PUCCH（６）发送格式设计（源于5G上行控制信道增强技术研究）

目录

 重复与跳频

自适应频域资源选择

大子载波间隔

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重复与跳频

URLLC PUCCH是独立传输在sub-slot上的。在sub-slot结构的约束下，4-14符号的长PUCCH无法用于最小2符号的时隙结构。更短的时隙是为了降低时延。
如果用时域上的重复发送来增强PUCCH会增加时延。所以在SCS较低（15KHZ或者30KH）时，1-2符号的PUCCH format是增强PUCCH的基础结构。在SCS更高时，可以考虑在多符号时隙中使用更多符号的PUCCH格式设计。
因为上行的功率限制，同一时间的发送功率有限，所以同一符号内的频率域上的多个PRB重复或者长序列对可靠性的增强不会有显著的帮助。
对于短PUCCH，衰落信道下的信道估计不准确，导致使用基于序列的结构比基于DMRS的结构有更好的检测性能。44-49
2个符号的PUCCH，相当于1个符号的序列再重复1次，接收端检测时功率成倍增加，可以预想到可以达到更好的结果。在2个符号的sub－slot中，空闲的1个符号也不可能用于传输数据了。另外在这种结构中，接收端也会一次性接收这2个符号，因此不会增加时延。所以为了可靠性，采用2个符号作为URLLC PUCCH的时域长度。
频域上，1个发送序列占了1个PRB，2个符号就有2个PRB可以进行选择。

跳频技术是eMBB PUCCH中应用于format1、3和4的。因为在一个大的频域范围内，信道在各个载波上的衰落程度是不一样的。让不同符号在频域上分散开，就可以让不同符号间的信道相关性变小，减小多个符号信道同时衰落的可能性。这样可以有效应对在信道状况不可知或过时的情况下，频率选择性衰落引起的信道变化，以或得频域分集增益，从而提高检测成功率。为了让频率分集最大，让两个符号的序列分别映射到可用频带两端。

自适应频域资源选择

format0使用的序列，由UCI的内容选择。发送信息内容不同，则序列的相位选择或者说循环移位不同，使得序列彼此正交。对于I比特的UCI，共有M=2^I个可能的长为12的正交序列。利用这个特性，解码format0可以进行相关检测，以解出发送序列即发送信息比特。
URLLC PUCCH使用的序列和format0相同，可用进行相关检测来判断DTX以及解出发送比特。

相关检测的步骤如下：

 

因为序列间的正交性，接收序列与非发送序列的共轭转置相乘后，结果仅包含噪声成分，所以，功率和中最大功率对应的序列所有被认为是发送序列的索引，也就是发送信息比特的索引。

假设信道是平坦的，对于时域的每一个符号和频域的每一个子载波即每一个RE，都是一个常数。当没有信息在PUCCH上传输，即DTX的时候，只有噪声被接收到了。
  

不管接收信号与什么序列的共轭转置相乘，结果都是一个由12个独立同分布的复随机噪声的和。

 

因为一个长度为12的序列在频域上是连续映射到一个RB上的，也就是说它们的子载波相邻，信道变化比较连续。在整个频域上信道的变化是比较大的，而1个RB的信道彼此之间相关性大，同时条件好或同时衰落大的可能性比较大。

当已知信道的冲激响应时，可以计算出每个子载波上信道系数的模方值，模方越大代表信道质量越高。找到子载波中质量最好的一个RB承载发送序列，就可以得到最好的检测性能。所以，在信道状况可知的情况下，计算出信道系数模方最大的一个RB，基站在调度资源时使用DCI告知用户设备将PUCCH映射到这个RB上，将这种映射方法称为自适应频域资源选择。信道状况可知的是接收端即基站可以存储一些前一段时间内，
同一频域资源传输的上行数据或用于eMBB数据的长PUCCH估计的信道系数。另外，频域资源选择的计算需要在URLLC数据发送和DCI发送的时间间隔内完成。或者不管是否要发送PUCCH，都在每次受到上行时隙后进行计算并保存结果，即使用容易获得的存储空间换取时延的降低。
自适应频域资源选择和跳频技术增强性能的本质是一样的，都是避免序列映射到衰落比较大的随机信道上，所以二至信用其一即可。一次跳频的两个频域位置同时衰落的可能性虽然比不跳频时小，但不能完全避免映射到大衰落信道上。而自适应频域选择技术利用了与实际信道接近的可知的信道系数，在可知的信道系数可靠时，可以总是让发送序列映射到信道质量最好的RB上。所以可以预见，应用自适应频域资源选择技术，可以得到比应用跳频更高的性能增益。根据以上分析，对PUCCH发送格式的设计可以变为：在序列生成之后，不再将两个序列映射到频带两侧的RB上，而是映射到信道系数模方和最大的一个RB上。若RB后续版本不支持信道系数可知或没有额外资源用于信道系数估计时，频域映射仍然采用跳频方案。

大子载波间隔

为了支持时延敏感业务，URLLC场景引入了sub_slot的调度单位。而另一种支持低时延业务的方法就是使用更大的子载波间隔，更大的子载波间隔可以让时隙长度更短，从原理上来说大子载波间隔会更适合时延要求高的传输。
当子载波间隔为60KHz时，原本为2符号的时间可以容纳8个符号。所以可以让2符号的PUCCH重复4次，即一个发送序列重复映射到8个OFDM符号上。将接收到的多个序列计算出的检测功率合并，可以再不增加时延的情况下提高可靠性。因为是功率求和，所以4倍于原来的资源数量带来的预期增益会小于6dB。另外，8个符号同样可以进行跳频，前4个符号是第一跳，后4个符号是第二跳，也分布再可用频谱的两端。当然，8个符号已经超越了一个sub-slot的最短时间范围，所以不能作为最基本的PUCCH格式来使用，这种跨sub-slot的传输需要收发两端协商好，比如基站在物理层的下行控制信息中告知用户设备在连续的若干如sub-slot中发送PUCCH，sub-slot数量由PUCCH符号数和sub-slot符号数共同决定，基站也在连续的sub-slot中接收，从而保证数据正确接收和解调。除了跳频，自适应选择频域资源的方案也可以应用在这里，让8个序列都映射到频带上信道条件最好的一个RB上 。