PUCCH Format 0：SR、HARQ-ACK 與 Cyclic Shift 如何編碼？¶

狀態：已發布
領域：無線通訊／5G NR／PUCCH Receiver
理解確認：Kent 已於 2026-08-17 完成核心概念問答
內容核准：Kent 已於 2026-08-18 核准本文發布

這篇文章回答什麼問題？

PUCCH Format 0 只有 1～2 個 OFDM Symbols，卻能回報 SR 與最多 2 bits HARQ-ACK。它不是把一般 bit stream 經過完整 Channel coding 後送出，而是用 Information-dependent Cyclic Shift 選擇不同序列。本文從 m0、m_cs、n_cs、Positive／Negative SR、Joint mapping 到 gNB correlation detector，建立完整心智模型。

規格版本

本文已核對 3GPP TS 38.211 V18.5.0 與 TS 38.213 V18.5.0 的官方 i50 文件。表格中的 m_cs 數值直接取自 TS 38.213 §9.2.3 與 §9.2.5.1；公式為便於閱讀的概念化改寫。

與其他文章的關係

本文是〈5G NR 上行功率控制：gNB 到底知道 UE 發射多少功率嗎？〉的延伸。前文討論 PUCCH power、TPC、PHR 與 received power；本文聚焦 Format 0 sequence mapping、Presence detection 與 UCI hypothesis detection。PUCCH Format 2 的 Short-block coding／無 CRC detector 是不同接收架構，不併入本篇。

先看結論¶

PUCCH Format 0：
1～2 個 OFDM Symbols
最多 2 bits HARQ-ACK／SR 組合
Sequence-based
沒有 Format 2 那種獨立 DM-RS RE＋Coded-UCI RE

它的核心不是：

Bits
→ Channel coding
→ Modulation
→ Data symbols

而是：

已知 Base sequence
+
由 UCI 決定的 Cyclic Shift
→ 空中傳送的 Format 0 sequence

對 gNB 而言：

有能量
≠
一定存在有效 PUCCH

接收器必須對可能的 SR／HARQ-ACK hypotheses 產生候選序列，做 Correlation、Confidence 與 DTX 判斷。

一、Format 0 在 PUCCH 家族的位置¶

TS 38.211 §6.3.2.1 將 PUCCH Format 0 定義為：

項目	Format 0
時域長度	1～2 OFDM Symbols
UCI 數量	不超過 2 bits
典型內容	HARQ-ACK、SR 或兩者的組合
核心結構	Sequence-based

與其他格式的直觀比較：

Format	長度	UCI 大小	接收核心
0	1～2 Symbols	≤2 bits	Cyclic-shift sequence hypotheses
1	4～14 Symbols	≤2 bits	Sequence modulation＋時域展頻
2	1～2 Symbols	>2 bits	DM-RS＋Scrambled／Modulated UCI
3／4	4～14 Symbols	>2 bits	長格式 Coded UCI

Format 0 的目標是用極短時域資源回報極少量、但時效性很高的控制資訊。

二、Sequence 與 Cyclic Shift 的角色¶

TS 38.211 §6.3.2.3 指定 Format 0 使用 PUCCH sequence。其 Cyclic Shift 取決於：

Configured initial cyclic shift：m0
Information-dependent shift：m_cs
Slot／Symbol-dependent hopping：n_cs

可用下列概念式理解：

m_total
=
(m0 + m_cs + n_cs) mod 12

對應的相位斜率可概念化為：

alpha
=
2π × m_total / 12

因此序列不是只由 UCI bit 決定，也不是只由 RRC 的 initialCyclicShift 決定。

`m0`：Resource 的初始位移¶

m0 來自所使用 PUCCH Format 0 Resource 的 initialCyclicShift。

它的作用之一是讓不同 Resource／UE 可以配置不同序列起點。

`m_cs`：真正承載 UCI hypothesis¶

m_cs 由以下內容決定：

1-bit HARQ-ACK 值。
2-bit HARQ-ACK 組合。
是否存在 Positive SR 的 Joint mapping。

它是本篇最關鍵的資訊載體。

`n_cs`：隨時間變化的 Hopping¶

n_cs 由規格定義的 pseudo-random procedure、Slot／Symbol index 與相關 Hopping ID 決定。

因此即使同一 UE 連續回報相同 ACK，空中看到的完整 Sequence 也不一定逐 Slot 完全相同。

三、只有 HARQ-ACK 時的 `m_cs`¶

以下數值取自 TS 38.213 V18.5.0 §9.2.3。

1-bit HARQ-ACK¶

HARQ-ACK value	`m_cs`
`0`	`0`
`1`	`6`

兩個 hypothesis 在 12 個 Cyclic Shift 位置上相隔 6。

2-bit HARQ-ACK¶

HARQ-ACK value	`m_cs`
`00`	`0`
`01`	`3`
`11`	`6`
`10`	`9`

注意表格順序是：

00 → 01 → 11 → 10

不是自然二進位排列的：

00 → 01 → 10 → 11

實作時若用錯欄位順序，會造成部分 ACK／NACK combination 系統性誤判。

四、SR-only：Positive 與 Negative 的差異¶

若只有 SR，沒有同時要回報的 HARQ-ACK／CSI：

Positive SR
→ UE 在配置的 SR occasion 傳送 PUCCH

Negative SR
→ UE 不因該 SR occasion 傳送 PUCCH

這常被簡化成 On-Off Keying，但接收端仍不能只做寬頻 Energy detection。

為什麼 Positive SR 不是「看到能量就算成功」？¶

Resource 上的能量可能來自：

Thermal noise。
鄰近 UE uplink interference。
其他 Cell 的 PUCCH。
Resource collision。
Timing／CFO leakage。
Receiver quantization／AGC artifact。

因此 gNB 應確認：

收到的訊號
是否與該 SR Resource 預期的 Format 0 sequence 相符？

Positive SR 應視為 Sequence presence hypothesis，不只是 Raw-energy hypothesis。

五、Positive SR＋HARQ-ACK 的 Joint mapping¶

若 Positive SR 與最多 2 bits HARQ-ACK 需要在 Format 0 procedure 中合併，TS 38.213 §9.2.5.1 定義獨立的 Joint mapping。

這不是：

在 HARQ-ACK 波形上再疊加一條 SR 波形

也不是任意把 SR 當成第三個 bit 丟進一般 Encoder。

而是：

選擇單一 Format 0 Resource／procedure
+
使用 Positive-SR 專用的 m_cs table

1-bit HARQ-ACK＋Positive SR¶

HARQ-ACK value	`m_cs`
`0`	`3`
`1`	`9`

2-bit HARQ-ACK＋Positive SR¶

HARQ-ACK value	`m_cs`
`00`	`1`
`01`	`4`
`11`	`7`
`10`	`10`

這四個值和沒有 Positive SR 時不同：

HARQ bits	無 Positive SR	有 Positive SR
1 bit	`0, 6`	`3, 9`
2 bits	`0, 3, 6, 9`	`1, 4, 7, 10`

所以 gNB 若只搜尋一般 HARQ-ACK hypotheses，可能漏掉 Positive-SR Joint sequence。

六、Negative SR＋HARQ-ACK 不等於 DTX¶

若 SR 是 Negative，但同時有 HARQ-ACK：

Negative SR
→ 沒有新的 Scheduling Request

HARQ-ACK
→ 仍必須回報

因此：

Negative SR＋HARQ-ACK
→ UE 仍傳送 PUCCH
→ 使用 §9.2.3 的 HARQ-ACK mapping

只有在「純 SR、沒有其他 UCI」時，Negative SR 才可簡化理解為該 SR occasion 不傳送。

這是實作中很容易混淆的地方：

Negative SR
≠
整個 UE 在該 Slot 一定 DTX

七、Resource selection 與 Sequence mapping 要分開¶

PUCCH multiplexing procedure 可能先決定單一傳輸 Resource，再由該 Resource 的配置和 UCI 狀態形成 Sequence。

接收器應分開處理：

第一層：在哪個 Resource 搜尋？
第二層：該 Resource 上有哪些 m_cs hypotheses？

完成 UCI multiplexing 後，可概念化為：

Selected Format 0 Resource
→ 提供 PRB、Symbol、m0、Hopping 等配置

SR／HARQ state
→ 選擇對應 m_cs table

因此不應武斷假設：

Positive／Negative SR 永遠只會在同一個 Resource 換 CS

也不應假設：

Positive SR 永遠另外多送一條獨立 PUCCH

實際 Resource selection 與 overlap／multiplexing 行為應依 TS 38.213 §9.2.5.1 及當下配置處理。

八、Format 0 為何不需要獨立 DM-RS RE？¶

Format 0 不採 Format 2 的：

DM-RS RE
+
獨立的 UCI data RE

已知 Sequence 本身可讓接收器進行：

Presence detection。
Timing／CFO hypothesis evaluation。
Correlation／Despreader output。
UCI sequence hypothesis comparison。
各 Rx antenna／Symbol 的合併。

直觀上，gNB 不是先得到一份完全獨立的 Channel estimate，再解調另一批資料 RE；而是把「這個已知候選 Sequence 經過未知 Channel 後，能否解釋目前收到的訊號」當成 Detection 問題。

這不代表 Receiver 不估 Channel，而是 Channel／Amplitude／Phase estimation 可以和候選 Sequence correlation 結合，而非依賴獨立 DM-RS RE。

九、gNB Receiver：從 Resource 到 Hypothesis bank¶

第一步：建立搜尋條件¶

gNB 根據排程與配置取得：

Slot／Symbol index。
PRB／Frequency hopping。
initialCyclicShift／m0。
Hopping ID／n_cs。
預期 UCI bits 數。
SR occasion 與 Positive／Negative SR 的可能 procedure。
Rx antenna／Beam／Timing window。

若這些輸入錯誤，後續 Correlation 即使實作正確也會失敗。

第二步：產生候選序列¶

例如 1-bit HARQ-ACK，至少有：

HARQ value 0 → m_cs = 0
HARQ value 1 → m_cs = 6

若需要同時考慮 Positive SR，則另有：

HARQ value 0＋Positive SR → m_cs = 3
HARQ value 1＋Positive SR → m_cs = 9

接收器不是只生成一條 Sequence，而是建立符合當下 procedure 的候選集合。

第三步：Correlation／Matched filtering¶

對第 k 個候選，可概念化計算：

C_k
=
|sum over n of y[n] × conj(s_k[n])|²

其中：

y[n]：接收 RE。
s_k[n]：第 k 個候選 Sequence。
C_k：候選相關能量。

實際實作還會處理：

Channel／phase compensation。
多 Rx antenna combining。
兩個 Symbols 的 Coherent／Non-coherent combining。
Timing／CFO search。
Frequency hopping。
Interference whitening／normalization。

第四步：Presence 與 UCI 判決¶

應拆成兩個問題：

Presence detection：
真的有符合預期 Sequence 的 PUCCH 嗎？

UCI hypothesis detection：
如果有，最符合哪個 m_cs／SR／HARQ state？

不要把兩者壓成單一 argmax(C_k)。

十、為什麼最高 Correlation 不一定可信？¶

只做：

winner = argmax(C_k)

即使純雜訊也永遠會產生一個 Winner。

接收器還需要觀察：

Absolute peak 是否超過門檻。
Peak 相對 Noise／Interference 是否足夠高。
Peak-to-second-peak 是否足夠大。
不同 Rx antennas 是否支持同一 hypothesis。
兩個 Symbols 是否一致。
Timing／CFO hypothesis 是否合理。
Peak 是否可能來自其他 UE／Cell collision。

典型不可信情況：

第一名與第二名 Correlation 非常接近
→ UCI hypothesis ambiguity 高
→ 不宜直接硬判 ACK

十一、為什麼 False ACK 特別危險？¶

實際 NACK／DTX，被錯判成 ACK¶

gNB 認為 UE 已成功收到 PDSCH
→ 不做需要的 HARQ retransmission
→ Transport Block 可能遺失

實際 ACK，被錯判成 NACK¶

gNB 做不必要的 retransmission
→ 浪費資源
→ 資料通常仍有機會保住

因此產品設計常需要單獨控制：

False ACK probability

而不是只最佳化平均 UCI detection accuracy。

低可信度時採取何種 DTX／NACK 策略屬於 gNB implementation，不應誤寫成 3GPP 唯一指定的 Detector。

十二、其他 UE 為什麼也可能造成高 Correlation？¶

可能情境包括：

相同 PRB／Symbol 發生 Resource collision。
相同或接近的 Cyclic Shift。
Timing offset 使不同 CS 的正交性受破壞。
Multipath delay spread 造成 Sequence leakage。
鄰 Cell 使用相同／相關 Hopping configuration。
Strong interferer 經 Receiver window 後投影到候選 Sequence。

因此：

High correlation
≠
百分之百證明一定來自目標 UE

還需要配置、Timing、CFO、Spatial／Beam 與多天線證據共同支持。

十三、常見 Detector 失敗原因¶

現象	優先檢查
所有 hypotheses 都低	Resource、Timing、CFO、m0、n_cs、Hopping ID、Power
固定 UCI state 解錯	`m_cs` table／bit ordering／0、1 語意
Positive SR 常漏	是否只搜尋一般 HARQ table，漏掉 Joint table
Negative SR＋ACK 被判 DTX	是否錯把 Negative SR 當成整個 PUCCH 不傳
第一、第二峰常接近	SNR、CFO、Timing、Multipath、collision、normalization
1 Symbol 可收、2 Symbols 變差	Symbol phase compensation／`n_cs`／combining
單一 Rx antenna 異常	RF chain、Beam、calibration、combining weight
False ACK 過高	Threshold、Peak ratio、DTX model、Interference model

十四、Format 0 與 Format 2 無 CRC問題不能混用¶

Format 0¶

Sequence-based
資訊由 m_cs hypothesis 表達
沒有獨立 DM-RS RE＋Coded-UCI RE
核心是 Sequence presence／classification

Format 2¶

有 DM-RS RE
有 Scrambled／Modulated UCI RE
UCI 經 Small-block／Polar 等對應 procedure
核心是 Channel estimation、demodulation、decoding、DTX confidence

兩者都可能需要處理「沒有傳統 CRC 足以直接驗證」的可信度問題，但可用證據完全不同。

因此本文不把原始庫存中的「Format 2 低於 12 bits 常收不到」合併進來；那應是另一篇 Receiver debugging 主題。

十五、原始回答需要修正的地方¶

修正：

Positive SR 是已知 Format 0 Sequence 的 Presence hypothesis。Energy 可以作為特徵，但不能取代 Sequence correlation 與 False-alarm 控制。

誤解二：Positive SR 只是任意在 HARQ shift 上加固定值¶

修正：

TS 38.213 §9.2.5.1 定義獨立 Joint mapping table；1-bit 與 2-bit HARQ 的 m_cs 映射不同。

誤解三：Negative SR 就是整個 PUCCH DTX¶

修正：

只有純 SR 且沒有其他 UCI 時，Negative SR 才表示該 SR occasion 不傳。若有 HARQ-ACK，UE 仍需按 HARQ procedure 傳送。

誤解四：最高 Correlation 就是答案¶

修正：

雜訊也一定有最大值。接收器還需 Presence threshold、Noise normalization、Peak separation、Timing／CFO 與 collision evidence。

誤解五：Format 0 和 Format 2 都沒有 CRC，所以 Detector 相同¶

修正：

Format 0 是 Sequence-classification；Format 2 是 DM-RS-assisted coded-UCI receiver。只能共享 Confidence／False-alarm 的抽象概念，不能直接共用 Detection flow。

十六、工程實作建議¶

建議記錄的中間量¶

每個 Candidate 的 Correlation metric。
第一名與第二名 Candidate index／metric。
Noise／Interference normalization value。
每個 Rx antenna 的 metric。
每個 Symbol 的 metric 與 phase。
Timing hypothesis。
CFO hypothesis／Residual phase。
m0、m_cs、n_cs 與 Final CS。
Resource／PRB／Symbol／Hopping state。
判定為 ACK、NACK、SR、DTX 的原因碼。

只有最終 UCI bit 而沒有中間 Metric，會讓 False ACK／False DTX 問題很難定位。

建議測試向量¶

無訊號純 Noise，驗證 False alarm。
單一 1-bit HARQ hypothesis。
四種 2-bit HARQ combination。
SR-only Positive／Negative。
Positive SR＋1-bit HARQ 的兩種 mapping。
Positive SR＋2-bit HARQ 的四種 mapping。
Negative SR＋HARQ，確認不誤判整體 DTX。
1 Symbol／2 Symbols。
Frequency hopping on／off。
CFO／Timing offset sweep。
Multipath delay spread sweep。
第二 UE collision／Near-far interference。
不同 Rx antenna／Beam imbalance。
False ACK 與 False NACK 分開統計。

理解確認紀錄¶

Kent 已完成以下推理：

Resource 上有能量，仍需確認是否為真正 PUCCH，避免把環境干擾誤判成 UCI。
其他 UE 若在相同 Resource／Sequence 條件下傳輸，也可能造成高 Correlation。
有 HARQ-ACK 時，即使 SR 是 Negative，UE 仍需傳送 PUCCH。
SR 狀態會改變接收器應搜尋的 Sequence mapping。
當 SR Resource 沒有可信 Joint peak、HARQ Resource 有強 ACK peak時，合理判斷為 Negative SR＋ACK，而非整體 DTX。

規格來源¶

3GPP TS 38.211 V18.5.0（Release 18，38211-i50），特別是 §6.3.2.1、§6.3.2.2 與 §6.3.2.3。
https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/38.211/38211-i50.zip
3GPP TS 38.213 V18.5.0（Release 18，38213-i50），特別是 §9.2.3 與 §9.2.5.1。
https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/38.213/38213-i50.zip

來源與限制說明¶

本文由 Google Takeout 中的 PUCCH Format 0 問題及 Kent 與夏洛特於 2026-08-17 的逐題討論重新建構。原始 Gemini 回答只作為問題線索；固定功率差、SR-only 只需 Energy detection，以及未核對的 Sequence mapping 均未直接沿用。

本文聚焦建立可實作的心智模型，不逐條涵蓋多 SR、BFR、Sidelink、不同 Priority、Interlace、Multi-TRP 與所有 UCI overlap 分支。遇到這些配置時應回到指定 Release 的 TS 38.213 normative procedure。