5.4　NR下行控制信道（PDCCH）设计

5.4.1　NR PDCCH的设计考虑

在5.2节中，我们介绍了5G NR系统基本的资源分配设计，主要适用于PDSCH、PUSCH、PUCCH这些需要基站进行动态调度的信道，虽然5G NR广泛采用“RRC配置+DCI指示”的信令结构，但归根结底还是由基站直接指示信道具体的资源位置。但下行控制信道（PDCCH）的接收机制与上述几个信道有本质的差异，由于DCI是在PDCCH中接收的，终端不可能事先获知DCI传输的精确时频位置，而只能在一个大致资源范围中对DCI进行搜索（Search），也称为盲检测（Blind Detection）。

基于OFDM的PDCCH盲检测机制在LTE系统中已有完整的设计，5G NR PDCCH的设计目标是在LTE PDCCH的基础上进行增强优化，主要考虑的优化方向包括以下几个方面[11]。

·将小区特定（Cell-specific）的PDCCH资源改为终端特定（UE-specific）的PDCCH资源

LTE系统中，一个小区内的终端搜索DCI的PDCCH资源范围都是相同的，频域上等于小区系统带宽，时域上为下行子帧的头1～3个OFDM符号，具体符号数由PCFICH（物理控制格式指示信道）动态指示。PCFICH是对小区广播的信道，因此小区内所有终端都在相同的控制区域（Control Region）内搜索DCI。这一设计沿用到5G NR系统中会有一系列的缺点：首先，5G NR数据信道设计将采用更彻底的UE-specific结构，在资源分配、波束赋形、参考信号设计等各方面均如此。如果PDCCH仍保持Cell-specific结构［如图5-38（a）所示］，则PDCCH和PDSCH在链路性能、资源分配等方面均存在显著差异，基站需要针对PDCCH和PDSCH分别进行调度，调度器复杂度较高。其次，无论需要发送DCI的用户数量多少，LTE基站均需要在整个系统带宽发送PDCCH，终端也需要在整个系统带宽监测PDCCH，不利于基站和终端省电。如果将PDCCH也改为UE-specific结构［如图5-38（b）所示］，则PDCCH和PDSCH就均为UE-specific结构，可以支持PDCCH通过波束赋形提高链路性能，优化PDCCH参考信号设计，简化基站的调度，节省基站和终端耗电。在资源分配方面，最显著的改进方向是将一个终端的PDCCH监测范围从系统带宽集中到一个“控制子带”（Control Subband）内，这个概念是控制资源集（CORESET）的雏形，具体将在5.4.2节中介绍。

图5-38　Cell-specific与UE-specific PDCCH

·在时域上“浮动”的PDCCH

在5.2节中，我们介绍了5G NR为了实现低时延而引入的Mini-slot和“浮动”信道结构。在整个资源调度的物理过程中，除了PDSCH、PUSCH、PUCCH的快速传输，PDCCH的快速传输也是非常重要的，只有终端能够随时接收DCI调度信令，才能实现PDSCH、PUSCH、PUCCH的快速调度，像LTE PDCCH那样只能在子帧开头几个符号传输PDCCH是无法满足URLLC和低时延eMBB业务的需求的。同时，LTE终端需要在每个下行子帧都监测PDCCH，这使终端在不停地监测PDCCH过程中不必要地消耗了电能。对于对时延不敏感的业务，如果能通过基站配置终端每若干个时隙监测一次PDCCH，终端就可以通过微睡眠（Micro-sleep）实现省电。因此，NR PDCCH也需要在时域上“浮动”起来，以实现按需的随时传输，这种灵活性最终体现在PDCCH搜索空间集（Search Space Set）的设计上，具体将在5.4.3中介绍。

·更灵活的PDCCH与PDSCH复用

在LTE系统中，由于PDCCH Control Region在频域上占满整个系统带宽，因此无法与PDSCH频分复用（Frequency Domain Multiplexing，FDM），只是可以根据PDCCH中的用户数量和负载大小，通过PCFICH动态调整Control Region的时域长度（1个、2个或3个符号），实现PDCCH与PDSCH的时分复用（Time Domain Multiplexing，TDM），如图5-39（a）所示。由于LTE一个载波只有20 MHz宽，仅采用TDM、不采用FDM是基本合理的。但NR载波宽度可达100 MHz以上，只采用TDM无法有效的复用PDCCH和PDSCH，在PDCCH两侧的大量频域资源会被浪费。因此在5G NR系统中，应该支持PDCCH和PDSCH的FDM。通过将一个终端的PDCCH限制在它的Control Subband内，这个终端就可以在Control Subband之外同时接收PDSCH，如图5-39（b）所示。终端在自己的PDCCH和PDSCH之间的复用可以通过基站配置给该终端的CORESET信息来实现，具体将在5.4.2节中介绍。在其他终端的PDCCH和本终端的PDSCH之间的复用更为复杂，需要获取被其他终端占用的PDCCH资源信息，具体将在5.7节中介绍。

图5-39　LTE与NR的PDCCH与PDSCH复用模式

·降低DCI检测复杂度

DCI盲检测的基本原理是在PDCCH搜索空间中针对每种可能的DCI尺寸（Size）作尝试性的解码，直至找到属于自己的DCI。随着LTE标准不断演进，定义的DCI格式（Format）和DCI尺寸（Size）越来越多，造成DCI盲检测的复杂度越来越高。因此，5G NR标准希望能控制DCI Format/Size的数量，同时针对一些“公共控制信息”（Common DCI），采用公共控制信道来传输，以降低终端的检测复杂度，节省终端的电能，具体将在5.4.4节中介绍。

另外，在NR PDCCH的设计中，也尝试了其他的一些增强方向，如搜索空间的改进设计、2阶段DCI（2-stage DCI）等，但暂时未被5G NR R15标准接受，本节内容主要集中在NR PDCCH的时频资源配置和DCI设计方面。