下行控制信息 - 下行DCI

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我是靠谱客的博主无私糖豆，最近开发中收集的这篇文章主要介绍下行控制信息 - 下行DCI，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

在说下行控制信息之前，我们先说一下承载下行控制信息的控制信道。这里我们和LTE做个对比，如下：

可以看到，对于LTE，下行存在3个控制信道，分别是：

PCFICH
PDCCH
PHICH

而到了NR，仅仅剩下了PDCCH信道，这是什么原因呢？

我们先看PCFICH，LTE系统中的PDCCH在时域上是每个下行子帧的前1~3个OFDM symbols，在频域上是占据整个工作带宽；LTE的设计是每个下行子帧上的PDCCH在时域上的长度都可变(虽然实际上并没有设备商这样实现)，因此就产生了PCFICH信道，把PCFICH放置在每个下行子帧的1个OFDM symbol上，让终端读取PCFICH信息从而得知当前下行子帧上的PDCCH在时域上占用九个OFDM symbols。而到了NR，PDCCH的承载在频域上不再是占用整个工作代码，拥有了更大的灵活性，NR使用CORESET来定义PDCCH的检测空间，每个CORESET在时频域上的位置都是通过RRC信令配置，这样自然就不需要再使用PCFICH了。

再说PHICH，PHICH的作用是用于上行同步的HARQ-ACK反馈；对于LTE尤其是TD-LTE的上行传输来说，由于上下行的子帧配比是固定的，使用PHICH可以减少信令消耗；但是对于NR来说，上下行的配比是动态的，相应的上下行传输都是异步传输，也就是说上行不支持同步传输，因此PHICH也就没有存在的必要了。

因此，到了5G，下行控制信道就只剩下PDCCH了。同样的，NR的PDCCH也是通过承载DCI信息来传输下行控制信息。

NR支持的下行DCI格式有：

到：DCI formats中的各种字段按照如下所述映射到信息位 $a_{0}$ ....... $a_{a-1}$ :

每个字段按照在对应DCI格式中的出现顺序映射到信息位上，包括zero-padding位；第一个字段的MSB映射到 $a_{0}$ 上，后面的字段以此类推，映射到之后的信息位上。如果DCI格式的信息位个数<12 bits，那么应在该DCI的信息位后面添加0直到它的有效负荷大小等于12 bits。

DCI长度对齐

如果需要在指定的DCI format中添加padding或者截断(truncation)，应按照以下步骤进行：

step 0：

按照38.212, ‘Format 0_0’一节所描述的DCI 0_0内容，确定在公共搜索空间传输的DCI format 0_0，其中 $n_{rb}^{ul,bwp}$ 指的是initial UL BWP的PRB个数。
按照38.212, ‘Format 1_0’一节所描述的DCI 1_0内容，确定在公共搜索空间传输的DCI format 1_0，其中 $n_{rb}^{dl,bwp}$ 表示为：

I. 如果在当前小区中配置了CORRESET 0，则 $n_{rb}^{dl,bwp}$ 表示CORESET 0的RB个数。

II. 如果在当前小区中没有配置CORRESET 0，则 $n_{rb}^{dl,bwp}$ 表示initial DL BWP的RB个数。

如果DCI format 0_0在公共搜索空间中传输，并且如果该DCI 0_0的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上在公共搜索空间上传输的DCI format 1_0的有效负荷长度，则需要在DCI format 0_0的末尾添加若干个ze ro padding bits，直到它的有效负荷长度和DCI format 1_0相等为止。
如果DCI format 0_0在公共搜索空间中传输，并且如果该DCI 0_0的信息位长度(不包含padding)大于在相同小区上在公共搜索空间上传输的DCI format 1_0的有效负荷长度，则需要从DCI format 0_0的‘Frequency domain resource assignment’字段长度的MSB开始截去若干个bits，直到DCI format 0_0的长度等于DCI format 1_0的长度。

Step 1:

按照38.212, ‘Format 0_0’一节所描述的DCI 0_0内容，确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_0，其中 $n_{rb}^{ul,bwp}$ 指的是active UL BWP的RB个数。
按照38.212, ‘Format 1_0’一节所描述的DCI 1_0内容，确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 1_0，其中 $n_{rb}^{dl,bwp}$ 指的是active DL BWP的RB个数。
对于一个终端，如果它在一个小区的上行传输通过信令配置为既可以在SUL(补充上行)也可以在non-SUL(普通上行)上传输，并且如果在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_0(该DCI用于指示在SUL上的PUSCH传输)的信息位长度不等于在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_0(该DCI用于指示在non-SUL上的PUSCH传输)的信息位长度，则需要在两者之间信息位长度较小的DCI format 0_0末尾添加若干个zero padding bits，直到其信息位长度和信息位长度较大的DCI format 0_0相等为止。
如果DCI format 0_0在UE-specific搜索空间中传输，并且如果该DCI 0_0的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 1_0的有效负荷长度，则需要在DCI format 0_0的末尾添加若干个zero padding bits，直到它的有效负荷长度和DCI format 1_0相等为止。
如果DCI format 1_0在UE-specific搜索空间中传输，并且如果该DCI 1_0的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_0的有效负荷长度，则需要在DCI format 1_0的末尾添加若干个zero padding bits，直到它的有效负荷长度和DCI format 0_0相等为止。

Step 2：

按照38.212, ‘Format 0_1’一节所描述的内容确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_1。
按照38.212, ‘Format 1_1’一节所描述的内容确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 1_1。
对于一个终端，如果它在一个小区的上行传输通过信令配置为既可以在SUL(补充上行)也可以在non-SUL(普通上行)上传输，并且如果在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_1(该DCI用于指示在SUL上的PUSCH传输)的信息位长度不等于在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_1(该DCI用于指示在non-SUL上的PUSCH传输)的信息位长度，则需要在两者之间信息位长度较小的DCI format 0_1末尾添加若干个zero padding bits，直到其信息位长度和信息位长度较大的DCI format 0_1相等为止。
如果在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_1的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_0/1_0的长度，那么在DCI format 0_1的末尾应添加一个bit的zero padding。
如果在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 1_1的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_0/1_0的长度，那么在DCI format 1_1的末尾应添加一个bit的zero padding。

Step 2A：

按照38.212, ‘Format 0_2’一节所描述的内容确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_2。
按照38.212, ‘Format 1_2’一节所描述的内容确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 1_2。
对于一个终端，如果它在一个小区的上行传输通过信令配置为既可以在SUL(补充上行)也可以在non-SUL(普通上行)上传输，并且如果在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_2(该DCI用于指示在SUL上的PUSCH传输)的信息位长度不等于在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 0_2(该DCI用于指示在non-SUL上的PUSCH传输)的信息位长度，则需要在两者之间信息位长度较小的DCI format 0_2末尾添加若干个zero padding bits，直到其信息位长度和信息位长度较大的DCI format 0_2相等为止。

Step 3：

如果下面两个条件都能满足，则认为在step2之后不需要进行长度对齐操作：

I. 当前小区配置有需要监听的DCI，并且这些DCI中不同DCI长度的总数不超过4个；

II. 当前小区配置有需要监听的DCI，如果这些DCI中存在由C-RNTI加扰的DCI，并且这些由C-RNTI加扰的DCI中不同DCI长度的总数不超过3个。
Step 4：

否则，

Step 4A：

移除在上面step2中引入的padding bit；
确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 1_0，其中 $n_{rb}^{dl,bwp}$ 由以下条件确定：

I. 如果在当前小区中配置了CORRESET 0，则 $n_{rb}^{dl,bwp}$ 表示CORESET 0的长度。

II. 如果在当前小区中没有配置CORRESET 0，则 $n_{rb}^{dl,bwp}$ 表示initial DL BWP的长度。

确定在UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_0，其中 $n_{rb}^{ul,bwp}$ 指的是initial UL BWP的RB个数。
如果在UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_0的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 1_0的有效负荷长度，则需要在UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_0的末尾添加若干个zero padding bits，直到它的有效负荷长度和在UE-specific搜索空间传输的DCI format 1_0相等为止。
如果在UE-specific搜索空间传输的DCI format 0_0在被截断前的信息位长度大于在相同小区上在UE-specific搜索空间上传输的DCI format 1_0的有效负荷长度，则需要从DCI format 0_0的‘Frequency domain resource assignment’字段长度的MSB开始截去若干个bits，直到DCI format 0_0的长度等于DCI format 1_0的长度。

Step 4B：

如果在上述步骤以后当前小区配置的不同DCI长度的总数超过4或者使用C-RNTI加扰的不同DCI长度超过3：

如果DCI format 0_2的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上传输的DCI format 1_2的有效负荷长度，则需要在DCI format 0_2的末尾添加若干个zero padding bits，直到它的有效负荷长度和DCI format 1_2相等为止。
如果DCI format 1_2的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上传输的DCI format 0_2的有效负荷长度，则需要在DCI format 1_2的末尾添加若干个zero padding bits，直到它的有效负荷长度和DCI format 0_2相等为止。

Step 4C：

如果在上述步骤以后当前小区配置的不同DCI长度的总数超过4或者使用C-RNTI加扰的不同DCI长度超过3：

如果DCI format 0_1的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上传输的DCI format 1_1的有效负荷长度，则需要在DCI format 0_1的末尾添加若干个zero padding bits，直到它的有效负荷长度和DCI format 1_2相等为止。
如果DCI format 1_1的信息位长度(不包含padding)小于在相同小区上传输的DCI format 0_1的有效负荷长度，则需要在DCI format 1_1的末尾添加若干个zero padding bits，直到它的有效负荷长度和DCI format 0_1相等为止。

在应用以上步骤后，UE不会处理会导致以下场景的DCI配置：

当前小区配置有需要传输的DCI，并且这些DCI中不同DCI长度的总数超过4个；或者，
当前小区配置有需要传输的DCI，如果这些DCI中存在由C-RNTI加扰的DCI，并且这些由C-RNTI加扰的DCI中不同DCI长度的总数超过3个；或者
在UE-specific搜索空间的DCI format 0_0的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间的DCI format 0_1的长度；或者
在UE-specific搜索空间的DCI format 1_0的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间的DCI format 1_1的长度；或者
当至少一对DCI format 0_0和DCI format 0_2的PDCCH candidates被影射到相同的资源上时，在UE-specific搜索空间的DCI format 0_0的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间的DCI format 0_2的长度；或者
当至少一对DCI format 1_0和DCI format 1_2的PDCCH candidates被影射到相同的资源上时，在UE-specific搜索空间的DCI format 1_0的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间的DCI format 1_2的长度；或者
当至少一对DCI format 0_1和DCI format 0_2的PDCCH candidates被影射到相同的资源上时，在UE-specific搜索空间的DCI format 0_1的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间的DCI format 0_2的长度；
当至少一对DCI format 1_1和DCI format 1_2的PDCCH candidates被影射到相同的资源上时，在UE-specific搜索空间的DCI format 1_1的长度等于在另外一个UE-specific搜索空间的DCI format 1_2的长度；

下行DCI

下行DCI主要用于下行PDSCH的相关控制信息的传输，下行DCI分为回退方式(fallback)和非回退模式(non-fallback)。LTE中的下行DCI也有回退方式和非回退方式，如果大家去翻36.213就可以发现，LTE中定义了多种传输模式，每种传输模式都有自己特定的DCI format，而同时每种传输模式都包含DCI format 1A，这个DCI format 1A就是LTE中DCI的回退方式，而其他DCI格式就是非回退方式。具体说来，LTE中的回退方式DCI format 1A主要用于终端的接入、传输模式切换以及传输模式内的回退(即从特定的传输模式回退到传输分集模式)等。NR中的DCI回退方式用途与LTE类似，也是用于终端初始接入场景，另外也用于尚不确认终端配置是否生效的时间段以及用于减少控制信令开销，比如小包数据的传输可以使用回退方式的DCI。

DCI format 1_0

DCI format 1_0作为下行DCI回退方式DCI格式存在，用于在小区下行方向调度PDSCH传输时提供PDSCH相关的控制信息。主要有包括以下几个场景：

1. 当加扰的RNTI为C-RNTI时，用于由PDCCH order发起的随机接入流程：

2. 当加扰的RNTI为C-RNTI时，除了由PDCCH order发起的随机接入的其它场景：

3. 当加扰的RNTI为P-RNTI，用于调度paging消息的场景：

4. 当加扰的RNTI为SI-RNTI，用于调度SIB消息的场景“

5. 当加扰的RNTI为RA-RNTI或者MsgB-RNTI(用于2-step RA)，用于在随机接入过程中调度RAR消息：

6. 当加扰的RNTI为TC-RNTI，用于在随机接入过程中调度Contention Resolution消息(Msg4)：

DCI Format 1_1

DCI format 1_1用于在小区下行方向调度PDSCH传输时提供PDSCH相关的控制信息，DCI format 1_1使用C-RNTI，CS-RNTI或者MCS-C-RNTI加扰。

如果DCI format 1_1在小区内同一个BWP中在多个搜索空间中传输，这些搜索空间与多个CORESET相关联，这些搜索空间中的DCI format 1_1有效长度应等于其中具有最大有效长度的DCI format 1_1的有效长度，长度不够则使用zero padding填充直到相等。

DCI format 1_1表格中橙色标记的字段是R16引入的字段，这里我们只稍作解释，具体含义放在以后对应的博文里再细细说明：

one-shot HARQ-ACK request：R16中引入的type-3 HARQ-ACK codebook。主要应用场景是unlicensed频段中的HARQ-ACK反馈问题：因为使用的非授权频谱资源，因此携带HARQ-ACK的PUCCH/PUSCH传输时无法保障的，终端传输HARQ-ACK反馈的失败率会变得很高。除了type-3 AHRQ-ACK codebook，3GPP R16还引入了以下两种新功能用来解决非授权频谱资源场景中的HARQ-ACK反馈问题：1. Non-numerical K1 indication for ACK/NACK transmission timing;2. Enhanced(Type 2)dynamic codebook for HARQ-ACK
以下新增字段都服务于R16引入的新功能：Multi-TRP

PDSCH group index

New feedback indicator

Number of requested PDSCH group(s)

Priority indicator

Multi-TRP从R15开始就在3GPP的技术会议上讨论，该技术主要用于增强URLLC的可靠性以及毫米波场景下的多点合作传输；讨论很多，但是直到R16才正式把这块内容写入到3GPP中，而且比较隐晦(3GPP的一贯作风)。这个后面有机会我会单独开个博文来介绍。

"ChannelAccess-Cpext", 该字段用于shared spectrum channel access场景(i.e., LAA)。

“Minimum applicable Scheduling offset indcator”，该字段用于基于cross-slot调度的终端节能功能(cross-slot scheduling based power saving)。

“Scell dormancy indication”，该字段用于SCell休眠功能，此功能也是用于终端节能目的。在SCell休眠期内，终端不用监听该SCell上的PDCCH，但是仍然可以执行对SCell的RRM/CSI测量、AGC以及波束管理。

DCI Format 1_2

DCI format 1_2的引入是为了eURLLC(Enhanced Ultra-Reliable Low Latency Communications），需要说明的是这个是下行方向针对eURLLC场景引入的DCI format，在上行方向上出于同样的目的还引入了DCI format 0_2。我们先看看DCI format 1_2各个字段的信息：

上图中灰黑色中划线的字段表示这些字段原属于DCI format 1_1，但是在DCI format 1_2中删除了。黄色高亮的字段表示这些字段在DCI format 1_1中也存在，但是其定义在DCI format 1_2中发生了变化。

认真观察DCI format 1_2可以发现以下特点：

相比于DCI format 1_0和1_1， DCI format 1_2的总bits数有明显的降低，这也是把DCI format 1_2称为compact DCI的原因。
DCI format 2_0中的绝大部分字段的长度都变成了可配置的（通过RRC信令完成）。这样做的原因也是为了对应不同的eURLLC场景最大限度地减少DCI format 2_0的长度。

因此DCI format 1_2也被称为comapct DCI（这里需要注意，DCI format 0_2同样称为compact DCI），具体表现在可以支持某些字段长度的可配置性：

DCI format 1_2的最大长度要大于R15所定义的fallback DCI；
DCI format 1_2的最小长度设计目标为比R15的fallback DCI少10~16 bits；
DCI format 1_2的长度可以等于R15 fallback DCI （包括使用添加zero padding）

为什么要想尽各种办法缩减用于URLLC的DCI format 1_2的长度呢，原因是在需要达到同等的可靠性传输目标时(e.g., $10^{-6}$ )，payload小的DCI比payload大的DCI更容易达到这一目的，也就说通过减小DCI的payload，提高了eURLLC的传输可靠性。

以下是3GPP 38.824所给出的compact DCI在链路级方面性能增益的描述：

从上表我们可以看出，表中一共使用了12个样本来评估compact DCI链路级别的性能增益。其中有6个样本可靠性可以达到99.9999%，即BLER为 $10^{-6}$ 。对比这6个样本DCI payload为40 bits和24bits的场景，可以发现后者比前者在功率方面有0.6dB到1dB的增益。

另外从PDCCH资源使用来看：

上表中，PL表示“payload”，从表中可以看出，对于可靠性为99.9999%(即BLER= $10^{-6}$ )的场景，样本R1-1900208和R1-1900043分别就DCI payload 40bits和24bits(即compact DCI比普通的DCI长度减少了16 bits)的情况进行了对比，从以上表格可以看到，payload 24bits的DCI在CCE的占用上比payload 40bits的DCI节省了大月14.22%~18.12%。

更多的有关eURLLC的细节以后有机会我单独写个博文介绍。