LTE:PHICH物理层处理过程及资源映射

PHICH处理过程及资源映射

1. PHICH物理信道介绍

PHICH携带HARQ ACK/NACK信息，用来标识eNodeB是否已经在PUSCH上正确接收了一个传输。如果正确接收，HI（HARQ Indicator）指示设置为0标识ACK，否则设置为1标识NACK。该信息会在三个BPSK调制的符号上重复。

映射到相同RE（Resource Element）集合的PHICH组成一个PHICH组，同一组内不同的PHICH通过不同的正交Walsh序列来区分。Normal CP下，该序列的长度为4，可用来表示8个不同的用户；Extend CP下，该序列长度为2，可用来表示4个不同的用户。

PHICH物理信道的基本处理流程如下所示：

 

图1 PHICH物理信道处理流程

1 bit的PHICH数据假设为“0”，经过3倍的重复成为“000”，然后通过BPSK调制，形成3个符号，再经过正交码的扩频（扩频因子为4，因此最多可以承载8个用户）形成12个符号，由于每个REG可承载4个符号，所以产生的12个符号需要3个REG来承载，这3个REG在考虑时频分集的情况下以1/3的系统带宽间隔均匀分布。

2. PHICH组及相关衍生

FDD中，所有子帧中的PHICH组数N(group/PHICH)都是不变的，由如下定义：

其中，Ng是由高层提供，其取值为{1/6,1/2,1,2}；n(group/PHICH)的取值范围为0~N(group/PHICH)-1；

TDD中，在不同子帧中PHICH的组数是变化的，每个子帧中的PHICH组数为mi*N(group/PHICH)，其中N(group/PHICH)同样由上面的表达式提供，mi和上下行配置（Uplink-downlink configuration）都是由高层的subframeAssignment参数提供；n(group/PHICH)的取值范围为0~mi*N(group/PHICH)-1；mi的取值如下所示：

 

表1 TDD上下行不同配置及不同子帧对应的的取值

注意，看到该图后应该要思考2个问题：

1) 图中mi的取值是如何确定的？为什么有的位置是0有的位置是1？

2) 在上下行配置0时，为什么第0、5子帧中mi为2，而其它取值的位置都为1，有什么关系吗？

首先，mi不为0代表该子帧中携带有PHICH响应作为对其它上行子帧中上行数据的回复，也就是说mi不为0的地方，肯定是下行子帧（特殊子帧S可以携带下行数据），然而并不是所有的下行子帧中mi均不为0，这要结合UE侧的行为来看，UE在上行子帧中发送数据后，应该在哪个下行子帧接收PHICH，以获取eNodeB侧的接收情况。根据36213 9.1.2可知“For PUSCH transmissions scheduled from serving cell c in subframe n, the UE shall determine the corresponding PHICH resource of serving cell c in subframe n+K(PHICH)”，其中K(PHICH)的取值（TDD制式下，FDD中K(PHICH)值恒为0）见下表：

 

表2 TDD上下行不同配置及不同子帧对应的的取值

以TDD UL/DL Configuration 0为例，子帧2时对应K(PHICH)的为4，它代表在子帧2发送的上行数据的响应PHICH可以在子帧2+4=6中获取，同理子帧3中发送的上行数据的响应PHICH可以在3+7=10下一无线帧中的第0子帧中获取，更为直观的方式见下图（注，上图中所有标值的地方都是上行子帧，即“U”子帧）：

图2 不同取值下PHICH的响应时机

在上图中给出了统计，即确定了mi取值的子帧，至于为什么在TDD-0情况下，子帧0和5中mi=2通过上图也可以看出，在Radio Frame N中子帧3和4对应的K(PHICH)分别为7和6，而3+7=10、4+6=10，即关于在Radio Frame N+1的0子帧中同时给出了Radio Frame N中子帧3和4上行数据的接收情况，同理Radio Frame N的子帧8和9也同时映射在了Radio Frame N+1的子帧5上，这就是为什么在TDD-0情况下，第0、5子帧中mi为2，而其它取值的位置都为1，因为第0、5子帧携带了两倍的数据量，所以其组数也比其它下行子帧多。

3. PHICH资源映射举例

1) 时域映射

根据协议36211中6.9.3 7)可知，PHICH组中i = 0,1,2时（每个i对应4个符号），占用的REG分布的符号位置由如下规则给出：

（m’为PHICH组号）

其中，在normal PHICH duration情况下，li'=0，表示所有占用的REG均分布在第一个符号上；在extended PHICH duration情况下，MBSFN子帧和非MBSFN子帧情况下TDD制式的第1、6子帧符号分布相同，li'的取值为；其它情况下 li'= i。时域映射的具体情况请参考下面的例子。

2) 频域映射

协议36211中6.9.3 8)给出如下计算方式：

其中，N(cell/ID)为小区的ID号；n(li')为符号li'上未分配给PCFICH的REG的数量；m’为PHICH组号，取值范围为0~mi*N(group/PHICH)-1。该公式的化简方式和PCFICH的化简方式类似，化简后的最终形式为：

其中，表示符号li上剩余的REG的数量；

由此可以看出，N(cell/ID)部分仍是为了小区间偏移，m’是为了组间偏移；而N(PHICH/(REG,li))/3则表示PHICH占用的REG是按剩余系统带宽的1/3均匀分布的。频域映射的具体情况请参考下面的例子。

3) 资源映射

Normal PHICH duration情况下，下行系统带宽为3.0MHz，Ng = 1，mi = 1（TDD-3，子帧0上），此时 N(DL/RB)= 15，N(Total/(REG,li=0)) = 2* N(DL/RB)=30（符号0上REG的总数为30），N(Total/(REG,li=1/2)) = 3* N(DL/RB) =45（符号1和2上REG的总数为45）； N(group/PHICH)= 2；此时PHICH占用的REG如下图所示：

图3 Normal PHICH duration下PHICH的资源映射

注意：PHICH分布时计算出来的频域上的序号，是去掉PCFICH占用的REG之后重新编号的符号，因此不会和PCFICH有冲突。

同样的配置在extend PHICH duration情况下的分布见下图：

图4 Extended PHICH duration情况下PHICH的资源映射

由上图可以看到，PHICH组中的三个REG是分别映射在三个符号上的，不同组之间存在一个偏移。

思考：在如下的公式中，为什么会除以n1？

由上图可以看到，第一个符号上由于小区参考信号占用了部分RE，导致每个N(RB/sc)只包含2个REG，而第二、三个符号上的RE由于没有被小区参考信号占用，每个N(RB/sc)包含3个REG，就形成了第一个符号和第二、三个符号不等长的现象，当REG的分布落在第二或三个符号上时，其实n(li')/n1就是1，由此得出结论，之所以除以n1是考虑到extend duration的情况，当REG分布在多个符号上时，要保证每个符号上的分布密度尽量保持一致。

4. UE侧获取PHICH方式

确定接收时机，根据表2 UE即可知道在某个子帧发送上行数据后，应该在哪个子帧上接收PHICH响应。

确定自己PHICH占用的资源(n(group,PHICH), n(seq,PHICH))，根据如下公式：

 

其中，n(group,PHICH)表示PHICH组号，n(seq,PHICH)表示组内的正交序列号；N(PHICH/SF)为扩频因子，Normal CP情况下为4，Extend CP情况下为2；I(PHICH)在TDD-0配置子帧4或9情况下为1（同理见图2，针对4和9子帧的回复0和5中n(group,PHICH)组数会翻倍，因此计算接收的组数也要翻倍），其它情况下为0；I(PRB_RA)表示分配给UE的用于PUSCH传输的最小PRB的索引（在format 0分配）；引入n(DMRS)的目的是为了解决冲突，举个例子如下：

先看去除n(DMRS)的情况：

假设PHICH的组数为3,；8个UE分配的PUSCH对应的PRB的起始位置分别是0,1,2,3,4,5,6,7；则其对应的(n(group,PHICH), n(seq,PHICH))分别为：(0,0)、(1,0)、(2,0)、(0,1)、(1,1)、(2,1)、(0,2)、(1,2)；

然而有可能出现多个UE计算出的(n(group,PHICH), n(seq,PHICH))一样的情况，例如：UE1分配的PRB起始位置为0，UE2分配的PRB起始位置为24，则计算出的组号和索引号均为0，为了避免这种情况引入了n(DMRS)；