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上行时隙结构与物理资源 

PUCCH格式与流程

PUCCH简介 

PUCCH格式 

PUCCH format 0 

PUCCH format 1 

PUCCH format 2

 PUCCH format 3和4

HARQ反馈流程

PUCCH DTX检测及解调增强技术研究

DTX

系统模型

系统评估指标 

功率检测方法

估计信道功率法 

半盲检测算法

PUCCH ( Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道)是5G NR ( New Radio，新空口)系统物理层重要的组成部分，主要用于传输UCI （ Uplink Control Information，上行控制信息)，包括用于下行链路数据传输的HARQ-ACK/NACK  ( Hybrid  Automated  Repeat  Request-
Acknowledgement/ Negative Acknowledgement，混合自动重传请求一确认/否认确认)反馈等。在NR系统新定义的PUCCH格式下，对于小于12比特的UCI，接收端要先进行DTX ( Discontinuous Transmission，不连续发送)检测并完成解码，只有漏检率和误块率达到一定的正确率时，才能保证整个通信系统的可靠性要求。

    5G的URLLC （Ultra-Reliable and Low Latency Communications，超可靠低时延通信)场景与eMBB （EnhancedMobileBroadband，增强的移动宽带通信)场景相比，对时延和可靠性有更严格的要求。URLLC场景中的PUCCH主要是用来传输指示数据传输是否成功的HARQ反馈消息，进而触发重传增强传输可靠性。

    LTE系统中的PUCCH负责传输上行控制信息，只在系统带宽两端的频域资源发送，通过跳频来最大化频率分集的效果，而且LTE系统中的时隙长度是固定的。PUCCH作为重要的物理信道，在NR系统中被重新设计了。与LTE系统相比，NR eMBB场景下控制信道的5种发送格式已经确定，而且时频位置更加灵活。

在R15中，己经定义了PUCCH的5种格式，包括在各种UCI比特数、OFDM符号数下PUCCH的发送流程、资源分配方式等。

     PUCCH的5种格式中，短PUCCH更适用于对时延敏感的场景。然而，与eMBB场景不同，URLLC支持的服务如工厂自动化等对时延和可靠性有更严格的要求，这可能为PUCCH设计带来新的挑战。支持高可靠性的一种方式是多个HARQ ( HARQ，Hybrid Automated Repeat Request，混合自动重传请求)传输，但这增加了时延。2018年4月的RAN 1 92bis会议确定UE ( User Equipment，用户设备)可以在一个时隙内的不同符号中在服务小区上发送一个或两个PUCCH。一个时隙中的两个PUCCH，至少一个基于PUCCH format 0或2。

上行时隙结构与物理资源 

NR的系统架构划分为RAN (无线接入网)和CN (核心网)。无线接入网有两种节点连接到核心网:为NR终端提供服务的gNB和为LTE终端提供服务的ng-eNB。gNB或ng-eNB负责小区中的所有无线相关的功能，例如无线资源管理、接入控制、服务质量流量管理等等，是逻辑节点。基站是gNB作为产品的实现方式，作为上行的接收端，UE即为上行的发送端。 

无线接入网的协议栈分为用户面和控制面，如图2-1所示。

许多协议实体对于用户面和控制面是共享的，PHY （物理层)也是用户和控制面都有的。物理层负责编解码、HARQ处理、调制、解调、多天线映射、映射信号到物理时频资源等。

物理层以传输信值的形式服务MAC ( 媒体访问控制层），它还负责传输信道到物理信道的映射，物理信道对应于用来传送特定传输信道的时频资源。有的物理信道有对应的传输信道，比如PDSCH (Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道)对应DL-SCH ( Downlink Shared Channel，下行共享信道)。有的物理信道没有对应的传输信道，被称作L1L2控制信道，用于传输DCI ( Downlink ControlInformation，下行控制信息)和UCI。DCI为终端提供用于正确接收和解码下行数据传输的必要信息，UCI为调度器和HARQ协议提供关于终端状况的信息。

PUCCH格式与流程

PUCCH简介 

    与LTE系统类似，NR系统中也定义了上行L1/L2控制信令来辅助上下行数据在传输信道上进行传输。上行L1/L2控制信令包括:

1. HARQ ACK/NACK，即对接收的DL-SCH传输块进行HARQ确认，以便向gNB指示是否已经成功接收到下行传输块;
2. CSI(Channel State Information，信道状态信息)，用于协助下行调度以及多天线和波束赋形处理的终端描述的下行信道状态;
3. SR（Scheduling Request，调度请求)，表示终端申请上行资源进行UL-SCH （Uplink-Shared Channel，上行共享信道)传输 。

PUCCH用来承载上述上行控制信令。作为物理信道，PUCCH实际上也需要映射到物理资源上，由时域和频域共同决定使用的物理资源的位置。三种控制信令通过以下5种组合方式传输:

1. 仅HARQ ACK/NACK;
2.  HARQ ACK/NACK十SR;
3. 仅CSI;  
4. HARQ ACK/NACK+CSI;  
5. HARQ ACK/NACK+SR+CSI

在NR标准版本15中暂时不支持PUSCH和PUCCH同时发送，这是因为当它们在同一个上行载波上发送且在频域上互相分开的时候，终端可能需要一个较大的功率回退来满足频谱发射要求，这会影响上行覆盖，在NR后续版本可能会引入同时发送的方案。

在物理层，PUCCH上承载的上行控制信息有多种格式。Format 0和format 2被称为短PUCCH格式，最多占用2个OFDM符号。通常，一个时隙的最后一个或两个符号会被用来传输PUCCH，比如传输下行数据传输的HARQ确认。具体地，format 0最多传输2 bits上行控制信息，用于承载下行数据传输的HARQ确认或者发送SRo Format 2传输超过2 bits的信息，用于承载CSI上报、HARQ确认和SR。
 另外3个PUCCH格式，即format 1, format 3和format 4，被称为长PUCCH格式，可以占用4一14个OFDM符号。NR设计长PUCCH格式主要是考虑覆盖问题，时间长的PUCCH传输可以增加覆盖范围。具体地，format 1最多传输2 bits上行控制信息。Format 3和4的区别在于复用能力，即有多少终端可以在相同的时频资源上同时传输PUCCH。

PUCCH格式 

PUCCH format 0 

PUCCH format 0是短PUCCH格式，最多可传输2比特信息，如上所说一般是传输SR和HARQ确认信息，最多占用2个OFDM符号。当占用2个符号时，两个符号上传输相同信息。

频域上，format 0占一个RB。序列选择是PUCCH format 0的基础。 使用的序列

基序列是一个Zadoff-Chu（简称ZC）序列，序列跳变决定了组号u（通常也被称为根索引）和组内序号v ，其中.序列跳变是为了随机化不同小区间的干扰，通过时隙间的变化完成跳变。循环移位由循环移位跳变决定。根据不同的信息比特来进行不同的相位旋转，经过相位旋转的基序列就承载了传输的信息，也就是根据传输的信息选择不同相位旋转的序列。PUCCH format 0完整发送流程如图 1所示。

基序列一共有12个不同的相位旋转，也就是提供了最多12个正交序列。为了使检测性能最好，应使不同传输比特对应的序列在频域上尽量分开。因此，当传输1比特信息时，相位转以为单位;当传输2比特信息时，相位旋转以为单位。PUCCH format 0完整发送流程如图所示 

PUCCH format 1 

PUCCH format 1是一种长PUCCH格式。Format 1仍然传输最多2比特的UCI，占用4一14个OFDM符号，每个符号占用一个RB。

除了承载UCI的OFDM符号，format 1占用的符号还包括承载参考信号的OFDM符号。参考信号符号数量多，则信道估计更准确;信息占用符号数量多，则信息编码率低，解码正确率提高。为了让性能最优，需要平衡分配给信息和RS的OFDM符号。

最后在标准中确定的format 1是大致一半符号承载RS。1比特信息时使用BPSK (Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)调制，2比特使用QPSK （Quadrature Phase Shift Keying，四进制相移键控)调制，调制后是一个复数符号，然后与一个长为12的低PAPR序列相乘，序列类似于format 0使用的序列。接下来会使用一个长为信息占用符号长度的正交序列进行时域块扩展，扩展后的信息符号映射到信息对应的OFDM符号上即可。

使用正交序列是为了提升系统的复用能力，即使使用相同基序列和循环移位的不同终端，也能利用正交序列复用相同的时频资源。参考信号和信息的结构类似，也是将一个长为12的序列通过正交序列进行时域块扩展，最后映射到参考信号对应位置上。

Format 1可以配置跳频，以获得类似于LTE的频率分集增益。在LTE的跳频中，两跳分布在载波带宽的两侧。NR的跳频和LTE不同，因为PUCCH的持续时间是根据配置变化的，而且只能在终端对应的激活带宽内传输，所以跳频与否及跳频的位置由资源配置决定。

• 如果没有配置跳频，则使用一组正交序列进行块扩展，包括信息比特和参考信号使用的;
• 如果配置了跳频，则每一跳都要配置一组正交序列。

9个OFDM符号的PUCCH format 1完整发送流程如图所示。 

 表1  PUCCH format 1不跳频和跳频时Data占OFDM符号数量

表2 PUCCH format 1不跳频和跳频时DMRS占OFDM符号数量  

PUCCH format 2

 PUCCH format 2是一种短PUCCH格式，使用1个或2个OFDM符号传输2比特以上的控制信息。Format 2可以占用1-16个RB，由信息比特数及码率等决定。

可以同时传输CSI和HARQ确认，若比特数太多，会优先传输对系统更重要的HARQ确认信息，而舍弃掉CSI。

 信息比特若小于12比特，使用Reed-Muller码进行编码，若大于11比特，则使用Polar码（极化码）编码。编码后进行加扰和调制，使用QPSK调制，调制后的符号映射到每个OFDM符号的相应的子载波上。承载参考信号的符号也映射到每个OFDM符号的相应的子载波上。信息和参考信号占用子载波的比例是2:1，即每3个子载波，有两个承载信息数据符号，一个承载参考信号符号，如图 3所示。PUCCH format 2完整发送流程如图 所示。

若高层配置PUSCH和PUCCH交织映射，那么format2支持多终端复用，类似format4的多终端复用。在调制后，利用正交序列对调制后符号进行扩展，一般支持2或4个终端复用，之后资源映射。

 PUCCH format 3和4

在上面对所有format的描述中，涉及到了很多参数，例如PUCCH OFDM符号数、使用的RB数、是否跳频、format 0的初始循环移位等。除了这些参数之外，终端需要知道自己使用的格式是什么，以及时频资源位置。在LTE系统中，UCI对应的格式及格式对应的时频码域资源相对固定，不是很灵活。为满足不同业务对时延、频谱效率等需求，NR支持了更灵活的机制，即引入了PUCCH资源集的概念。

 一个资源集包含最少4组PUCCH资源配置，每一组资源配置包含了对应适用的PUCCH格式，以及该格式对应的所有参数。

根据UCI比特数量，划分为4个资源集，最多2比特的UCI使用PUCCH资源集0，因此资源集0包含PUCCH format 0和format 1，其他PUCCH资源集包含除此之外的其他格式。

当一个终端要发送UCI时，首先会根据UCI比特数选择PUCCH资源集，同时下行控制信息包含的信息可以决定使用该资源集中的哪个PUCCH资源配置，即决定PUCCH使用的时频资源。

HARQ反馈流程

HARQ是NR中差错控制的方式，在LTE系统中就己经是一项关键技术。它综合了自动重传请求技术(ARQ, Automatic Repeat Request和前向纠错技术(FEC,Error Correction)的优点，对高数据数率和高可靠性数据传输起着重要的作用.物理层完成HARQ的传输功能，MAC层完成HARQ的控制功能.

 在每个TTI (传输时间间隔)，MAC层通常传递一个传输块给物理层，到达物理层后会给传输块添加一个CRC (循环冗余校验)用于接收端检测传输错误。再把添加CRC后的比特进行LDPC(低密度奇偶校验)编码，然后为了适配物理资源进行速率匹配以及根据HARQ调整发送比特，主要是根据传输序号对应的冗余版本选择传输比特在环形缓冲区的起始位置。确定好传输的比特后再经过加扰、调制、层映射、预编码、资源映射、天线映射等一系列操作到达空口，通过空口传给用户终端。

在数据到达终端前，包含NDI (New Data Indicator，新数据指示符)的DCI先到达终端。终端不知道当前的重传次数，也不知道后续是否有重传数据，只是根据基站的指示进行HARQ处理。对于接收到的传输块和HARQ相关的控制信息，MAC的HARQ处理流程可以概括为如下描述。

首先MAC实体会判断NDI，若接收到的传输块为新传数据，则清空缓存并利用GRC对数据尝试解码;若为重传数据，如果这个传输块还没被解码成功，就通知物理层将收到的数据与缓存器里的数据进行合并解码。

如果定时器没有停止或过期，则解码成功就通知物理层产生ACK (Acknowledge，确认)，解码失败就通知物理层产生NACK （Negative Acknowledge )。一个比特即可指示是ACK还是NACK，这一个比特作为UCI的一种，接下来通过PUCCH把ACK/NACK传输给基站端，基站若解出NACK，且此时重传次数小于最大重传次数时，会触发一次对该传输块的重传;若解出ACK，或重传次数己经达到最大重传次数时，基站端不再重传，可以传输新的数据。

PUCCH DTX检测及解调增强技术研究

DTX

在信道条件差等原因下，PDCCH可能没有被UE （User Equipment，用户设备)接收到或者DCI被解错了，导致UE没有在PUCCH上发送相应的UCI信号，这种情况被称作DTX。

对于少于12个发送比特的PUCCH格式，接收端要多做一步判断，即判断此发送时隙是否为DTX，如果不是DTX再进行解调操作。 

因为虚警率也要达到一定指标，所以在LTE中检测是否是DTX(Discontinuous Transmission，非连续发送)主要是基于阂值比较的方法。即在不发送信号、只有噪声发送的情况下统计保证虚警率的闭值门限，在发送信号的情况下得到比较量与此门限比较，没有超过阂值门限则视为漏检。解调由估计的信道与接收信号进行信号检测、软解调等完成。 

得到比较量的方法也就是检测算法，在LTE系统中主要有两种:

• 一是利用RS ( Reference Signal，参考信号)估计信道的功率，以得到的功率为比较量的方法
• 二是用数据和RS共同估计的信道计算功率作为比较量，与此同时在此过程中完成解调。第二种方法被称为半言检测法，与第一种相比，半自检测法使用联合信道估计增强了信道估计的准确性

因为NR PUCCH与LTE的相似性，可以把常见的这两种检测算法引入NR中。 

系统模型

系统评估指标 

为了评估NR PUCCH的系统性能，对于少于12个发送比特的UCI，需要以下3个评估指标 ：

1. 把DTX检测为发送了PUCCH的DTX-to-ACK概率，也就是我们通常所说的虚警率;
2. 把发送的PUCCH判断为DTX的missed-ACK概率，也就是漏检率;
3. 把UCI比特解错了的NACK-to-ACK概率。NACK被解为ACK，引起不了必要的重传，导致数据解码失败，可靠性下降;而ACK被解为NACK，引起重传只会浪费资源增加可靠性，并不会导致解码错误。所以在PUCCH中只评估该指标作为解码错误率，也就是我们所说的BLER (Block Error Ratio，误块率)。

    在NR中，为了满足通信的可靠性，通常要求DTX-to-ACK概率<1 % ，missed-ACK概率<1 % ， NACK-to-ACK概率<0.1 %。以这些数据指标为准，作为考察PUCCH检测性能的基线。 

功率检测方法

估计信道功率法 

PUCCH接收端通常所用的检测方法为估计信道功率法，在NR PUCCH中亦可以应用此算法。
因为RS信号是接收端己知的，所以利用RS信号，可以估计出RS所在RE的信道系数。常用的信道估计算法有最小二乘估计算法(Least Square, LS) 、线性最小均方误差算法(LinearMinimum Mean Square Error,   LMMSE)等，为了与后面的检测算法统一，此处使用LS信道估计算法，根据LS算法和接收系统模型，可以得到估计的信道系数
 

当发送端是DTX时，接收到的只有噪声，此时估计出的信道仅包含噪声，而没有信号成分。
将估计出的信道系数求模方，即为估计信道的功率，用||表示取模运算。

当信道功率和P超过某一个阂值门限时，就可以判断为发送端发送了PUCCH，而不是DTX。门限是判定DTX和PUCCH的分界线，功率和在门限以上为PUCCH，门限以下为DTX。通过选择合适的门限值，就可以把虚警率控制在我们想要的数值。

 在仿真中，因为要保证虚警率即DTX-to-ACK概率不大于1%，则假设发送端为DTX接收端只有随机的高斯噪声，统计大量时隙的估计信道功率，把得到的所有功率从大到小排序，取1%处的功率作为上面所说的阈值门限。这样就可以认为，有1%的是DTX的时隙的功率会超过这个门限而被判断为发送了PUCCH，即保证虚警率为1% 。

有了统计的门限，接下来让发送端发送PUCCH，小于这个门限的时隙被判断为DTX。超过闽值门限的时隙即为DTX检测成功，进入解调步骤。因为估计的信道不带有数据信息，所以解调还是和数据信道的解调方法一样，由RS估计出的信道进行插值运算，得到数据位置的信道系数，然后使用信号检测完成解调。信号检测就是让接收信号经过具有一定滤波系数的滤波器，来还原出发送信号。根据还原信号和调制方式，就可以进行软解调，完成UCI比特的还原。所以整体的算法流程可以由图表示。

在仿真中，当发送PUCCH时接收功率估计小于阈值功率时，为DTX检测失败，即漏检。DTX检测成功进入解调后，将解调出的比特与发送UCI的比特比较，若不一样证明解调失败，这一时隙被判断为解调错误。统计出漏检时隙和解调错误时隙数，和仿真的总时隙数，即可计算出评估指标中的漏检率(Missed-ACK概率)和BLER ( NACK-to-ACK概率)。

半盲检测算法

    当RS占的RE数量比较少时，信道估计的结果可能不是十分准确。发送的数据符号虽然对于接收端是未知的，但如前面所说，知道了发送比特数和调制方式后，接收端可以知道所有可能的发送符号是哪些。基于这种特点，在LTE系统中，有文章设计了一种接收端算法，因为既利用己知符号又利用未知符号，所以被称为半盲检测法。根据算法原理，半盲检测法也可以应用在NR系统中，下面描述半盲检测法应用在NR PUCCH的步骤。 

半盲检测算法把数据符号也用作信道估计的参数，进而增加信道估计的准确性。

接下来把这些所有RE上估计出的信道求和，这样的做法相当于降低了估计信道中包含的噪声成分，从而提高信道估计的准确性。求和后得到一根接收天线上的信道估计和，每一个候选符号可以计算出一个信道估计和: 

 和估计信道功率法一样，用这个U去和统计的闽值门限比较，若U小于门限，则被判断为DTx;若U大于门限，则被判断为发送了PUCCH，此时计算出U的符号的索引m'所对应的信息比特则为发送的UCI。这样通过求最大值的一步操作，不仅得到了最大的信道功率，完成DTx检测，同时也完成了解调。半盲检测法的整体算法流程如图所示。

     半盲检测法利用了数据符号做信道估计，通过RS符号和数据符号估计出的信道求和，估计出发送信号，并提升了仅用RS做信道估计的准确性，解决RS映射RE数量少的缺点，所以会得到比传统的估计信道功率法更好的检测性能。但是半盲检测法也有缺点，因为用于接收端检测的是信道估计和的功率，在噪声的影响下，遍历到发送符号计算出的信道估计和的模值可能不是最大的。

从整个算法流程上看，虽然求信道估计和的步骤一定程度利用了相位信息，但最后判断的步骤中仅利用了信号模值这一信息，导致算法有性能损失。所以，若能利用上信号相位，重新设计算法，就可以弥补这个损失。

最后

以上就是舒适老师为你收集整理的PUCCH（2）格式与DTX检测（源于5G上行控制信道增强技术研究）上行时隙结构与物理资源 PUCCH格式与流程PUCCH DTX检测及解调增强技术研究的全部内容，希望文章能够帮你解决PUCCH（2）格式与DTX检测（源于5G上行控制信道增强技术研究）上行时隙结构与物理资源 PUCCH格式与流程PUCCH DTX检测及解调增强技术研究所遇到的程序开发问题。

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