LTE系統(tǒng)中CQI與SNR的映射方法

鄒潔+鄧宏

摘 要 信道質(zhì)量指示（CQI）是無線信道的通信質(zhì)量的測量標準，通常一個高值的CQI表示一個信道有好的質(zhì)量，反之亦然。信噪比（SNR），又稱為訊噪比。本文就信噪比（SNR）和信道質(zhì)量指示（CQI）映射方法通過兩方面進行討論，一方面，通過優(yōu)化尺度因子降低了互信息有效信噪比映射的復(fù)雜度，另一方面對每一個CQI值算出對應(yīng)的傳輸塊大小并進行鏈路級仿真得到一條SNR和誤塊率（BLER）的曲線圖，由仿真曲線可知，此方案既降低了實現(xiàn)映射的復(fù)雜度，又提高了映射的準確性，且該方案已經(jīng)應(yīng)用于LTE無線綜合測試儀表的開發(fā)中。

關(guān)鍵詞 SNR QCI 映射方法 系統(tǒng)模型

一、概述

在LTE系統(tǒng)中，引入了OFDM、MIMO等核心技術(shù)。其中鏈路自適應(yīng)技術(shù)是LTE系統(tǒng)中的重要技術(shù)，在衰落信道中自適應(yīng)調(diào)制編碼可以增強通信的可靠性和提高頻譜利用率。傳統(tǒng)的映射方案是在高斯白噪聲環(huán)境下固定誤塊率（BLER），通過系統(tǒng)仿真曲線得到CQI和SNR的簡單線性關(guān)系。本文提出一種新型的SNR到CQI的映射方案，對每一個CQI值算出對應(yīng)的傳輸塊大小，并進行鏈路級仿真得到一條SNR和BLER的曲線圖，保證了映射的準確性，在實現(xiàn)自適應(yīng)過程時，降低了運算復(fù)雜度。

二、系統(tǒng)反饋模型

具體的實現(xiàn)步驟如下：

第一，計算所有相關(guān)資源粒子（RE）的信干噪比SINR。

第二，將計算的SINR進行有效信噪比映射，得到一個等效的信噪比SNReff。

第三，由SNR和CQI的映射關(guān)系表，查找到相應(yīng)的CQI值并上報給網(wǎng)絡(luò)端，網(wǎng)絡(luò)端根據(jù)上報的CQI值選擇合適的調(diào)制編碼方式。

三、兩種有效信噪比映射方法

鏈路層性能曲線是假定頻率、平坦信道且在給定的信噪比下產(chǎn)生的，而實際計算的則是系統(tǒng)級（衰落信道）的信干噪比SINR，所以需要一個有效的信噪比可以將系統(tǒng)級SINR精確地映射到鏈路層（AWGN 信道）曲線上。有效信噪比映射的常用映射方法有指數(shù)有效信噪比映射（EESM）和互信息有效信噪比映射（MIESM）。

（一）指數(shù)有效信噪比映射（EESM）

EESM基本思想是把信道狀態(tài)的瞬時值映射為一個標量——有效SINR，通過這個標量從AWGN性能曲線上得到該信道狀態(tài)下的系統(tǒng)誤塊率（BLER）。

（二）互信息有效信噪比映射（MIESM）

EESM雖然減少了反饋信道中的信息量，但要求同一UE的所有子載波都必須使用相同的MCS，這就阻礙了自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）技術(shù)的應(yīng)用；其次，有效SINR只能反映所有子載波SINR的一個近似平均值，不能反映SINR較差的信道?；バ畔⒂行旁氡扔成洌∕IESM）是這樣一種映射方法，它不會要求同一UE的所有子載波都使用相同的MCS。MIESM的信息測度函數(shù)與EESM不相同。

MIESM的優(yōu)點是通用性和SINR映射的準確性都很好，缺點是其計算復(fù)雜度很高，這就限制了系統(tǒng)仿真的仿真速度。

（三）尺度因子β的優(yōu)化

如果事先對β進行優(yōu)化并將β的值存起來，就可以保證在實際的仿真鏈路中，采用MIESM其復(fù)雜度不會那么高，同時也保證了映射的準確性，15種不同的CQI對應(yīng)的MCS的尺度因子β需進行鏈路級仿真獲得。具體步驟如下：

第一，生成多個頻率選擇性信道，仿真得到每個頻率選擇性信道的15條BLER-SNR曲線。

第二，取BLER=0.1時的15條BLER-SNR曲線上對應(yīng)的SNR值：SNRiM。

第三，計算第i種信道條件下的各個子載波（或者各個RB）的SINR值，代入式，得到給定β值條件下額SNR ieff （β）。

第四，分別對每一種CQI，根據(jù)尺度因子β值的優(yōu)化方法，計算得到各種CQI值最優(yōu)的β值。

根據(jù)上述仿真步驟，可得在不同的CQI取值下，兩種映射方法的CQI值和β的對應(yīng)關(guān)系，并經(jīng)上述分析知，在此處對β優(yōu)化之后，將β的值存起來，并在下面的仿真鏈路中采用MIESM映射。

四、SNR與CQI的映射方法

（一）傳統(tǒng)映射方法

高斯白噪聲信道環(huán)境下，傳統(tǒng)計算SNR和CQI的映射方法是將誤塊率固定在0.1，通過仿真曲線確定出SNR和CQI的關(guān)系，它們之間呈簡單的線性關(guān)系。

這種仿真方法雖然簡單易行，但是在下行傳輸信道的傳輸塊很小或很大時，CQI幾乎不隨SNR變化或CQI的變化和SNR不成線性關(guān)系，這樣就會導(dǎo)致吞吐量下降。

（二）新型映射方法

本文提出一種新型的映射方法，具體的實現(xiàn)步驟如下：

第一，3GPP已經(jīng)通過大量仿真得出15個不同的CQI值對應(yīng)的調(diào)制方式、編碼速率以及編碼效率。

第二，首先固定CQI的值（CQI的取值為1～15，CQI值等于0時無效），查表2得到該CQI值對應(yīng)的調(diào)制階數(shù)alphabet和編碼速率Rcode。

第三，計算出該CQI值下，物理下行共享信道（PDSCH）的傳輸塊大小TBsize，其中CRClen表示添加的CRC長度，為24bit，PDSCH分配的物理資源比特數(shù)。

第四，由第三得出該CQI值下對應(yīng)的傳輸塊大小TBsize后，結(jié)合調(diào)制方式用PDSCH的下行仿真鏈路進行鏈路級仿真，得到SNR-BLER曲線。

第五，完成對該CQI值下的SNR-BLER的仿真后，根據(jù)協(xié)議的要求，找出在BLER≤0.1的情況下SNR的取值，這樣CQI值和SNR的取值即可對應(yīng)。

第六，返回第二，繼續(xù)進行下一個CQI值的仿真，直至CQI=15。

五、仿真結(jié)果

通過對上面映射方法的分析，在MATLAB7.0的環(huán)境下對LTE下行鏈路進行了系統(tǒng)級仿真，可知本文提出的改進方法具有更好的適應(yīng)性，不同的CQI下仿真出的吞吐量都可以滿足3GPP物理層協(xié)議中的規(guī)定。

六、結(jié)語

本文介紹了在LTE系統(tǒng)中，將系統(tǒng)級SINR映射到鏈路層的兩種有效信噪比方法，并通過優(yōu)化尺度因子β的值且在映射前把它存起來的方法，大大降低了互信息有效信噪比映射的復(fù)雜程度，同時提出了一種新型的鏈路級SNR到CQI的映射方法，并最終用仿真實現(xiàn)，可以看出該映射方法的準確度更高，反饋性能更好，保證了系統(tǒng)的鏈路自適應(yīng)特性。此方案既降低了實現(xiàn)映射的復(fù)雜度，又提高了映射的準確性，且該方案已經(jīng)應(yīng)用于LTE無線綜合測試儀表的開發(fā)中。

（作者單位為中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司玉林市分公司）

[作者簡介：鄒潔（1983—），男，廣西北流人，學(xué)士，通信中級工程師，副經(jīng)理，主要研究方向：無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。鄧宏（1989—），男，廣西人，桂林電子科技大學(xué)學(xué)士，技術(shù)主管，研究方向：網(wǎng)優(yōu)中心日常優(yōu)化室，基站優(yōu)化。]

參考文獻

[1] 沈嘉，索士強. 3GPP長期演進（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2] 張金寶，鄭洪明，談?wù)褫x，等. MIMO MLD物理層抽象技術(shù)[J].通信學(xué)報，2009，30（11）：1-7.endprint