LTE-Advanced系统中下行物理层方面的载波聚合技术的研究

谢 聪

（同济大学电子与信息工程学院，上海 201804）

1 引言

在物理层，如图1所示，每个传输块映射到一个服务小区的一个CC上。即使UE同时在多个CC被上调度，HARQ、调制、编码和资源分配以及对应的信令都是在每个CC上独立进行的。

图1 载波聚合时MAC到物理层的映射

2 下行控制信令

同 Release 8，每个下行 CC在每个子帧开始处都有含PCFICH、PDCCH和PHICH的控制信令区。

2.1 下行物理控制信道（PDCCH）

同Release 8，每个下行CC上都有可能有一个PDCCH承载对这个CC的下行资源分配和对相应上行CC（根据SIB2中指示的上下行CC之间的关联）的上行资源授权。

此外，载波聚合的一个关键特征是跨载波调度。这个使得一个CC上的PDCCH可以通过在PDCCH消息的最开始增加一个新的3比特的载波指示域（CIF）来调度指示另一个CC上的数据传输。其他 Release 8定义的 PDCCH控制信道元素（CCE）结构、编码和消息内容在引入载波聚合后也不变。每个CC上CIF使用与否是UE特定（通过RRC信令）半静态配置的。当配置时，CIF仅仅出现在PDCCH消息中UE特定的搜索空间里，不是公共搜索空间。

对于给定CC上的数据传输，UE将在一个CC上接收调度信息，或者是相同的CC，或者在跨载波调度情况下是不同的CC；从PDCCH到PDSCH的映射也是半静态配置的。图2为一些配置实例。

图2 PDCCH调度消息到数据传输CC的映射配置实例

对于PDCCH监测的那个服务小区的CC，UE至少会在该服务小区的相同CC上搜索PDCCH的消息。在图2（b）所示的例子中，UE为获得CC1上的资源分配而监测服务小区1的CC1上的PDCCH，而CC1的资源不能被服务小区的其他CC来跨载波调度。而UE也来搜索CC1上有CIF的PDCCH来获得对CC2和CC3的资源分配，而不需要监测CC2和CC3上的PDCCH（CC2和CC3分别对应服务小区2和3）。

配置了CIF的UE将用监测到的PDCCH上的CIF值来识别相应的PUSCH和PDSCH需要在哪个服务小区上发送。简单来说，CIF值设定与对应小区序号相同。

如果UE没有配置CIF，那么从某个给定的服务小区接收到的上行授权或者下行分配将对应在相同服务小区上的PUSCH或者PDSCH的传输。

显然在载波聚合情况下，UE需要执行的处理数量远大于Release 8。此结论也适用于PDCCH解码，在最差的情况下，UE需要执行的盲检测将随着配置的CC数量线性增长。任何一个子帧里，在单载波情况下最大的盲检数目为44（12次在公共搜索空间，32次在UE特定搜索空间）。

当配置了载波聚合时，UE需要执行的最大的盲检总数是：对PCell是44次，对每个激活的下行SCC是32次。

对UE监测任何下行CC上没有配置CIF的PDCCH，搜索空间和Release 8一样。

在跨载波调度情况下，总的搜索空间大小（CCE的个数）将扩展超过Release 8的大小。对于任何一个给定的UE，位于一个CC控制区的UE特定搜索空间分别依各个聚合级别根据关联到这个 CC上（提供对应的控制信令）的每个 CC的PUSCH/PDSCH来定义。

如果所有CC之间的DCI格式大小相同，那么在给定的控制区域针对不同CC的UE特定搜索空间是共享的。对任何UE监测有CIF PDSCH的CC，在PDSCH/PUSCHCC的子帧聚合级别为的UE特定搜索空间由一组PDCCH候选集合定义。在搜索空间PDCCH的候选对应的CCE为：

其中是 UE特定子帧到子帧搜索空间跳频序列的输出,i=0，…，L-1，m=0，…，是在给定搜索空间中监测的PDCCH候选数目，为在子帧控制k控制区的总CCE数目。

UE特定搜索空间的设计如图3所示。

图3 多CC时的UE特定搜索空间

对于公共搜索空间，式（1）中的为0.对UE没有配置CIF时同样适用。

下面重点讲解异构网络中的跨载波调度。

LTE-Advanced中的跨载波调度最主要的动机就是为了在异构网络部署情况下支持 PDCCH的小区间干扰协调（ICIC）。图 4表示宏小区和小小区共享两个下行 CC（CC1和 CC2）情况下的典型异构网络部署场景。小小区用低发射功率使用两个CC，宏小区在CC1用高发射功率，在CC2上降低功率发射。在CC1上，宏小区将对小小区产生较大的干扰，所以小小区将通过使用 CC2上的 PDCCH来进行跨载波调度CC1上的数据传输而受益。而宏小区也不在CC2上发送PDCCH（或者以低功率发送PDCCH），而是使用CC1通过跨载波调度来调度在CC1和CC2上的数据传输。这样有效地提供了PDCCH的ICIC，且对于PDSCH数据来说还可以继续采用Release 8的ICIC机制。

图4 典型的宏小区和微小区公用两个CC的异构网络部署

2.2 物理控制格式指示信道（PCFICH）

由于可能不同CC上的负载不同，下行控制区使用的OFDM符号数目，也就是PDSCH的起始点，对每个CC可以独立设置。但是，因为在一个有数据发送的SCell的CC上存在不可靠的PDCCH接受而采用跨载波调度时，同样影响PDCCH的小区干扰也将影响PDFICH，因为它们都在这个CC同样的控制区。为解决这个问题且不带来过大的信令开销，Release 10提供一个机制使得跨载波调度的PDSCH的每个CC上第一个OFDM符号的序号可以半静态地信令配置。这样就避免了跨载波调度的UE在目标CC上解调PCFICH的必要。需要注意的是，这样并不会影响eNodeB动态调整每个CC上控制区大小（尽管子啊很多异构网络场景下，相对静态的控制区大小更合适来做ICIC）。如果静态信令通知的大小大于使用的控制区大小，额外的OFDM符号还是可以用于非跨载波调度的UE的数据传输，如果使用较长恶控制区大小，那么会降低跨载波调度的UE的PDSCH解调性能。

2.3 物理HARQ指示信道（PHICH）

载波聚合中 PHICH（用于发送对应上行数据传输的混合ARQ的ACK/NACK）的设计基于Release 8定义的设计原则：物理传输方面（正交码设计、调制、扰码序列和资源元素的映射等）都是一致的。PHICH在发送对应上行资源授权的下行CC上发送；这个特别对有些CC在控制区受到强的小区间干扰的异构网络部署情况下有益处。如果采用跨载波调度，一个下行CC将会承载多个上行CC的PHICH信息，所以讲增加PHICH碰撞的概率（因为PHICH的次序是由对应的PUSCH传输的最低PRB决定的，这样对于多个上行CC，它们的序号可能相同）。为避免这种情况，可以对会在相同下行CC的控制区发送PHICH的上行CC配置不同的PUSCH解调参考信号，这样PHICH的次序也就偏移了。而且eNodeB的调度器也可以选择不同CC的上行资源分配的不同起始PRB来避免碰撞。

3 小结

在Release 10中引入LTE-Advanced载波聚合主要来自三个动机：支持高数据速率，有效利用离散频谱，通过跨载波调度支持异构网络的部署。对载波聚合的增强，也势必是现阶段及未来研究重点。

[1] 3GPP Technical Report 36.913. Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)(LTE-Advanced)[J],www.3gpp.org.

[2] 3GPP Technical Report 36.815.LTE-Advanced Feasibility Studies in RAN WG4 (Release 9) [J],www.3gpp.org.

[3] 3GPP Technical Specification36.213.Physical Layer Procedures (Release10) [J],www.3gpp.org.

[4] 3GPP Technical Report 25.814.Physical Layer Aspects for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)(Release 7) [J],www.3gpp.org.

[5] 3GPP Technical Specification 36.101.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);User Equipment(UE)Radio Transmission and Reception(Release10)[J],www.3gpp.org.