劉增釗，湯春麗

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510000）

1 引言

LTE網(wǎng)絡作為3G演進網(wǎng)絡，增強了無線移動通信的空口接入能力，以OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）和MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）技術等作為無線網(wǎng)絡演進的重要技術。在20MHz頻率帶寬下，提供更高效的用戶速率，極大地改善小區(qū)邊緣的用戶速率。

鏈路自適應是LTE 的重要技術之一，它提高了LTE系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约坝行?。LTE系統(tǒng)下行鏈路采用CQI（Channel Quality Indicator，信道質量指示）反饋機制，選取自適應調制編碼方案，用于決定在調度周期內的傳輸塊大小。由于不同廠家CQI上報范圍及上報周期有差異，會對用戶下行速率產(chǎn)生影響，因此本文通過選取LTE網(wǎng)絡CQI指標進行驗證，提出合理的CQI上報機制，從而使用戶得到更加良好的速率感知。

2 LTE鏈路自適應技術

LTE鏈路自適應技術分為功率控制和速率控制。LTE功率控制是通過動態(tài)調整，維持接收端一定的信噪比，保證鏈路的傳輸質量，功率控制的目的是避免小區(qū)間用戶干擾。速率控制是在保證功率控制恒定的情況下，通過調整鏈路傳輸?shù)恼{制方式和編碼速率，確保鏈路質量，速率控制的目的是充分利用所有功率資源。LTE鏈路自適應技術通過功率控制和速率控制結合，動態(tài)調整信道配置，最大化保證傳輸數(shù)據(jù)的高效性和可靠性。

LTE系統(tǒng)下行鏈路自適應包括添加CRC（Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗碼）、信道編碼、速率匹配、物理層加擾、調制、資源映射、符號信號生成等過程。而接收端信號自適應過程為發(fā)送端的逆過程。鏈路自適應調制編碼方案就是通過下行信道反饋信噪比、映射CQI、選擇MCS（Modulation and Coding Scheme，調制與編碼策略），然后再反饋給網(wǎng)絡端的過程。鏈路自適應框架如圖1所示。

3 CQI定義及上報機制

LTE-CQI參數(shù)定義，CQI是無線網(wǎng)信道通信質量的衡量標準。CQI是根據(jù)下行信道有用信號與噪聲的比值，動態(tài)調整系統(tǒng)的編碼性能，使數(shù)據(jù)能夠滿足當前信道進行傳輸。當信道質量良好時，盡可能多的傳輸數(shù)據(jù)，提高用戶下載速率。當信道質量較差時，以降低傳輸速率為代價，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。同時為了滿足用戶極速體驗需求，LTE網(wǎng)絡提供64QAM高階調制方式，使用戶獲得更高的吞吐率。

3.1 CQI參數(shù)釋義

LTE-CQI用以表示下行信道的質量，eNodeB根據(jù)CQI信息選擇合適的調度算法和下行數(shù)據(jù)塊大小，以保證UE在不同無線環(huán)境下都能獲取最優(yōu)的下行性能。UE根據(jù)測量下行參考信號的信噪比評估下行鏈路特性，并通過廠家核心算法確定當前信道條件下所能獲取的BLER（Block Error Ratio，誤碼率）值，并根據(jù)BLER≤10%的限制，上報對應的CQI值，得出適合MCS，決定傳輸塊的大小。SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信號與干擾加噪聲比）與CQI映射關系如圖2所示。

根據(jù)E-UTRA物理層的規(guī)定，UE上報的CQI index的范圍為0—15，每個上報的CQI-index值對應不同的調制方式和編碼效率，通過獲取UE上報的CQI，可以對應調整每個數(shù)據(jù)流的調制方式使得數(shù)據(jù)速率與各信道的傳輸能力更好地匹配。LTE CQI各值與其對應的調制方式以及碼率如表1所示：

表1 LTE CQI各值與其對應的調制方式以及碼率

其中調制方式與調制階數(shù)相關，表示一個符號中所攜帶的信息量。QPSK調制階數(shù)為2，16QAM調制階數(shù)為4，64QAM調制階數(shù)為6。由此可見，調制階數(shù)與符號攜帶信息的能力為正比關系。

圖2 SINR與CQI映射關系

碼率=傳輸塊中信息比特數(shù)/物理信道總比特數(shù)=信息比特數(shù)/（物理信道總符號數(shù)×調制階數(shù)）=效率/調制階數(shù)。從公式可得出不同CQI索引決定了下行調制階數(shù)與物理信道每個符號攜帶信息的差異。根據(jù)映射關系可得出，CQI值越大，所采用的調制編碼方式越高，映射到物理層符號的信息越多，因此在調度時間內下行峰值吞吐率越高。

表2 LTE傳輸模式與CQI上報模式對應關系

3.2 CQI上報機制

LTE系統(tǒng)分周期性的CQI上報和非周期性上報兩種模式，PUCCH信道通常承載周期性上報CQI信息，PUSCH信道承載非周期性上報CQI信息，如果UE發(fā)送周期性CQI的子幀，同時有數(shù)據(jù)發(fā)送，此時由PUSCH信道完成上報，與周期性上報格式相同。如果同時存在周期性和非周期上報，UE只上報非周期性CQI。

LTE-CQI上報分為3種方式：1）寬帶CQI上報；2）用戶選擇子帶CQI上報；3）高層配置子帶CQI上報。同時，LTE中的CQI上報還與UE的傳輸模式有關。LTE定義了8種不同的傳輸模式，對應不同模式多天線技術。LTE傳輸模式與CQI上報模式對應關系如表2所示。

（1）周期性上報

對于CQI周期性上報，eNodeB可以通過參數(shù)Cqi-FormatIndicatorPeriodic，配置UE進行周期性的上報，包括CQI 的上報模式，所使用的PUCCH 資源以及上報周期信息。周期上報無高層配置的子帶類型上報模式，對于PUCCH周期上報模式分為4種，如表3所示：

表3 PUCCH周期上報4種模式

（2）非周期性上報

對于CQI非周期性上報，當UE在下行子幀上接收到DCI format 0或者Random Access Response Grant（CQI request=1），反饋相應的CQI。

非周期CQI上報模式是由3種CQI上報類型和PMI上報類型組合而成，對于PUSCH非周期上報有5種模式，如表4所示：

表4 PUSCH周期上報5種模式

4 LTE網(wǎng)絡CQI指標分析

LTE下行鏈路信道通過CQI反饋選擇典型的調制方式及編碼率。通常，一個高階CQI值能反映出良好的下行鏈路質量，反之亦然。因此CQI從側面反映LTE系統(tǒng)噪聲干擾情況。根據(jù)表1可以看出，CQI≥10是采用64QAM調制的必要條件，CQI≥7是采用16QAM調制的必要條件。

4.1 廠家CQI定義

（1）愛立信CQI指標定義：小區(qū)CQI平均數(shù)＝（CQI0個數(shù)×0+CQI1個數(shù)×1…+CQI15個數(shù)×15）/CQI上報總個數(shù)；其中，CQI個數(shù)=pmRadioUeRepCqiD istr[i]+pmRadioUeRepCqiDistr2[i]，(i=0, 1, 2, …, 15)。

（2）華為CQI 指標定義：小區(qū)CQI 平均數(shù)=（CQI0個數(shù)×0+CQI1個數(shù)×1…+CQI15個數(shù)×15）/CQI上報總個數(shù)；若UE上報的Rank大于1，則分別統(tǒng)計兩個碼字的CQI指標。

愛立信與華為CQI指標定義的相同點：從上報機制來看，在全帶寬上，兩個廠家都是分16個段統(tǒng)計0到15的CQI上報數(shù)，且在RANK為2的時候，CQI皆上報同一值2次。

4.2 CQI指標分析

通過分析廠家CQI取值的范圍，驗證CQI上報與用戶下行速率關系，指導LTE網(wǎng)絡CQI指標的優(yōu)化工作。

（1）CQI指標占比分布：CQI指標以廠家為統(tǒng)計對象，通過廠家定義的CQI平均數(shù)，統(tǒng)計CQI平均數(shù)大于10的小區(qū)占比情況，評估噪聲干擾對LTE網(wǎng)絡的影響。

愛立信小區(qū)CQI平均數(shù)＞10的小區(qū)占比為89.78%，華為小區(qū)CQI平均數(shù)＞10的小區(qū)占比為71.96%。愛立信平均CQI值高于華為。愛立信、華為CQI平均數(shù)分布如圖3所示。

（2）CQI高階占比：CQI≥10的采樣點占比=小區(qū)CQI≥10的采樣點數(shù)量/小區(qū)全部采樣點數(shù)量，指標以小區(qū)為統(tǒng)計對象，統(tǒng)計小區(qū)上報不同CQI值的次數(shù)，衡量小區(qū)下行鏈路的整體質量情況。愛立信小區(qū)高階CQI占80%到100%的比例為41.57%；華為小區(qū)高階CQI占比80%到100%的比例為17.08%。愛立信、華為高階CQI占比分布如圖4所示。

由此可見，高階CQI指標的占比越高，用戶級下行吞吐率越高。愛立信在高階占比80%以上分段，用戶速率遠高于華為區(qū)域，所以上報CQI取值對用戶下行速率有直接影響。高階CQI與用戶級下行速率關系如圖5所示：

圖3 愛立信、華為CQI平均數(shù)分布

圖4 愛立信、華為高階CQI占比分布

圖5 高階CQI與用戶級下行速率關系

（3）廠家上報周期間隔決定不同廠家CQI的采樣點數(shù)量存在差異。上報周期間隔設置較長，雖然降低了下行交互的信令開銷，同時也降低了下行信道估計的精度，帶來用戶下行速率的損失。反之，上報周期間隔設置較短，額外占用上行承載數(shù)據(jù)的資源，降低了系統(tǒng)上行鏈路的效率，因此需均衡考慮CQI的配置參數(shù)。從上報周期來看，愛立信周期性上報為80ms一次，非周期上報10ms一次，周期性上報可選，出廠默認為80ms；華為則為5ms～40ms的自適應上報，周期和非周期都一樣。愛立信與華為采樣點數(shù)量如圖6所示：

圖6 廠家CQI采集總數(shù)對比

4.3 CQI對LTE系統(tǒng)的影響

CQI 作用于LTE 系統(tǒng)下行鏈路資源分配，U E 根據(jù)每個信道的等效SINR值估算CQI，通過系統(tǒng)分配上行資源上報基站?；靖鶕?jù)適應當前信道的CQI上報機制來選取相應的寬帶或者子帶信息，獲悉終端在選擇頻帶上的干擾情況，實現(xiàn)頻率選擇性或者非選擇性調度?；靖鶕?jù)CQI取值和系統(tǒng)帶寬獲取MCS（Modulation and Coding Scheme，調制與編碼策略）和TBS（Transport Block Size，傳輸塊）信息，從而直接影響下行吞吐率。

如果UE上報了較低的CQI取值，但是LTE系統(tǒng)卻錯誤地發(fā)送了較大的傳輸塊，則可能導致誤碼率抬升，從而U E 解碼失敗并發(fā)送NACK信息，系統(tǒng)會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)重傳，增加系統(tǒng)負荷，影響網(wǎng)絡資源利用率。如果網(wǎng)絡無線環(huán)境較差，但UE卻錯誤上報較高CQI取值，則系統(tǒng)根據(jù)上報CQI選擇較大的傳輸塊，而這也同樣可能導致UE解碼失敗，導致系統(tǒng)資源利用率降低。因此基站應根據(jù)當前信道條件上報正確的CQI取值，通過MCS選擇合適的TBS發(fā)送數(shù)據(jù)，達到最佳的用戶速率體驗感知。

5 結束語

CQI指標對LTE網(wǎng)絡下行調度起著關鍵作用，因此了解CQI上報的基本原理、上報機制和現(xiàn)網(wǎng)指標，對網(wǎng)絡優(yōu)化工作有很大幫助。本文主要對CQI指標進行了詳細分析，同時介紹了CQI對LTE系統(tǒng)的影響。通過監(jiān)控CQI指標評估LTE網(wǎng)絡整體的覆蓋和干擾的情況，指導優(yōu)化工作，從而提升用戶感知體驗。

[1] 沈嘉,索士強,全海洋,等. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統(tǒng)設計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

[2] 張克平. LTE-B3G/4G移動通信系統(tǒng)無線技術[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.

[3] Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker. LTE——UMTS長期演進理論與實踐[M]. 馬霓,鄔鋼,張曉博,等譯. 北京: 人民郵電出版社, 2009.

[4] 王映民,孫韶輝. TD-LTE技術原理與系統(tǒng)設計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[5] 梁曉洪. LTE系統(tǒng)CQI上報機制及作用分析[J]. 中國新通信, 2014(11): 40-41.

[6] 陳發(fā)堂,游杰,楚楊. 基于TD-LTE系統(tǒng)的新型SNR和CQI映射方案[J]. 電訊技術, 2011(8): 1-5.

[7] 徐嘯濤,金文兵,楊大方. TDLTE系統(tǒng)中CQI信號的研究[J]. 通信技術, 2012(7): 78-80.

[8] 刁楓. LTE網(wǎng)絡負載均衡技術研究[J]. 通信與信息技術, 2012(3): 58-60.

[9] 3GPP TS 36.211. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation[S]. 2010.

[10] 3GPP TS 36.213. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures[S]. 2010. ★