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LTE系统 CQI上报机制


LTE 系统的 CQI 上报机制

CQI 取值为 1--15, 3GPP 规范对其所对应的调制方式以及码率进行了规定, 详见 TS 36.213。 CQI 值越大,所对应的码率越高,传输效率也越高,所支持的传输块也越大,下行速率就越 高。 CQI 可以采用周期性和非周期性上报方式。周期性 CQI 通常按照所设定的周期采用 PUCCH 上报, 但当周期性发送的

CQI 与 UE 所分配的 PUSCH 子帧相重合时, 也可以采用 PUSCH 进行传送。 非周期性 CQI 根据 eNodeB 的要求在 PUSCH 上进行发送, 便于及时了解信道和频 率资源的性能特征。同一个子帧中,如果周期性 CQI 和非周期性 CQI 需要同时发送,则 UE 将只发送非周期性的 CQI。 CQI 可以针对整个宽带或者个别子带进行测量并上报,其报告类别具体包括 3 种,即整 个带宽 (wideband CQI) 、 UE 选择的子带 (UE Selected subband CQI) 和上层配置的子带 (Higher Layer-configured subband CQI)等,具体如下: (1)宽带 CQI 下,针对整个系统带宽,UE 只上报一个 CQI 值。 (2)UE 选择的子带模式下,系统带宽被分为多个子带,UE 除了上报宽带 CQI 值之外, 还需要同时选择其中部分子带(如 M 个最好的子带,M=1-6) ,上报各子带 CQI 与宽带 CQI 之间的差值。 (3)高层配置的子带方式下,UE 在上报宽带 CQI 值的同时,还需要上报所有子带的 CQI 值。 子带为连续 k 个 PRB,k 的取值由系统带宽来决定。子带 CQI 是指 UE 在这连续 k 个 PRB 上(即测量带宽)所测量到的多个 CQI 的均值,它能够反映 UE 在不同频带上的的性能差异 性,因此可用于进行频率选择性调度。假定系统总带宽内 PRB 总数采用 NRBDL 来表示,则 子带数目为。 需要注意的是, 对于 UE 选择的上报方式和高层配置的 CQI 上报方式来说, 3GPP 规定的 子带宽度 k 是不同的。 UE 选择性 CQI 上报模式下, k 的取值更小, 从而系统内子带数目越多, 但是 UE 只同时上报部分子带的 CQI,其数目则受限于 M 值,如 20MHz 下 M 的取值为 6。 非周期性报告下,UE 可以采用上述 3 种方式上报 CQI;周期性报告方式下,UE 不使用 高层配置的方式,只采用宽带 CQI 和 UE 选择子带 CQI 等两种方式。 根据是否上报 PMI 以及 PMI 的数目, 并结合上述 3 种 CQI 报告类别, 3GPP 中规定了 CQI

的不同上报模式,采用 a-b 格式来表示。a 取值为 1/2/3,其中 1 表示宽带 CQI,2 表示 UE 选择性子带 CQI,3 表示高层配置的子带 CQI。b 取值为 0/1/2,其中 0 表示无需上报 PMI, 对应于开环 MIMO, 1 表示上报单个 PMI (即宽带 PMI) , 2 表示上报多个 PMI (即子带 PMI) 。 CQI 上报模式及 MIMO 模式的对应关系如表 1 所示。 根据是否使用 PMI 可以区分开环 MIMO 模式(不存在 PMI)和闭环 MIMO 模式(存在 PMI) 。 如 TM1/2/3/7 不需要 PMI, 可采用 CQI 模式 1-0、 2-0 和 3-0; TM4/5/6 需要使用 PMI, 可采用其它几种 CQI 模式。以常见的 TM3 和 TM4 为例进行分析,说明如下: (1)开环复用模式(TM3)下,UE 无需上报 PMI,因此非周期 CQI 报告方式下,TM3 可采用 2-0 和 3-0 方式,周期性 CQI 报告方式下,TM3 可采用 1-0 和 2-0 方式。 (2)闭环复用模式(TM4)下,UE 需要上报 PMI 信息,因此可以采用 3-1、1-2 和 2-2 等非周期性 CQI 上报方式以及 1-1 和 2-1 周期性 CQI 报告方式。 式 周期性 CQI 的报告周期由帧号和 CQI/PMI 周期等参数共同决定。 周期性进行上报时,TM3 模式下,UE 对 2 个码字上报相同的 CQI;TM4 模式下,UE 针 对每个码字分别上报 CQI。对于码字 0,UE 上报 4 比特的宽带 CQI 值;对于码字 1,UE 上报 码字 1 与码字 0 的偏移量,eNodeB 需要根据这 2 个值计算得到 CW1 的 CQI 值。 CW1 偏移量表示 CW0 的 WB-CQI 与 CW1 的 WB-CQI 之间的差值,共 8 种取值,采用 3 比特来表示,对应的差值范围在-4 到 3 之间,CQI 偏移量与实际差值之间的关系详见表 2: 举例来讲,1-1 模式下,UE 同时上报 CQI-WB0 的真实值以及 CW1 的偏移量的序号,UE 上报的 CQI 值和 eNodeB 解读结果举例如表 1 所示。 假设 UE 实际测量得到的 CW0-CQI 为 5, CW1-CQI 为 1,二者差值大于 3,因此 UE 上报时取 CW1 偏移量序号为 3,表示二者 CQI 之 间差值大于等于 3,则 eNodeB 计算后得到 CQI-CW0 为 5,CQI-CW1 为 2。 由此可见,对于周期性 CQI 报告,eNodeB 解析结果可能和实际测量值有差别,测试和 分析过程中需要加以注意。 2.2 非周期性 CQI 上报方式 非周期性 CQI 最小报告间隔为 1 个子帧,各个 CQI 模式下的特点详见 TS 36.213。下面 以闭环空间复用模式下非周期 CQI 上报方式即 3-1 来分析说明高层配置的子带 CQI 的特点。 3-1 模式下,UE 上报每个码字的宽带 CQI 值的同时,还需要采用宽带 CQI 偏移量的方式 上报各个子带的 CQI 值,以便节省系统资源。UE 上报的子带 CQI 偏移量取值范围为 0--3, 所对应的 CQI 实际差值为-1--2,如表 3 所示。 2.1 周期性 CQI 上报方

举例来说,UE 上报值为 2,则表示子带 CQI 与宽带 CQI 之间的差值≥2,假定宽带 CQI 为 10,则子带 CQI 的取值就是 12。同理,UE 上报 3 时,表示子带 CQI 与宽带 CQI 之间的差 值≤-1,如果宽带 CQI 为 10,则子带 CQI 就是 9。这相当于限制了子带 CQI 与宽带 CQI 之间 的差值。 宽带 CQI 取值为 1--15,需要 4 比特;子带偏移量取值为 0--3,需要 2 比特。因此,每 个码字都需要 4+2N 比特来传送 CQI 信息。故模式 3-1 下,采用双码字时,传送 CQI 信息所 需总比特数为 2x×(4+2N) 。举例来讲,5MHz 下,CQI 报告所需比特数目为 18 个,如表 4 所示。 需要注意的是, 除此之外, UE 还需要上报 PMI 和 RI 信息, 非周期性 CQI 方式下, RI/PMI 信息与 CQI 在同一个无线帧上发送。 举例来讲,20MHz 所包含的 PRB 数为 100,对应的 k 为 8,故子带数目为 13 个。3-1 模 式下, 假定 CW0 和 CW1 的宽带 CQI 分别为 11/5, 则由于子带 CQI 与宽带 CQI 的偏移量为-1--2, 所以 CW0 上子带 CQI 的取值范围为 10--13,CW1 上子带 CQI 的取值范围为 4--7。如图 1 所 示。 3 CQI 在下行调度过程中的作用 根据上述分析可知,CQI 在下行调度中起着非常关键的作用。 下行调度过程中, UE 需要对下行信道质量如 SINR 进行测量并估算满足 BLER 要求的 CQI 值,然后采用周期性或者非周期性方式经由 PUCCH 或者 PUSCH 上报 CQI。 对于 UE 上报的 CQI,eNodeB 中可以将 CQI 再映射到 SINR,再根据 SINR 来获取 TBS、 MCS 和 TBS 索引等信息。由于 PRB 数目与 MCS 共同决定了每个 TTI 中所传送的 TBS,所以 CQI 将对下行吞吐量产生直接的影响。 eNodeB 可以通过子带 CQI 了解 UE 在特定频带上的干扰情况,为各个 UE 选择干扰较小 的频带资源,从而实现频率选择性或者非选择性调度。 4 基于子带 CQI 的下行资源调度过程 宽带 CQI 模式下,eNodeB 根据每个码字上报的 CQI 值进行 MCS 和 TBS 选择即可;子带 CQI 模式下,eNodeB 可以针对各个子带进行调度。另外,TM4 模式下,宽带 CQI 与子带 CQI 之间还存在制约关系,所以算法测试过程中,一方面要保证 eNodeB 准确地解析出各个子带 的 CQI 值,另一方面还需要保证基于子带 CQI 的调度的正确性。 实际无线系统中,由于用户所处的位置和无线环境不同,使得不同 UE 在不同的频带上 所受到的干扰有所区别。因此,为每个 UE 分配最适合用户的频带,既有助于保证单个用户 达到峰值速率,也能保证每个 TTI 内小区吞吐量的最大化。

如表 5 所示,以 5MHz 带宽为例,总 PRB 数目为 25 个,分为 13 个 RBG。UE1 对应的 RBG6--11 上的 CQI 较高,UE2 和 UE3 所对应的 RBG0--5 上的 CQI 较高。因此,单个 TTI 中同 时调度 3 个 UE 时,对 UE1 优先分配 RBG6--11,对 UE2 和 UE3 优先分配 RBG0--5。例子中 UE1 实际分配结果为 RBG6/7/10/11/12,UE2 实际分配 RBG0/1/4/5,对于 UE3 来说,剩余资 源中会优先分配 RBG2/3,但是数据量较大时,还可将 RBG8/9 分配给 UE3 使用。通过这个 例子可以看到,每个 UE 优先分配 CQI 测量结果好的资源,从而获得较高的单用户和小区吞 吐量结果。 5 结束语 LTE 系统中,CQI 报告对下行调度至关重要,只有对 CQI 的基本原理和作用过程深入了 解,才能更好地进行 LTE 测试和优化工作。本文对 CQI 的基本原理和作用方式进行了简单的 分析和说明, 并详细描述了子带 CQI 的报告方式, 对下行调度算法的设计和测试工作具有一 定的指导意义。 子带 CQI 是 CQI 报告的一种方式, 它有助于实现频域基于干扰的调度和基于频率的调度, 因此对提升系统性能有着十分重要的意义。


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