PUCCH format 1/1a/1b

      本文主要介绍PUCCH format 1/1a/1b，主要内容包括：PUCCH 1/1a/1b携带的信息、PUCCH 1/1a/1b如何调制到RB中、PUCCH 1资源表示、deltaPUCCH-Shift对cyclic shift的影响、一个RB包含多少个PUCCH 1资源的计算、如何解读36.211的5.4.1节和5.4.3节的那些公式等等。

      需要说明的是：（1）本文介绍的内容只适用于UE接入一个小区的场景，即不牵涉载波聚合（Carrier Aggregation，CA）。在载波聚合中，UE如何反馈HARQ ACK/NACK会在后续介绍PUCCH format 1b with channel selection和PUCCH format 3中予以说明；（2）本文介绍的内容不涉及半静态调度（SPS）；（3）本文介绍的内容不涉及PUCCH format 1/1a/1b与PUCCH format 2/2a/2b混合的PUCCH，这会在另一篇博文中介绍。

      PUCCH format 1只携带SR信息，且不占用任何无线资源。UE只有在请求上行资源时，才需要发送SR；其它时候UE不发送SR以节约电量和减少干扰。因此与HARQ确认信息不同，并没有明确的bit用于发送SR，而是通过对应的PUCCH上是否存在能量来表示是否存在SR。

      PUCCH format 1a只传输1 bit的ACK/NACK信息，使用BPSK调制，对应单小区、单codeword的场景。如果同时需要发送SR，还可以携带SR信息。

      PUCCH format 1b传输2 bit的ACK/NACK信息，使用QPSK调制，对应单小区、双codeword的场景。如果同时需要发送SR，还可以携带SR信息。

http://s11/mw690/927cff01nd3c53f82dd6a&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />

图1：PUCCH format 1/1a/1b

      我们将PUCCH format 1/1a/1b使用的PUCCH资源统称为PUCCH 1资源，PUCCH 1资源通过一个资源索引http://s4/mw690/927cff01nd3c54bda72b3&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />），所使用的cyclic shift（http://s7/mw690/927cff01nd3c54cb71df6&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />）和orthogonal sequence（http://s7/mw690/927cff01nd3c54f310fa6&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />，或根本就不写。

      分配给某个UE的SR资源（http://s10/mw690/927cff01nd3c550748a69&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />）是通过IE: SchedulingRequestConfig的sr-PUCCH-ResourceIndex字段配置的。

      对于UE只接入一个serving cell（非载波聚合）的场景，用于发送HARQ 确认信息的PUCCH format 1a/1b所使用的PUCCH 1资源索引http://s1/mw690/927cff01nd3c553250260&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />是通过一个以PDCCH的第一个CCE作为入参的函数得到的，该PDCCH是用于调度HARQ确认信息对应的下行数据的（见36.213的10.1.2.1节和10.1.3.1节）。因此，并不需要在下行调度信息中明确地指出PUCCH 1资源的信息，从而降低了开销。

      经过调制以后，PUCCH format 1a和PUCCH format 1b都只生成一个调制信号http://s14/mw690/927cff01nd3c55582561d&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />。其星座图匹配方式如图2所示：

http://s13/mw690/927cff01nd3c55cfd117c&690format 1/1a/1b" />

图2：HARQ ACK/NACK的星座图匹配方式

      当UE需要同时发送SR和HARQ ACK/NACK时，SR会与NACK（PUCCH format 1a）或NACK, NACK（PUCCH format 1b）使用相同的星座点，通过检测该星座点是否存在额外的能量就知道是否存在SR。（注意：在PUCCH format 3中，同时发送SR和HARQ ACK/NACK时，处理方式与PUCCH format 1a/1b是不同的）

      如果没有收到有效的DL-SCH相关的控制信令（即没有收到下行数据），则PUCCH上什么也不传输（对应DTX）。这样做除了可以避免占用不必要的PUCCH资源外，还可以使eNodeB在接收的PUCCH上检测3种状态：ACK，NACK，DTX。由于NACK和DTX的处理是不同的，所以这种检测是必要的：对于NACK来说，会重传额外的parity bit以增加冗余；而对于DTX来说，UE很可能已经丢失了systematic bit的初始传输，所以比重传额外的parity bit更好的做法是重传systematic bit。

      http://s6/mw690/927cff01nd3c5616cdb45&690format 1/1a/1b" />

图3：PUCCH format 1/1a/1b（Normal CP）

      对Normal CP而言，每个slot有7个symbol，每个symbol都会发送一个长为12的序列。前面已经介绍过，该序列是通过对一个长为12的小区特定的频域序列进行cyclic shift得到的（一个RB在频域内至多支持12个cyclic shift）。其中3个symbol被用于DM-RS，而剩下的4个被用于发送PUCCH format 1/1a/1b，如图3所示。（对Extended CP而言，每个slot有6个symbol，其中中间的2个symbol被用于DM-RS，而剩下的4个symbol被用于发送PUCCH format 1/1a/1b）

      为了提高每个RB上可复用的PUCCH format 1/1a/1b的UE数，在时域上，调制符号会乘以一个长为4的orthogonal sequence（对应4个可用于传输PUCCH format 1/1a/1b的symbol）。PUCCH format 1/1a/1b只能使用3个而不是4个相互正交的orthogonal sequence，这是因为DM-RS同样使用orthogonal sequence，以便eNodeB为特定的UE估计信道质量，但Normal CP情况下，一个slot中只有3个symbol可用于传输DM-RS，为了满足DM-RS的需求，因此只能使用3个相互正交的长度为3的orthogonal sequence。（Normal CP下，一个RB在时域内至多支持3个orthogonal sequence；Extended CP下，这个数字为2，道理同上）。

      也就是说，Normal CP下，最多允许3 * 12 = 36（对于Extended CP而言，这个数值为2 * 12 = 24）个UE在同一RB内发送PUCCH format 1/1a/1b，彼此间通过cyclic shift和orthogonal sequence予以区分。

      前面已经介绍过，对于PUCCH 1/1a/1b而言，在实际部署中，12个cyclic shift并不一定都能够使用。PUCCH format 1/1a/1b在每个RB上可用的cyclic shift数是由http://s11/mw690/927cff01nd3c5666e544a&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />决定，并通过IE：PUCCH-ConfigCommon的deltaPUCCH-Shift字段进行配置。deltaPUCCH-Shift取值范围为（1，2，3），对应可用的cyclic shift数为12，6和4，经过循环移位后的序列之间相互正交。

      一个长为12的小区特定的频域序列至多有12种cyclic shift值（对应cyclic shift索引0 ~ 11），如果deltaPUCCH-Shift = 1，说明相邻的cyclic shift间的间隔为1，对应可用的cyclic shift的数目为12（12 / 1 = 12，对应图4）；如果deltaPUCCH-Shift = 2，说明相邻的cyclic shift间的间隔为2，对应可用的cyclic shift的数目为6（12 / 2 = 6，对应图5）；如果deltaPUCCH-Shift = 3，说明相邻的cyclic shift间的间隔为3，对应可用的cyclic shift的数目为4（12 / 3 = 4，对应图6）。

      注意：deltaPUCCH-Shift只应用于PUCCH format 1/1a/1b（包括混合PUCCH中的PUCCH format 1/1a/1b），而不能应用于PUCCH format 2/2a/2b。

http://s14/mw690/927cff01nd3c57408046d&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />

图4：Normal CP下，http://s14/mw690/927cff01nd3c5802e767d&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />，1个RB内共36个PUCCH 1资源

http://s12/mw690/927cff01nd3c575c29efb&690format 1/1a/1b" />

图5：Normal CP下，http://s12/mw690/927cff01nd3c58170d8eb&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />，1个RB内共18个PUCCH 1资源

http://s12/mw690/927cff01nd3c57908ff0b&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />

图6：Normal CP下，http://s3/mw690/927cff01nd3c582759382&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />，1个RB内共12个PUCCH 1资源

      注意：图4、图5、图6分别来自[2]的Table 16.5、Table 16.6、Table 16.7。但Table 16.7和图6是不一样的。Table 16.7指示一个RB内只有9个资源索引，但实际上应该有12个，所以我认为原书中是不正确的，就改成了图6的样子。如果大家发现我理解错了，欢迎指正。

      小结：一个用于发送PUCCH format 1/1a/1b的RB，所包含的PUCCH 1资源数http://s4/small/927cff01nd3c5896c1fb3&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />，也即可复用的UE数为：

http://s13/mw690/927cff01nd3c58a80780c&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />

      其中，c表示orthogonal sequence的数目，对于Normal CP而言，其值为3；对于Extended CP而言，其值为2。P表示可用的cyclic shift的数目，其值为http://s2/mw690/927cff01nd3c5914aecc1&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />的值固定为12，表示1个RB频域上包含了12个子载波。

      如果某个小区共配置了http://s2/mw690/927cff01nd3c5928adf51&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />个RB用于发送PUCCH format 1/1a/1b，则该小区可用的PUCCH format 1资源总数（这里不计算混合PUCCH）为http://s1/mw690/927cff01nd3c5938fa0d0&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />。

      前面已经提到过，通过PUCCH 1资源索引http://s4/mw690/927cff01nd3c54bda72b3&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />），所使用的cyclic shift（http://s7/mw690/927cff01nd3c54cb71df6&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />）和orthogonal sequence（），即该索引唯一地指定一个三元组（，http://s7/mw690/927cff01nd3c54cb71df6&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />，）。这里我将36.211的5.4.1节和5.4.3节用于计算该三元组的公式串起来，并添加了一些注释，以方便大家学习。

      如果大家仔细对照公式来看协议的话，可以看出之前介绍的知识点基本都可以从这些公式反映出来。

http://s6/mw690/927cff01nd3c59fb7ae95&690format 1/1a/1b" />

图7：通过http://s10/mw690/927cff01nd3c54b13d879&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />确定PUCCH 1资源所在的RB

http://s2/mw690/927cff01nd3c5a4036bd1&690format 1/1a/1b" />

图8：通过http://s10/mw690/927cff01nd3c54b13d879&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />确定PUCCH 1资源所使用的cyclic shift

http://s1/mw690/927cff01nd3c5a759ea80&690format 1/1a/1b" />

图9：通过http://s10/mw690/927cff01nd3c54b13d879&690format 1/1a/1b" TITLE="LTE：PUCCH format 1/1a/1b" />确定PUCCH 1资源所使用的orthogonal sequence

【参考资料】

[1]     《4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband》的11.4节

[2]     《LTE - The UMTS Long Term Evolution, 2nd Edition》的16.3节

[3]      TS 36.211的5.4节

[4]     PUCCH Format 1,1a,1b Location-------PUCCH format 1/1a/1b在频域上的位置