LTE学习之路（10）——CQI

本篇参考借鉴自：http://www.you01.com/article-27753-1.html

1、CQI的定义

　　CQI-Channel Quality Indication，信道质量指示，CQI由UE测量所得，因此，CQI一般指的是下行信道质量。eNodeB根据CQI信息选择合适的调度算法和下行数据块大小，以保证UE在不同的无线环境下获取最佳的下行性能。

2、引入CQI的原因

　　PDSCH支持三种编码方式：QPSK、16QAM及64QAM，其对应三种星座图，从而所需要的信道条件也不相同，即：编码方式越高（QPSK<16QAM<64QAM），信道条件要求就越高。

     由于下行调度是由eNodeB决定的，而eNodeB作为发射端，并不知道信道质量的好坏，就比如一个人在讲话时，听不听得清楚是有听众感知的，因此信道质量的好坏也是由UE来衡量的。eNodeB决定要采用何种编码方式，就需要UE来反馈这个信道质量的好坏，LTE协议将信道质量的好坏量化成了0~15的序列（4个bit来承载），并定义为CQI。

3、CQI的选取标准

　　CQI 值由UE测量并上报。LTE规范中没有明确定义CQI的测量方式，只定义了CQI的选取准则，即保证PDSCH的解码错误率（即BLER）小于10%所使用的CQI值。也就是说，UE 需要根据测量结果（比如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。

4、CQI取值及其对应的编码方式

 

　　其中，调制方式决定了调制阶数，它表示每1个符号中所传送的比特数。QPSK对应的调制阶数为2，16QAM为4，64QAM 为6。码率为传输块中信息比特数与物理信道总比特数之间的比值，即：

　　码率= 传输块中信息比特数/物理信道总比特数= 信息比特数/（物理信道总符号数*调制阶数）= 效率/调制阶数

　　由此可见，CQI 的不同取值决定了下行调制方式以及传输块大小之间的差异。CQI 值越大，所采用的调制编码方式越高，效率越大，所对应的传输块也约大，因此所提供的下行峰值吞吐量越高。

5、CQI影响因素

　　UE 根据所测量的SINR 值来确定可用CQI 并上报到eNodeB，因此CQI 值主要与下行参考信号的SINR 有关。

　　除此之外，CQI 还与UE 接收机的灵敏度、MIMO 传输模式和无线链路特性有关。具体表现为：

• 相同信道质量条件下，UE接收机的灵敏度越高，所测得的SINR值越高，因此所上报的CQI值也越大。
• MIMO模式、重传次数和天线数目都会影响BLE性能。由于CQI对应于10% BLER 所需的SINR值，因此，相同SINR条件下，3次重传比0次重传的CQI值更高，TM3/4比TM2的CQI更高，4天线比2天线所对应的CQI更高。

6、CQI对性能的影响

　　根据上述分析可知，CQI在下行调度中起着非常关键的作用。UE根据SINR值估算CQI 并采用周期性或者非周期性方式进行上报，eNodeB则根据不同的CQI模式来提取出相应的宽带或者子带CQI信息，获悉UE在特定频带上的干扰情况，实现频率选择性或者非选择性调度。重要的是，eNodeB 根据CQI和PRB信息来获取MCS和TBS信息，从而直接影响到下行吞吐量。

　　CQI 与单用户下行吞吐量之间的关系举例说明如下。

　　假设UE 上报的CQI 为最大值15，其所对应的调制方式为64QAM，码率为0.926。则20MHz （对应100 个PRB）下，TD-LTE 系统物理层峰值最大速率计算如下：

　　①PRB 中RE数：（14符号/子帧）x（100个PRBx 12 RE/符号）=16800RE/子帧

　　②假定每个子帧中为3个PDCCH符号，则去除CFI所占用的RE数，得到：16800 RE/子帧-（3个PDCCH符号x（100个PRBx 12RE/ 符号））=13200RE/子帧

　　③物理层比特数与调制方式相关，64QAM所对应的调制阶数为6，故：6 x 13200 = 79200 比特/子帧

　　④根据码率计算传输块大小：传输块中信息比特数= 物理信道总比特数x 码率=79200 x 0.926= 73340
　　

　　这意味着CQI=15时，20MHz带宽下所能承载的最大TBS为73340。假定上下行时隙配比是1:3，即一个5ms的TD-LTE半帧里有3个下行时隙，且根据规范要求，特殊子帧5 的DwPTS 中不能传送下行数据，则MIMO 模式下（2个码字同时传送），下行峰值速率为：73340（TBS）x 2（流数）x 3（下行时隙数）x 200（1s 内半帧数）= 88008000 bit = 88Mbps.

　　上面的例子中，如果采用其他CQI 值，则对应的码率和调制方式有所不同，因此每个TTI 中所能传送的传输块的大小也会有所区别，从而导致下行吞吐量产生差异。因此，CQI 在下行调度中起着非常关键的作用。

　　UE 和eNodeB 调度算法中CQI 评估和测量机制对系统性能有着直接影响。举例来讲，如果UE 上报的CQI 较低，但是系统却错误地发送了较大的TBS，则可能导致UE解码失败并发送ACK信息，从而产生重传，影响到系统的资源利用率。反之，如果实际无线环境较差，但是UE上报的CQI值较高，则网络根据CQI选择较大的TBS，而这也同样可能导致UE 解码失败，导致系统资源利用率降低。

　　速度对于CQI报告准确性的影响也较大。速度越高，CQI偏差越大，因此应当减小发送周期，增加发送频率，以保证CQI信息的准确性。