云計算無線接入網(wǎng)下的物理下行控制信道增強

孫 波, 鐘征斌

(中興通訊股份有限公司 西安研發(fā)中心, 陜西 西安 710114)

云計算無線接入網(wǎng)下的物理下行控制信道增強

孫 波, 鐘征斌

(中興通訊股份有限公司 西安研發(fā)中心, 陜西 西安 710114)

為了克服傳統(tǒng)長期演進無線接入網(wǎng)的缺陷，討論增強物理下行控制信道的可能性，并給出針對物理下行控制信道的增強方案，包括資源預(yù)留、聯(lián)合發(fā)射、跨載波調(diào)度、增強的物理下行控制信道及其進一步的增強，由此可解決傳統(tǒng)長期演進無線接入網(wǎng)協(xié)調(diào)不充分、難于實現(xiàn)的問題。

長期演進；物理下行控制信道；增強的物理下行控制信道

傳統(tǒng)的長期演進(Long Term Evolution, LTE)無線接入網(wǎng)(Radio Access Network, RAN)組網(wǎng)方式通常一個基站由一塊或多塊基帶處理單元(BaseBand Unit, BBU)、遠(yuǎn)端射頻單元(Remote Radio Unit/Head, RRU/RRH)和主控板等組成。每塊BBU可支持3～6扇區(qū)，每個扇區(qū)的射頻信號(In-phase and Quadrature-phase data, IQ數(shù)據(jù))通過光纖發(fā)送到(接收自)RRU。

在這種情況下，為減輕各個小區(qū)之間控制信道(或/和數(shù)據(jù)信道)的干擾，通常使用干擾隨機化、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(Inter-Cell Interference Coordination, ICIC；只針對數(shù)據(jù)信道)、增強的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)((Further) enhanced Inter-Cell Interference Coordination, (F)eICIC)等技術(shù)。但是，各個小區(qū)之間協(xié)調(diào)不夠充分，也難于實現(xiàn)，特別是控制信道。

1 概述

由于傳統(tǒng)的長期演進無線接入網(wǎng)存在協(xié)調(diào)不夠充分，難于實現(xiàn)的缺點，文章重點給出了一種集中式/協(xié)作式/云計算無線接入網(wǎng)(Centralized, Cooperative, Cloud RAN)下的物理下行控制信道(Physical Downlink Control CHannel, PDCCH)增強方法。

傳統(tǒng)的長期演進無線接入網(wǎng)組網(wǎng)方式如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)

第3代移動通信合作伙伴項目(3rd Generation Partnership Project，3GPP)R8-R11協(xié)議所定義的物理下行控制信道主要用來調(diào)度小區(qū)的公共信道(Common Control CHannel, CCCH; Broadcast Control CHannel, BCCH; Paging Control CHannel, PCCH)和隨機接入響應(yīng)(Random Access Response, RAR，即Message 2, Msg2)、調(diào)度用戶設(shè)備(User Equipment，UE)的專用信道(Dedicated Control CHannel, DCCH和Dedicated Traffic CHannel, DTCH；包括上行和下行)和專用前導(dǎo)(Message 0, Msg0)。

一條PDCCH承載在一個(或2個連續(xù)的或4個連續(xù)的或8個連續(xù)的)控制信道單元(Control Channel Element, CCE)上。一個CCE由9個連續(xù)的資源單元組(Resource-Element Group, REG)組成。一個REG由4個“連續(xù)的”(加引號是因為中間可能隔著用于發(fā)射小區(qū)參考信號的資源單元)資源單元(Resource-Element, RE)組成。

CCE的數(shù)量由物理控制格式指示信道(Physical Control Format Indicator CHannel, PCFICH)、下行系統(tǒng)帶寬、下行發(fā)射天線數(shù)(這里指端口數(shù))決定。20MHz、雙天線端口系統(tǒng)在Control Format Indicator, CFI = 3時的CCE組成如圖 2所示。

由于CFI值(由PCFICH承載；表示有多少個符號用于PDCCH)是在每個傳輸時間間隔(Transmission Time Interval, TTI)動態(tài)可變的且PDCCH會擴散到整個帶寬上(有內(nèi)部交織)，并且各個小區(qū)的參考信號位置可能不同，所以，PDCCH在小區(qū)之間很難協(xié)調(diào)。

PDCCH的正確解調(diào)是數(shù)據(jù)信道(Physical Downlink Shared CHannel， PDSCH / Physical Uplink Shared CHannel, PUSCH)正確解調(diào)的先決條件。因此，需要有一定的方法來減少小區(qū)之間的PDCCH干擾。

圖2 CCE組成(20 MHz,雙天線系統(tǒng),CFI=3)

2 C-RAN及其增強PDCCH的可能性

C-RAN是由中國移動提出來的集中式/協(xié)作式/云計算無線接入網(wǎng)[1-2]。C-RAN并不僅用于LTE，它也可用于全球移動通信系統(tǒng)(Globla System for Mobile， GSM)、時分同步碼分多址系統(tǒng)(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA)等無線接入網(wǎng)[1]。C-RAN的組成如圖3所示。

通過比較圖1和圖3可知，在C-RAN中，一個RRU并不直接與BBU連接，而是通過快速交換網(wǎng)絡(luò)與BBU相連接。這樣做的好處是，可以協(xié)調(diào)小區(qū)之間的資源、對付“朝夕效應(yīng)”[1]，從而可以降低資本支出(CAPital EXpenditure，CAPEX)和運維支出(OPerating EXpense, OPEX)。

在C-RAN中，兩個或多個RRU連接到同一個扇區(qū)(信號完全一樣，但地理位置隔開。例如，一個RRU放在居民區(qū)，另一個RRU放在企業(yè)辦公區(qū))，每個RRU還可以是支持多載波的RRU。這就是對抗“朝夕效應(yīng)”的基礎(chǔ)。在這種組網(wǎng)方式下，PDCCH的使用數(shù)量得以降低，從而使得小區(qū)之間的PDCCH協(xié)調(diào)變得容易一些。

虛擬基站簇內(nèi)的信息交互、虛擬基站簇之間的信息交互也使得小區(qū)之間的PDCCH/PDSCH/PUSCH協(xié)調(diào)變得更容易一些。

圖3 C-RAN組成

3 PDCCH增強方案

得益于C-RAN的優(yōu)越構(gòu)架，PDCCH增強包括下列幾個方面：PDCCH資源預(yù)留、PDCCH聯(lián)合發(fā)射、跨載波調(diào)度、增強的物理下行控制信道(Enhanced Physical Downlink Control CHannel，EPDCCH)及其進一步的增強。下面分別加以闡述。

(1) PDCCH資源預(yù)留。在C-RAN下，小區(qū)之間的協(xié)調(diào)變得容易一些。通過設(shè)置相同的天線配置和相同的控制符號數(shù)目，各個小區(qū)之間的CCE數(shù)量相同、位置基本一致。一個小區(qū)在使用了某個(些)CCE后，告知鄰小區(qū)其使用狀況，然后鄰區(qū)盡可能避免使用相同的CCE。這樣可以減少干擾。當(dāng)然，在實現(xiàn)上，還可以對一些RE進行打孔(在基站端功率置零)操作。

在上述資源預(yù)留方案中，需要注意的是，不同的小區(qū)具有不同的頻率偏移[3](子載波偏移； )。這使得資源預(yù)留方案的效果不夠好(因相鄰的小區(qū)也需要發(fā)送小區(qū)參考信號，從而在一些RE上不能進行資源預(yù)留)，需要預(yù)留較多的資源才能達到一定的效果。這使得我們需要進一步考慮其他可能的方案。

(2) PDCCH聯(lián)合發(fā)射。與上面的PDCCH資源預(yù)留相似，鄰區(qū)可以幫助本區(qū)發(fā)射相同的PDCCH的符號級信號(與鄰區(qū)的參考信號沖突的RE上僅發(fā)射鄰區(qū)的參考信號；這里的“沖突”指使用了相同的資源單元)。這可以提供發(fā)分集增益。

與前面提到的原因相似(不同的小區(qū)具有不同的頻率偏移)，PDCCH聯(lián)合發(fā)射的效果也不夠理想(但比前面的“資源預(yù)留”好一些)。

(3) 跨載波調(diào)度。對于支持載波聚合(Carrier Aggregation, CA)的終端(3GPP R10及以后的版本的終端)，還可以通過跨載波調(diào)度來減少PDCCH的小區(qū)間干擾。例如，可以把PDCCH放在頻率低的載波上(如載頻為800MHz的小區(qū))，而PDSCH/PUSCH放在頻率高的載波上(如載頻為2 500 MHz的小區(qū))。

(4) EPDCCH及其增強。EPDCCH是指3GPP提出的針對R11及以后的版本的增強型PDCCH[3-5]?！癊PDCCH增強”是指針對EPDCCH，如何增強其實際網(wǎng)絡(luò)中的使用性能，如EPDCCH的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)[6-7]。

EPDCCH使用了如圖4、圖5和圖6所示的基于物理資源塊(Physical Resource Block， PRB)的結(jié)構(gòu)[5]。

圖4 EPDCCH的EREG組成

圖5 (集中式)EPDCCH的ECCE組成

圖6 (集中式)EPDCCH的ECCE組成

下面我們先考察一下EPDCCH的結(jié)構(gòu)，看看如何在C-RAN中增強其性能。

從圖4可以看出，在常規(guī)循環(huán)前綴(Cyclic Prefix，CP)和常規(guī)子載波間隔(15 kHz)下的常規(guī)下行子幀中，一個PRB共有12×14=168個RE。如果給各個RE進行編號(先按子載波，然后按符號)，那么相同編號的9個RE組成一個EREG。這樣一來，一個PRB共有16個EREG。

從圖5可以看出，編號相隔4的4個EREG組成一個ECCE。這樣一來，一個PRB共有4個ECCE。承載一條EPDCCH信道需要一個或2個或4個或8個或16個或32個ECCE(根據(jù)不同的情況有不同的規(guī)定，請參閱[4])。

從圖6可以看出，一個ECCE的分布比較有規(guī)律：水平方向(相同的子載波上)，一個ECCE通常占3個子載波多一點(或簡單地說，4個子載)；垂直方向(相同的符號上)，一個ECCE在每個符號上都會出現(xiàn)。如果在圖4所述情況下給某一條集中式的EPDCCH分配4個ECCE，那么這整個PRB上的RE都屬于該EPDCCH了——這與PDCCH是完全不同的。

正因為上述EPDCCH使用類似于PDSCH信道的PRB結(jié)構(gòu)，小區(qū)之間的EPDCCH協(xié)調(diào)就變得很容易。圖7給出了2小區(qū)之間如何進行協(xié)作，給邊緣的UE1聯(lián)合發(fā)射EPDCCH的例子[7,10]。在該圖中，RBG0和RBG1預(yù)留給邊緣用戶(的EPDCCH)使用。本區(qū)和鄰區(qū)可對其上承載的EPDCCH進行聯(lián)合發(fā)射、聯(lián)合波束賦形、資源預(yù)留、動態(tài)小區(qū)選擇和跨載波調(diào)度等。C-RAN小區(qū)之間協(xié)作的便利性使得它可以很輕易地提升EPDCCH的實際性能。

在C-RAN構(gòu)架下，也可使用EPDCCH在將來調(diào)度公共信道(如SIB的發(fā)射；目前的協(xié)議不支持；目前EPDCCH只有UE專用的搜索空間)，使得(將來在)公共信道上的數(shù)據(jù)更為可靠，且可減少小區(qū)之間的干擾(包括對控制信道和數(shù)據(jù)信道的干擾)。

目前，EPDCCH的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)也可使用3GPP R8的ICIC機制,其中包括對相對窄帶發(fā)射功率(Relative Narrowband TX Power restrictions，RNTP)的設(shè)置等,和R10的eICIC機制，甚至R11的FeICIC機制。在將來EPDCCH可能進一步增強，如增強其干擾協(xié)調(diào)機制[8-9]。在C-RAN構(gòu)架下，EPDCCH增強很容易實現(xiàn)。

圖7 EPDCCH在2小區(qū)之間進行協(xié)作

4 結(jié)束語

本文給出了C-RAN下的如何增強PDCCH，解決了傳統(tǒng)LTE接入網(wǎng)協(xié)調(diào)不夠充分，難于實現(xiàn)的問題。本文給出的方法包括資源預(yù)留、聯(lián)合發(fā)射、跨載波調(diào)度等。在C-RAN構(gòu)架下，EPDCCH更容易得到增強，包括聯(lián)合發(fā)射、聯(lián)合波束賦形等。EPDCCH的PRB結(jié)構(gòu)是它在C-RAN下能夠增強實際系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在，未來其性能還會進一步增強。

[1] 中國移動. 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.

[責(zé)任編輯: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

孫波(1969-)，女，碩士，工程師，從事無線通信系統(tǒng)的研究。E-mail:sun.bo@zte.com.cn 鐘征斌(1970-)，男，碩士，工程師，從事無線通信系統(tǒng)的研究。E-mail:zhong.zhengbin@zte.com.cn

TN911

A

2095-6533(2014)05-0071-06