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1、LTE中PDCCH CCE利用率影响因素探讨【摘要】主要探讨了LTE FDD中物理下行控制信道的控制信道单元利用率的各种影响因素，并阐述了PDCCH CCE高利用率分析流程以及研究PDCCH CCE利用率的意义，最后对现网案例进行具体分析。1 引言LTE中PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行链路控制信道）的主要作用是承载DCI（Downlink Control Information，下行控制信息），DCI中包含了UE（User Equipment，用户设备）所需的子帧中的下行资源分配信息、上行资源赋予信息以及如何进行解码等信息。UE下载数据
2、需要先读取PDCCH以便获知下行数据所在资源块位置及大小；UE上传数据得先由PDCCH中DCI指示为其分配了资源块之后才能上传，可见PDCCH在LTE中具有重要的作用。PDCCH实质为一个大的信道，该信道中有多个PDCCH候选，当仅考虑专用UE信息时，每个PDCCH候选对应一个UE前向连接，占用1/2/4/8个CCE（Control Channel Element，控制信道单元）（CCE是PDCCH的最小资源单位），因此PDCCH容量实际上反映了小区能容纳的UE前向连接数，对该PDCCH容量的资源利用率情况用指标PDCCH CCE利用率来衡量。2 PDCCH CCE利用率影响因素分析2.1 P
3、DCCH CCE利用率定义 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个数=每TTI PDCCH CCE可用数目统计周期内TTI数”，具体计算方法为(由于带宽、MIMO符号数决定的REG个数-PCFICH占用的4个REG-PHICH占用的REG)/9；分子“PDCCH信道占用CCE个数”是指小区实际所使用的CCE数量（公共信令使用的PDCCH CCE个数、上行调度使用的PDCCH CCE个数及下行调度使用的PDCCH CCE个数之和）。2.2 影响PDCCH CCE利用率因素分析 在分析PDCCH CCE利用率之前，有必要对一
4、个子帧中的控制区域和数据区域进行分析，如图1所示： 图1 子帧内的控制区域和数据区域示意图 其中，控制区域包含PCFICH（Physical Control Format Indicator Channel，物理控制格式指示信道）、PDCCH、PHICH（Physical Hybrid Automatic Repeat Indicator Channel，物理混合自动重传指示信道）、DL-RS（Downlink-Reference Signal，下行参考信号）；数据区域包含PDSCH（Physical Downlink Shared Channel，物理下行链路共享信道）、DL-RS、SSS（
5、Secondary Synchronization Signal，从同步信号）、PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信号）、PBCH（Physical Broadcast Channel，物理广播信道）。 根据前述PDCCH CCE利用率指标公式定义，该指标的高低与其可分配的CCE数及实际占用的CCE数有关，下面从以下2个方面进行分析： （1）可分配CCE数量影响因素 时域控制格式指示设置 CFI（Control Format Indicator，控制格式指示）指示了一个子帧内可用于控制信道的符号数。当系统带宽大于10RB时，CFI指示的可用于PDCCH
6、的符号数为1/2/3；当系统带宽小于等于610RB时，CFI指示的可用于PDCCH的符号数为2/3/4。 显然，CFI=1比CFI=2占用的控制区域符号数小，在同一系统带宽以及相同PHICH GROUP数量前提下可分配CCE数量小，即PDCCH容量较小。 频域系统带宽 根据CCE的定义：包含36个RE（Resource Element，资源单元）的一个连续资源块，显然系统带宽越大可用的CCE也就越多。 PHICH duration设置 在FDD（Frequency Division Duplex，频分双工）制式下，不同的PHICH duration指示了PHICH所占用的符号数。当PHICH
7、duration设置为normal时，非MBSFN子帧所占用符号数为1；当PHICH duration设置为extended时，非MBSFN子帧所占用符号数为3。 PHICH duration的配置限制了控制区域至少需要占用的符号数。UE是采用CFI和extended PHICH duration相比较中取其大者。例如，对于下行系统带宽大于10RB的小区而言，如果配置了extended PHICH duration，此时UE会忽略PCFICH的值而认为控制区域所占的OFDM数等于PHICH duration（即等于3）。 PHICH GROUP数目 每个PHICH GROUP占用3个REG（R
8、esource Element Group，资源单元组），一个小区内可用的PHICH GROUP数的计算方式如下： PHICH GROUP数量（FDD）=Ng(Nrb/8)，normal cp时 （2） PHICH GROUP数量（FDD）=2Ng(Nrb/8)，extended cp时 （3） 其中，Ng1/6,1/2,1,2；Nrb表示系统下行带宽（单位为RB）。可以看出，Ng越大，PHICH GROUP数量也越大，相应的控制区域内可用于PDCCH的资源数就越少。 上述中提及的PHICH duration、Ng均包含在PHICH CONFIG里，在MIB（Master Informatio
9、n Block，主信息块）中发送。 （2）PDCCH实际占用CCE数量影响因素 影响PDCCH实际占用CCE数量的因素与用户多少、用户使用的DCI格式、用户所处的环境等有关。表1是PDCCH不同格式下所支持的比特数，它反映了不同格式的DCI至少需要何种格式的PDCCH承载。表1 PDCCH不同格式设置 PDCCH格式 CCE聚合级别 对应REG数量 PDCCH bits数量 0 1 9 72 1 2 18 144 2 4 36 288 3 8 72 576 如果一个用户的DCI是72bits，则其只需要使用PDCCH格式为0的即可，即只占用1个CCE就够了。而另一个用户的DCI长度为130，则
10、需要使用PDCCH格式为1的，即占用2个CCE。显然小区下若使用PDCCH格式1的用户较多，则占用CCE相对较多。 针对同一格式的DCI，如果用户所处的无线环境较差，则需要较高的CCE聚合级别来发送，以抵抗差的无线环境，提高PDCCH解调性能。较高的CCE聚合级别意味着使用较多的CCE，因此若在无线环境较差下的用户较多，则占用CCE相对较多。 若eNB下等待调度的用户多，则相应的DCI需求也多，占用CCE相对较多。3 PDCCH CCE高利用率分析流程 PDCCH CCE利用率高、低场景分析如表2所示：表2 PDCCH CCE利用率高、低场景分析 PDCCH CCE利用率（低） PDCCH C
11、CE利用率（高） 小区吞吐率（低） 调度用户数（小） 少人使用 用户少，数据速率不高，但用户所处无线环境差 调度用户数（大） / 用户多，主要使用低速业务（如QQ） 小区吞吐率（高） 调度用户数（小） 用户少，但消耗大量网络资源（如FTP） / 调度用户数（大） / 用户多，消耗适当的网络资源（典型的业务模型） 在日常优化中，当发现PDCCH CCE利用率较高时，如图2所示： 图2 PDCCH CCE高利用率分析 对于PDCCH CCE高利用率，一方面，从无线参数入手进行调整与优化，减少PDCCH CCE高利用率可能带来的分配失败；另一方面，改善无线环境，进行基站扩容或分裂。此外，还可针对用户
12、使用的业务模型，适时打开半持续调度来降低对应的PDCCH开销。 在可用于PDCCH的CCE确定的情况下，此时如果前向连接的用户较多，则PDCCH CCE利用率较高，反之则低，体现了控制信道的繁忙程度。 当用于控制区域的符号数增加，无形中可用于PDCCH的CCE也增加，从而PDCCH的容量增加，支持的前向连接的UE数增多，但是同一子帧内能用于用户数据传输的符号减少（即资源块减少），影响了单用户峰值吞吐量；当用于控制区域的符号数减少，则同一子帧内用于用户数据传输的资源增加，单用户峰值吞吐量随之增加。因此，需要根据具体场景，在PDCCH容量和吞吐量之间进行平衡：当网络轻载，连接用户不是瓶颈时，可以减
13、少控制区域所占符号数，提高吞吐量；当用户多时，需要适当放宽CFI以免连接受限，当然，用于数据传输的资源就会减少，吞吐量有所降低。4 案例分析 在对某试验网城市FDD网络性能进行分析时，尽管A、B厂家的PDCCH CCE利用率均无瓶颈，但发现A设备区域PDCCH CCE利用率明显高于B设备区域，基本上是B厂家的2倍。如图3所示： 图3 统计周期内不同厂家PDCCH CCE利用率 根据现网用户发展情况来看，由于用户量较少，在两个设备区域使用的CCE情况应该大致相同，因此把分析重点放在了分母上。首先根据统计公式比较两厂家的可用CCE数量，如图4所示： 图4 统计周期内不同厂家PDCCH可用CCE数比
14、较 可以看出，A厂家PDCCH可用CCE数量比B厂家低，且基本为2倍关系，初步判定A、B厂家该指标的差异与分母的可用CCE数量有关。根据前述可分配CCE数量分析，重点检查有关无线参数配置。目前A、B厂家都配置为PDCCH符号自适应，如图5和图6所示： 图5 A厂家CFI设置方式 图6 B厂家CFI设置方式 其他无线参数如系统带宽、PHICH CONFIG配置相同。进一步深入分析，即便两厂家均采用了CFI动态调整方式在每个TTI（Transmission Time Interval，传输时间间隔）内进行调整，但也有一个调整起点设置问题，A设备厂家的调整起点是1个符号，可从图7统计看出： 图7 A
15、厂家CFI调整起点示意图 B设备厂家暂无此类统计，但可从信令跟踪来看，具体如图8所示： 图8 B厂家CFI调整起点示意图 可以看出，B设备厂家CFI自适应调整的起始符号本身就是从2、3符号自适应，从而导致B设备可用CCE数量大于A设备，最终造成在目前负荷很轻的情况下，A厂家区域PDCCH CCE利用率大约为B设备区域的2倍。5 结束语 在分析PDCCH CCE利用率时，除了考虑网络负荷、无线覆盖好坏等因素以外，无线参数的设置也起着至关重要的作用，需要进行多维度分析，以便在PDCCH CCE利用率处于安全值的情况下采取针对性措施提高PDCCH CCE的利用率，进而实现控制信道容量和吞吐量之间的平衡。