5GNR漫谈7:PUCCH信道设计

时间:2024-04-05 12:29:47

NR里面的上行控制信息(Uplink Control Information,UCI)可承载在PUCCH和PUSCH上,这一点与LTE类似,不过在标准版本R15里,并没有将UCI如何和UL-SCH复用到PUSCH上给出详细定义,这个内容将会在R16版本里定义。
UCI信息包含三种信息,这三种信息可单独传输或者混合传输,根据具体的需要场景。
第一种信息是Hybrid-ARQ确认信息,反馈收到DL-SCH传输块情况,ACK或者NAK。
第二种信息是信息状态信息(Channel-state information ,CSI),用于指示下行链路的信道质量,以便进行下行链路的调度,包含多天线和波束赋形方案。
第三种信息是上行的调度请求(Scheduling requests,SR),表示终端需要申请上行资源用于UL-SCH传输。
这种三种信息可混合传输的场景如下:
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PUCCH有5种传输格式(format),不同的format决定了不同的比特数和占用的OFDM符号长度,而不同的format,资源复用情况也是不一样的,如下表所示。
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Format0和format 2称为短PUCCH,占用1~2个OFDM符号,大多数场景下一个slot的最后两个symbol。发送的比特等于小于2位时,UE复用整个PRB资源,根据基序列选择来区分UE。发送的比特大于2位时,UE不复用整个PRB,在频域上复用UCI和DMRS。
Format1、Format 3、format 4是长PUCCH,占用4~14个OFDM符号时长,比特数大于2位。长PUCCH占用更长的时间周期,在于覆盖范围的不同,当1到2个符号的周期接收到的能量,不足于提供可靠保证的接收时,那就需要更长的周期来发送,这时就用到长PUCCH。
这5种格式的不同,除了占用符号和复用方式的不同,还体现在循环移位(Cyclic Shift,CS),起始符号(Starting Symbol),正交序列(OCC)等不同,如下表所示,这些参数会在后文各种Format 的处理流程公式中出现。这些包罗万象的通信技术的应用,包括时分,频分,扩频,跳频等等,其实目的只有一个,如何让UE更好、更高效、更可靠的接收UCI数据。
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如何确定一个PUCCH的时频资源,可以由下图直观的显示。无非就是占用几个RB资源,起始RB在哪里;占用几个OFDM符号,起始OFDM符号在哪里,这几个参数确定以后,就可以知道PUCCH在时频资源上的位置。
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PUCCH在时频资源位置上数据的产生,总的来说,不管是何种Format,都要先生成基序列,涉及到跳频序列组(u)和***(v)的确定,循环移位值(cs)。不同的Format,生成的CS过程不一样,这个值最终会影响到基序列的相位旋转值,体现为采用发送的数据比特,对基序列进行调相。而对于某些format,则有可能采用发送比特的调制符号对基序列进行再次调制,然后再用正交序列进行扩频调制,搞这么复杂,无非是为了确保让上行控制信号能够可靠的被基站接收到。我们来看看具体的过程。
首先来看基带序列的产生,采用的序列是ZC序列,分为长度大于36和小于36两种情况。最终我们看到,生成的基带序列重点有3个参数确定,u,v,a(影响相位)。
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跳频组号和跳频序号的生成和LTE类似,受到跳频ID或者小区ID值的影响,这些高层参数由RRC配置。每个时隙值产生的跳频参数都不一样。
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相位参数a,由PUCCH所在的时隙位置、OFDM符号位置以及高层配置的移位参数确定。
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再来看看具体的PUCCH format是如何进行调制的。
PUCCH format 0承载的比特为HARQ(hybrid-ARQ,即ACK/NAK)和SR调度请求,它的调制发送过程挺简单,将生成的基带序列,先频域再时域的顺序,逐一映射到分配的时频RB上。接收端通过检测序列的相关峰值,可确定实际的发送数据,原因在于高层调度的循环位移参数(上图中format 0所示表),会使得生成的基带序列相位发生偏移,在接收端表现为接收到的序列相关峰值移位。只要在一定的窗口内搜索峰值,即可解调出携带的UCI信息。
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PUCCH format 0发送处理过程和实际的星座映射调制如下所示。
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PUCCH format 1某种程度上来说承载的比特数和功能与format 0一样,只不过用长PUCCH来发送,数据先经过BPSK调制,映射为调制符号,然后再与基带序列相乘,再经过正交序列的扩频,得到时频资源位置的调制序列,这个序列还不是真正映射到时频资源位置上的序列,在做时频资源映射之前,需要乘以一个功率因子。
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下图是PUCCH format 1处理的流程示例,调制数据的扩频长度为4,RS参考序列的扩频因子为5,对于采用跳频模式,资源的映射会在不同的时间位置跳到不同的频域位置。
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PUCCHformat 2是短PUCCH,发送的比特数大于2比特,用于HARQ反馈和CSI报告,或者是比较大数据的HARQ反馈。调度请求SR同样可以编码发送。如果发送的数据量太多,往往会把CSI抛弃,其它两个要重要得多。发送大数据量(大于11位)的比特首先经过CRC校验,如果数据量小则不用CRC,然后进行信道编码,当比特数小于等于11位时,采用的信道编码是ReedMuller编码,当比特数大于11位时,采用Polar编码,编完码后还要进行速率匹配。然后序列经过由小区ID或者PUSCH的加扰ID与RNTI初始化生成的扰码序列加扰后,再进行QPSK调制,之后再映射到时频资源。通常PUCCH format 2在一个slot的最后symbol位置发送,但也可能在一个slot的其它位置发送。
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PUCCH format 3是长PUCCH,可看做是PUCCHformat 2场景下,采用更多的OFDM符号来发送数据。其发送处理过程与PUCCH format 2类似,不同之处在于多了一个DFT变换,降低OFDM信号的峰均比,增加功率使用效率。另外,可以在时间上进行跳频。
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PUCCH format 4发送处理过程和format3类似,不同之处在于,在相同的时频资源上,复用了多个UE的调制数据,复用的方法是采用正交的wash码对发送数据扩频,然后再映射到具体的时频资源上。在接收端,UE可以根据自己的正交扩频码,从时频资源上恢复自己的数据。
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以上,大体的描述了PUCCH各个Format 的处理流程和异同。我们看到,在处理过程中,涉及到了大量的高层参数,那么,这些参数从何而来呢?或者说UE在上报UCI时,它需要知道的高层参数如何获取呢?可简单用下图来描述。一个是由系统广播消息SIB1里携带的PUCCH-ConfigCommon参数查表获得,另外一个是通过RRC信令pucch_Config告知,这里不做更多的展开描述。
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