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LTE网络CQI专项优化研究

（4G优化竞赛与创新）

摘要

    在LTE系统中，由于无线信道的衰落特性、信道估计存在的误差、以及反馈信息的延时特性等，导致用户上报的信道状态信息可能存在误差。而信道状态信息是 LTE 系统中调制编码的关键因子，其准确性直接影响到系统整体性能。因此，研究这种误差对于系统性能的影响以及如何处理该误差并进行鲁棒性设计就是一个非常重要的课题。本论文正是基于这一背景，重点研究 LTE 系统中信道质量指示（CQI）对系统性能的影响，并基于预测理论提出相应的鲁棒性解决方案。

    首先，总结并评估了 LTE 系统中的 9 种 CQI 上报模式。利用基于时间驱动的系统级仿真方法，仿真评估了 LTE R8 系统中各上报模式的系统性能，分析了各上报模式的适用场景，并给出了自适应上报模式的可行性分析。其次，论文详细分析了 CQI 不可靠的产生原因和机制。得出了导致 CQI 不可靠的三个主要原因为：1）信道估计误差；2）CQI 量化误差；3）反馈时延及测量周期的影响。然后，进一步分析了 CQI 时延的三个组成部分以及导致 CQI时延的根本原因。分别针对国际电联（ITU）提供的五种典型信道场景以及经典的时变信道模型——Jakes 模型，对 CQI 时延进行了建模，给出了 CQI 时序关系。基于预测理论，分别提出了基于权重平均以及基于最小均方差的两种 CQI 时延补偿策略。仿真结果表明，CQI时延补偿算法对时变的 Jakes 模型较为有效；对于 ITU 复杂场景，单纯匹配 CQI 的精度并不能较好补偿时延带来的性能损失，需结合其他算法进一步提升系统性能。最后对全文进行了总结，并指出了今后的研究方向。

        关键字：LTE系统、链路自适应、CQI

1. 概述

    LTE 的下行链路传输中，为了辅助 eNode B 选择使用合适的调制编码方案（MCS），UE 需要上报 CQI。CQI 上报从下行链路接收信号质量中获得，通常是基于下行链路参考信号的测量。同 HSDPA 类似，上报的 CQI 不是 LTE 的 SINR的直接指示，而是由 UE 报告的最高 MCS，它能对误码率不超过 10%的传输块进行解码。eNode B 接收信息要考虑的不仅是无线信道质量，还要考虑接收机特征。因此按照先进信号处理算法设计的 UE 能报告更高的信道质量，依赖 eNodeB 的调度程序的特征，UE 能接收更高的数据速率。

2. 创新性

    本论文重点研究 LTE 系统中的 CQI 反馈技术。通过对 CQI 上报模式、CQI误差的建模分析，提出了 CQI 补偿算法，使得系统性能得到了提高。

    主要提供了 LTE 标准中规定的用物理上行链路控制信道（PUCCH）进行周期性上报的各种上报模式以及用物理上行共享信道（PUSCH）进行非周期上报的各种上报模式的定义和参数的标准背景调研在基于 LTE Rel.8 版本配置下，评估了各上报模式下的系统性能，根据性能结果，针对不同的场景给出了最佳的上报模式。章节最后，对自适应上报模式进行了可行性分析，以期能够为后续的研究提供方向。

3. 相关原理

3.1 CQI基本概念

    CQI(channel quality indication)信道质量指示， CQI 是 UE 向 eNodeB反馈下行信道质量，反映了下行信道的质量。UE 需要根据参考信号 SINR，评估下行链路特性，并采用内部算法确定此 SINR 条件下所能获取的 BLER 值，并根据 BLER<10%的限制，上报对应的 CQI 值。因此 UE 上报的 CQI 不仅与下行参考信号的 SINR 有关，还与 UE 接收机的灵敏度有关。

    LTE 的下行物理共享信道（PDSCH）支持三种调制方式：QPSK、16QAM和 64QAM，CQI：1-6 采用 QPSK，CQI：7-9 采用 16QAM，CQI：10-15 采用 64QAM。eNodeB 根据上报的 CQI 来决定下行 PDSCH 信道的 MCS。不同的 MCS 对应不同的编码方式，因此UE用户上报的CQI值的大小决定了UE用户的下行编码效率，在同等情况下，下行编码效率越高，下载速率越高。因此 UE 用户上报的 CQI 指标即反映了 LTE网络全网性无线信号覆盖质量，又反映了下行信道编码的效率。相对于 RSRP、SINR 和上下行速率等指标更全面的反映 LTE 网络的覆盖质量。

31CQI等级表

3.2 CQI 上报模式分析

    LTE R8 标准中定义了多种 CQI/PMI/RI 上报模式以满足不同传输模式、资源分配方式的需求，且不同的传输模式所采用的信道信息上报模式也不同。同时，ITU 在 IMT-A 标准化评估中定义了几种典型评估场景，在不同场景下分析上报模式对系统性能的影响是很有必要的。因此本章节将通过系统级仿真来分析不同上报模式和不同参数对系统性能的影响，从而使得我们对 CQI 的上报模式和LTE 协议有更好地理解。

    CQI 报告分为周期性和非周期性报告，周期性 CQI 报告使用 PUCCH，非周期性报告使用 PUSCH，eNodeB 可以指示 UE 在上行数据传输中插入 CQI 报告。CQI报告类型可以是宽带 CQI、eNodeB配置子带 CQI 或者UE选择的子带 CQI来反馈。

    对于 LTE 的下行链路数据传输，根据下行链路信道条件，基站（eNode B）选择典型的调制方案和编码率。选择过程的重要输入是上行链路 UE 传输的信道质量指示（CQI）反馈。CQI 反馈是考虑当前接收信号的信干噪比（SINR）以及接收机的硬件特征，选择合适的调整编码方案来指示该信道所支持的最大数据速率。

1) UE 选择子带上报 CQI

    在用 PUSCH 进行非周期上报的各种模式中，针对 UE 选择的最佳 M 个子带上报一个 CQI， M 的大小如表 3-2 所示，同时 UE 指示 M 个子带的位置。在用 PUCCH 进行周期性上报模式中，把 UE 的系统带宽划分为 J 个带宽部分（BP），周期性的在每个 BP 中选出最佳子带进行 CQI 上报，BP 大小和子带大小如表 3-3 所示。

32用 PUSCH 进行非周期上报系统带宽、子带尺寸和最佳子带数

33用 PUCCH 进行周期性上报系统带宽、子带尺寸和 BP 数

2) 由高层构造的子带 CQI 上报

    这种上报方式只存在与用 PUSCH 进行非周期上报的模式，指的是针对子带集合 S 内的每个子带各上报一个 CQI 值，集合 S 内的子带数目由高层配置，子带大小与系统带宽的对应关系如表 3-4 所示。同时，UE 还上报一个宽带 CQI 值，子带 CQI 值以差分形式上报。