5GNR漫谈5：PDCCH信道设计

在介绍CORESET时，谈到了PDCCH承载的DCI信息出现在CORESET指示的时频位置上，UE想要知道了解基站对自己的调度信息或者广播消息，需要对PDCCH信道进行解调。在了解NR PDCCH信道之前，我们先来简单了解一下PDCCH信道承载的DCI格式和主要功能。
DCI格式主要下表所列，其中Format 0_0和Format 0_1用于调度PUSCH上行信道的时频资源等，Format 1_0和Format 1_1，用于调度PDSCH的时频资源等，Format 2_0用于通知slot的格式，Format 2_1用于通知UE哪些频域资源（PRB）和时域资源（OFDM符号）可不发射数据，Format 2_3用于告知UE发射SRS的控制指令。

我们分别来看看Format 0_0和Format 1_0，大体了解一下基站对于PUSCH和PDSCH这两个典型的上下行链路是怎么调度的。下表是Format 0_0的调度信息：

从表中可看到，1位指示了控制格式，4位指示了频域资源PRB在BWP中的位置，X位指示时间位置（起始符号和长度，在RRC指令的表pusch-TimedomainAllocationList），1位指示是否跳频，5位指示调制编码方案（MCS，由协议中表Table 6.1.4.1-1），1位指示是否传输的是数据，2位指示传输数据的冗余版本号（信道编码后将数据分为4份，0，1，2，3），4位指示HARQ进程，2 位指示PUSCH的功率调度，1位是否配置SUL（5GNR中一种新的上行信道，用于上下行频段的解藕，增强小区覆盖）。
对于下行调度Format 1_0，由UE处于不同的状态需要请求业务资源是不同的，因此，会设根据UE的不同状态来调度不同的资源，UE在接收解调DCI的时候，会根据自己所处状态的RNTI解扰数据。比如，处于RRC连接状态的UE采用下表中的调参数格式。

我们看到，对于下行链路PDSCH的调度，同样包含了对时频资源、调制编码等的调度指示，另外增加了一些信道的特性指示。
这些高层的DCI调度信息比特流，在物理层进行发送处理，主要包括DCI信息比特流的复用（即多个DCI信息连在一起），CRC校验，信道编码，速率匹配，加扰，调制映射，时频位置的RE资源映射，如下图所示。

从图中，我们看到一些与LTE PDCCH比特流处理不一样的地方。首先一个，24位的CRC校验位采用交织技术打散在了payload里面。另外一个，采用RNTI对部分CRC进行了加扰，增强抗干扰能力。CRC校验位采用了24位，比LTE的16位要长，这是因为NR里在的PDCCH信道编码采用的是Polar编码，而LTE里的PDCCH采用的是卷积编码。Polar编码背后的思想是采用一组信道，包含了无噪声信道和全部是噪声的信道，然后信息位发送在无噪声信道，通过信道的极化，带来译码性能的增益。Polar译码典型的方法是采用连续删除和线性译码。由于线性译码采用了一部分CRC比特位，这意味着CRC的纠错能力的损失，比如，24位的CRC，有3位用于Polar线性译码，则其实际的纠错能力只有21位。正是由于考虑到了这一特点，NR里面的CRC采用了更长的校验位来抵消影响。
另外一点，从上图中我们发现CRC的校验位并不是如LTE一样直接附在信息比特位后面的，而是有一部分交织在信息比特中，这也是由于Polar编译码的特性，交织的CRC校验位有助于Polar码译码的时候提前找到终止位。不同于LTE下行信道中，各信道共享小区参考（RS）信号，用于各信道的接收解调以及信道探测，在NR中PDCCH有自己专门的DMRS信号，这意味着PDCCH信道可以通过DMRS探测来建立自己的天线参数，比如说波束赋形（beamforming）来指定的方向，毕竟Massive MIMO是NR的一个技术特点。
比特流在调制为QPSK复数星座图符号之后，接下来要映射到具体的时频资位置，这个时候，就用到了漫谈4里面提到的CORESET参数集来分配资源，CCE到REG的映射（CCE-to-REG）。一个CCE包含6个REG，一个REG包含一个OFDM符号的RB（12个子载波）带宽，这样剔除了DMRS信号之后，一个CCE承载了54个资源粒（RE），108个比特数据。CCE-to-REG映射有两种方式：交织与非交织。采用交织的方式，可以带来频率选择多样性，克服信道的频率选择性衰落。下图显示了交织与非交织映射的区别。

结合上图来看，非交织映射的时候，如果是1个OFDM符号，直接按频域填满一个CCE，再填满下一个CCE，而多个OFDM符号的时候，则采取先填时域REG，再填频域REG，直到填满一个CCE为止，再进行下一个CCE的映射。采取交织映射的时候，稍微有点复杂。由REG-bundling指示大小size，先时域再频域的方式填满一个size大小的REG，再在频域上（前一个REG-bundling的起始位置）间隔6个REG的距离，进行下一个REG-bundling的size映射，直到填完一个CCE大小（6个REG）为止。下一个CCE的映射，根据偏移值大小（RRC消息里），再进行相同规则的映射。
前面说过，NR的PDCCH有自己的DMRS，每个REG（频域大小等RB）里面，占据了四分之一的时频资源，这比LTE里面的六分之一要多，这是为了采用MIMO的Beamformed技术，能带来极大的信道增益，传输更可靠。
PDCCH的每一个UE在搜索空间做盲检接收自己的DCI信息的时候，可以在每一个REG-bundling里做信道估计，获得更精确的信道参数，也可以在整个PDCCH带宽内做信道估计，即不局限于自己CORESET内的带宽内做信道估计，这类似于LTE采用小区参考信号在整个频带内做信道估计，也即宽带信道估计，这样做的局限是估计出来的信道值做Beamforming的时候，性能受到限制。两种信道估计采用DMRS方法如下图所示。

为了更精确的波束管理，PDCCH的DMRS还可以采用准联合定位 （quasi-collocated ）来发射，与CSI-RS(Channel-state information RS)信号一起联合对波束的方向确定，如下图所示。 UE在不同的CORESET发射CSI-RS和DMRS，由CORESET域内的CSI-RS和DMRS联合接收PDCCH。通过探测CSI-RS，可以确定最佳的波束，这样，在监测PDCCH的时候，即可知道采用最佳波束的DMRS。

假如CORESET没有配置准联合定位，则PDCCH candidates认为其信道参数与SSB得到的信道参数一致，即此时默认为PDCCH信道与PBCH信道有相同的时延扩展，多普勒扩展，空间接收参数。
一个PDCCH的搜索空间只能存在一个UE，即不同的UE不能同时位于同一个搜索空间。UE在CORESET和SearchSpace两个参数集给定的时频位置，根据可能的搜索空间，一个一个的去接收解调数据。当解调出来的CRC正确，RNTI匹配时，得到DCI数据。有多少个搜索空间，相当于多少个candidates，就有多少次译码及解CRC处理。

声明：文中部分图片来源http://www.sharetechnote.com/，《下一代无线接入技术》

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