LTE中PDCCH CCE利用率影響因素探討

1、【摘要】主要探討了LTE FDD中物理下行控制信道的控制信道單元利用率的各種影響因素，并闡述了PDCCH CCE高利用率分析流程以及研究PDCCH CCE利用率的意義，最后對(duì)現(xiàn)網(wǎng)案例進(jìn)行具體分析。1   引言LTE中PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行鏈路控制信道）的主要作用是承載DCI（Downlink Control Information，下行控制信息），DCI中包含了UE（User Equipment，用戶(hù)設(shè)備）所需的子幀中的下行資源分配信息、上行資源賦予信息以及如何進(jìn)行解碼等信息。UE下載數(shù)據(jù)需要先讀取PDCCH以便獲知下

2、行數(shù)據(jù)所在資源塊位置及大??；UE上傳數(shù)據(jù)得先由PDCCH中DCI指示為其分配了資源塊之后才能上傳，可見(jiàn)PDCCH在LTE中具有重要的作用。PDCCH實(shí)質(zhì)為一個(gè)大的信道，該信道中有多個(gè)PDCCH候選，當(dāng)僅考慮專(zhuān)用UE信息時(shí)，每個(gè)PDCCH候選對(duì)應(yīng)一個(gè)UE前向連接，占用1/2/4/8個(gè)CCE（Control Channel Element，控制信道單元）（CCE是PDCCH的最小資源單位），因此PDCCH容量實(shí)際上反映了小區(qū)能容納的UE前向連接數(shù)，對(duì)該P(yáng)DCCH容量的資源利用率情況用指標(biāo)PDCCH CCE利用率來(lái)衡量。2   PDCCH CCE利用率影響因素分析2.1  PDC

3、CH CCE利用率定義    PDCCH CCE利用率公式如下：    PDCCH CCE利用率=（1）    其中，分母“PDCCH信道可分配的CCE個(gè)數(shù)=每TTI PDCCH CCE可用數(shù)目×統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)TTI數(shù)”，具體計(jì)算方法為(由于帶寬、MIMO符號(hào)數(shù)決定的REG個(gè)數(shù)-PCFICH占用的4個(gè)REG-PHICH占用的REG)/9；分子“PDCCH信道占用CCE個(gè)數(shù)”是指小區(qū)實(shí)際所使用的CCE數(shù)量（公共信令使用的PDCCH CCE個(gè)數(shù)、上行調(diào)度使用的PDCCH CCE個(gè)數(shù)及下行調(diào)度使用的PDCCH CCE個(gè)數(shù)之和）。2.2

4、  影響PDCCH CCE利用率因素分析    在分析PDCCH CCE利用率之前，有必要對(duì)一個(gè)子幀中的控制區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行分析，如圖1所示： 圖1    子幀內(nèi)的控制區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域示意圖     其中，控制區(qū)域包含PCFICH（Physical Control Format Indicator Channel，物理控制格式指示信道）、PDCCH、PHICH（Physical Hybrid Automatic Repeat Indicator Channel，物理混合自動(dòng)重傳指示信道）、DL-RS（Do

5、wnlink-Reference Signal，下行參考信號(hào)）；數(shù)據(jù)區(qū)域包含PDSCH（Physical Downlink Shared Channel，物理下行鏈路共享信道）、DL-RS、SSS（Secondary Synchronization Signal，從同步信號(hào)）、PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信號(hào)）、PBCH（Physical Broadcast Channel，物理廣播信道）。    根據(jù)前述PDCCH CCE利用率指標(biāo)公式定義，該指標(biāo)的高低與其可分配的CCE數(shù)及實(shí)際占用的CCE數(shù)有關(guān)，下面從以下2個(gè)方面進(jìn)行分析

6、：    （1）可分配CCE數(shù)量影響因素    時(shí)域控制格式指示設(shè)置    CFI（Control Format Indicator，控制格式指示）指示了一個(gè)子幀內(nèi)可用于控制信道的符號(hào)數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)帶寬大于10RB時(shí)，CFI指示的可用于PDCCH的符號(hào)數(shù)為1/2/3；當(dāng)系統(tǒng)帶寬小于等于610RB時(shí)，CFI指示的可用于PDCCH的符號(hào)數(shù)為2/3/4。    顯然，CFI=1比CFI=2占用的控制區(qū)域符號(hào)數(shù)小，在同一系統(tǒng)帶寬以及相同PHICH GROUP數(shù)量前提下可分配CCE數(shù)量小，即PDCCH容量較小。

7、0;   頻域系統(tǒng)帶寬    根據(jù)CCE的定義：包含36個(gè)RE（Resource Element，資源單元）的一個(gè)連續(xù)資源塊，顯然系統(tǒng)帶寬越大可用的CCE也就越多。    PHICH duration設(shè)置    在FDD（Frequency Division Duplex，頻分雙工）制式下，不同的PHICH duration指示了PHICH所占用的符號(hào)數(shù)。當(dāng)PHICH duration設(shè)置為normal時(shí)，非MBSFN子幀所占用符號(hào)數(shù)為1；當(dāng)PHICH duration設(shè)置為extended時(shí)，非MBSFN子幀所占

8、用符號(hào)數(shù)為3。    PHICH duration的配置限制了控制區(qū)域至少需要占用的符號(hào)數(shù)。UE是采用CFI和extended PHICH duration相比較中取其大者。例如，對(duì)于下行系統(tǒng)帶寬大于10RB的小區(qū)而言，如果配置了extended PHICH duration，此時(shí)UE會(huì)忽略PCFICH的值而認(rèn)為控制區(qū)域所占的OFDM數(shù)等于PHICH duration（即等于3）。    PHICH GROUP數(shù)目    每個(gè)PHICH GROUP占用3個(gè)REG（Resource Element Group，資源單元組），一

9、個(gè)小區(qū)內(nèi)可用的PHICH GROUP數(shù)的計(jì)算方式如下：    PHICH GROUP數(shù)量（FDD）=Ng(Nrb/8)，normal cp時(shí)    （2）    PHICH GROUP數(shù)量（FDD）=2×Ng(Nrb/8)，extended cp時(shí)    （3）    其中，Ng1/6,1/2,1,2；Nrb表示系統(tǒng)下行帶寬（單位為RB）?？梢钥闯?，Ng越大，PHICH GROUP數(shù)量也越大，相應(yīng)的控制區(qū)域內(nèi)可用于PDCCH的資源數(shù)就越少。    上述中提

10、及的PHICH duration、Ng均包含在PHICH CONFIG里，在MIB（Master Information Block，主信息塊）中發(fā)送。    （2）PDCCH實(shí)際占用CCE數(shù)量影響因素    影響PDCCH實(shí)際占用CCE數(shù)量的因素與用戶(hù)多少、用戶(hù)使用的DCI格式、用戶(hù)所處的環(huán)境等有關(guān)。表1是PDCCH不同格式下所支持的比特?cái)?shù)，它反映了不同格式的DCI至少需要何種格式的PDCCH承載。表1    PDCCH不同格式設(shè)置PDCCH格式CCE聚合級(jí)別對(duì)應(yīng)REG數(shù)量PDCCH bits數(shù)量0197212181442

11、4362883872576    如果一個(gè)用戶(hù)的DCI是72bits，則其只需要使用PDCCH格式為0的即可，即只占用1個(gè)CCE就夠了。而另一個(gè)用戶(hù)的DCI長(zhǎng)度為130，則需要使用PDCCH格式為1的，即占用2個(gè)CCE。顯然小區(qū)下若使用PDCCH格式1的用戶(hù)較多，則占用CCE相對(duì)較多。    針對(duì)同一格式的DCI，如果用戶(hù)所處的無(wú)線環(huán)境較差，則需要較高的CCE聚合級(jí)別來(lái)發(fā)送，以抵抗差的無(wú)線環(huán)境，提高PDCCH解調(diào)性能。較高的CCE聚合級(jí)別意味著使用較多的CCE，因此若在無(wú)線環(huán)境較差下的用戶(hù)較多，則占用CCE相對(duì)較多。    若eNB下

12、等待調(diào)度的用戶(hù)多，則相應(yīng)的DCI需求也多，占用CCE相對(duì)較多。3   PDCCH CCE高利用率分析流程    PDCCH CCE利用率高、低場(chǎng)景分析如表2所示：表2    PDCCH CCE利用率高、低場(chǎng)景分析PDCCH CCE利用率（低）PDCCH CCE利用率（高）小區(qū)吞吐率（低）調(diào)度用戶(hù)數(shù)（?。┥偃耸褂糜脩?hù)少，數(shù)據(jù)速率不高，但用戶(hù)所處無(wú)線環(huán)境差調(diào)度用戶(hù)數(shù)（大）/用戶(hù)多，主要使用低速業(yè)務(wù)（如QQ）小區(qū)吞吐率（高）調(diào)度用戶(hù)數(shù)（?。┯脩?hù)少，但消耗大量網(wǎng)絡(luò)資源（如FTP）/調(diào)度用戶(hù)數(shù)（大）/用戶(hù)多，消耗適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)資源（典型的業(yè)務(wù)模型） 

13、;   在日常優(yōu)化中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)PDCCH CCE利用率較高時(shí)，如圖2所示： 圖2    PDCCH CCE高利用率分析     對(duì)于PDCCH CCE高利用率，一方面，從無(wú)線參數(shù)入手進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，減少PDCCH CCE高利用率可能帶來(lái)的分配失??；另一方面，改善無(wú)線環(huán)境，進(jìn)行基站擴(kuò)容或分裂。此外，還可針對(duì)用戶(hù)使用的業(yè)務(wù)模型，適時(shí)打開(kāi)半持續(xù)調(diào)度來(lái)降低對(duì)應(yīng)的PDCCH開(kāi)銷(xiāo)。    在可用于PDCCH的CCE確定的情況下，此時(shí)如果前向連接的用戶(hù)較多，則PDCCH CCE利用率較高，反之則低，體現(xiàn)了控制信道的繁忙程度。

14、60;   當(dāng)用于控制區(qū)域的符號(hào)數(shù)增加，無(wú)形中可用于PDCCH的CCE也增加，從而PDCCH的容量增加，支持的前向連接的UE數(shù)增多，但是同一子幀內(nèi)能用于用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?hào)減少（即資源塊減少），影響了單用戶(hù)峰值吞吐量；當(dāng)用于控制區(qū)域的符號(hào)數(shù)減少，則同一子幀內(nèi)用于用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源增加，單用戶(hù)峰值吞吐量隨之增加。因此，需要根據(jù)具體場(chǎng)景，在PDCCH容量和吞吐量之間進(jìn)行平衡：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輕載，連接用戶(hù)不是瓶頸時(shí)，可以減少控制區(qū)域所占符號(hào)數(shù)，提高吞吐量；當(dāng)用戶(hù)多時(shí)，需要適當(dāng)放寬CFI以免連接受限，當(dāng)然，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源就會(huì)減少，吞吐量有所降低。4   案例分析   

15、 在對(duì)某試驗(yàn)網(wǎng)城市FDD網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行分析時(shí)，盡管A、B廠家的PDCCH CCE利用率均無(wú)瓶頸，但發(fā)現(xiàn)A設(shè)備區(qū)域PDCCH CCE利用率明顯高于B設(shè)備區(qū)域，基本上是B廠家的2倍。如圖3所示：圖3    統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)不同廠家PDCCH CCE利用率     根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)用戶(hù)發(fā)展情況來(lái)看，由于用戶(hù)量較少，在兩個(gè)設(shè)備區(qū)域使用的CCE情況應(yīng)該大致相同，因此把分析重點(diǎn)放在了分母上。首先根據(jù)統(tǒng)計(jì)公式比較兩廠家的可用CCE數(shù)量，如圖4所示： 圖4    統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)不同廠家PDCCH可用CCE數(shù)比較    可以看出，A

16、廠家PDCCH可用CCE數(shù)量比B廠家低，且基本為2倍關(guān)系，初步判定A、B廠家該指標(biāo)的差異與分母的可用CCE數(shù)量有關(guān)。根據(jù)前述可分配CCE數(shù)量分析，重點(diǎn)檢查有關(guān)無(wú)線參數(shù)配置。目前A、B廠家都配置為PDCCH符號(hào)自適應(yīng)，如圖5和圖6所示： 圖5    A廠家CFI設(shè)置方式  圖6    B廠家CFI設(shè)置方式     其他無(wú)線參數(shù)如系統(tǒng)帶寬、PHICH CONFIG配置相同。進(jìn)一步深入分析，即便兩廠家均采用了CFI動(dòng)態(tài)調(diào)整方式在每個(gè)TTI（Transmission Time Interval，傳輸時(shí)間間隔）內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，但也有一個(gè)調(diào)整起點(diǎn)設(shè)置問(wèn)題，A設(shè)備廠家的調(diào)整起點(diǎn)是1個(gè)符號(hào)，可從圖7統(tǒng)計(jì)看出：圖7    A廠家CFI調(diào)整起點(diǎn)示意圖     B設(shè)備廠家暫無(wú)此類(lèi)統(tǒng)計(jì)，但可從信令跟蹤來(lái)看，具體如圖8所示：圖8    B廠家CFI調(diào)整起點(diǎn)示意圖 可