本节课程视频7.2.4PDCCH信道总体概念经过前面SSB、PBCH和初始接入流程的学习我们知道手机在解码MIB之后拿到了打开“控制信息之门”的第一把钥匙——CORESET#0的配置。那么门后面是什么呢是一整套精密的指挥系统。从本节开始我们将深入这套系统的核心——物理下行控制信道PDCCH。它是5G空口资源调度的“总调度员”所有上下行数据的传输都必须听它的号令。7.2.4.1PDCCH的基本概念和目的分类我们先思考一个根本性的问题为什么5G系统要专门设计一个物理控制信道这要从业务信道的本质说起。一、业务信道的三层不确定性承载用户数据的PDSCH和PUSCH有一个非常重要的共同特征它们是动态或半动态共享的。这句话怎么理解我们可以拆开看三层含义。层次不确定的内容具体说明第一层“有或没有”是不确定的一个小区里有成百上千的用户但并不是每个用户在每一个时刻都有数据要收发。网络需要根据实际情况动态决定这个时隙给谁发、不给谁发第二层“资源在哪”是不确定的即使决定给某个用户调度数据具体占用哪些频段的资源块RB、哪个时隙、哪些符号也是每次调度都可能变化的目的是灵活适配信道条件实现多用户频率分集增益第三层“属性如何”也是不确定的这次传输用QPSK还是256QAM码率是多少用几层MIMO这些物理层参数都需要根据实时的信道质量来动态调整可以想象一下如果让手机像“开盲盒”一样自己去猜测PDSCH/PUSCH的这些信息那将是灾难性的——效率极低、错误百出。因此系统必须有一个“先知”在每次数据传送之前就明确地告诉手机“注意接下来有你的事在某某时间、某某频率、用某某方式去接收或发送数据。”这个“先知”正是PDCCH。它承载的指令叫做下行控制信息DCIDownlink Control Information。所以PDCCH的核心作用可以用一句话概括它是承载DCI的物理信道负责对PDSCH和PUSCH进行调度。没有PDCCH的调度PDSCH和PUSCH就无法正确工作。需要说明的是PDCCH本身并不是调度的“总控制”角色——它并不具备调度器Scheduler的策划功能而只是把基站调度器所生成的调度信息忠实地指示给手机。二、PDCCH与PUCCH并非对等的一对信道这里需要特别提醒一个容易产生误解的对照关系既然有下行控制信道PDCCH那上行控制信道PUCCH是不是与它功能对等只是方向相反答案是否定的。信道方向核心功能PDCCH基站 → 终端下行承载DCI是基站向手机下达的调度命令是资源分配的起点PUCCH终端 → 基站上行手机向基站反馈状态信息例如HARQ ACK/NACK、调度请求SR、信道状态信息CSI等并不承担调度指示的功能一个是“下行命令”一个是“上行报告”功能完全不同。之所以要特别强调这一点是因为无论上行业务信道还是下行业务信道其调度都统一依靠PDCCH来指挥——调度器只存在于基站gNB一侧终端并不具备这样的总体调度能力因此PDCCH承担着这一核心枢纽的角色而PUCCH并不与之对等。三、盲检的根源不确定性向下传递既然动态共享的PDSCH/PUSCH从用户角度看具有前面所说的三层不确定性那么对它们进行指示和调度的PDCCH同样也继承了这种不确定性——手机既不能确定某个位置是否真的存在属于自己的PDCCH也不能提前知道即便存在其具体的格式、聚合等级又是怎样的。这正是PDCCH需要进行盲检Blind Detection的根本原因。所谓盲检是指手机在整个检测过程中需要不断地进行尝试性接收并对每一次尝试做相应的校验例如CRC校验、扰码校验等——校验成功则说明找到了属于自己的PDCCH进而获取其中的DCI信息校验不成功则换下一种可能性继续检测。这与我们此前介绍PBCH/SSB检测时提到的盲检有相似之处也有本质区别SSB的盲检本质上是对同步信号一种序列做相关运算校验而PDCCH的盲检则是通过DCI后附加的CRC冗余校验码来完成校验二者虽然都属于“盲检”范畴但所用的校验方法截然不同。由于PDSCH和PUSCH本身在某个时频位置是否存在是不确定的PDCCH相应地也就具有“可有可无”的动态性——对手机而言某个位置究竟有没有PDCCH它无法预先确知只能尝试检测万一这个位置根本没有PDCCH检测自然一无所获但手机仍然需要去尝试以防万一真的存在。这正是盲检这一概念最根本的来源。四、PDCCH的多样性为何需要分类理解了PDCCH的必要性之后我们再来看它的多样性。调度一个用户的专属数据和广播系统消息SIB1能是同一种指令吗显然不能。手机在检测的时候会根据不同的属性、不同的资源在PDCCH中解调出所谓的DCI。DCI中包含一些相应的字段用以指示手机有没有对应的资源如果PDCCH已经被正确接收原则上就说明确实存在这样的资源如果有这个资源在哪个时间点、哪些频域位置以及这个资源本身的属性是怎样的调制方式、码率、MIMO层数等物理层参数。这些内容都包含在不同类型的DCI当中手机通过盲检即可获得。因此PDCCH需要根据其所调度PDSCH/PUSCH的具体用途不同而进行分类这一分类直接体现在一个关键标识上——RNTIRadio Network Temporary Identifier无线网络临时标识。不同类型的调度目标例如广播消息、公共信令、用户专属数据会使用不同的RNTI来加扰PDCCH的CRC校验位手机据此即可判断某次成功解调出的PDCCH究竟属于哪一种类型、服务于什么目的。关于RNTI具体如何区分不同类型PDCCH的详细内容将是下一小节“7.2.4.2 用不同的RNTI来表示不同类型的PDCCH”所要重点讨论的话题。作为预告这里先给出DCI Format 1_0用于调度下行PDSCH的一种常见DCI格式的完整字段构成供读者对DCI所携带信息的丰富程度建立一个直观印象图7.2.4.1-3 DCI Format 1_0字段构成一览涵盖频域/时域资源分配、调制编码方式、HARQ相关参数、PUCCH反馈指示等原讲义配图可以看到一条DCI中包含了从资源分配频域、时域、调制编码方案MCS、新数据指示NDI、冗余版本RV、HARQ进程号到PUCCH资源指示、HARQ反馈定时指示等十余个字段这些内容共同构成了手机准确接收对应PDSCH所需的全部关键信息。不同格式的DCI其具体字段构成也会有所不同这部分内容本教材将在后续章节中做专门展开此处仅作为对DCI丰富内容的直观预览。五、直观示意PDCCH在时频资源网格中的位置为了更直观地理解PDCCH在实际时频资源中的分布方式下面结合几张示意图与真实截图来说明。图7.2.4.1-1 一个PRB内PDCCH与PDSCH资源共存示意12个子载波×14个OFDM符号第一列为PDCCH第四列为DMRS原讲义配图图中展示的是一个物理资源块PRB的基本构成纵向是12个子载波横向是14个OFDM符号二者共同构成12×14的资源单元REResource Element网格。在常见的资源分配方式下例如在第一个符号上往往放置的就是PDCCH或者说CORESET所占用的资源不论是CORESET0还是后续业务阶段所使用的其他CORESET道理都是相通的图中第四列所标注的D-M-R-S代表PDSCH自身的解调参考信号所占用的位置其余大部分资源则用于承载真正的PDSCH数据。需要说明的是一个RB通常远不足以承载一个完整的PDSCH实际场景中PDCCH与PDSCH往往会跨越多个RB乃至多个时隙分布具体是集中于同一时隙还是延伸到后续时隙取决于系统的实际配置。图7.2.4.1-2 真实频谱分析仪截图SSB与后续PDCCH/PDSCH资源在时频域上的实际占用情况原讲义配图这是一张来自频谱分析仪的真实资源占用截图。从图中可以观察到左侧独立的一块信号正是SSB——其内部前面是同步信号占1个符号中间间隔1个符号其余部分则是PBCH的资源这一模式清晰可辨紧随其后的区域则对应着某个子帧或时隙开始处的PDCCH资源约3个符号其中还能看到两部分并存的PDCCH内容这可能代表着同一CORESET资源当中同时承载了两个用户或两种功能的DCI。若其中一份PDCCH对应的正是CORESET0那么它接下来就会指示手机向后去查找SIB1所在的PDSCH资源另一份则可能指向其他未在图中标注出来的资源。这张图非常直观地展示了SSB/PBCH与PDCCH如CORESET0、以及二者所分别指示的SIB1或其他PDSCH资源之间的相互关系。六、本节小结本节从CORESET0检测的引子出发正式进入PDCCH信道的总体学习。我们系统讲解了PDCCH存在的根本原因——业务信道PDSCH/PUSCH具有“有无不确定、位置不确定、属性不确定”三层不确定性必须依靠PDCCH这一“先知”角色通过DCI提前告知手机相关调度信息明确了PDCCH与PUCCH并非对等的一对信道前者是基站下达的调度命令后者是终端反馈的状态信息揭示了PDCCH盲检的根本来源正是PDSCH/PUSCH不确定性向PDCCH的传递并说明了PDCCH需要依据RNTI对不同调度目的进行分类的必要性。最后结合原讲义中的RB资源网格示意图与真实频谱分析仪截图直观展示了PDCCH在时频资源中的实际分布形态。掌握了PDCCH的基本概念与目的分类框架后下一小节“7.2.4.2 用不同的RNTI来表示不同类型的PDCCH”我们将具体展开讨论RNTI这一关键标识是如何精细化地区分出各种不同类型、服务于不同目的的PDCCH的。