2024年5月4日发(作者：卡盟)

第54卷 第1期通信技术Vol.54 No.1

2021年1月Communications TechnologyJan. 2021

文献引用格式：刘大洋，张悦，徐登军，等. Massive MIMO小区PDCCH控制信道容量提升技术研究[J].通

信技术，2021，54（01）：77-86.

LIU Dayang, ZHANG Yue, XU Dengjun, et al. Physical Control Channel Capacity Improvement in

doi:10.3969/.1002-0802.2021.01.0

Massive MIMO Cells [J].Communications Technology,2021,54(01):77-86.

13

Massive MIMO小区PDCCH控制信道容量提升技术研究

*

刘大洋

1

，张 悦

1

，徐登军

2

，廖繁茂

2

，李 珂

2

，蓝万顺

1

（1.中国移动通信集团广东有限公司，广东 广州 510623；2.华为技术有限公司，广东 深圳 518129）

摘 要：5G大带宽业务信道资源多，但是随着用户增多，控制信道资源提前成为瓶颈，Massive

MIMO的大容量能力很难发挥出来。特别是大话务场景用户数多、用户信号质量差、用户做小包

业务等均会导致PDCCH CCE受限严重。针对上述不足，重点分析了重载场景控制信道受限对

MM性能的影响，保障重载场景MM小区的调度能力。所提PDCCH容量提升方法在商用网络验

证过程中，能有效降低重载场景PDCCH CCE分配失败比例，CCE失败比例下降30%～40%左右，

MM小区调度能力提升20%，用户感知速率增益为15%～25%，评估结果符合预期。

关键词：PDCCH；CCE；Massive MIMO；自适应；用户感知速率

中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1002-0802(2021)-01-0077-10

Physical Control Channel Capacity Improvement in

Massive MIMO Cells

LIU Dayang

1

, ZHANG Yue

1

, XU Dengjun

2

, LIAO Fanmao

2

, LI Ke

2

, LAN Wanshun

1

( Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510623

Abstract:

2. Huawei Technologies Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518129, China

,

）

China;

resources become a bottleneck in advance, and it is difficult for massive MIMO

5G large-bandwidth traffic has many channel resources, but as users increase, control channel

to be used. Especially in large traffic scenarios, there are many users, poor user signal quality, and user doing

’

s large-capacity capabilities

small packet services, which will cause severe PDCCH CCE limitation. In view of the above-mentioned

shortcomings, the impact of the limited control channel in the heavy-load scenario on the MM performance

is analyzed to ensure the scheduling ability of the MM cell in the heavy-load scenario. In the commercial

network verification process, the proposed PDCCH capacity improvement method can effectively reduce

the proportion of PDCCH CCE allocation failures in heavy-load scenarios. The CCE allocation failure rate

decreases by about 30% to 40%, the scheduling capability of massive MIMO cells increases by 20%, and the

user-perception rate gain is 15% to 25%. And the evaluation result meets the expectations.

Keywords:

PDCCH; CCE; massive MIMO; adaptation; user-perception rate

* 收稿日期：2020-09-10；修回日期：2020-12-10 Received date:2020-09-10;Revised date:2020-12-10

·

77

·

通信技术2021年

0

引 言

以PHICH信道是在变化的。这个会影响大PDCCH

PDCCH是LTE的信令信道，上行的资源分配

的译码检测过程，所以PHICH信道的信息，会在

的承载和下行分配的承载都是通过PDCCH通知给

PBCH中通知到UE，这样UE就已经知道了前3个

UE。PDCCH在时域上主要占用时隙的前3个符号

符号所有的信息位置，而PDCCH的信息则是其他

(对于带宽比较小的小区，可能会使用4个符号)，

信道占用之后剩余的信道分配的内容

[2]

。

具体使用几个符号，由物理信道PCFICH来指示，

如图1所示：PCFICH、PHICH、PDCCH占据

而PCFICH是占用固定的时频位置

[1]

。在前面3个

同一块位置（RS信号也占据部分RE），需基于

符号上，还有其他的物理信道，包括PHICH信

PCFICH指示的PDCCH占据的OFDM符号数，从

道、RS信号和PBCH信道。PHICH的信道不是固

PBCH中找到PHICH资源，剔除这几个信道后剩余

定的，下行的ACK资源分配是异步的HARQ，所

的RE即PDCCH的位置。

1

图1 PCFICH、PHICH、PDCCH符号位置

PDCCH是传输物理层下行控制信息（DCI, 资源）。LTE协议中按照聚合等级把PDCCH分为

Downlink Control Information）的信道。DCI包括上了四种格式{0,1,2,3}，每种格式分别对应聚合等级

下行数据传输的调度信息（时频资源块及相关调制{1,2,4,8}，聚合等级表示一个 PDCCH 占用的连续的

编码方式）和上行功率控制信息。可以简单地理CCE 个数，用

n

表示，且PDCCH起始位置所在的

解为PDCCH携带某种信息，这些信息就是为了完CCE 号必须为

n

的整数倍

[3]

。

成上述7种功能；因此可以把这些信息称为DCI，如表1所示：PDCCH根据payload的长度的不

即PDCCH承载的是DCI信息，一个PDCCH 只能同划分了4种不同的格式。

携带一个某种format的DCI。一个小区可以在上行

表1 PDCCH 4种不同的格式

和下行同时调度多个 UE，即一个小区可以在每个

PDCCH Number of Number of resource-Number of

子帧发送多个调度信息。每个调度信息在独立的

formatCCEselement groupsPDCCH bits

PDCCH 上传输，也就是说，一个小区可以在一个

01972

子帧上同时发送多个PDCCH，即一个子帧上可能

1218144

包含多个DCI信息。由于DCI的大小与其格式和

2436288

下行系统带宽相关，差异会很大，因此承载DCI的

3872576

每个PDCCH可以有不同的大小（占用数量不等的

说明：长短不一的划分是为了承载不同长度的

·

78

·

第54卷刘大洋，张 悦，徐登军，廖繁茂，李 珂，蓝万顺：Massive MIMO小区PDCCH控制信道容量提升技术研究第1期

控制信息，同时也便于照顾边缘用户的信道质量（使还有RB和功率剩余、频谱效率降低。如果PDCCH

用长的控制信道格式），按照CCE的倍数来设计符号数配置过多，即PDCCH CCE使用率低，将占

长度，可减少PDCCH盲检测的复杂度。用不必要的PDSCH资源，也会导致频谱效率降低。

PDCCH是由4G基站eNodeB发送给UE的，5G Massive MIMO作为大容量解决方案，可以有效

即属于下行信号，其主要作用有：应对高负荷，大事件等场景，但是在这些场景下，

（1）向UE发送下行调度信息，以便 UE 接收 PDCCH信道很容易成为影响MM增益发挥的瓶颈。

PDSCH ；PDCCH容量提升算法需求就非常迫切，怎样节省

（2）向UE 发送上行调度信息，以便 UE 发送 PDCCH CCE资源用于更多的用户调度？容量提升

PUSCH ；算法可提升PDCCH容量，支持调度更多的用户，

（3）发送非周期性CQI上报请求；提升用户上行的平均吞吐率、频谱效率、体验速率，

（4）通知MCCH 变化；以及用户下行的平均吞吐率、频谱效率、体验速率。

（5）发送上行功控命令；

（6）HARQ相关信息；

1

PDCCH控制信道容量提升技术

（7）携带RNTI：该信息隐式包含在 CRC 中，

等等。

本章节系统性研究了PDCCH控制信道提升关

如果PDCCH符号数配置不够，为调度用户分

键因素，从设计实用性和提升效果显著性方面总结

配CCE失败，将导致用户调度时延增大，影响用

出五大关键技术手段，如图2所示。下文中详细介

户业务感受。同时如果待调度的用户数量大且每个

绍每个功能的原理，实施具体细节以及预估增益效

用户的缓存数据量不大，将导致PDSCH、PUSCH

果等。

图2 PDCCH控制信道容量提升五大关键技术

1.1

低聚集级别用户优先调度

1.2

增强符号自适应优化

小区子帧配比类型为SA2时，2/7子帧不能eNodeB对低聚集级别用户的符号自适应判断

用于下行数据传输，3/8子帧将被用于传输更多的条件进行优化，提升PDCCH每TTI调度的MU-BF

下行数据。这将导致上下行发送DCI（Downlink 用户数，提升小区配对层数和用户下行平均吞吐

Control Information）的资源受限以及下行CCE受率

[5]

。在Massive MIMO小区重载场景下，增强符号

限

[4]

。因此引入低聚集级别用户优先调度功能。该自适应优化功能开启后，eNodeB根据待调度用户

功能生效时，eNodeB针对MU-BF用户，按照3/8数对PDCCH符号个数进行预估，PDCCH符号个数

子帧上每个用户上个TTI PDCCH CCE初始聚集级与调度所需要的PDCCH信道资源更加匹配，提升

别从小到大进行优先级排序，挑选最适合的用户进PDCCH每TTI调度的MU-BF用户数，提升小区配

行配对，提升3/8子帧上PDCCH调度的MU-BF用对层数和用户下行平均吞吐率（如图4所示）。

户数，提升小区配对层数和用户下行平均吞吐率。自适应调整PDCCH符号数，以更快地匹配真

如图3所示：实话务需求。

·

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·

通信技术2021年

图3 低聚集级别用户优先调度

图4 增强符号自适应优化调整PDCCH符号数示例

1.3

PDCCH误块率目标值提升

的多个UE复用，实现PDCCH空分复用（如图6

提高PDCCH链路自适应的BLER目标值，使

所示）。

得PDCCH误块率收敛到该目标值。普通轻载场景

该参数默认值为0.5%，MM重载下建议修改为1.5%,

可以降低CCE聚集级别，降低CCE资源消耗。

1.4

PDCCH功率控制用户数门限（Pdcch Pwr Ctrl  

User Num Thd）

如图5所示，在网络重载时，控制PDCCH

功率优化用户数门限。当用户数大于该门限时，

图6 PDCCH空分复用

PDCCH不允许通过增加功率提升CCE解调成功

率

[6]

。增益预期：重载场景，因PDCCH功率不足

2

PDCCH控制信道容量提升技术增益影响

导致的CCE分配失败概率降低，用户体验速率提升。

分析

2.1

增益分析

该功能可以缓解因Massive MIMO小区PDCCH

资源受限，导致小区容量受到抑制的问题，提

图5 PDCCH功率控制实现流程

升小区下行平均吞吐率和用户下行平均吞吐率。

1.5

PDCCH空分复用（SDMA）

在Massive MIMO小区重载场景下，本功能可提升

MM数据信道通过空分复用来实现容量成倍提

PDCCH每TTI调度的MU-BF用户数，提升小区配

升，业务信道容量提升后，调度用户数明显提升，

对层数和用户下行平均吞吐率

[8]

。

此时如果控制信道容量跟不上，也会影响最终的用

2.2

对网络的影响

户体验和小区容量能力

[7]

。通过将PDCCH宽波束

•PDCCH和PDSCH资源均受限严重时，开通

进行劈裂，使得PDCCH资源被不同波束下的多个

PDCCH容量提升，可能导致小区下行平均吞吐率

UE复用，实现PDCCH空分复用。通过将PDCCH

和下行频谱效率下降。

宽波束进行劈裂，使得PDCCH资源被不同波束下

•对于低聚集级别用户优先调度，由于eNodeB

·

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·

第54卷刘大洋，张 悦，徐登军，廖繁茂，李 珂，蓝万顺：Massive MIMO小区PDCCH控制信道容量提升技术研究第1期

优先调度低聚集级别用户，可能导致远点用户的体

3

商用网CCE受限问题分析

验速率略有降低。

•对于PDCCH聚集级别优先级排序，由于功

3.1

普通商用重载场景CCE受限导致用户体验速

能生效后降低了PDCCH聚集级别4 和8用户的优

率差

先级，因此部分边缘用户的调度优先级会降低，这

模拟忙时单小区用户数达到300+，单用户体

部分用户的体验速率可能会降低。

验速率降低到1.4Mbps左右（如图7、图8所示）。

图7 RRC连接用户数随时间变化曲线

图8 下行用户体验速率变化曲线

经分析，主要是控制信道CCE资源受限导致，

3.2

场馆大事件场景CCE受限导致用户体验速率差

下行CCE分配失败比例高达70%（如图9、图10

所示），上行CCE分配失败比例高达80%（如图

××局点场馆跨年演唱会保障，MM小区忙时

11、图12所示），其具体计算公式如下：

用户数高达1000，体验速率降低到500kbps以下（如

图13所示），体验受限严重。

P=





A



分析控制信道利用率和CCE分配情况，发现



A

+

B





（1）

CCE分配失败比例极高（如图14、图15、图16、

式中，

P

为CCE分配失败比例，

A

为CCE分

图17所示）。控制信道受限导致用户体验极差。

配失败次数，

B

为CCE分配成功次数。

·

81

·

·

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·

通信技术2021年

图9 下行CCE利用率变化曲线

图10 下行CCE分配失败率

图11 上行CCE利用率变化曲线

第54卷刘大洋，张 悦，徐登军，廖繁茂，李 珂，蓝万顺：Massive MIMO小区PDCCH控制信道容量提升技术研究第1期

图12 上行CCE分配失败率

图13 举例说明CCE受限对实际现网用户体验影响

图14 下行CCE利用率变化曲线

83

··

通信技术2021年

图15 下行CCE分配失败率

图16 上行CCE利用率变化曲线

图17 上行CCE分配失败率

3.3

PDCCH容量提升技术应用效果

50%以上。采用本文中的PDCCH容量优化五大关

本特性在现网已经验证，普通场景验证效果如

键举措后，如图18所示，优化后CCE分配失败比

下，开启PDCCH容量优化包之后，体验速率提升

例明显降低。

·

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·

第54卷刘大洋，张 悦，徐登军，廖繁茂，李 珂，蓝万顺：Massive MIMO小区PDCCH控制信道容量提升技术研究第1期

图18 优化后CCE后提升效果

4

结 语

[2] Chen R, Onggosanusi E N. Downlink Rank Indication

本文主要介绍了PDCCH控制信道容量提升技

and Uplink Rank Reporting for Dedicated Beamforming:

术方案的原理以及实际应用效果。控制信道有两个

United States Patent Application 2 Kind

维度，一是PDCCH CCE资源，二是PDCCH功率

Code:A1

，

1-6.

资源。两者的分配算法要结合小区实际用户数和实

[3] 朱

际无线环境等综合指标进行分配算法优化。性能提

究

莉

[D].

. TD-LTE

广州

：

华南理工大学

小区间控制

, 2014:4-6

信道干扰抑制技术研

升的时候也有两个方向，一是想方设法节省控制信

Control Channel Interference

道资源并保证用户体验不下降，二是怎样利用空分

Rejection for Downlink TD-LTE Systems[D]. Guangzhou:

ZHU Li. Inter-cell

复用算法以及MM多天线能力，在原有基础上提升

[4]

South China University of Technology, 2014:4-6

控制信道容量，增加可用CCE资源。通过PDCCH

李小文, 贾海峰. LTE系统中PDCCH资源分配算法

容量算法优化，重载和大事件场景控制信道受限得

的研究[J]. 电信科学, 2012(03):87-90.

到明显的缓解，MM小区用户体验速率大幅提升。

LI

All

Xiaowen,

ocation

JIA

for

Haifeng.

PDCCH

Research

Used in

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L

Resource

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Communications, 2000, 21(8):8-13.

·

86

·

作者简介：

刘大洋（1987—），男，硕士，高级

工程师，主要研究方向为广东移动全省无线

网优化、5G无线行业应用支撑；

张 悦（1983—），男，硕士，高级

工程师，主要研究方向为4G/5G协同优化；

徐登军（1983—），男，学士，华为技术有限公司

广东咨询与系统集成部部长，主要研究方向为移动通信

网络测试及性能分析；

廖繁茂（1982—），男，硕士，华为技术有限公司

广东咨询与系统集成部资深工程师，主要研究方向为无

线通信系统规划优化方向；

李 珂（1992—），女，硕士，高级工程师，主要

研究方向为5G蜂窝移动网络通信系统优化；

蓝万顺（1977—），男，学士，高级工程师，主要

研究方向为广东移动全省无线网维护、优化，无线网新

技术研究。