小的小區(qū)，可能會(huì)使用4 個(gè)符號(hào))，具體使用幾個(gè)符號(hào)，由物理信道PCFICH 來指示，而PCFICH 是占用固定的時(shí)頻位置[1]。在前面3 個(gè)符號(hào)上，還有其他的物理信道，包括PHICH 信道、RS 信號(hào)和PBCH 信道。PHICH 的信道不是固定的，下行的ACK 資源分配是異步的HARQ，所以PHICH 信道是在變化的。這個(gè)會(huì)影響大PDCCH的譯碼檢測(cè)過程，所以PHICH 信道的信息，會(huì)在PBCH 中通知到UE，這樣UE 就已經(jīng)知道了前3 個(gè)符號(hào)所有的信息位置，而PDCCH 的信息則是其他信道占用之后剩余的信道分配的內(nèi)容[2]。

如圖1 所示：PCFICH、PHICH、PDCCH 占據(jù)同一塊位置（RS 信號(hào)也占據(jù)部分RE），需基于PCFICH 指示的PDCCH 占據(jù)的OFDM 符號(hào)數(shù)，從PBCH 中找到PHICH 資源，剔除這幾個(gè)信道后剩余的RE 即PDCCH 的位置。

圖1 PCFICH、PHICH、PDCCH 符號(hào)位置

PDCCH 是傳輸物理層下行控制信息（DCI,Downlink Control Information）的信道。DCI 包括上下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度信息（時(shí)頻資源塊及相關(guān)調(diào)制編碼方式）和上行功率控制信息?？梢院?jiǎn)單地理解為PDCCH 攜帶某種信息，這些信息就是為了完成上述7 種功能；因此可以把這些信息稱為DCI，即PDCCH 承載的是DCI 信息，一個(gè)PDCCH 只能攜帶一個(gè)某種format 的DCI。一個(gè)小區(qū)可以在上行和下行同時(shí)調(diào)度多個(gè) UE，即一個(gè)小區(qū)可以在每個(gè)子幀發(fā)送多個(gè)調(diào)度信息。每個(gè)調(diào)度信息在獨(dú)立的PDCCH 上傳輸，也就是說，一個(gè)小區(qū)可以在一個(gè)子幀上同時(shí)發(fā)送多個(gè)PDCCH，即一個(gè)子幀上可能包含多個(gè)DCI 信息。由于DCI 的大小與其格式和下行系統(tǒng)帶寬相關(guān)，差異會(huì)很大，因此承載DCI 的每個(gè)PDCCH 可以有不同的大?。ㄕ加脭?shù)量不等的資源）。LTE 協(xié)議中按照聚合等級(jí)把PDCCH 分為了四種格式{0,1,2,3}，每種格式分別對(duì)應(yīng)聚合等級(jí){1,2,4,8}，聚合等級(jí)表示一個(gè) PDCCH 占用的連續(xù)的CCE 個(gè)數(shù)，用n表示，且PDCCH 起始位置所在的CCE 號(hào)必須為n的整數(shù)倍[3]。

如表1 所示：PDCCH 根據(jù)payload 的長(zhǎng)度的不同劃分了4 種不同的格式。

表1 PDCCH 4 種不同的格式

說明：長(zhǎng)短不一的劃分是為了承載不同長(zhǎng)度的控制信息，同時(shí)也便于照顧邊緣用戶的信道質(zhì)量（使用長(zhǎng)的控制信道格式），按照CCE 的倍數(shù)來設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，可減少PDCCH 盲檢測(cè)的復(fù)雜度。

PDCCH 是由4G 基站eNodeB 發(fā)送給UE 的，即屬于下行信號(hào)，其主要作用有：

（1）向UE 發(fā)送下行調(diào)度信息，以便 UE 接收PDSCH ；

（2）向UE 發(fā)送上行調(diào)度信息，以便 UE 發(fā)送PUSCH ；

（3）發(fā)送非周期性CQI 上報(bào)請(qǐng)求；

（4）通知MCCH 變化；

（5）發(fā)送上行功控命令；

（6）HARQ 相關(guān)信息；

（7）攜帶RNTI：該信息隱式包含在 CRC 中，等等。

如果PDCCH 符號(hào)數(shù)配置不夠，為調(diào)度用戶分配CCE 失敗，將導(dǎo)致用戶調(diào)度時(shí)延增大，影響用戶業(yè)務(wù)感受。同時(shí)如果待調(diào)度的用戶數(shù)量大且每個(gè)用戶的緩存數(shù)據(jù)量不大，將導(dǎo)致PDSCH、PUSCH還有RB 和功率剩余、頻譜效率降低。如果PDCCH符號(hào)數(shù)配置過多，即PDCCH CCE 使用率低，將占用不必要的PDSCH 資源，也會(huì)導(dǎo)致頻譜效率降低。5G Massive MIMO 作為大容量解決方案，可以有效應(yīng)對(duì)高負(fù)荷，大事件等場(chǎng)景，但是在這些場(chǎng)景下，PDCCH 信道很容易成為影響MM 增益發(fā)揮的瓶頸。PDCCH 容量提升算法需求就非常迫切，怎樣節(jié)省PDCCH CCE 資源用于更多的用戶調(diào)度？容量提升算法可提升PDCCH 容量，支持調(diào)度更多的用戶，提升用戶上行的平均吞吐率、頻譜效率、體驗(yàn)速率，以及用戶下行的平均吞吐率、頻譜效率、體驗(yàn)速率。

1 PDCCH 控制信道容量提升技術(shù)

本章節(jié)系統(tǒng)性研究了PDCCH 控制信道提升關(guān)鍵因素，從設(shè)計(jì)實(shí)用性和提升效果顯著性方面總結(jié)出五大關(guān)鍵技術(shù)手段，如圖2 所示。下文中詳細(xì)介紹每個(gè)功能的原理，實(shí)施具體細(xì)節(jié)以及預(yù)估增益效果等。

圖2 PDCCH 控制信道容量提升五大關(guān)鍵技術(shù)

1.1 低聚集級(jí)別用戶優(yōu)先調(diào)度

小區(qū)子幀配比類型為SA2 時(shí)，2/7 子幀不能用于下行數(shù)據(jù)傳輸，3/8 子幀將被用于傳輸更多的下行數(shù)據(jù)。這將導(dǎo)致上下行發(fā)送DCI（Downlink Control Information）的資源受限以及下行CCE 受限[4]。因此引入低聚集級(jí)別用戶優(yōu)先調(diào)度功能。該功能生效時(shí)，eNodeB 針對(duì)MU-BF 用戶，按照3/8子幀上每個(gè)用戶上個(gè)TTI PDCCH CCE 初始聚集級(jí)別從小到大進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，挑選最適合的用戶進(jìn)行配對(duì)，提升3/8 子幀上PDCCH 調(diào)度的MU-BF 用戶數(shù)，提升小區(qū)配對(duì)層數(shù)和用戶下行平均吞吐率。如圖3 所示：

1.2 增強(qiáng)符號(hào)自適應(yīng)優(yōu)化

eNodeB 對(duì)低聚集級(jí)別用戶的符號(hào)自適應(yīng)判斷條件進(jìn)行優(yōu)化，提升PDCCH 每TTI 調(diào)度的MU-BF用戶數(shù)，提升小區(qū)配對(duì)層數(shù)和用戶下行平均吞吐率[5]。在Massive MIMO 小區(qū)重載場(chǎng)景下，增強(qiáng)符號(hào)自適應(yīng)優(yōu)化功能開啟后，eNodeB 根據(jù)待調(diào)度用戶數(shù)對(duì)PDCCH 符號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行預(yù)估，PDCCH 符號(hào)個(gè)數(shù)與調(diào)度所需要的PDCCH 信道資源更加匹配，提升PDCCH 每TTI 調(diào)度的MU-BF 用戶數(shù)，提升小區(qū)配對(duì)層數(shù)和用戶下行平均吞吐率（如圖4 所示）。

自適應(yīng)調(diào)整PDCCH 符號(hào)數(shù)，以更快地匹配真實(shí)話務(wù)需求。

圖3 低聚集級(jí)別用戶優(yōu)先調(diào)度

圖4 增強(qiáng)符號(hào)自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)整PDCCH 符號(hào)數(shù)示例

1.3 PDCCH 誤塊率目標(biāo)值提升

提高PDCCH 鏈路自適應(yīng)的BLER 目標(biāo)值，使得PDCCH 誤塊率收斂到該目標(biāo)值。普通輕載場(chǎng)景該參數(shù)默認(rèn)值為0.5%，MM 重載下建議修改為1.5%,可以降低CCE 聚集級(jí)別，降低CCE 資源消耗。

1.4 PDCCH 功率控制用戶數(shù)門限（Pdcch Pwr Ctrl User Num Thd）

如圖5 所示，在網(wǎng)絡(luò)重載時(shí)，控制PDCCH功率優(yōu)化用戶數(shù)門限。當(dāng)用戶數(shù)大于該門限時(shí)，PDCCH 不允許通過增加功率提升CCE 解調(diào)成功率[6]。增益預(yù)期：重載場(chǎng)景，因PDCCH 功率不足導(dǎo)致的CCE 分配失敗概率降低，用戶體驗(yàn)速率提升。

圖5 PDCCH 功率控制實(shí)現(xiàn)流程

1.5 PDCCH 空分復(fù)用（SDMA）

MM 數(shù)據(jù)信道通過空分復(fù)用來實(shí)現(xiàn)容量成倍提升，業(yè)務(wù)信道容量提升后，調(diào)度用戶數(shù)明顯提升，此時(shí)如果控制信道容量跟不上，也會(huì)影響最終的用戶體驗(yàn)和小區(qū)容量能力[7]。通過將PDCCH 寬波束進(jìn)行劈裂，使得PDCCH 資源被不同波束下的多個(gè)UE 復(fù)用，實(shí)現(xiàn)PDCCH 空分復(fù)用。通過將PDCCH寬波束進(jìn)行劈裂，使得PDCCH 資源被不同波束下的多個(gè)UE 復(fù)用，實(shí)現(xiàn)PDCCH 空分復(fù)用（如圖6所示）。

圖6 PDCCH 空分復(fù)用

2 PDCCH 控制信道容量提升技術(shù)增益影響分析

2.1 增益分析

該功能可以緩解因Massive MIMO 小區(qū)PDCCH資源受限，導(dǎo)致小區(qū)容量受到抑制的問題，提升小區(qū)下行平均吞吐率和用戶下行平均吞吐率。在Massive MIMO 小區(qū)重載場(chǎng)景下，本功能可提升PDCCH 每TTI 調(diào)度的MU-BF 用戶數(shù)，提升小區(qū)配對(duì)層數(shù)和用戶下行平均吞吐率[8]。

2.2 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響

·PDCCH 和PDSCH 資源均受限嚴(yán)重時(shí)，開通PDCCH 容量提升，可能導(dǎo)致小區(qū)下行平均吞吐率和下行頻譜效率下降。

·對(duì)于低聚集級(jí)別用戶優(yōu)先調(diào)度，由于eNodeB優(yōu)先調(diào)度低聚集級(jí)別用戶，可能導(dǎo)致遠(yuǎn)點(diǎn)用戶的體驗(yàn)速率略有降低。

·對(duì)于PDCCH 聚集級(jí)別優(yōu)先級(jí)排序，由于功能生效后降低了PDCCH 聚集級(jí)別4 和8 用戶的優(yōu)先級(jí)，因此部分邊緣用戶的調(diào)度優(yōu)先級(jí)會(huì)降低，這部分用戶的體驗(yàn)速率可能會(huì)降低。

3 商用網(wǎng)CCE 受限問題分析

3.1 普通商用重載場(chǎng)景CCE 受限導(dǎo)致用戶體驗(yàn)速率差

模擬忙時(shí)單小區(qū)用戶數(shù)達(dá)到300+，單用戶體驗(yàn)速率降低到1.4Mbps 左右（如圖7、圖8 所示）。

圖7 RRC 連接用戶數(shù)隨時(shí)間變化曲線

圖8 下行用戶體驗(yàn)速率變化曲線

經(jīng)分析，主要是控制信道CCE 資源受限導(dǎo)致，下行CCE 分配失敗比例高達(dá)70%（如圖9、圖10所示），上行CCE 分配失敗比例高達(dá)80%（如圖11、圖12 所示），其具體計(jì)算公式如下：

式中，P為CCE 分配失敗比例，A為CCE 分配失敗次數(shù)，B為CCE 分配成功次數(shù)。

3.2 場(chǎng)館大事件場(chǎng)景CCE 受限導(dǎo)致用戶體驗(yàn)速率差

××局點(diǎn)場(chǎng)館跨年演唱會(huì)保障，MM 小區(qū)忙時(shí)用戶數(shù)高達(dá)1000，體驗(yàn)速率降低到500kbps 以下（如圖13 所示），體驗(yàn)受限嚴(yán)重。

分析控制信道利用率和CCE 分配情況，發(fā)現(xiàn)CCE 分配失敗比例極高（如圖14、圖15、圖16、圖17 所示）?？刂菩诺朗芟迣?dǎo)致用戶體驗(yàn)極差。

圖9 下行CCE 利用率變化曲線

圖10 下行CCE 分配失敗率

圖11 上行CCE 利用率變化曲線

圖12 上行CCE 分配失敗率

圖13 舉例說明CCE 受限對(duì)實(shí)際現(xiàn)網(wǎng)用戶體驗(yàn)影響

圖14 下行CCE 利用率變化曲線

圖15 下行CCE 分配失敗率

圖16 上行CCE 利用率變化曲線

圖17 上行CCE 分配失敗率

3.3 PDCCH 容量提升技術(shù)應(yīng)用效果

本特性在現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)驗(yàn)證，普通場(chǎng)景驗(yàn)證效果如下，開啟PDCCH 容量?jī)?yōu)化包之后，體驗(yàn)速率提升50%以上。采用本文中的PDCCH 容量?jī)?yōu)化五大關(guān)鍵舉措后，如圖18 所示，優(yōu)化后CCE 分配失敗比例明顯降低。

圖18 優(yōu)化后CCE 后提升效果

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了PDCCH 控制信道容量提升技術(shù)方案的原理以及實(shí)際應(yīng)用效果?？刂菩诺烙袃蓚€(gè)維度，一是PDCCH CCE 資源，二是PDCCH 功率資源。兩者的分配算法要結(jié)合小區(qū)實(shí)際用戶數(shù)和實(shí)際無線環(huán)境等綜合指標(biāo)進(jìn)行分配算法優(yōu)化。性能提升的時(shí)候也有兩個(gè)方向，一是想方設(shè)法節(jié)省控制信道資源并保證用戶體驗(yàn)不下降，二是怎樣利用空分復(fù)用算法以及MM 多天線能力，在原有基礎(chǔ)上提升控制信道容量，增加可用CCE 資源。通過PDCCH容量算法優(yōu)化，重載和大事件場(chǎng)景控制信道受限得到明顯的緩解，MM 小區(qū)用戶體驗(yàn)速率大幅提升。