LTE：PUCCH中的码分复用

PUCCH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（orthogonal Code Division Multiplexing，CDM）来实现的：在频域上使用循环移位（cyclic shift，也称作相位旋转phase rotation，这是同一种技术的2种不同说法）；在时域上使用正交序列（orthogonal sequence）。

      不同的PUCCH format，可能使用不同的CDM技术（如图2所示）。

 

PUCCH format	CDM
1/1a/1b	cyclic shift + orthogonal sequence
2/2a/2b	cyclic shift
3	orthogonal sequence

图2：不同PUCCH format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cyclic shift（对应cyclic shift索引0 ~ 11）。

      然而对PUCCH format 1/1a/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cyclic shift都能够使用。典型情况下，可认为小区至多有6个可用的cyclic shift。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PUCCH format 1/1a/1b时予以说明）。

 

PUCCH format	Number of cyclic shifts in a RB
1/1a/1b	12 (deltaPUCCH-Shift = 1) 6 (deltaPUCCH-Shift = 2) 4 (deltaPUCCH-Shift = 3)
2/2a/2b	12

图3：不同PUCCH format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orthogonal sequence来实现。不同的UE在同一RB上发送PUCCH时使用不同的orthogonal sequence，从而保证了相互间的正交性。

 

PUCCH format	Number of orthogonal sequences in a RB
1/1a/1b	Normal CP: 3 Extended CP: 2
3	Normal PUCCH format 3: 5 Shortened PUCCH format 3: 4

图4：不同PUCCH format在一个RB内所能使用的orthogonal sequence的个数

 

      使用cyclic shift和orthogonal sequence，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cyclic shift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cyclic shift生成的。cyclic shift的偏移值与slot number（

：取值范围0~19）以及symbol number（

：Normal CP下取值范围为0~6；Extended CP下取值范围为0~5）都有关系。cyclic shift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PUCCH 1、PUCCH 2资源时，会看到上面的公式是如何影响cyclic shift的取值的。

      为了进一步随机化inter-cell干扰，orthogonal sequence和cyclic shift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cyclic shift，即一个RB总共有3 * 6 = 18个PUCCH 1资源。在cell A中，一个UE使用了资源3（对应橙色线圈起来的），对应（cyclic shift，orthogonal sequence）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（cyclic shift，orthogonal sequence）组合：在第一个slot使用（11, 1），在第二个slot使用（8, 2）。在cell B中，虽然同样是使用资源3和11，但资源对应的的cyclic shift和orthogonal sequence与cell A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cyclic shift和orthogonal sequence跳变的例子

 

      需要说明的是，除了PUCCH format 1/1a/1b和PUCCH format 2/2a/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PUCCH 1/1a/1b，或只能用于传输PUCCH format 2/2a/2b，或只能用于传输PUCCH format 3。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PUCCH format如何使用这些CDM技术，会在后续具体介绍每种PUCCH format时予以说明。

【参考资料】

[1]     《4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband》

[2]     《LTE - The UMTS Long Term Evolution, 2nd Edition》

[3]      TS 36.211的5.4节