LTE系统中CQI与SNR的映射方法

邹洁+邓宏

摘 要 信道质量指示（CQI）是无线信道的通信质量的测量标准，通常一个高值的CQI表示一个信道有好的质量，反之亦然。信噪比（SNR），又称为讯噪比。本文就信噪比（SNR）和信道质量指示（CQI）映射方法通过两方面进行讨论，一方面，通过优化尺度因子降低了互信息有效信噪比映射的复杂度，另一方面对每一个CQI值算出对应的传输块大小并进行链路级仿真得到一条SNR和误块率（BLER）的曲线图，由仿真曲线可知，此方案既降低了实现映射的复杂度，又提高了映射的准确性，且该方案已经应用于LTE无线综合测试仪表的开发中。

关键词 SNR QCI 映射方法 系统模型

一、概述

在LTE系统中，引入了OFDM、MIMO等核心技术。其中链路自适应技术是LTE系统中的重要技术，在衰落信道中自适应调制编码可以增强通信的可靠性和提高频谱利用率。传统的映射方案是在高斯白噪声环境下固定误块率（BLER），通过系统仿真曲线得到CQI和SNR的简单线性关系。本文提出一种新型的SNR到CQI的映射方案，对每一个CQI值算出对应的传输块大小，并进行链路级仿真得到一条SNR和BLER的曲线图，保证了映射的准确性，在实现自适应过程时，降低了运算复杂度。

二、系统反馈模型

具體的实现步骤如下：

第一，计算所有相关资源粒子（RE）的信干噪比SINR。

第二，将计算的SINR进行有效信噪比映射，得到一个等效的信噪比SNReff。

第三，由SNR和CQI的映射关系表，查找到相应的CQI值并上报给网络端，网络端根据上报的CQI值选择合适的调制编码方式。

三、两种有效信噪比映射方法

链路层性能曲线是假定频率、平坦信道且在给定的信噪比下产生的，而实际计算的则是系统级（衰落信道）的信干噪比SINR，所以需要一个有效的信噪比可以将系统级SINR精确地映射到链路层（AWGN 信道）曲线上。有效信噪比映射的常用映射方法有指数有效信噪比映射（EESM）和互信息有效信噪比映射（MIESM）。

（一）指数有效信噪比映射（EESM）

EESM基本思想是把信道状态的瞬时值映射为一个标量——有效SINR，通过这个标量从AWGN性能曲线上得到该信道状态下的系统误块率（BLER）。

（二）互信息有效信噪比映射（MIESM）

EESM虽然减少了反馈信道中的信息量，但要求同一UE的所有子载波都必须使用相同的MCS，这就阻碍了自适应调制编码（AMC）技术的应用；其次，有效SINR只能反映所有子载波SINR的一个近似平均值，不能反映SINR较差的信道。互信息有效信噪比映射（MIESM）是这样一种映射方法，它不会要求同一UE的所有子载波都使用相同的MCS。MIESM的信息测度函数与EESM不相同。

MIESM的优点是通用性和SINR映射的准确性都很好，缺点是其计算复杂度很高，这就限制了系统仿真的仿真速度。

（三）尺度因子β的优化

如果事先对β进行优化并将β的值存起来，就可以保证在实际的仿真链路中，采用MIESM其复杂度不会那么高，同时也保证了映射的准确性，15种不同的CQI对应的MCS的尺度因子β需进行链路级仿真获得。具体步骤如下：

第一，生成多个频率选择性信道，仿真得到每个频率选择性信道的15条BLER-SNR曲线。

第二，取BLER=0.1时的15条BLER-SNR曲线上对应的SNR值：SNRiM。

第三，计算第i种信道条件下的各个子载波（或者各个RB）的SINR值，代入式，得到给定β值条件下额SNR ieff （β）。

第四，分别对每一种CQI，根据尺度因子β值的优化方法，计算得到各种CQI值最优的β值。

根据上述仿真步骤，可得在不同的CQI取值下，两种映射方法的CQI值和β的对应关系，并经上述分析知，在此处对β优化之后，将β的值存起来，并在下面的仿真链路中采用MIESM映射。

四、SNR与CQI的映射方法

（一）传统映射方法

高斯白噪声信道环境下，传统计算SNR和CQI的映射方法是将误块率固定在0.1，通过仿真曲线确定出SNR和CQI的关系，它们之间呈简单的线性关系。

这种仿真方法虽然简单易行，但是在下行传输信道的传输块很小或很大时，CQI几乎不随SNR变化或CQI的变化和SNR不成线性关系，这样就会导致吞吐量下降。

（二）新型映射方法

本文提出一种新型的映射方法，具体的实现步骤如下：

第一，3GPP已经通过大量仿真得出15个不同的CQI值对应的调制方式、编码速率以及编码效率。

第二，首先固定CQI的值（CQI的取值为1～15，CQI值等于0时无效），查表2得到该CQI值对应的调制阶数alphabet和编码速率Rcode。

第三，计算出该CQI值下，物理下行共享信道（PDSCH）的传输块大小TBsize，其中CRClen表示添加的CRC长度，为24bit，PDSCH分配的物理资源比特数。

第四，由第三得出该CQI值下对应的传输块大小TBsize后，结合调制方式用PDSCH的下行仿真链路进行链路级仿真，得到SNR-BLER曲线。

第五，完成对该CQI值下的SNR-BLER的仿真后，根据协议的要求，找出在BLER≤0.1的情况下SNR的取值，这样CQI值和SNR的取值即可对应。

第六，返回第二，继续进行下一个CQI值的仿真，直至CQI=15。

五、仿真结果

通过对上面映射方法的分析，在MATLAB7.0的环境下对LTE下行链路进行了系统级仿真，可知本文提出的改进方法具有更好的适应性，不同的CQI下仿真出的吞吐量都可以满足3GPP物理层协议中的规定。

六、结语

本文介绍了在LTE系统中，将系统级SINR映射到链路层的两种有效信噪比方法，并通过优化尺度因子β的值且在映射前把它存起来的方法，大大降低了互信息有效信噪比映射的复杂程度，同时提出了一种新型的链路级SNR到CQI的映射方法，并最终用仿真实现，可以看出该映射方法的准确度更高，反馈性能更好，保证了系统的链路自适应特性。此方案既降低了实现映射的复杂度，又提高了映射的准确性，且该方案已经应用于LTE无线综合测试仪表的开发中。

（作者单位为中国联合网络通信有限公司玉林市分公司）

[作者简介：邹洁（1983—），男，广西北流人，学士，通信中级工程师，副经理，主要研究方向：无线网络优化。邓宏（1989—），男，广西人，桂林电子科技大学学士，技术主管，研究方向：网优中心日常优化室，基站优化。]

参考文献

[1] 沈嘉，索士强. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2] 张金宝，郑洪明，谈振辉，等. MIMO MLD物理层抽象技术[J].通信学报，2009，30（11）：1-7.endprint