5.4.2　控制资源集（CORESET）

控制资源集（CORESET）是NR PDCCH相对LTE PDCCH引入的主要创新之一。如5.4.1节所述，从支持高效率的UE-specific PDCCH传输、PDCCH与PDSCH之间FDM等角度考虑，5G NR希望将针对一个终端的PDCCH传输限制在一个Control Subband内，而不是在整个系统带宽内传输。同时，为了支持基于Mini-slot的“浮动”PDCCH。上述改进方向归结为设计一个更灵活的搜索PDCCH的“时频区域”，这个时频区域最终被定义为控制资源集（CORESET）。关于CORESET的设计，主要涉及如下一些问题。

·　CORESET的外部结构：CORESET与DL BWP的关系？CORESET的频域范围如何划定？是否支持非连续的频域资源分配？CORESET的时域长度是否需要动态调整？CORESET的时域位置如何描述？CORESET与Search Space是什么关系？

·　CORESET的内部结构：CORESET内部采用几级结构？采用多大频域颗粒度？采用哪种映射顺序？

1．CORESET外部结构

如5.4.1节所述，NR CORESET概念是脱胎于LTE的Control Region概念，可以看作一个时频域上更灵活的Control Region，但CORESET是终端搜索PDCCH的时频范围，这一点和Control Region的功能是一样的。CORESET与LTE Control Region主要的区别在于以下几点。

·　频域上不需占满整个系统带宽，可以只占一个Subband。

·　时域上位置更灵活，不仅可以位于时隙头部几个符号，也可以位于时隙其他位置。

·　从Cell-specific的统一配置，变为UE-specific的配置。

在频域上，首先需要回答的一个问题是：CORESET和DL BWP是什么关系？可以不可以将DL BWP与CORESET的功能合二为一？客观地说，在5G NR系统设计过程中，CORESET和BWP是分别独立形成的两个概念，CORESET概念的成型甚至早于BWP。当BWP概念出现后，确实有将两种概念合二为一的建议，原因是这两个概念确实存在一些相似性，如都是小于载波带宽的一个Subband（如第4章所述，BWP在被正式命名之前，也曾被称为Subband），都是UE-specific的配置。但是随着研究的深入，发现这两个概念还是需要赋予不同的内涵：首先，DL BWP是所有下行信道、信号所在的频域范围（包括控制信道、数据信道、参考信号等），而CORESET只是用于描述PDCCH检测范围；其次，由于NR系统在下行数据量上远高于LTE，DL BWP的典型大小是很可能大于20 MHz的，而NR PDCCH的容量只是略高于LTE，因此CORESET的典型大小是小于20 MHz的，如10 MHz、5 MHz甚至1.4 MHz（如对类似NB-IoT的NR物联网系统）；最后，BWP是纯频域概念，不能直接确定一个时频资源范围，而CORESET还是需要定义一个时频二维区域，用于终端搜索PDCCH。因此，如果CORESET等于DL BWP，强制终端在整个DL BWP内搜索PDCCH，在大部分情况下也是没有必要的，失去了引入CORESET概念的意义。

但也正是因为CORESET的典型带宽不大，因此如果CORESET只能分配连续的频域资源，可能频率分集不足，影响PDCCH的传输性能。因此最终决定，CORESET可以占用连续的或非连续的频域资源，即在RRC信令中采用Bitmap指示CORESET在DL BWP中占用的PRB，每个比特指示一个包含6个RB的RB组，可以通过Bitmap任意选择占用DL BWP中的哪些RB组。对照5.2节可以看到，这个指示颗粒度与用于PDSCH/PUSCH Type 0频域资源分配的RBG大小不同。RBG只有2、4、8、16几种大小，配置CORESET所用的RB组之所以包含6个RB，是与构成PDCCH的内部资源颗粒度大小有关，在后面“CORESET内部结构”中会介绍。如4.2节所述，BWP只能由连续的RB构成，这一点和CORESET是不同的，BWP主要影响的终端的射频工作带宽，因此只用连续的频域范围描述就行了。

最后一个问题是，CORESET是否带有时域特性？我们说过，NR中的CORESET相当于时频域上更灵活的Control Region，而Control Region一个重要特性就是它的长度（1～3个符号），这方面CORESET继承了LTE Control Region的设计，也是由1～3个符号构成的，只是长度不再动态指示，而是与CORESET的频域范围一样，采用RRC信令半静态配置。表面看，NR CORESET长度的配置还不如LTE Control Region动态，但这是因为CORESET的频域大小已经可以半静态配置，远比LTE Control Region只能等于载波带宽要灵活得多，足以适应不同的PDCCH容量，再采用一个专用的物理信道（类似LTE PCFICH）动态指示CORESET长度也就没有必要了。5G NR标准中没有再定义类似LTE PCFICH的信道。

根据CORESET的设计需求，其时域上还需要能够灵活移动位置，即基于Mini-slot的“浮动”CORESET。有两种方案可以考虑。

·　方案1：RRC参数CORESET除了能描述其频域特性和长度外，还可以描述其时域位置。

·　方案2：CORESET的频域特性和长度在CORESET参数中描述，但其时域位置通过搜索空间（Search Space）进行描述。

方案1的优点是可以用一个CORESET配置完整的描述PDCCH Control Region的所有时频域特性，Search Space不须带有物理含义，只是一个逻辑概念。方案2的优点是CORESET概念和LTE Control Region有较好的传承性，即只具有频域特性（对应于LTE中的系统带宽）和时域长度（对应于LTE中PCFICH指示的Control Region符号数）。这两个方案都可以工作，区别只在概念定义和信令设计方面，最后NR标准选择了方案2，为了区别于逻辑概念Search Space，描述PDCCH搜索的时域位置的概念称为搜索空间集（Search Space Set）。方案2虽然使CORESET延续了LTE Control Region的类似含义，但将一个完整的时频域描述分在CORESET和Search Space Set两个概念里描述，两个概念各自都不能独立描述一个完成的时频区域，必须合在一起理解才行。这客观上对标准的可读性有一些影响，初读NR标准的人可能不好理解，这是方案2的不足。

我们可以用图5-40示例性的描述CORESET概念（假设终端1和终端2的CORESET是基于相同的DL BWP配置的）：RRC参数CORESET中的“频域资源”参数（即frequencyDomainResources）用一个Bitmap描述了CORESET的频域范围，它在频域上占有DL BWP的一部分RB，可以是连续的RB（如图中终端1的CORESET），也可以是不连续的RB（如图中终端2的CORESET）。CORESET中的“长度”参数（即Duration）描述了CORESET的时域长度，图中假设Duration=2。但CORESET本身不带有时域位置的信息，所以CORESET描述的是一个在时域上位置不定、可以“浮动”的长度2个OFDM浮动的时域区域。它的位置要在时域上确定下来，还需要读取Search Space Set中的时域信息，我们将在5.4.3节中介绍。

另外，为两个终端配置的CORESET在频域上和时域上都是可以重叠，这一点和BWP类似。虽然CORESET是UE-specific的配置，但从基站显然不可能为每个终端分别配置不同的CORESET。实际上可能基站针对某个典型的DL BWP只配置了几种典型的CORESET，具有不同的频域大小和位置，针对某个终端，只是在这几种CORESET中为其指定一个而已。如图5-41的示例（还是假设终端1和终端2的CORESET是基于相同的DL BWP配置的），基站在20 MHz的DL BWP中划分了5 MHz、10 MHz的CORESET，终端1被配置了一个5 MHz的CORESET，终端2被配置了一个10 MHz的CORESET，两个终端的CORESET实际上有5 MHz是重叠的。

2．CORESET内部结构

在确定了CORESET的外部结构后，终端就知道在哪个时频范围内检测PDCCH了，而CORESET内是由候选的PDCCH（PDCCH Candicate）构成，要想在CORESET内检测PDCCH，还必须知道CORESET的内部结构，CORESET的内部结构也就是PDCCH的结构。总的说来，NR PDCCH的时频域结构基本沿用了LTE PDCCH的设计，NR PDCCH仍采用RE组（RE Group，REG）、控制信道粒子（Control Channel Element，CCE）两级资源分配颗粒度。即REG为基本频域颗粒度，由若干个RE构成，一个CCE由若干个REG构成，一个PDCCH由若干个CCE构成。在REG➝CCE映射方面，NR PDCCH与LTE PDCCH是基本类似的，只是在REG、CCE的大小方面进行了一些优化。

在考虑NR PDCCH的资源颗粒度大小（即一个REG包含多少个RE，一个CCE包含多少个REG）时，主要考虑如下两个因素。

·　由于5G NR需要实现更灵活的调度，NR DCI的尺寸不可避免地会比LTE DCI大。

·　LTE PDCCH的部分资源分配方法过于复杂，没有必要，可以简化。

在LTE标准里，一个REG由同一个符号上，除了解调参考信号（DMRS）占用的RE之外的4个频域上连续的RE构成，1个PRB在一个符号上的12个RE可以容纳2个或3个REG（取决于这12个RE是否包含DMRS）。一个CCE包含9个REG，共36个RE。如文献[1]中所述，为了在有限长Control Region（最多3个符号）中实现必要的覆盖性能，每个CCE中的REG在排列时都是首先占满Control Region内所有OFDM符号的。

如文献[1]所述，LTE REG之所以采用4个RE这样小的尺寸，主要是为了有效地支持PCFICH（物理控制格式指示信道）、PHICH（物理HARQ指示符信道）等数据量很小（只有几比特）的控制信道的资源分配。但在R15 NR PDCCH设计中，PCFICH和PHICH都没有保留下来，因此只针对PDCCH的数量（至少数十比特）考虑REG大小的话，4个RE这么小的尺寸就没有必要了。由于PDSCH采用PRB（12个子载波）作为资源分配单位，如果采用比PRB更小的REG，会在PDCCH和PDSCH FDM方面造成困难，留下无法利用的资源碎片。因此最终确定，构成NR PDCCH的REG在频域上就等于1个PRB，时域上仍为1个符号。

CCE包含的REG数量取决于典型的DCI容量，一个CCE应该足以容纳一个编码后的DCI[PDCCH采用QPSK（四相移相键控）调制方式]。考虑到5G NR需要支持比LTE更灵活的资源调度和更多的指示功能，从Field的数量到每个Field的比特数都有可能有所提升，造成DCI的整体容量不可避免的增大。因此最终确定一个CCE包含6个REG，共72个RE。但如上述，和LTE不同的是，这72个RE是包括DMRS RE的，实际可以使用的RE取决于将DMRS RE除去以后的数量。

与LTE相似，NR PDCCH可以通过更多个CCE重复来提高传输性能，一个PDCCH Candicate包含的CCE的数量（即聚合等级，Aggregation Level）包括1、2、4、8、16五种。相对LTE只包括1、2、4、8四种，增加了一个PDCCH Candicate包含16个CCE的聚合等级，以进一步增强PDCCH的链路性能。

接下来的问题是一个CCE中的6个REG映射到什么位置，即CCE到REG映射问题。REG➝CCE映射主要涉及两方面的问题。

·　是采用“先频域后时域”映射顺序（Frequency-first Mapping）还是“先时域后频域”映射顺序（Time-first Mapping）？

·　除了集中式映射（Localized Mapping），是否还要支持交织（Interleaved Mapping）式映射？

在选择REG➝CCE映射顺序时，实际上还涉及CCE➝PDCCH映射顺序，因为这两个层次的映射可以形成一定的互补。至少对聚合等级比较大的PDCCH，如果Time-first REG➝CCE Mapping不能获得足够的频域分集，还可以通过Frequency-first CCE➝PDCCH Mapping获得。反之，如果Frequency-first REG➝CCE Mapping不能获得足够的时域分集，也可以通过Time-first CCE➝PDCCH Mapping来弥补。理论上的组合方案包括以下4种。

·　方案1：Time-first REG➝CCE Mapping+Time-first CCE➝PDCCH Mapping。

·　方案2：Frequency-first REG➝CCE Mapping+Frequency-first CCE➝PDCCH Mapping。

·　方案3：Time-first REG➝CCE Mapping+Frequency-first CCE➝PDCCH Mapping。

·　方案4：Frequency-first REG➝CCE Mapping+Time-first CCE➝PDCCH Mapping。

由于CORESET最长只有3个符号长，方案1是基本无法实现的。方案2、方案3、方案4各有优缺点。以CORESET长度为3个符号（Duration=3）为例，方案3、方案4如图5-42所示。Frequency-first Mapping的优点是整个CCE都集中在一个符号内，可以在最短时间内完成一个PDCCH的接收，理论上对低时延、省电的检测PDCCH有一些好处，且频域上占用6个连续的RB，可以获得最大的频率分集。另外一个潜在的好处是当需要传输的PDCCH数量比较少时，可以把CORESET的最后一两个符号节省下来，用于传输PDSCH。但是这个好处只有在CORESET长度可以动态调整的条件下才成立，假如NR具有像LTE PCFICH那样动态指示CORESET长度的能力，如果发现2个符号的CORESET已经足以容纳要传输的所有PDCCH，就可以通知终端不再在第3个符号里搜索PDCCH，转而从第3个符号开始接收PDSCH。但是如上所述，NR并没有保留类似PCFICH的信道，只支持半静态配置CORESET长度，Frequency-first Mapping的这个优点就不存在了。

Time-first Mapping的优点是不仅可以最大限度利用时域长度，获得更好的覆盖性能，而且还可以实现不同CCE之间的功率共享（Power Sharing），即当某些CCE没有PDCCH传输时，可以将发送这个CCE的功率节省下来，集中在有PDCCH传输的CCE上。这种频域上的Power Sharing在Time-first REG➝CCE Mapping模式下才能实现。

当然也可以考虑同时支持Frequency-first和Time-first两种REG➝CCE Mapping模式，通过RRC配置进行选择。但是最终出于简化设计的考虑，决定只支持Time-first REG➝CCE Mapping，不采用Frequency-first REG➝CCE Mapping，即如图5-42（a）的映射方法。可以看到，这一选择基本继承了LTE PDCCH的设计，说明在最长只有3个符号长的CORESET外部结构下，使每个CCE都能扩展到CORESET的所有符号，实现必要的覆盖性能，仍是NR PDCCH设计的刚性需求。这一映射方式体现在CORESET中的REG编号是Time-first排列的，如图5-42（a）所示。

以连续RB构成的CORESET为例，各种长度的CORESET的内部结构示例如图5-43所示，当Duration=1时，实际上是纯粹的频域REG➝CCE Mapping。

图5-43所示的Localized REG➝CCE Mapping，即一个CCE包含编号连续的6个REG。为了解决Time-first Mapping频率分集不足的问题，NR PDCCH还支持Interleaved REG➝CCE Mapping，即可以将一个CCE中的REG打散到分散的RB中。但是如果将6个REG完全打散、互不相邻，会带来另一个问题：PDCCH信道估计性能受到影响。因为NR PDCCH和LTE PDCCH的一个重要的差异是NR PDCCH可以采用UE-specific的预编码（Precoding），实现针对每个终端的波束赋形，因此终端只能基于自己的REG中的DMRS进行信道估计，如果一个CCE中的REG互不相邻，则终端只能在每个REG内部的DMRS RE之间进行信道估计内插，而无法在多个REG之间进行联合信道估计，这对信道估计的性能影响很大。因此，为了保证信道估计性能，即使进行交织也不能把CCE中的REG完全打散，而要一定程度上保持REG的连续性。因此，最终决定以REG组（REG Bundle）为单位进行交织，一个REG Bundle包含2个、3个或6个REG，这样可以保证2个、3个或6个REG是相邻的，可以进行联合信道估计。图5-44是一个Interleaved REG➝CCE Mapping的示意图，假设REG Bundle大小（REG Bundle Size）为3，可以将每个CCE中的2个REG Bundle打散到不同的频域位置。

Interleaved REG➝CCE Mapping采用简单的块交织器（Block Interleaver），交织的相关参数REG Bundle Size、交织器尺寸（Interleaver Size）、偏移量（Shift Index）均包括在CORESET配置内的cce-REG-MappingType参数内。为了简单起见，一个CORESET只能采用一种单一的REG➝CCE Mapping，即是否交织、REG Bundle Size、Interleaver Size、Shift Index等在一个CORESET内必须统一，不能混合使用多种REG➝CCE Mapping方式。

基站最多可以为每个DL BWP配置3个CORESET，一个终端的4个DL BWP共可以配置12个CORESET，不同CORESET可以采用不同的配置（频域资源、长度、REG➝CCE mapping参数集等）。