PUCCH

PUCCH简介需要发送必要的上行L1/L2控制信息以支持上下行数据传输。上行L1/L2控制信息（UplinkControlInformation，UCI）包括SR：SchedulingRequest。用于向eNodeB请求上行UL-SCH资源。HARQACK/NACK：对在PDSCH上发送的下行数据进行HARQ确认。CSI：ChannelStateInformation，包括CQI、PMI、RI等信息。用于告诉eNodeB下行信道质量等，以帮助eNodeB进行下行调度。与下行控制信息（DCI）相比，为什么上行控制信息（UCI）只需要携带这么少的信息呢？这里秉承了一个原则：UE只需要告诉eNodeB不知道的信息。由于上行调度是在eNodeB侧实现的，与上行资源分配相关的信息（Resourceblockassignment、MCS等）是由eNodeB通过ULgrant告诉UE的，且对应该ULgrant，UE在哪个上行子帧发送数据是固定的（对应关系见36.213的Table8-2），所以eNodeB知道UE会在哪个上行子帧的哪些RB上使用哪种MCS发送数据，而不需要UE通知它。而与HARQ相关的信息：由于上行调度是在eNodeB实现的，NDI和TBsize也是由eNodeB通过ULgrant发送给UE的，所以eNodeB知道这些信息；由于ULHARQ是synchronous（同步）的，eNodeB和UE都可以根据初传/重传/ACK/NACK的timing关系推导出ULHARQprocessID；ULHARQ中使用的RV（Redundancyversion）遵循一个预先定义好的模式，eNodeB事先也是知道的：Initialtransmission的RV值为0；如果retransmission是由PHICH触发而不是由PDCCH触发（上行非自适应重传），则RV值为序列的下一个RV值（顺序为0,2,3,1。见36.321的5.4.2.2节）；如果retransmission是由PDCCH（ULGrant）触发（上行自适应重传），RV由指示重传的ULgrant中的modulationandcodingscheme决定（使用其中保留的3种组合，见36.213的8.6.1节）。而一些下行独有的一些东西，如DAI、TPCcommandforPUCCH、SRSrequest之类的配置，UCI就更没有必要发送了。即使UE没有被分配任何UL-SCH资源，UE也可能需要发送上行控制信息。取决于UE是否被分配了上行UL-SCH资源，LTE定义了2种不同的方式用于发送上行L1/L2控制信息。如果UE在当前子帧没有被分配用于发送UL-SCH数据的上行资源，则UE使用PUCCH来发送上行L1/L2控制信息。对于载波聚合（CarrierAggregation，CA）而言，PUCCH只能在PCell上传输。这意味着，多个载波单元发送的下行数据的HARQ确认信息需要在同一个上行载波单元（对应PCell）中发送。如果UE在当前子帧被分配了用于发送UL-SCH数据的上行资源，则UE使用PUSCH来发送上行L1/L2控制信息。如果UE已经被分配了UL-SCH资源，就没必要再发送SR了。在载波聚合中，所有载波单元的L1/L2控制信息必须在同一个上行载波单元（并不一定是PCell）中传输，这点与PUCCH类似。UE在一个上行子帧内需要发送的上行控制信息可能不同，因此LTE定义了几种不同的PUCCHformat（如图1所示）。图1：PUCCHformat简介对于PUCCH而言，有几个很重要的限制，并对如何发送上行控制信息有很大影响：一个UE在一个TTI内至多发送一个PUCCH；对TDD而言，PUCCH不能在特殊子帧的UpPTS域中发送，即不能在特殊子帧上发送PUCCH与Rel-8不同，在Rel-10中，允许同一UE在同一子帧同时发送PUCCH和PUSCH，这是通过IE：PUCCH-ConfigDedicated-v1020的simultaneousPUCCH-PUSCH-r10字段来配置的。通常只有在UE有足够的功率且不影响覆盖的情况下，才会配置UE同时发送PUCCH和PUSCH。与Rel-8不同，在Rel-10中，支持2天线端口发送PUCCH，用以实现PUCCH的传输分集，该技术被称作SORTD（SpatialOrthogonal-ResourceTransmitDiversity，关于该技术的介绍，请参见[1]的11.3.3节和[2]的29.4.2节）。由于不同的PUCCHformat，2天线发送端口的RRC配置参数有所不同，所以会放在后面介绍各种PUCCHformat时予以介绍。中的码分复用PUCCH在频域上通常被配置成位于系统带宽的边缘。一个PUCCH在一个上行子帧内占2个slot，每个slot在频域上占12个subcarrier，即1个RB。为了提供频域分集，PUCCH在slot的边界“跳频”：即在同一子帧内，PUCCH前后两个slot的PRB资源分别位于可用的频谱资源的两端，而中间的整块频谱资源用于传输PUSCH（如图1所示）。这样的设计不仅能够提供PUCCH的频率分集增益，还不会打散上行频谱，保证了上行传输的单载波特性。（更多的优点可以参见[2]的16.3.1节）图1：PUCCH资源的RB分布一个UE在一个子帧中独占一个RB来发送PUCCH太过奢侈了，为了有效地利用资源，同一小区的多个UE可以共享同一个RB来发送各自的PUCCH。这是通过正交码分复用（orthogonalCodeDivisionMultiplexing，CDM）来实现的：在频域上使用循环移位（cyclicshift，也称作相位旋转phaserotation，这是同一种技术的2种不同说法）；在时域上使用正交序列（orthogonalsequence）。不同的PUCCHformat，可能使用不同的CDM技术（如图2所示）。PUCCHformatCDM1/1a/1bcyclicshift+orthogonalsequence2/2a/2bcyclicshift3orthogonalsequence图2：不同PUCCHformat所使用的不同的CDM技术频域上的CDM是通过对一个长为12的小区特定的频域序列（一个PUCCH占1个RB，共12个subcarrier，因此序列长度为12。该序列与长度为12的上行参考信号序列相同）进行循环移位，生成不同的正交序列，再分配给不同的UE来实现的。PUCCH在一个RB内至多支持12个cyclicshift（对应cyclicshift索引0~11）。然而对PUCCHformat1/1a/1b而言，在频率选择性信道下，为了保持正交，并不是所有的12种cyclicshift都能够使用。典型情况下，可认为小区至多有6个可用的cyclicshift。而小区间干扰可能导致这个数目变得更小。该数目是通过deltaPUCCH-Shift来配置（这个参数会在介绍PUCCHformat1/1a/1b时予以说明）。PUCCHformatNumberofcyclicshiftsinaRB1/1a/1b12(deltaPUCCH-Shift=1)6(deltaPUCCH-Shift=2)4(deltaPUCCH-Shift=3)2/2a/2b12图3：不同PUCCHformat在一个RB内所能使用的cyclic的个数时域上的CDM是通过将一个RB内用于传输PUCCH的所有symbol乘以一个orthogonalsequence来实现。不同的UE在同一RB上发送PUCCH时使用不同的orthogonalsequence，从而保证了相互间的正交性。PUCCHformatNumberoforthogonalsequencesinaRB1/1a/1bNormalCP:3ExtendedCP:23NormalPUCCHformat3:5ShortenedPUCCHformat3:4图4：不同PUCCHformat在一个RB内所能使用的orthogonalsequence的个数使用cyclicshift和orthogonalsequence，能够保证同一小区内（intra-cell）的UE之间的正交性，却无法避免来自不同小区（inter-cell）的干扰，这是因为不同小区使用PUCCH序列并不一定正交。为了随机化inter-cell干扰，序列的cyclicshift会根据一个衍生于该小区PCI的跳变模式，随着每个slot的每个symbol进行变化。每个Cell使用的长为12的小区特定的频域序列与该Cell的PCI有关，在每个symbol上使用的序列都是对基本序列进行cyclicshift生成的。cyclicshift的偏移值与slotnumber（：取值范围0~19）以及symbolnumber（：NormalCP下取值范围为0~6；ExtendedCP下取值范围为0~5）都有关系。cyclicshift受下面这个公式的影响（见36.211的5.4节）：其中是一个伪随机数序列（在36.211的7.2节中定义），且（即PCI）。后面介绍PUCCH1、PUCCH2资源时，会看到上面的公式是如何影响cyclicshift的取值的。为了进一步随机化inter-cell干扰，orthogonalsequence和cyclicshift还会在slot间跳变（见[1]的11.4.1.1节）。这也会在以后介绍。图5举了一个例子，假定共2个小区，在正常CP下，每个小区只能使用6个cyclicshift，即一个RB总共有3*6=18个PUCCH1资源。在cellA中，一个UE使用了资源3（对应橙色线圈起来的），对应（cyclicshift，orthogonalsequence）组合：在第一个slot使用（6,0），在第二个slot使用（11,1）。若UE使用了资源11（对应绿色线圈起来的），则对应（cyclicshift，orthogonalsequence）组合：在第一个slot使用（11,1），在第二个slot使用（8,2）。在cellB中，虽然同样是使用资源3和11，但资源对应的的cyclicshift和orthogonalsequence与cellA是不同的，从而随机化了inter-cell干扰。图5：两个不同的小区，2个PUCCH资源的cyclicshift和orthogonalsequence跳变的例子需要说明的是，除了PUCCHformat1/1a/1b和PUCCHformat2/2a/2b可以混合在同一个RB中传输外，其它任何情况下，1个RB只能用于传输一种格式的PUCCH，即1个RB或只能用于传输PUCCH1/1a/1b，或只能用于传输PUCCHformat2/2a/2b，或只能用于传输PUCCHformat3。但多个UE可以在同一TTI内使用同一RB来发送相同格式的PUCCH，并使用上面介绍的CDM技术予以区分。不同的PUCCHformat如何使用这些CDM技术，会在后续具体介绍每种PUCCHformat时予以说明.本文主要介绍PUCCHformat1/1a/1b，主要内容包括：PUCCH1/1a/1b携带的信息、PUCCH1/1a/1b如何调制到RB中、PUCCH1资源表示、deltaPUCCH-Shift对cyclicshift的影响、一个RB包含多少个PUCCH1资源的计算、如何解读36.211的5.4.1节和5.4.3节的那些公式等等。需要说明的是：（1）本文介绍的内容只适用于UE接入一个小区的场景