LTE下行物理层传输机制（8）-DCI2A格式和下行双流的流量制约

在上一篇博文《LTE下行物理层传输机制（7）-DCI2格式和预编码矩阵的选择》中已经提到，如果当前UE的传输模式是TM4，且可以执行空分复用（一个PDSCH信道传输2个TB块），那么需要采用DCI2格式来承载控制信息域，使用的预编码矩阵需要参考UE反馈的PMI值，因此属于闭环性质的空分复用。相应的，LTE系统中也有一种开环的空分复用：如果当前UE的传输模式是TM3，且可以执行空分复用，那么此时PDCCH需要采用DCI2A格式发送，这时的空分复用就属于开环性质的空分复用，不需要参考UE反馈的PMI值。本文就具体介绍这个DCI2A格式。

1.组成DCI2A格式的bit内容

由于DCI2A格式用于TM3模式下的开环空分复用，而DCI2格式用于TM4模式下的闭环空分复用，因此DCI2A格式与DCI2格式包含的字段内容，除了与PMI反馈有关的“预编码信息”不同外，其他字段均是相同的。具体的，DCI2A包括以下字段：

- 资源分配头（Resource allocation header） – 本字段与DCI2格式相同，固定占1 bit。如果当前DCI2A使用资源分配方式0，则本bit位设置为0；若当前DCI2A使用资源分配方式1，则需要将本bit设置为1。与DCI2格式一样，如果当前的下行带宽小于或等于10个RB，也就是如果当前的下行带宽是1.4MHz的时候，DCI2A只使用资源分配方式0，此时DCI2A就没有这个1bit的“资源分配头”字段了。 - RB分配字段（Resource block assignment） - 本字段与DCI2格式相同，固定占ceil（N_DL_RB /P）bit。其中，N_DL_RB是下行带宽的RB个数，P是RBG_SIZE。具体参考《LTE下行物理层传输机制（7）-DCI2格式和预编码矩阵的选择》）。 - PUCCH的TPC字段（TPC command for PUCCH） –本字段与DCI2格式相同， 固定占2 bits。具体参考《LTE下行物理层传输机制（7）-DCI2格式和预编码矩阵的选择》）。 - 下行分配DAI字段（Downlink Assignment Index） – 本字段与DCI2格式相同，固定占2 bits。具体参考《LTE下行物理层传输机制（7）-DCI2格式和预编码矩阵的选择》）。 - HARQ进程号（HARQ process number） - 本字段与DCI2格式相同，如果是FDD制式，则固定占3 bits，如果是TDD制式，则固定占4 bits。具体参考《LTE下行物理层传输机制（7）-DCI2格式和预编码矩阵的选择》）。 - TB块与码字的映射关系（Transport block to codeword swap flag） –  本字段与DCI2格式相同，固定占1 bit。具体参考《LTE下行物理层传输机制（7）-DCI2格式和预编码矩阵的选择》）。 对于TB1块，与DCI2格式相同，同样对应以下字段： - MCS字段（Modulation and coding scheme） – 固定占5 bits。表示TB块1的调制方式，结合RB个数可以查36213-7.1.7.2表获取TB size。 - NDI指示字段（New data indicator） – 固定占1 bit。通过NDI是否反转，来判断TB块1在该HARQ进程中是新传还是重传。 - 冗余版本号RV（Redundancy version） – 固定占2 bits。 对于TB2块，同样对应以下字段（与TB1字段相同）： - MCS字段（Modulation and coding scheme） – 固定占5 bits。当前TB块2的调制方式，结合RB个数可以查36213-7.1.7.2表获取TB size。 - NDI指示字段（New data indicator） – 固定占1 bit。通过NDI是否反转，来判断TB块2在该HARQ进程中是新传还是重传。 - 冗余版本号RV（Redundancy version） – 固定占2 bits。 如果上述某个TB块，对应的MCS=0且RV=1，那么就表示该TB块无效。通过这种设定，就可以让PDSCH携带2个TB块还是1个TB块，继而明确“Transport block to codeword swap flag”字段的含义：解析TB块与码字对应关系的时候，是应该用上文中的Table 5.3.3.1.5-1还是用Table 5.3.3.1.5-2。 - 预编码信息字段（Precoding information） – 本字段与DCI2格式不同，用于向UE发送传输层数（layer）的值，占用的bit位个数与天线端口数有关，如Table 5.3.3.1.5A-1所示。 如果当前的天线端口数等于2，则本字段占用0bits，即此时DCI2A格式没有预编码信息字段（Precoding information）。之所以能这么处理，是因为如果是2天线端口，那么层数（layer）可以由当前DCI中有效的TB块个数给出，并不需要这个字段：如果是两个TB块都有效，那么传输层数layer=2，使用开环双流的预编码方案；如果只有1个TB块有效，则使用发射分集。 TM4模式时UE会上报PMI和RI（秩指示）这两个参数，此时无论RI=1还是RI=2，都可以进行空分复用，只是选择的预编码矩阵会有所不同，具体参考《LTE下行物理层传输机制（7）-DCI2格式和预编码矩阵的选择》或下文的Table 6.3.4.2.3-1）。而在TM3模式下，虽然UE不再需要反馈PMI，但仍会向eNB发送RI参数，此时只有当RI=2（对应层数=2）的时候，TM3模式才可以进行空分复用。 如果当前的天线端口数等于4，则本字段占用2bits，具体含义如下文的Table 5.3.3.1.5A-2所示，表中的值不同，对应着不同的层数（layer）值。需要留意的是，表中的“One codeword”这一列，即只有一个码字有效（一个TB块有效）且index=1的时候虽然可以进行空分复用，但此时的空分复用是不能用于新传数据的：只有当上一次的TTI传输是层数layer=2的空分复用，发送了2个TB块，而本次TTI只需要重传其中的一个TB块，才可以选择这种“只有1个码字有效的空分复用”方式。 关于天线端口更详细的内容，请参考《LTE下行物理层传输机制（1）-天线端口Antenna Port和小区特定参考信号CRS》。

2.开环双流的预编码矩阵

前文提到，TM3模式下，两天线端口的时候，只有RI=2的时候才能进行空分复用，如果UE上报的RI=1，不能进行空分复用，只能进行发射分集。既然空分复用的时候，DCI2A码流中没有预编码矩阵相关的字段，说明开环下预编码矩阵是固定的，不像TM4模式下有多种可能性。两发两收的eNB-UE系统示意图如下所示。

TM3模式和TM4模式下，两天线端口的空分复用可以选择的预编码矩阵如下表Table 6.3.4.2.3-1所示。从表中可以看到，TM3只有在2个码字的时候才存在预编码矩阵，且这个矩阵确实是唯一的。

如果是四天线端口，由于DCI2A中携带了层数layer的值，根据这个layer值就可以唯一的确定预编码矩阵，只是相对两天线端口而言过程稍微复杂点，但原理相同，这里不再展开。

3.下行双流的流量制约

这里所指的“双流“，是指空分复用时一个TTI内同时传输两个TB块（传输块），不区分到底是开环还是闭环，即包含了TM3和TM4两种场景。

下行双流的流量除了受到上下行子帧配置（LTE-TDD）、MCS调制方式、带宽大小、误码率等影响外，还受到UE category的制约。以20MHz下行带宽为例，如果将所有的100个RB全部分配给某个UE，并且这个UE的MCS设置为最大值28，那么不考虑UE能力限制的情况下，每个TB块可以携带75376 bits，一个TTI（2个TB块）就可以传输75376×2=150752 bits。

但实际上不同的UE-category，1个TB块所能传输的最大比特数（用tbs表示）是不同的，如下表Table 4.1-1所示。比如，如果当前UE的Category=3，那么下行每个TB块最多可以传输75376 bits，但一个TTI内（即2个TB块之和）最多只能传输102048 bits，而不是75376×2=150752 bits。所以，要想达到理想的下行最大吞吐量，R9版本的UE，Category至少要达到Category4。如果是Category1，甚至不能进行空分复用，即eNB不能给Category=1的UE同时传输2个TB块。

每种系统配置下的下行双流流量，可以通过以下方法近似推出（不考虑系统信息等占用的资源）：

（A）如果当前是LTE-FDD制式，UE Category=4，20M带宽、空分复用、无误码率、MCS=28，那么每10ms可以传输的bits = （0子帧+1子帧+...+9子帧）流量 = 75376 bit × 2 × 10 = 1507520 bits，换算成Mbps，则等于 （1507520 × 100）/（1000×1000）= 150.752 Mbps。

（B）如果当前是LTE-TDD制式，则稍微复杂点，因为TDD制式有个特殊子帧的概念，而在特殊子帧里，100个RB实际能承载的bit数目只等效于75个RB，而75个RB在MCS=28的时候，能传输的bit数目是55056 bit，要小于75376 bits。

若当前UE Category=4，20M带宽、空分复用、无误码率、MCS=28，上下行子帧配置等于2（该配置有2个特殊子帧、2个上行子帧和6个下行子帧），那么每10ms可以传输的bits = （0子帧+1子帧+...+9子帧）流量 = （75376 bit × 2 × 6 + 55056 bit × 2 × 2）= 1124736 bits，换算成Mbps，则等于 （1124736 × 100）/（1000×1000）= 112.4736 Mbps。我在有线环境下测试的时候，下行最大流量大概在100～110Mbps之间。

参考文献：

（1）3GPP TS 36.212 V9.4.0 (2011-09) Multiplexing and channel coding

（2）3GPP TS 36.213 V9.3.0 (2010-09) Physical layer procedures

（3）3GPP TS 36.211 V9.1.0 (2010-03) Physical Channels and Modulation 

（4）http://www.sharetechnote.com

（5）3GPP TS 36.306 V9.9.0 (2013-12) User Equipment (UE) radio access capabilities