文章目录
- 摘要：
- [1 什么是 PUCCH](#1 什么是 PUCCH)
- [2 PUCCH 的作用](#2 PUCCH 的作用)
- [3 PUCCH 的时频域位置](#3 PUCCH 的时频域位置)
- [4 PUCCH 的组成及各部分功能](#4 PUCCH 的组成及各部分功能)
- [5 展望 6G 中 PUCCH 的改变与趋势](#5 展望 6G 中 PUCCH 的改变与趋势)
摘要：
在 5G NR（New Radio）系统中，上行控制信道 PUCCH（Physical Uplink Control Channel）承担着非常关键的控制信息传输任务。本篇通过深入浅出的方式介绍 PUCCH 的定义、作用、时频域资源位置及其内部结构，最后畅想 6G 对 PUCCH 的发展方向。
1 什么是 PUCCH
PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道）是 5G NR 系统中用于 UE（用户设备）向 gNB（基站）传输上行控制信息的物理信道。它本身并不承载用户业务数据，而是专门用于传输支撑无线链路运行和调度决策的关键信息。在 NR 体系中，PUCCH 是上行控制闭环的重要一环，直接影响系统的可靠性、时延和调度效率。
PUCCH 承载的内容被统称为 UCI（Uplink Control Information），主要包括三大类信息。
第一类是 HARQ-ACK，用于反馈下行数据是否正确接收，是实现快速重传机制的基础；
第二类是调度请求（Scheduling Request），用于通知基站 UE 当前有上行数据需要发送；
第三类是信道状态信息（CSI），用于向基站反馈下行链路质量、多天线相关参数等，为下行调度和波束选择提供依据。
与 LTE 中相对固定、形态单一的 PUCCH 不同，NR 的 PUCCH 在设计之初就强调灵活性和可扩展性，能够根据控制信息的大小、时延要求和覆盖需求选择不同的物理结构。这种设计思想也是 NR 空口"服务化"和"场景化"的重要体现。
相关规范可参考 3GPP TS 38.211 与 TS 38.212：
https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/38.211/
https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/38.212/
2 PUCCH 的作用
PUCCH 的核心作用在于为基站提供来自 UE 的及时、可靠的控制反馈，使整个无线系统能够形成闭环运行。从系统角度看，PUCCH 是调度器"感知 UE 状态"的主要来源，没有 PUCCH，基站无法判断下行数据是否需要重传，也无法合理分配上行和下行资源。
在下行方向，PUCCH 通过承载 HARQ-ACK，直接决定了下行数据的可靠性。当 UE 在指定时刻通过 PUCCH 返回 ACK 或 NACK 后，基站才能决定是否进行快速重传，这对低时延业务尤为关键。在上行方向，PUCCH 提供了轻量级的资源请求手段，使 UE 不必等待固定周期即可触发上行调度，提高了上行资源利用效率。
此外，PUCCH 承载的 CSI 是实现链路自适应的基础。基站根据 CSI 动态调整调制编码方式、发射功率以及波束方向，使系统能够在复杂多变的无线环境下保持较优性能。因此，虽然 PUCCH 不承载用户数据，但它对系统整体性能的影响并不亚于任何一个数据信道。
3 PUCCH 的时频域位置
在 NR 中，PUCCH 的时频域位置不再是固定的，而是完全由高层信令进行配置。基站通过 RRC 参数明确告知 UE，PUCCH 在一个时隙中的起始符号位置、持续符号数，以及在频域上所占用的物理资源块位置和数量。通过这些参数，PUCCH 可以灵活地映射到一个时隙中的任意位置。
在时域上，PUCCH 既可以只占用 1～2 个 OFDM 符号，用于低时延的控制反馈，也可以跨越多个符号，用于提升覆盖能力和解调可靠性。在频域上，PUCCH 既可以局限在单个 PRB 内，也可以扩展到多个 PRB，以支持更大的控制信息负载。
此外，NR 还为 PUCCH 引入了频率跳变机制，使控制信道在不同符号或不同时隙中分布在不同频率位置，从而获得频率分集增益。这种机制在边缘覆盖和高干扰场景中尤为重要，也是 NR 相比 LTE 在物理层灵活性上的一个显著增强。
相关配置原则可参考 3GPP TS 38.213：
https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/38.213/
4 PUCCH 的组成及各部分功能
为了适应不同规模的 UCI 负载和性能需求，NR 一共定义了五种 PUCCH 格式。这些格式在符号长度、是否引入参考信号、支持的比特数以及多用户复用能力等方面各不相同，但本质目标都是在时延、容量和可靠性之间取得平衡。
从物理层组成来看，PUCCH 的信号构成主要包括调制符号、解调参考信号以及多用户区分机制。PUCCH 的信号通常基于特定序列生成，通过循环移位或正交覆盖码的方式区分不同 UE，使多个终端能够在相同或相近的时频资源上同时发送控制信息而不发生严重冲突。
对于需要相干解调的 PUCCH 形式，会在时域中插入解调参考信号，用于基站进行信道估计和相位校正，从而提升解调性能。在调制方式上，PUCCH 通常采用 BPSK 或 QPSK，这些低阶调制方式在低信噪比条件下具有更好的鲁棒性，适合控制信息的传输特性。
通过不同格式、不同结构组合，PUCCH 能够覆盖从"极少量、极低时延"到"较大规模、强调可靠性"的多种控制信息传输需求。
5 展望 6G 中 PUCCH 的改变与趋势
随着 6G 研究的推进，上行控制信道的形态和作用很可能会发生进一步演进。未来系统将面对更高频段、更大带宽以及更加动态的无线环境，PUCCH 的设计势必需要更加灵活和智能。
一方面，在毫米波甚至太赫兹频段下，链路波动更快，控制信息的时效性要求更高，PUCCH 可能需要支持更加动态的时频映射方式。另一方面，随着 AI 技术引入无线系统，PUCCH 的配置和调度策略有可能由算法自适应完成，而不再依赖固定规则。
在大规模物联网和超密集接入场景中，PUCCH 还可能演进出更高效的多用户复用和同步反馈机制，以支持海量终端同时上报状态信息。可以预见，在 6G 系统中，PUCCH 将不再只是一个"控制辅助信道"，而是深度参与系统智能化运行的重要组成部分。