5G NR：协议 - PDCCH信道

1、基本概念

        不同于LTE中的控制信道包括PCFICH、PHICH和PDCCH，在5G NR中，控制信道仅包括PDCCH（Physical Downlink Control Channel），负责物理层各种关键控制信息的传递，PDCCH中传递的下行控制信息（Downlink Control Information）主要包括：

1. 下行调度信息
2. 上行调度信息
3. 激活与去激活PUSCH调度
4. 激活与去激活PDSCH半静态调度
5. 通知时隙格式给一个或者多个UE
6. 通知一个或者多个UE不再使用的PRB和OFDM符号资源
7. 为PUCCH和PUSCH发送TPC命令
8. 指示BWP切换
9. 触发随机接入过程等

        PDCCH信道是一组物理资源粒子的集合，其承载上下行控制信息，根据其作用域不同，PDCCH承载信息区分公共控制信息（公共搜索空间）和专用控制信息（专用搜寻空间），搜索空间定义了盲检的开始位置和信道搜索方式。

         PDCCH信道主要承载着PUSCH和PDSCH信道控制信息（DCI），不同终端的PDCCH信息通过其对应的RNTI信息区分，即其DCI的crc由RNTI加扰，一个PDCCH只能有一种dci format，而承载DCI信息的基础单元是CCE。

1.1、基础知识

• RE(Resource Element)：时域上一个slot，频域上一个载波;
• RB(Resource Block)：在协议38.211中，定义RB为频域上连续的12个子载波，并没有对RB的时域进行定义，所以通常只将RB看作频域上的概念；
• REG(Resource Element Group)：协议中REG对应时域一个OFDM符号，频域一个RB(1 REG=1 PRB)；
• REG Bundle(REG 绑定)：REG绑定由多个REGs组成，绑定大小由L进行表示，该参数由RRC 中reg-bundle-size进行配置，绑定大小L为{1， 2， 3}，具体情况后面再进行讨论。
• CCE(Control Channel Element)：CCE是构成PDCCH的基本单元，一个CCE占用6个REG，即72个子载波， 其中有54个数据RE和18个DRMS RE(占比1/4)。CCE的个数称作聚合度，取值如下表：

PDCCH结构如下所示：

1.2、PDCCH导入

        PDCCH主要承载PDSCH和PUSCH的下行控制信息DCI（Downlink Control Information），即包含一个或多个UE资源分配和其他的控制信息，固定使用QPSK进行调制。
        UE需要首先解调PDCCH中的DCI，然后才能够在指定的时频资源位置上解调属于UE自己的PDSCH（包括系统消息 - OSI、寻呼 - Paging、用户数据 - UserData等）。PDCCH还会包含上行授权信息（UL Grant），以指示UE上行数据传输的PUSCH信道所使用的时频资源。在5G NR中，PDCCH所处的位置示意图如下图所示：

        在LTE中PDCCH时域资源总是固定的，且在频域总是占据整个载波带宽。而5G NR在时域和频域上不是固定位置，通常来说，对于5G NR中PDCCH的时域资源则由Search Space（搜索空间）表示，频域资源由CORESET（控制资源集）表示。CORESET配置示意图如下，由下图看出，CORESET在时域和频域的位置可以是任意的。

        因此5G NR中PDCCH的时域，频域位置更加灵活，所以引入了CORESET和SpaceSpace来分别指示时域和频域资源。

1.3、PDCCH处理过程

2、CORESET

        在LTE系统中，PDCCH在频域上占据了整个频段，时域上占据每个子帧的前1-3个OFDM符号，UE只需得到PDCCH占据的OFDM符号数，便能确定PDCCH的搜索空间。
  在NR系统中，由于系统带宽较大，引入CORESET（control resource set，资源控制集），UE需要知道PDCCH在频域和时域上的位置才能成功解码PDCCH。

• NR系统将PDCCH频域上占据的频段&时域上占用的OFDM符号数等信息封装在CORESET中。
• 而将PDCCH 起始OFDM符号编号以及PDCCH监测周期等信息封装在Search Space中。

       CORESET（Control Resource Set）是5G新提出的一个时频域资源集的概念，这是因为在5G，系统的传输带宽比较大，UE的支持能力不尽相同，为了适配不同的带宽，同时降低PDCCH的盲检复杂度，从而通过CORESET约束PDCCH的时频域资源调度。
       CORESET在时域上占用1-3个时域OFDM符号，可位于slot内的任何位置，根据不同的场景，CORESET的时域OFDM符号调度位置也不同，一般高层会将CORESET的时域OFDM符号调度在一个slot的起始位置，但在URLLC（低时延高可靠）场景中，CORESET的时域OFDM符号也会调度在slot的非起始位置，这样UE就可以在本slot内直接进行PDCCH的解调，而非等到下一个slot的起始才进行，从而有效的降低时延。
       CORESET在频域上占用多个资源块，配置的频域资源位置不得超过BWP的频域范围。CORESET的频域资源配置的粒度为6，这样可以适配不同的REG Bundle情况，有效的减少资源碎片。
       CREOSET内从CCE到REG资源映射方式包括交织和非交织模式：

• 针对交织，REG可以通过3GPP 38.211协议规定的交织公式在整个CORESET的范围内进行映射，从而获得频率分集增益，另外在多小区场景中，假设相邻小区之间采用相同的资源映射方式，则会互相造成干扰，而交织映射则会根据交织器在CORESET内进行随机映射，从而实现小区间的干扰随机化。
• 针对非交织，虽然会损失部分频率分集增益，但是基站侧在提前获知下行无线信道的情况下（尤其是TDD模式下，根据信道互易性，通过上行信道估计获取下行无线信道的情况），可以将PDCCH调度在信道质量比较好的时频资源上，从而获取一定的调度增益。
   

2.1、CORESET #0

        CORESET 0比较特殊，我们知道，只有UE解完RRC信息后才能取得CORESET资源，但UE想要接收RRC信息又要先知道CORESET资源，所以就有了CORESET 0 的存在。
  CORESET 0：第一个CORESET，其信息属于初始部分带宽配置信息的一部分，由主信息块(MIB)提供给UE，封装了初始接入的必要资源(SIB1)，也就是专门用来发送解码SIB消息的PDCCH。通过CORESET 0，UE知道如何接收剩余的系统信息，建立连接之后，UE可以获取RRC信息，就能获得多个CORESET资源。

3、SearchSpace

        同4G LTE一样，5G NR PDCCH同样也有搜索空间的慨念，搜索空间定义了PDCCH时域发送时刻（PDCCH Occasion，PO）。NR PDCCH同样也分为公共搜索空间（Common Search Space-CSS）和UE专用搜索空间（UE Specific SearchSpace-USS）两大类。公用搜索空间又细分为Type0、Tpye0A、Type1、Type2和Type3 等5种。

•  CSS用于BCCH、寻呼、RAR等相关的控制信息(小区级公共信息)，
•  USS用于传输与DL-SCH、UL-SCH等相关的控制信息(UE级信息)。

        USS内的聚合等级有5种（AL = 1,2,4,8,16），而Type0 PDCCH CSS只有3种（AL = 4,8,16，且candidate有个数限制）。

        对于UE而言，CSS和USS的配置，由PDCCH-Config IE中参数searchSpaceType决定。

        其相关的配置表如下所示：

         其中，Type0A CSS是在MIB中指示的，其余的SS是在SIB1或是BWP里指示的。

        对于CSS和USS内所包含的DCI，及其RNTI加扰方式，如下：

===FOR CSS

· DCI format 0_0 and DCI format 1_0

      · C-RNTI，TC-RNTI，CS-RNTI(if configured)，SI-RNTI，RA-RNTI，P-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

· DCI format 2_0

      · SFI-RNTI

===FOR USS

· DCI format 0_0 and DCI format 1_0 ，or

      · C-RNTI，CS-RNTI(if configured)，SP-CSI-RNTI(if configured)

· DCI format 2_0

      · C-RNTI，CS-RNTI(if configured)，SP-CSI-RNTI(if configured)

 4、参考文献

【1】《5G NR新空口技术详解》- PDCCH信道
【2】《5G NR标准-下一代无线通信技术》