上行物理信道 PUCCH和DMRS for PUCCH

Overview

与LTE类似，NR中PUCCH也支持多个格式，NR中PUCCH支持如下表所示的PUCCH格式。

Sequence and cyclic shift hopping

PUCCH format 0，1，3,4使用的序列 $r_{u,v}^{(\alpha ,\delta )}(n)$ 为低峰均比(low PAPR)序列，通过一个基础序列 $\bar{r}_{u,v}(n)$ 定义如下：

前面我们说的基础序列 $\bar{r}_{u,v}(n)$ 的长度按照m值的不同长度也不同，3GPP协议里将它分成了2类，一类是基础序列长度>=36；另一类是基础序列长度<36:

对于 $M_{ZC}\geqslant 3N_{sc}^{RB}$ 的情况，基础序列 $\bar{r}_{u,v}(0),...,\bar{r}_{u,v}(M_{ZC}-1)$ 由以下公式确定：

对于 $M_{ZC}\in \left \{ 6,12,18,24 \right \}$ 的情况，基础序列由以下公式确定：

$\bar{r}_{u,v}(n)=e^{j \varphi(n)\pi /4 },0\leqslant n\leqslant M_{ZC}-1$

其中 $\varphi (n)$ 由以下表格给出：

对于 $M_{ZC}=30$ 的情况，基础序列 $\bar{r}_{u,v}(0),...,\bar{r}_{u,v}(M_{ZC}-1)$ 由以下公式确定：

$\bar{r}_{u,v}(n)=e^{-j\frac{\pi (u+1)(n+1)(n+2)}{31}},0\leqslant n\leqslant M_{ZC}-1$

接着我们再说说cyclic shift $\alpha$ ，该数值由以下公式确定：

以上公式中的 $n_{cs}(n_{c},l)$ 由以下公式确定：

PUCCH format 2使用的序列为Pseudo-random sequence(伪随机序列)，该序列定义为一个长度为31的Gold sequence。输出长度为 $M_{PN}(n=0,1,...,M_{PN}-1)$ 的序列c(n)定义为如下：

PUCCH format 0

PUCCH format 0属于PUCCH短格式(时域上只有1~2个OFDM symbol)。在频域上，PUCCH format 0只支持1个PRB即12个子载波的长度。PUCCH format 0最多只支持2个bit的信息传输，因此PUCCH format 0只能用于传输HARQ-ACK信息或者scheduling request消息。

PUCCH format 0是所有PUCCH format中最特殊的一种，它没有加扰和调制，通过信息bit来选择传输使用的基序列，并进行相应的相位旋转来达到不同终端的UCI信息复用的目的。

Sequence Generation

序列x(n)按照如下公式生成：

$r_{u,v}^{(\alpha ,\delta )}=e^{j\alpha n}\bar{r}_{u,v}(n)=e^{j\alpha n}e^{j\varphi (n)\pi /4}$

由于基序列 $r_{u,v}^{(\alpha ,\delta )}(n)$ 长度为12，因此u从下表中取值，

从上图可以看出，

基序列 $r_{u,v}^{(\alpha ,\delta )}(n)$ 分成30个序列组 $u\in \left \{ 0,1,...,29 \right \}$ , 序列组u由下式确定：

$u=\left ( f_{gh}+f_{ss} \right )mod30$

以上公式中的伪随机序列c(i)定义为：

基序列中的循环移位 $\alpha$ 由下式给出：

从上图中的Table9.2.3-3和9.2.3-4可以知道，对于PUCCH format 0，在基序列的基础上，还提供了12个不同的相位旋转。通过不同的相位旋转，PUCCH format 0最多可以复用6个终端的UCI信息。

Resource Mapping

PUCCH format 0序列x(n)按照如下公式生成：

序列x(n)从x(0)开始依序映射到RE $(k,l)_{p,\mu}$ 上，映射顺序是按照先频域后时域的升序方式映射到天线端口p=2000上的物理资源上。其中， $(k,l)_{p,\mu}$ 表示在端口p，子载波间距配置 $\mu$ 下的RE $(k,l)$ 。

PUCCH format 1

PUCCH format 1属于PUCCH长格式(时域上4~14个OFDM symbol)。在频域上，PUCCH format 1只支持1个PRB即12个子载波的长度。与PUCCH format 0一样，PUCCH format 1最多只支持2个bit的信息传输，因此PUCCH format 1也只能用于传输HARQ-ACK信息或者scheduling request消息。

Sequence Generation

PUCCH format 1与PUCCH format 0一样采用低峰均比序列，具体内容请参考PUCCH format 0中的基序列生成内容。

Sequence Modulation

根据需要传输的UCI信息bit个数的不同，PUCCH format 1可以对bit块 $b(0),...,b(M_{bit}-1)$ 使用BPSK(bit块长度为1，即 $M_{bit}$ =1)或者QPSK(bit块长度为2，即 $M_{bit}$ =2)方式调制并生成复数符号d(0)。

复数符号d(0)再根据下式乘以基序列 $r_{u,v}^{(\alpha ,\delta )}(n)$ 得到一组复数符号 $y(0),...,y(N_{sc}^{RB}-1)$ ：

$y(n)=d(0)\cdot r_{u,v}^{(\alpha ,\delta )}(n)$

$n=0,1,..,N_{sc}^{RB}-1$

最后再将复数值符号块 $y(0),...,y(N_{sc}^{RB}-1)$ 乘以正交序列 $w_{i}(m)$ 做一个块扩展得到序列z(n)：

其中， $N_{SF,{m}'}^{PUCCH,1}$ 表示的是正交序列的长度，当 $N_{SF,{m}'}^{PUCCH,1}$ =7时，最多有7个正交序列 $w_{i}(m)$ 。

这样，PUCCH format 1支持基序列12个不同的相位旋转加上最多7个正交序列，PUCCH format 1最多支持复用12 x 7 = 84个终端的UCI信息。

Resource Mapping

序列z(n)从z(0)开始依序映射到RE $(k,l)_{p,\mu}$ 上，映射顺序是按照先频域后时域的升序方式映射到天线端口p=2000上的物理资源上。其中， $(k,l)_{p,\mu}$ 表示在端口p，子载波间距配置 $\mu$ 下的RE $(k,l)$ 。

DMRS for PUCCH format 1

从Table 6.4.1.3.1.1-1可以知道，PUCCH format 1的DMRS在时域上的符号个数与PUCCH format 1在时域上的符号个数相关，最大为时域上有7个DMRS符号。

DMRS for PDCCH format 1在时域上是分布在偶数个OFDM符号上，频域上铺满PUCCH format 1所占用的OFDM符号上对应频域上的所有子载波。

我们以时域上7个OFDM symbol的DMRS，PUCCH format 1在时域上的OFDM长度为14的场景为例：

没有跳频的场景

有跳频的场景

PUCCH format 2

PUCCH format 2属于PUCCH短格式(时域上1~2个OFDM symbol)，实际上在目前的NR版本中，只有PUCCH format 0和2是短格式。在频域上，PUCCH format 2支持多个PRB。PUCCH format 2所支持的能传输的UCI信息大于2个bits, 因此PUCCH format 2可以同时传输CSI，HARQ-ACK信息和SR，或者多个HARQ-ACK信息。

PUCCH format 2不支持终端UCI信息之间的复用。

PUCCH format 2所支持的RB个数为：1，2，3，4，5，6，8，9，10，12，15，16。

Scrambling

经过信道编码和速率匹配以后的bit块 $b(0),...,b(M_{bit}-1)$ 在加扰后按照以下公式生成bit块 $\tilde{b}(0),...,\tilde{b}(M_{bit}-1)$ ：

其中， $M_{bit}$ 表示PUCCH format 2所传输的bits数。

从以上加扰公式可以看出，PUCCH format 2的扰码序列是基于终端的C-RNTI和小区PCI( $N_{ID}^{cell}$ )生成的。这样就可以保证小区间和使用相同时频域PUCCH format 2资源的不同用户间干扰随机化。

Modulation

扰码块 $\tilde{b}(0),...,\tilde{b}(M_{bit}-1)$ 使用QPSK调制方式进行调制，生成复数调制符号 $d(0),...,d(M_{symb}-1)$ , 此处 $M_{symb}=M_{bit}/2$ ,即承载UCI信息的RE个数是加扰后的UCI bit数的1/2。

Resource Mapping

调制符号块 $d(0),...,d(M_{symb}-1)$ 按照先频域后时域的升序方式映射到天线端口p=2000上的物理资源上。

DMRS for PUCCH format 2

序列 $r_{l}(m)$ 按照以下公式生成：

PUCCH format 2的DMRS在时域上的位置就是PUCCH format 2所占的OFDM符号位置，在频域上映射到每个OFDM符号的每三个子载波中的一个，举例如下(PUCCH format 2时域上占用2个symbols，频域上占用2个PRB, startingSymbolIndex = 10)：

PUCCH format 3/4

PUCCH format 3从时频域资源上来看，是所有PUCCH格式中占用资源最多的一种格式，这也表示它在所有的PUCCH格式中能承载最多的UCI信息bit数。PUCCH format 3属于PUCCH长格式(时域上4~14个OFDM symbol)；在频域上，PUCCH format 3支持多个PRB。PUCCH format 3所支持的能传输的UCI信息大于2个bits, 因此PUCCH format 3与PUCCH format 2一样，可以同时多种不同的UCI信息或者多个相同类型的UCI信息。

PUCCH format 3也不支持终端UCI信息之间的复用。

PUCCH format 4属于PUCCH长格式(时域上4~14个OFDM symbol)；在频域上，PUCCH format 4只支持1个PRB。PUCCH format 4所支持的能传输的UCI信息大于2个bits，可以同时传输多种不同的UCI信息或者多个相同类型的UCI信息(但是由于可传输的最大bit数不多，因此实际传输能力受限)。

PUCCH format 4支持终端UCI信息之间的复用。

PUCCH format 3所支持的RB个数为：1，2，3，4，5，6，8，9，10，12，15，16。

Scrambling

PUCCH format 3/4与PUCCH format 0/1一样使用低峰均比序列作为基序列，但是由于所传输的信息量比较大，因此在做完信道编码和速率匹配之后还要进行加扰，其加扰方式与PUCCH format 2相同，即基于终端的C-RNTI和小区PCI( $N_{ID}^{cell}$ )生成，用来保证小区间和使用相同时频域PUCCH format 3/4资源的不同用户间干扰随机化。

Modulation

加扰后的bit块 $\tilde{b}(0),...,\tilde{b}(M_{bit}-1)$ 可以使用QPSK或者 $\pi /2-BPSK$ 进行调整生成复数调制符号块 $d(0),...,d(M_{symb}-1)$ ，此处，当使用QPSK时， $M_{symb}=M_{bit}/2$ ；当使用 $\pi /2-BPSK$ 时， $M_{symb}=M_{bit}$ 。

Block-wise Spreading

对于PUCCH format 3，不进行块扩展(3GPP R16版本引入了交织映射场景下PUCCH format 3也要做块扩展)，此时得到的复数符号块y(n)等同于调制后的复数调制符号块d(n):

对于PUCCH format 4，对复数调制符号块d(n)做块扩展得到复数符号块y(n):

从上式可以看到PUCCH format 4与PUCCH format 1类似，也是使用一个正交序列 $w_{n}(m)$ 对复数调制符号块进行块扩展，正交序列的长度可以取2或者4，也就是说，PUCCH format 4可以复用2个或者4个终端的UCI信息。

Transform precoding

块扩展后的复数符号块 $y(0),...,y(N_{SF}^{PUCCH,s}M_{symb}-1)$ 按照如下公式进行变换预编码：

得到复数符号块 $z(0),...,z(N_{SF}^{PUCCH,s}M_{symb}-1)$ 。

Resource Mapping

调制符号块 $z(0),...,z(N_{SF}^{PUCCH,s}M_{symb}-1)$ 按照先频域后时域的升序方式映射到天线端口p=2000上的物理资源上。

对于intra-slot跳频的场景，在第一跳中时域上传输前 $\left \lfloor N_{symb}^{PUCCH,s}/2 \right \rfloor$ 个OFDM符号，第二跳中时域上传输后 $N_{symb}^{PUCCH,s}-\left \lfloor N_{symb}^{PUCCH,s}/2 \right \rfloor$ 个OFDM符号，此处 $N_{symb}^{PUCCH,s}$ 表示在一个slot中传输的PUCCH传输的OFDM符号总数。

DMRS for PUCCH format 3/4

序列 $r_{l}(m)$ 按照以下公式生成：

DMRS for PUCCH format 3/4在时域上的位置 $l$ 按照下表给出( $l=0$ 对应PUCCH传输的第一个OFDM symbol)，频域上铺满PUCCH format 3/4所占用的OFDM符号上对应频域上的所有子载波：

从上表可以看出：

DMRS for PUCCH format 3/4分为两个大场景：intra-slot跳频和不跳频，每个大场景又分为两个小场景：带additional DMRS和不带additional DMRS。
当PUCCH format 3/4在时域上的OFDM symbol长度为4时，跳频和不跳频场景下对应的DMRS是不同的，除此之外跳频和不跳频场景下DMRS在时域上分布是相同的。

举例如下：

例1：PUCCH format 3， nrofPRBs = 2，nrofSymbols = 4, startingSymbolIndex = 5, 没有additional DMRS：

例2：PUCCH format 4， nrofSymbols = 8, startingSymbolIndex = 4, 没有additional DMRS：

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