TD-LTE PDCCH资源容量评估研究

吴威

摘 要 本文主要通过对PDCCH信道特性的分析，结合网络资源配置及评估单用户在不同调制方式下占用的PDCCH资源情况，提出了在移动通信领域基于用户调制方式的PDCCH资源容量评估方法。

关键词 PDCCH；容量评估；信道资源

中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）206-0089-02

随着广东移动4G网络用户的不断增长，TDLTE网络容量问题日益突显，在容量不足的小区，相关的KPI指标会有劣化，随之用户感知度明显下降，因此网络容量的评估对用户感知和网络指标均有着重要的意义。现有的网络资源容量评估，主要依靠整体的下行资源利用率来进行评估，但TDLTE网络资源是一个共享的资源结构，网管统计的资源利用率仅针对一个特定时间范围内，无法对实时的用户信息进行反馈，当用户在做大的数据业务时，即使一个用户其小区的资源利用率也会很高，反之当小区内大量用户在做小包业务时，由于其占用的业务资源较少，小区的下行资源利用率反而不高。

由于通过资源利用率对网络负荷进行评估无法真实地反映小区的实际负荷，所以需建立一套贴进用户的实际感知且综合考虑系统资源和网络覆盖性能的小区容量评估方法，以达到合理评估小区容量问题并提升用户感知的目的。

1 PDCCH信道特性分析

LTE网络中的PDCCH信道为物理下行控制信道，用于下行承载调度和其他控制信息，UE根据在子帧中检测到的具有DCI格式（1，1A，1B，1C，1D，2，2A）或者UE扩展的DCI格式（2B）的PDCCH，使用上层定义的传输块数目限制条件来解码在同一子帧中相应的PDSCH，若PDCCH信道资源容量不足，将无法对小区内的用户进行充分的调度，从而影响用户的业务速率和应用感知，PDCCH信道特性分析主要涉及以下一些概念及参数。

1.1 LTE无线网络

LTE是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。

1.2 LTE的信道结构

LTE子帧结构由控制域和数据域两部分组成控制域和数据域，其中控制域占用一个子帧的前1、2、3个OFDM符号，承载控制信道PHICH、PCFICH、PDCCH，而数据域占用控制域以外的OFDM符号，传输业务信息。

1.3 LTE物理资源概念

资源单元（RE）：对于第一个天线端口，一个OFMD或者SC-FDM符号上的一个子载波对应的单元；资源块（RB）：一个时隙中，频域上连续宽度为180kHz的物理资源称为一个资源块；资源单元组（REG）：控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道，每个REG中包含4个RE；控制信道单元（CCE）：由9个REG组成，共计36个RE。

1.4 PCFICH信道作用及资源

物理控制格式指示信道（PCFICH）：用于指示一个子帧中传输PDCCH所使用的OFDM符号个数，映射到控制区域的第一个OFDM符号的4个REG上，固定占用16个RE资源。

1.5 PHICH信道作用及资源

物理HARQ指示信道，承载HARQ的ACK/NACK信息。每个PHICH？group由3部分组成，分别映射到一个REG上，共占用3个REG，占用12个RE资源。每个小区的PHICH？group资源由高层配置，且与下行系统带宽相关，TDD模式下，其配置与上下行子帧配比相关。

1.6 CRS参考信号的作用及资源

小区专用参考信号（CRS）：用于小区信道测量和下行信道估计，其时域位置与天线端口相关，在频域上每6个子载波插入一个参考信号，而占用资源数则与系统带宽和天线配置相关。

1.7 PDCCH资源的作用及资源

物理下行控制信道承载用户数据的资源分配信息及用户的数据相关的HARQ信息，一个PDCCH是一個或者几个连续的CCE的集合。每个用户根据无线环境的不同按不同的聚合等级可能占用1、2、4、8个CCE。PDCCH的资源占用的符号数由PCFICH进行指示，最大占用3个符号。每子帧的最大PDCCH的可用CCE数=（控制区域的子载波数-控制区域的其它资源数）/36。

2 小区容量评估方法

通过对PDCCH信道特性的分析，结合网络资源配置及评估单用户在不同调制方式下占用的PDCCH资源情况，特提出了在移动通信领域基于用户调制方式的PDCCH资源容量评估方法。本方法主要通过采集网络内小区参数配置信息计算小区的PDCCH资源的最大CCE配置数，通过采集网管数据“CCE聚合度为X的次数”分别对不同时间段内网络使用的CCE聚合度进行统计，利用等效算法计算出对应时段内的单用户等效CCE数，从而计算出小区内PDCCH信道承载的用户数，以此对小区的控制信道容量进行评估。

2.1 PDCCH资源的CCE计算

LTE的控制区域主要承载LTE控制信息，占用每个下行子帧的前3个OFDM符号，包含了PCFICH、PHICH、PDCCH控制信息和CRS参考信号，控制区域的大小由PCFICH进行指示与系统带宽、天线端口和PHICH配置信息相关。其计算方式如为（公式1）：Ncell？CCE=（NDLRB*A*B-Npcfich-NphichNcrs）/36，其中：NDLRB为下行带宽内所包含的RB数，A为一个RB内包含的子载波数，B为控制区域所占用的最大符号数，Npcfich为PCFICH所占用的RE数，Nphich为PHICH所占用的RE数，Ncrs为CRS所占用的RE数，36为一个CCE所占用的RE数。

2.2 小区内单用户等效CCE计算

用户所处的无线环境的好坏在业务信道反映为小区的编码方式（64QAM、16QAM、QPSK）占比，因此本计算方法以小区编码方式的占比等效小区下用户的分布，对小区内用户的无线环境和占用的控制信道的CCE数进行评估，其等效算法如下（公式2）：

其中：式中x为CCE的聚合度，取值为1、2、4、8，CCEx为统计周期内CCE聚合度为x的次数（x取值为1、2、4、8）。

PDCCH资源的调度能力与UE所在的无线环境息息相关，当无线环境差时，为使终端能够顺畅地解调出PDCCH信道的DCI信息，则需要较低的编码方式进行数据传输，其使用的CCE资源也会较多，因此小区内CCE的使用评估，需考虑到小区内用户所在的无线环境。

2.3 PDCCH承載用户数计算

PDCCH承载用户数计算（公式3）为：Ncell？ user=？Ncell？CCE/等效CCE。其中：

Ncell？CCE由公式1计算得出，等效CCE由公式2计算得出。

3 结论

随着网络用户数的增长，系统容量将是影响用户感知的一个重要因素，缺少完善的容量评估体系，将无法对网络资源进行精确的投入和分配。本计算方法立足于LTE网络理论体系，通过小区配置情况与编码方式占比情况，计算出PDCCH信道承载能力的瓶颈，可准确输出LTE容量不足小区清单，在排除小区资源配置与无线环境问题的情况下，对该小区进行硬件扩容，可实现资源利用最大化并提升用户感知。

参考文献

[1]3GPP TS 36.201： Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical Layer General Description.

[2]3GPP TS 36.211： Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical channels and modulation.

[3]3GPP TS 36.212： Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Multiplexing and channel coding.

[4]3GPP TS 36.302：Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）；Services provided by the physical layer.