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LTE上行物理层传输机制-UCI在PUCCH和PUSCH中的传输

 达坂城大豆 2017-06-11

1.什么是UCI

在下行物理信道中存在着PDCCH控制信道,根据其中承载信息的不同,携带着各种不同的DCI格式,比如DCI0、DCI1A等等,那么在上行物理信道中也存在着类似的控制信道,我们叫做PUCCH(Physical Uplink Control Channel)信道。同样根据承载信息的不同,PUCCH可以携带各种不同的UCI(Uplink Control Information)。与下行DCI只能在PDCCH中传输不同的是,UCI既可以在PUCCH中传输,也可以在PUSCH中传输。

UCI信息包含的内容都是与当前UE状态相关的信息,比如当前UE是否需要请求上行资源、当前UE检测到的下行链路质量、UE告诉eNB应该使用的预编码矩阵、UE能够区分出来的传输层个数,以及UE是否成功解码到了PDSCH块等信息,这些信息eNB侧是无法获知的,只能由UE上报。

2.在PUCCH信道中传输UCI

同一个UE在同一个上行子帧,不能同时在PUCCH和PUSCH信道中传输信息(R9协议)。当UE需要向eNB发送UCI信息而恰好该子帧没有PUSCH资源时,UCI将通过PUCCH信道传输,此时可以传递以下几种信息:

(1)SR

(2)HARQ ACK/NACK

(3)CQI/PMI/RI

在某个上行子帧n中,UE无法在UCI中同时携带上述所有信息,但可以传输(1)~(3)中某一个或某几个特定的组合信息,这些不同的信息组合就是通常我们所说的不同的“PUCCH格式”。UE根据上传UCI信息种类的不同,将PUCCH划分为不同的格式(PUCCH Format)。不同的PUCCH格式,可以传输的UCI格式是不同的。

对于R9协议,PUCCH主要支持两大类格式,Format 1/1a/1b系列(有的资料称为Format 1x)和Format 2/2a/2b系列(有的资料称为Format 2x)。其中Format 1/1a/1b系列只携带SR或ACK/NACK或SR+ACK/NACK,不涉及CQI/PMI/RI等信息,具体如图1所示:


(图1 Format 1/1a/1b格式)


Format 2/2a/2b系列携带CQI/PMI、RI+复用或不复用ACK/NACK,不涉及SR信息,具体如图2所示:


(图2 Format 2/2a/2b格式)

注意,在特殊子帧的UpPTS中是不能传输PUCCH的。另外,与下行DCI一样,PUCCH的Format 2/2a/2b格式对应的扰码也是使用C-RNTI加扰的。

如果在某个上行子帧,UE需要在PUCCH中传输CQI/PMI或RI,又需要发送HARQ ACK/NACK,那么这个时候UE是否可以同时发送CQI/PMI/RI和ACK/NACK呢?要理解这个问题,首先要明白PUCCH的资源是非常有限的,整个带宽一般只有几个RB分配给PUCCH使用,比如20MHz带宽有100个RB,供PUCCH使用的RB可能不到10个,那么小区里几十、上百个UE都需要使用PUCCH信道发送CQI/PMI/RI以及ACK/NACK,这就必须让多个UE的UCI信息共用到相同的RE资源格中。很显然,同一个RE中复用的UE个数越多,eNB能够正确解码出各个UE的UCI的概率就越低。所以这个时候,系统就需要评估是否允许某个UE在同一个上行子帧同时发送CQI/PMI/RI和ACK/NACK。

基于这点考虑,RRC层给出了一个参数simultaneousAckNackAndCQI,如果该参数为TRUE,那么该UE的CQI/PMI/RI将可以和ACK/NACK一起,在同一个上行子帧上报。而如果该值为FALSE,那么UE将只会上报ACK/NACK值。simultaneousAckNackAndCQI参数属于UE级别,在RadioResourceConfigDedicated -> PhysicalConfigDedicated -> CQI-ReportConfig -> CQI-ReportPeriodic 中获取,如图3所示。


(图3 CQI报告配置参数)

3.现实面临的问题

是否允许在PUCCH中同时上报CQI和ACK,即simultaneousAckNackAndCQI参数的取值是一个两难的选择。如果取TRUE,那么当UE个数复用较多的时候,是对eNB厂家解调能力的一个考验。而如果取FALSE,那么如果只灌下行包,这可能会导致eNB长时间无法获取到UE的CQI。

无法获取UE的CQI,对系统的影响是巨大的。首先,如果没有准确的CQI值,将影响eNB侧评估UE的优先级。其次,如果没有准确的CQI值,会影响下行MCS的取值。最后,如果是子带CQI,还会影响RB频率位置的调度。基于种种原因,如果eNB长时间读不到某个UE的CQI值,设备厂家将采用自己的一套策略,执行相应的流程来避免发生上述提及的影响。

4.在PUSCH信道中传输UCI

当UE需要向eNB发送UCI信息而恰好该子帧有PUSCH数据需要发送时,UCI将通过PUSCH信道传输,此时可以传递以下几种信息:

(1)HARQ ACK/NACK

(2)CQI/PMI/RI

在某个上行子帧n中,对于PUSCH信道,UE可以在UCI中传输上述所有信息。因为已经存在PUSCH资源,不需要再通过SR发送新的资源请求,所以PUSCH携带的UCI信息里并不包括SR信息,不同于PUCCH信道。

如果在某个PUSCH子帧,UE需要传输周期性的CQI/PMI或RI报告,又需要发送HARQ ACK/NACK,那么会不会像PUCCH信道那样,协议也需要规定一个simultaneousAckNackAndCQI参数呢?不需要。为什么?因为每个UE的PUSCH信道所占用的RB是不重叠的,各个UE之间的UCI信息并不会互相干扰,因此每个UE的CQI/PMI/RI都可以和ACK/NACK一起,在同一个上行子帧发送给eNB。图4所示的是PUSCH信道中CQI/PMI/RI和ACK/NACK的位置。


(图4 PUSCH信道中各UCI信息的位置)

5.是不是PUSCH都可以传输UCI?

需要注意的是,并是所有的PUSCH信道都可以传输上述两种UCI信息。如果当前PUSCH传输的是竞争随机接入过程中的MSG3,无论是新传还是重传,都是无法发送UCI的。为什么呢?因为此时还没有完成竞争解决,eNB无法区分当前的MSG3是属于哪一个UE,所以也就无法解码相应的UCI信息。

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