NR PUCCH详解

一、PUCCH格式

相比LTE，NR增加了短PUCCH格式，短PUCCH可以在一个时隙的最后1或2个符号上传输，对同一时隙的PDSCH的HARQ-ACK、CSI进行反馈，从而达到低时延的目的。CSI包括RI、PMI、CQI、L1、L1-RSRP等信息，其需要的比特数与频域粒度（宽带模式或子带模式）、天线端口数、码本配置、子带数量等有关。

PUCCH format 0	时域1~2个OFDM符号	1~2 bit UCI信息，频域占用1个RB的12个子载波。当承载1bit信息时，可以复用6个用户，承载2bit信息时，可以复用3个用户。
PUCCH format 2	时域1~2个OFDM符号	大于2bit UCI信息，频域可使用1~16个RB，DMRS在频域上所占的子载波索引为1，4，7...只支持QPSK调制，不支持多UE复用。
PUCCH format 1	时域4~14个OFDM符号	1~2 bit UCI信息，频域占用1个RB的12个子载波，UCI与DMRS间隔放置且UCI与DMRS占用的OFDM符号尽可能均分。频域理论最大复用12个用户，实际最多复用6个或4个用户。时域复用数量根据符号数量相等。承载1bit信息时BPSK调制，承载2bit信息时QPSK调制。
PUCCH format 3		大于2bit UCI信息，频域占用N个RB，N≤16，且必须为2,3,5的幂次方乘积。只支持单用户，最多能承载16RB×12（子载波）×12（最大14个符号中2个DMRS符号）×2（QPSK调制）=4608bit
PUCCH format 4		大于2bit UCI信息，频域占用1个RB。复用能力为2或4。

1、PUCCH format 0

对于PUCCH-format0,配置的高层参数包括初始循环移位initialCyclicShift，取值范围为0~11；占用的OFDM符号数nrofSymbols，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex，频域上PRB位置startingPRB。

PUCCH格式0是通过不同的循环移位来传递信息，循环移位 $m_{CS}$ 有12种选择，因此一个PUCCH格式0的PUCCH信道可以传递12个信号。同一PUCCH信道可以被多个UE同时使用，通过 $m_{0}$ 来区分不同的用户，同一个UE的信息通过 $m_{CS}$ 区分。

如果PUCCH格式0仅传输HARQ-ACK信息，1个比特的HARQ-ACK到PUCCH格式0序列的映射见表9.2.3-3，需要两个 $m_{CS}$ ，因此1个PUCCH格式0的PUCCH信道最多复用6个UE。2个比特的HARQ-ACK到PUCCH格式0序列的映射见表9.2.3-4，需要四个 $m_{CS}$ ，因此1个PUCCH格式0的PUCCH信道最多复用3个UE。 $m_{0}$ 由高层参数initialCyclicShift确定。

如果仅传输SR，只需要一个循环移位，1个PUCCH格式0的PUCCH信道可以复用12个UE。

如果HARQ-ACK和SR同时传输，又分为两种情况：

如果HARQ-ACK是1比特，传输HARQ和负的SR根据表9.2.5-1需要两种循环移位，传输HARQ和正的SR根据表9.2.3-3需要两种循环移位。一个比特HARQ-ACK和SR同时传输共计需要4种循环移位，因此一个PUCCH格式0的PUCCH信道最多复用3个UE。

如果HARQ-ACK是1比特，传输HARQ和负的SR根据表9.2.5-2需要四种循环移位，传输HARQ和正的SR根据表9.2.3-4需要四种循环移位。两个比特HARQ-ACK和SR同时传输共计需要8种循环移位，因此一个PUCCH格式0的PUCCH信道最多复用1个UE。

一个PUCCH格式0可以复用UE数：

UCI类型	循环移位数量	复用UE个数
1比特HARQ-ACK	2	6
2比特HARQ-ACK	4	3
SR	1	12
1比特HARQ-ACK+SR	4	3
2比特HARQ-ACK+SR	8	1

2、PUCCH format 1

PUCCH format 1在频域上占用1个PRB，在时域上占用4~14个符号。PUCCH format 1传输1~2比特信息。当仅传输1比特的HARQ-ACK信息时，使用BPSK调制，当传输2比特HARQ-ACK信息时，使用QPSK调制，仅传输SR时使用BPSK调制，同时传输1比特HARQ-ACK和SR时，使用QPSK调制。PUCCH format 1无法同时传输2比特的HARQ-ACK和SR。

PUCCH format 1时域占用的OFDM符号数nrofSymbols，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex，时隙内是否跳频由高层参数intraSlotFrequencyHopping确定，频域上第一跳开始的PRB位置为startingPRB，频域上第二跳开始的PRB位置为 secondHopPRB。

PUCCH format 1与DM-RS是时分复用的关系，PUCCH格式1偶数位置的符号是DM-RS。DM-RS主要作为参考信号用于解调UCI信息。

PUCCH-format1支持时域正交序列的复用，其正交序列码索引通过高层参数timeDomainOCC配置，取值为0~6。注意OCC最大数量与PUCCH的长度和时隙内是否跳频有关，由于PUCCH format 1与DM-RS是时分复用的关系，不是所有符号都传输PUCCH，需要根据PUCCH传输的符号数量确定可用的正交序列码索引数量，具体时域可用OCC数量根据表6.3.2.4.1-1确定。

与PUCCH format 0一样，PUCCH format 1也支持基于循环移位的多UE复用。UE使用的初始循环移位通过高层配置的参数initialCyclicShift确定。一个PUCCH format 1的PUCCH资源可以复用UE数量由频域循环移位的数量和时域上的OCC最大数量共同来确定。

3、PUCCH format 2

PUCCH format 2不支持多UE复用

对于PUCCH-format2或者PUCCH-format3，配置的高层参数包括占用PRB数量nrofPRBs，占用的OFDM符号数nrofSymbols，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex，频域上起始位置为startingPRB。

PUCCH format 2可以分配的PRB数量为1~16个，1个PRB上有4个RE用于DM-RS，剩余的8个RE用于承载UCI信息。当分配1个或2个OFDM符号时，每个PRB上可用的RE数分别为8个和16个，每个PRB上可用的比特数分别为16个和32个（QPSK调制）。根据分配的PRB数量和OFDM符号数可以算出PUCCH format 2可用的比特数。

DM-RS在频域上的子载波位置满足k=3m+1，也即子载波1,4,7,10,13...

符号数量×PRB数量×16，最少可用比特为1×1×16 = 16，最多可用比特为2×16×16 = 512。

4、PUCCH format 3

PUCCH format 3不支持多UE复用。

PUCCH format 3配置的高层参数包括占用PRB数量nrofPRBs，占用的OFDM符号数nrofSymbols，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex。在时隙跳频情况下， $\left \lfloor nrofSymbols/2 \right \rfloor$ 个OFDM符号在第一跳传输，剩余符号在第二跳传输。频域上第一跳开始的PRB位置为startingPRB，第二跳开始的PRB位置为secondHopPRB。

PUCCH format 3和format4的DM-RS位置见下表，时隙内是否跳频由高层参数intraSlotFrequencyHopping确定，是否有附加DM-RS由高层参数additionalDMRS确定。

如果高层配置了pi2BPSK，则PUCCH format3或4通过p/2-PBSK而不是QPSK调制。

对于PUCCH format 3，根据表6.4.1.3.3.2-1分配的PRB数和调制方式，可以计算出PUCCH 3可用比特数最少为24，最多为144×16×2 = 4608。

5、PUCCH format 4

对于PUCCH-format4，配置的高层参数包括占用的OFDM符号数nrofSymbols，正交码长度occ-Length，正交码索引occ-Index，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex

当occ-Length = 2时，1个PRB可以复用2个UE，当occ-Length = 4时，1个PRB可以复用4个UE。

对于PUCCH format 4，根据表6.4.1.3.3.2-1，如果扩频因子为2,1个PUCCH format 4最少可用比特数为24/2 = 12比特（时域4个OFDM符号，时隙内跳频，BPSK调制），最多可用比特数为144×2/2 = 144（时域14个OFDM符号，时隙内不跳频，QPSK调制）。如果扩频因子为4，则最少可用比特6，最多可用比特72。

二、PUCCH资源集

1、公共PUCCH资源集

如果没有在PUCCH-Config的PUCCH-ResourceSet中给UE配置专用的PUCCH资源，则根据pucch-ResourceCommon在表9.2.1-1中确定的PUCCH资源集合中在初始BWP传输HARQ-ACK信息。PUCCH公共资源集包含16种情况，每种确定一个PUCCH格式，起始符号，持续符号数量， PRB偏移，以及PUCCH传输循环移位集合。UE传输PUCCH时进行跳频，并且与Msg3传输使用相同的空域滤波器。一个索引0的正交覆盖编码（OCC）用于PUCCH format 1。

UE在建立RRC连接之前不能产生多于一比特HARQ-ACK信息。

PUCCH资源确定：

UE收到format 1_0 或者format 1_1格式的DCI信息后，PUCCH发送HARQ-ACK信息的资源索引为 $r_{pucch}$ , $0\leq r_{pucch}\leq 15$ 。其中 $N_{CCE}$ 为收到DCI的CORESET的CCE数量。是 $n_{CCE,0}$ 收到PDCCH的第一个CCE的索引， $\Delta_{PRI}$ 是format 1_0或format 1_1格式DCI中指示的PUCCH资源。

PRB确定

如果 $\left \lfloor r_{pucch} \right \rfloor = 0$ ，则PUCCH传输的第一跳PRB索引为 $RB_{BWP}^{offset} + \left \lfloor r_{PUCCH}/N_{CS} \right \rfloor$ ，第二跳PRB索引为 $N_{BWP}^{size}-1-RB_{BWP}^{offset} - \left \lfloor r_{PUCCH}/N_{CS} \right \rfloor$ ，其中为初始循环移位索引集合中索引的数量。初始循环移位索引为 $r_{PUCCH}modN_{CS}$

如果 $\left \lfloor r_{pucch} \right \rfloor = 1$ ，则PUCCH传输的第一跳PRB索引为 $N_{BWP}^{size}-1-RB_{BWP}^{offset} - \left \lfloor (r_{PUCCH}-8)/N_{CS} \right \rfloor$ ，第二跳PRB索引为 $RB_{BWP}^{offset} + \left \lfloor (r_{PUCCH}-8)/N_{CS} \right \rfloor$ 。初始循环移位索引为 $(r_{PUCCH}-8)modN_{CS}$

2、UE专用的PUCCH资源集

一个UE可以配置最多4个PUCCH资源集，一个PUCCH资源集PUCCH-ResourceSet包含一个PUCCH资源集索引pucch-ResourceSetId， PUCCH资源集资源列表resourceList，以及UE可用该PUCCH资源集传输的UCI比特的最大数量maxPayloadMinus1。对于第一个PUCCH资源集，传输UCI信息比特数量最大为2。一个PUCCH资源集的PUCCH资源的最大数量为maxNrofPUCCH-ResourcesPerSet。第一个PUCCH资源集的PUCCH资源数量最多为32，其它PUCCH资源集的PUCCH资源数量最多为8.

如果UE传输UCI信息比特数量为 $O_{UCI}$ ，且包含HARQ-ACK信息比特，则UE根据如下规则确认PUCCH资源：

如果 $O_{UCI}\leqslant 2$ 包含1比特或2比特HARQ-ACK信息，以及可能的正/负SR，则使用pucch-ResourceSetId = 0的PUCCH资源集。

如果 $2< O_{UCI} \leqslant N_{2}$ ，由pucch-ResourceSetId = 1的高层参数maxPayloadMinus1确定，则使用pucch-ResourceSetId = 1的PUCCH资源集。

如果 $N_{2}< O_{UCI} \leqslant N_{3}$ ，由pucch-ResourceSetId = 2的高层参数maxPayloadMinus1确定，则使用pucch-ResourceSetId = 2的PUCCH资源集。

如果 $N_{3}< O_{UCI} \leqslant 1706$ ，则使用pucch-ResourceSetId = 3的PUCCH资源集。

高层通过专用PUCCH资源配置为UE提供一个或多个PUCCH资源。

一个PUCCH资源包括下列参数：

pucch-ResourceId：PUCCH资源索引

startingPRB：起始PRB索引

intraSlotFrequencyHopping：时隙间跳频方式

format：配置的PUCCH格式，从format 0到format 4。

对于PUCCH-format0,配置的高层参数包括初始循环移位initialCyclicShift，取值范围为0~11；占用的OFDM符号数nrofSymbols，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex。

对于PUCCH-format1，配置的高层参数包括初始循环移位initialCyclicShift，占用的OFDM符号数nrofSymbols，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex，以及正交码索引timeDomainOCC。

对于PUCCH-format2或者PUCCH-format3，配置的高层参数包括占用PRB数量nrofPRBs，占用的OFDM符号数nrofSymbols，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex。

对于PUCCH-format4，配置的高层参数包括占用的OFDM符号数nrofSymbols，正交码长度occ-Length，正交码索引occ-Index，时隙内开始的OFDM符号索引startingSymbolIndex。

3、在PUCCH上报UCI

UE不能在一个时隙发送多个包含HARQ-ACK信息的PUCCH。对于DCI format 1_0，PDSCH-to-HARQ-timing-indicator域的值{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}指示了PDSCH到HARQ-ACK的时延，对于DCI format 1_1，如果配置了PDSCH-to-HARQ-timing-indicator （适用于TDD），则PDSCH-to-HARQ-timing-indicator域的值根据表9.2.3-1映射到高层参数dl-DataToUL-ACK列表中的时隙值。

如果DCI format 1_1没有包含PDSCH-to-HARQ-timing-indicator域（适用于FDD），并且DCI调度了PDSCH接收或者激活了时隙n结束的SPS PDSCH接收，则UE在时隙n+k发送相应的HARQ-ACK信息，k由dl-DataToUL-ACK提供。

当第一PUCCH资源集合仅配置8个PUCCH资源时，可通过PUCCH resource indicator（3bit）直接指示PUCCH资源，当第一PUCCH资源集合配置超过8个PUCCH资源时，就需要使用下列公式确定PUCCH资源。其中 $\large N_{CCE}$ 是DCI调度CORESET中的CCE数量， $\large n_{CCE}$ 是DCI第一个CCE在CORESET中的索引。 $\large R _{PUCCH}$ 是resourceList 配置的PUCCH资源数量， $\large \Delta _{PRI}$ 是PUCCH resource indicator的值。

PUCCH反馈时域位置

对于DCI format 1_0，PDSCH-to-HARQ_feedback timing indicator取值对应{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}。

对于DCI format 1_1，根据dl-DataToUL-ACK确定对应的集合。

对于SPS PDSCH信息在时隙n接收，在时隙n+k发送PUCCH，k根据PDSCH-to-HARQ_feedback timing indicator设置。如果DCI format 1_1不包含PDSCH-to-HARQ_feedback timing indicator，则UE根据dl-DataToUL-ACK.在时隙n+k发送PUCCH

PUCCH反馈频域、码域位置根据PUCCH resource indicator获取

4、SR上报

高层参数SchedulingRequestResourceConfig配置了SR传输的PUCCH资源集，可能为PUCCH format 0 或者PUCCH format 1。高层参数SchedulingRequestResourceId确定了一个PUCCH format 0或者PUCCH format 1资源用于发送SR。

高层参数periodicityAndOffset配置了SR传输时机的周期 $SR_{PERIODICITY}$ 和偏移 $SR_{OFFSET}$ ，周期的单位为时隙或符号，偏移的单位为时隙。如果 $SR_{PERIODICITY}$ 超过一个时隙，UE确定SR传输时机的帧内时隙号 $n_{s,f}^{u}$ 和帧号 $n_{f}$ 满足下式。