LTE系統中CQI與SNR的映射方法

鄒潔+鄧宏

摘 要 信道質量指示（CQI）是無線信道的通信質量的測量標準，通常一個高值的CQI表示一個信道有好的質量，反之亦然。信噪比（SNR），又稱為訊噪比。本文就信噪比（SNR）和信道質量指示（CQI）映射方法通過兩方面進行討論，一方面，通過優化尺度因子降低了互信息有效信噪比映射的復雜度，另一方面對每一個CQI值算出對應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映射的復雜度，又提高了映射的準確性，且該方案已經應用于LTE無線綜合測試儀表的開發中。

關鍵詞 SNR QCI 映射方法 系統模型

一、概述

在LTE系統中，引入了OFDM、MIMO等核心技術。其中鏈路自適應技術是LTE系統中的重要技術，在衰落信道中自適應調制編碼可以增強通信的可靠性和提高頻譜利用率。傳統的映射方案是在高斯白噪聲環境下固定誤塊率（BLER），通過系統仿真曲線得到CQI和SNR的簡單線性關系。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，在實現自適應過程時，降低了運算復雜度。

二、系統反饋模型

具體的實現步驟如下：

第一，計算所有相關資源粒子（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的映射關系表，查找到相應的CQI值并上報給網絡端，網絡端根據上報的CQI值選擇合適的調制編碼方式。

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生的，而實際計算的則是系統級（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有效信噪比映射（EESM）和互信息有效信噪比映射（MIESM）。

（一）指數有效信噪比映射（EESM）

EESM基本思想是把信道狀態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下的系統誤塊率（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，這就阻礙了自適應調制編碼（AMC）技術的應用；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。互信息有效信噪比映射（MIESM）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的信息測度函數與EESM不相同。

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

（三）尺度因子β的優化

如果事先對β進行優化并將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，根據尺度因子β值的優化方法，計算得到各種CQI值最優的β值。

根據上述仿真步驟，可得在不同的CQI取值下，兩種映射方法的CQI值和β的對應關系，并經上述分析知，在此處對β優化之后，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）傳統映射方法

高斯白噪聲信道環境下，傳統計算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的關系，它們之間呈簡單的線性關系。

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不成線性關系，這樣就會導致吞吐量下降。

（二）新型映射方法

本文提出一種新型的映射方法，具體的實現步驟如下：

第一，3GPP已經通過大量仿真得出15個不同的CQI值對應的調制方式、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值對應的調制階數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。

第四，由第三得出該CQI值下對應的傳輸塊大小TBsize后，結合調制方式用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，根據協議的要求，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。

第六，返回第二，繼續進行下一個CQI值的仿真，直至CQI=15。

五、仿真結果

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

六、結語

本文介紹了在LTE系統中，將系統級SINR映射到鏈路層的兩種有效信噪比方法，并通過優化尺度因子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，可以看出該映射方法的準確度更高，反饋性能更好，保證了系統的鏈路自適應特性。此方案既降低了實現映射的復雜度，又提高了映射的準確性，且該方案已經應用于LTE無線綜合測試儀表的開發中。

（作者單位為中國聯合網絡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，學士，通信中級工程師，副經理，主要研究方向：無線網絡優化。鄧宏（1989—），男，廣西人，桂林電子科技大學學士，技術主管，研究方向：網優中心日常優化室，基站優化。]

參考文獻

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

[2] 張金寶，鄭洪明，談振輝，等. MIMO MLD物理層抽象技術[J].通信學報，2009，30（11）：1-7.endprint