孙 波, 钟征斌

(中兴通讯股份有限公司 西安研发中心, 陕西 西安 710114)

云计算无线接入网下的物理下行控制信道增强

孙 波, 钟征斌

(中兴通讯股份有限公司 西安研发中心, 陕西 西安 710114)

为了克服传统长期演进无线接入网的缺陷，讨论增强物理下行控制信道的可能性，并给出针对物理下行控制信道的增强方案，包括资源预留、联合发射、跨载波调度、增强的物理下行控制信道及其进一步的增强，由此可解决传统长期演进无线接入网协调不充分、难于实现的问题。

长期演进；物理下行控制信道；增强的物理下行控制信道

传统的长期演进(Long Term Evolution, LTE)无线接入网(Radio Access Network, RAN)组网方式通常一个基站由一块或多块基带处理单元(BaseBand Unit, BBU)、远端射频单元(Remote Radio Unit/Head, RRU/RRH)和主控板等组成。每块BBU可支持3～6扇区，每个扇区的射频信号(In-phase and Quadrature-phase data, IQ数据)通过光纤发送到(接收自)RRU。

在这种情况下，为减轻各个小区之间控制信道(或/和数据信道)的干扰，通常使用干扰随机化、小区间干扰协调(Inter-Cell Interference Coordination, ICIC；只针对数据信道)、增强的小区间干扰协调((Further) enhanced Inter-Cell Interference Coordination, (F)eICIC)等技术。但是，各个小区之间协调不够充分，也难于实现，特别是控制信道。

1 概述

由于传统的长期演进无线接入网存在协调不够充分，难于实现的缺点，文章重点给出了一种集中式/协作式/云计算无线接入网(Centralized, Cooperative, Cloud RAN)下的物理下行控制信道(Physical Downlink Control CHannel, PDCCH)增强方法。

传统的长期演进无线接入网组网方式如图1所示。

图1 传统无线接入网

第3代移动通信合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，3GPP)R8-R11协议所定义的物理下行控制信道主要用来调度小区的公共信道(Common Control CHannel, CCCH; Broadcast Control CHannel, BCCH; Paging Control CHannel, PCCH)和随机接入响应(Random Access Response, RAR，即Message 2, Msg2)、调度用户设备(User Equipment，UE)的专用信道(Dedicated Control CHannel, DCCH和Dedicated Traffic CHannel, DTCH；包括上行和下行)和专用前导(Message 0, Msg0)。

一条PDCCH承载在一个(或2个连续的或4个连续的或8个连续的)控制信道单元(Control Channel Element, CCE)上。一个CCE由9个连续的资源单元组(Resource-Element Group, REG)组成。一个REG由4个“连续的”(加引号是因为中间可能隔着用于发射小区参考信号的资源单元)资源单元(Resource-Element, RE)组成。

CCE的数量由物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indicator CHannel, PCFICH)、下行系统带宽、下行发射天线数(这里指端口数)决定。20MHz、双天线端口系统在Control Format Indicator, CFI = 3时的CCE组成如图 2所示。

由于CFI值(由PCFICH承载；表示有多少个符号用于PDCCH)是在每个传输时间间隔(Transmission Time Interval, TTI)动态可变的且PDCCH会扩散到整个带宽上(有内部交织)，并且各个小区的参考信号位置可能不同，所以，PDCCH在小区之间很难协调。

PDCCH的正确解调是数据信道(Physical Downlink Shared CHannel， PDSCH / Physical Uplink Shared CHannel, PUSCH)正确解调的先决条件。因此，需要有一定的方法来减少小区之间的PDCCH干扰。

图2 CCE组成(20 MHz,双天线系统,CFI=3)

2 C-RAN及其增强PDCCH的可能性

C-RAN是由中国移动提出来的集中式/协作式/云计算无线接入网[1-2]。C-RAN并不仅用于LTE，它也可用于全球移动通信系统(Globla System for Mobile， GSM)、时分同步码分多址系统(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA)等无线接入网[1]。C-RAN的组成如图3所示。

通过比较图1和图3可知，在C-RAN中，一个RRU并不直接与BBU连接，而是通过快速交换网络与BBU相连接。这样做的好处是，可以协调小区之间的资源、对付“朝夕效应”[1]，从而可以降低资本支出(CAPital EXpenditure，CAPEX)和运维支出(OPerating EXpense, OPEX)。

在C-RAN中，两个或多个RRU连接到同一个扇区(信号完全一样，但地理位置隔开。例如，一个RRU放在居民区，另一个RRU放在企业办公区)，每个RRU还可以是支持多载波的RRU。这就是对抗“朝夕效应”的基础。在这种组网方式下，PDCCH的使用数量得以降低，从而使得小区之间的PDCCH协调变得容易一些。

虚拟基站簇内的信息交互、虚拟基站簇之间的信息交互也使得小区之间的PDCCH/PDSCH/PUSCH协调变得更容易一些。

图3 C-RAN组成

3 PDCCH增强方案

得益于C-RAN的优越构架，PDCCH增强包括下列几个方面：PDCCH资源预留、PDCCH联合发射、跨载波调度、增强的物理下行控制信道(Enhanced Physical Downlink Control CHannel，EPDCCH)及其进一步的增强。下面分别加以阐述。

(1) PDCCH资源预留。在C-RAN下，小区之间的协调变得容易一些。通过设置相同的天线配置和相同的控制符号数目，各个小区之间的CCE数量相同、位置基本一致。一个小区在使用了某个(些)CCE后，告知邻小区其使用状况，然后邻区尽可能避免使用相同的CCE。这样可以减少干扰。当然，在实现上，还可以对一些RE进行打孔(在基站端功率置零)操作。

在上述资源预留方案中，需要注意的是，不同的小区具有不同的频率偏移[3](子载波偏移； )。这使得资源预留方案的效果不够好(因相邻的小区也需要发送小区参考信号，从而在一些RE上不能进行资源预留)，需要预留较多的资源才能达到一定的效果。这使得我们需要进一步考虑其他可能的方案。

(2) PDCCH联合发射。与上面的PDCCH资源预留相似，邻区可以帮助本区发射相同的PDCCH的符号级信号(与邻区的参考信号冲突的RE上仅发射邻区的参考信号；这里的“冲突”指使用了相同的资源单元)。这可以提供发分集增益。

与前面提到的原因相似(不同的小区具有不同的频率偏移)，PDCCH联合发射的效果也不够理想(但比前面的“资源预留”好一些)。

(3) 跨载波调度。对于支持载波聚合(Carrier Aggregation, CA)的终端(3GPP R10及以后的版本的终端)，还可以通过跨载波调度来减少PDCCH的小区间干扰。例如，可以把PDCCH放在频率低的载波上(如载频为800MHz的小区)，而PDSCH/PUSCH放在频率高的载波上(如载频为2 500 MHz的小区)。

(4) EPDCCH及其增强。EPDCCH是指3GPP提出的针对R11及以后的版本的增强型PDCCH[3-5]。“EPDCCH增强”是指针对EPDCCH，如何增强其实际网络中的使用性能，如EPDCCH的小区间干扰协调[6-7]。

EPDCCH使用了如图4、图5和图6所示的基于物理资源块(Physical Resource Block， PRB)的结构[5]。

图4 EPDCCH的EREG组成

图5 (集中式)EPDCCH的ECCE组成

图6 (集中式)EPDCCH的ECCE组成

下面我们先考察一下EPDCCH的结构，看看如何在C-RAN中增强其性能。

从图4可以看出，在常规循环前缀(Cyclic Prefix，CP)和常规子载波间隔(15 kHz)下的常规下行子帧中，一个PRB共有12×14=168个RE。如果给各个RE进行编号(先按子载波，然后按符号)，那么相同编号的9个RE组成一个EREG。这样一来，一个PRB共有16个EREG。

从图5可以看出，编号相隔4的4个EREG组成一个ECCE。这样一来，一个PRB共有4个ECCE。承载一条EPDCCH信道需要一个或2个或4个或8个或16个或32个ECCE(根据不同的情况有不同的规定，请参阅[4])。

从图6可以看出，一个ECCE的分布比较有规律：水平方向(相同的子载波上)，一个ECCE通常占3个子载波多一点(或简单地说，4个子载)；垂直方向(相同的符号上)，一个ECCE在每个符号上都会出现。如果在图4所述情况下给某一条集中式的EPDCCH分配4个ECCE，那么这整个PRB上的RE都属于该EPDCCH了——这与PDCCH是完全不同的。

正因为上述EPDCCH使用类似于PDSCH信道的PRB结构，小区之间的EPDCCH协调就变得很容易。图7给出了2小区之间如何进行协作，给边缘的UE1联合发射EPDCCH的例子[7,10]。在该图中，RBG0和RBG1预留给边缘用户(的EPDCCH)使用。本区和邻区可对其上承载的EPDCCH进行联合发射、联合波束赋形、资源预留、动态小区选择和跨载波调度等。C-RAN小区之间协作的便利性使得它可以很轻易地提升EPDCCH的实际性能。

在C-RAN构架下，也可使用EPDCCH在将来调度公共信道(如SIB的发射；目前的协议不支持；目前EPDCCH只有UE专用的搜索空间)，使得(将来在)公共信道上的数据更为可靠，且可减少小区之间的干扰(包括对控制信道和数据信道的干扰)。

目前，EPDCCH的小区间干扰协调也可使用3GPP R8的ICIC机制,其中包括对相对窄带发射功率(Relative Narrowband TX Power restrictions，RNTP)的设置等,和R10的eICIC机制，甚至R11的FeICIC机制。在将来EPDCCH可能进一步增强，如增强其干扰协调机制[8-9]。在C-RAN构架下，EPDCCH增强很容易实现。

图7 EPDCCH在2小区之间进行协作

4 结束语

本文给出了C-RAN下的如何增强PDCCH，解决了传统LTE接入网协调不够充分，难于实现的问题。本文给出的方法包括资源预留、联合发射、跨载波调度等。在C-RAN构架下，EPDCCH更容易得到增强，包括联合发射、联合波束赋形等。EPDCCH的PRB结构是它在C-RAN下能够增强实际系统性能的关键所在，未来其性能还会进一步增强。

[1] 中国移动. C-RAN[EB/OL].(2011-07-17)[2014-06-02].http://labs.chinamobile.com/cran/.

[2] 百度百科. C-RAN[EB/OL].(2011-07-09)[2014-06-02].http://baike.baidu.com/view/4640854.htm.

[3] 3GPP. TS36.211-b20: Physical Channels and Modulation[S/OL].(2013-03-12)[2014-06-02].http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.211/36211-b20.zip.

[4] 3GPP. TS36.213-b20: Physical layer procedures[S/OL].(2013-03-15)[2014-06-02].http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.213/36213-b20.zip.

[5] Panasonic. R1-124238-eCCE/eREG to RE mapping for EPDCCH[EB/OL].(2012-09-29)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_70b/Docs/R1-124238.zip.

[6] Nokia. R1-132306-Interference coordination for EPDCCH[EB/OL].(2013-05-11)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_73/Docs/R1-132306.zip.

[7] Ericsson. R1-142380-256QAM for PMCH transmissions[EB/OL].(2014-05-10)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_77/Docs/R1-142380.zip.

[8] Intel. RP-140235-Interference mitigation for control channels[EB/OL].(2014-02-25)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_63/Docs/RP-140235.zip.

[9] Intel. RP-140794-Motivation for new SI: Interference mitigation for downlink control[EB/OL].(2012-05-17)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_64/Docs/RP-140794.zip.

[10] Qualcomm. R1-141954-Higher order modulation[EB/OL].(2014-05-10)[2014-06-02]. http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_77/Docs/R1-141954.zip.

[责任编辑:瑞金]

Physical downlink control channel enhancement under cloud radio access network

SUN Bo, ZHONG Zhengbin

(R&D Center in Xi’an, ZTE Corporation, Xi’an 710114, China)

As to drawbacks of the legacy long term evolution radio access network defects, this paper gives the possibility to enhance the physical downlink control channel. The proposed solutions to enhance the physical downlink control channel include resource reservation, joint transmission, cross-carrier scheduling enhanced physical downlink control channel and its further enhancement. Problems on insufficient coordination and difficulty in implement in the legacy long term evolution radio access network are solved.

long term evolution, physical downlink control channel, enhanced physical downlink control channel

10.13682/j.issn.2095-6533.2014.05.014

2014-06-10

孙波(1969-)，女，硕士，工程师，从事无线通信系统的研究。E-mail:sun.bo@zte.com.cn 钟征斌(1970-)，男，硕士，工程师，从事无线通信系统的研究。E-mail:zhong.zhengbin@zte.com.cn

TN911

A

2095-6533(2014)05-0071-06