信道反馈报告的最优解决方案流程

信道状态反馈报告的目的是为eNodeB提供下行链路信道状态信息，以协助优化分组调度决策。信道状态反馈报告流程如图5-44所示。信道状态是由UE根据下行链路传输（参考符号等）进行估计的，并通过PUCCH或PUSCH报告给eNodeB。信道状态反馈报告包含的信息是在数据接收过程中，UE支持的、与调度和链路自适应（MCS/TBS和MIMO）有关的参数。然后，eNodeB可以利用调度决定中的反馈信息，来优化频率资源使用。

图5-44 信道状态信息（CSI）报告流程

通常情况下，由UE报告的信道反馈信息只是一种建议信息，eNodeB进行在下行链路调度时，不一定遵循该信息。在LTE中，信道反馈报告一般完全是由eNodeB控制的，在eNodeB事先获知消息之前，UE无法发送任何信道状态反馈报告。用于提供上行链路信道状态信息的对应过程称为信道探测，它采用我们在5.6.4.3节中讲到的探测参考信号（SRS）。

与WCDMA/HSDPA相比，LTE信道状态信息的主要区别在于报告信息的频率选择性，即可以提供频域中与信道状态分布有关的信息。对于频域分组调度（Frequency Domain Packet Scheduling，FDPS）来说，这是一种驱动力。FDPS是一种用于分割频域无线资源并分配给不同用户的方法，它能够实现系统性能优化。图5-45给出了FDPS的增益。随着UE速率的增加，CSI报告信息变得越来越不准确，且很快过时，导致UE高速移动时增益降低。

图5-45 不同CQI方案和UE速率下的蜂窝平均吞吐量比较

5.9.6.1 LTE中的信道反馈报告类型

在LTE中，UE能够发送3种类型的信道反馈信息：

1）CQI（Channel Quality Indicator，信道质量指示）；

2）RI（Rank Indicator，等级指示）；

3）PMI（Pre-coding Matrix Indicator，预编码矩阵指示）。

信道信息反馈最重要的部分是信道质量指示（CQI）。CQI为eNodeB提供了UE在时域内（考虑传输模式、UE接收机类型、天线数目和给定时刻面临的干扰情形）支持的链路自适应参数。我们采取使用调制和编码方案（Modulation and Coding Scheme，MCS）的、包含16项的表格来定义CQI，见表5-3。UE向eNodeB报告与MCS和传输块大小（Transport Block Size，TBS）对应的最高CQI编号，在这种情形下，接收到的下行链路传输块的误块率（BLER）估计值不应当超过10%。正如参考文献[5]所描述的，CQI操作与HSDPACQI使用高度相似。需要注意的是，MCS和TBS大小值存在着更多的可能选择，而不是由CQI反馈信息所表示的15个值。

表5-3 CQI表格

等级指示（RI）是UE关于层数的建议信息，即空分复用中使用的数据流。只有当UE运行于MIMO模式，且采用空分复用技术（传输模式3和传输模式4）时，才会报告RI信息。当采用单天线工作模式或传输分集时，不会报告RI信息。当采用2×2天线配置时，RI值为1或2；当采用4×4天线配置时，RI值取值范围为1～4。通常情况下，RI值与一个或多个CQI报告有关，这意味着假定RI取特定值时，可以计算报告的CQI值。由于等级的变化速率一般要比CQI慢，因而RI报告的频度要低一些。RI通常描述在整个系统带宽中的等级，即不存在频率选择性RI报告。

PMI提供首选预编码矩阵信息，该矩阵位于基于预编码码本中。与RI相似，PMI也仅与MIMO操作有关。包含PMI反馈的MIMO操作称为闭环MIMO。PMI反馈仅限于传输模式4、传输模式5和传输模式6。代码本中的预编码矩阵数目取决于eNodeB天线端口的数目：当存在2个天线端口时，根据RI和UE的能力，共有6个矩阵可供选择；当存在4个天线端口时，根据RI和UE的能力，预编码矩阵数可达64个。PMI报告既可以是宽带的，也可以是频率选择性的，这取决于CSI反馈模式。

5.9.6.2 周期性和非周期性信道状态反馈报告

原则上，虽然UE拥有最新的、关于信道状态变化的信息，但是由UE发起的信道状态反馈报告将带来若干问题。首先，为了检测报告，需要在eNodeB处进行盲解码，从接收机实现角度来看，这是不理想的。其次，由于调度决策完全是由eNodeB控制的，因而UE发起的报告通常是不必要的。同时，由UE发起的报告将极大的提高上行链路资源分配的复杂性，导致信令开销的增加。因此，在LTE标准中，通常认为信道状态报告完全是由eNodeB进行控制的，即在eNodeB事先获知消息之前，UE无法发送信道状态反馈报告。

为了充分利用频率选择性分组调度产生的增益，需要详细的CSI报告。但是，随着报告信道状态反馈信息的UE数目增加，上行链路信令开销非常大。同时，主要用于传送控制信息的PUCCH，其容量是非常有限的：系统支持的每个子帧净荷大小只有11bit。在PUSCH上，不存在净荷大小的类似限制条件，但由于PUSCH是一种专用资源，它只允许一个用户在频谱的某个区域内进行调度。

为了优化上行链路资源使用，同时考虑到详细的频率选择性CSI报告，LTE采用了双向信道状态反馈报告机制。该方案支持两种主要的报告类型：周期性和非周期性。两种报告方案主要特征的对比见表5-4。

表5-4 周期性和非周期性信道状态反馈报告比较(www.xing528.com)

使用PUCCH的周期性报告，是信道反馈报告的基本模式。eNodeB通过高层信令对周期性参数和PUCCH资源进行配置。根据报告模式，单个报告的大小限制在11bit左右，报告中很少包含或不包含传播信道的频域行为信息。周期性报告一般通过PUCCH进行传输。但是，如果在上行链路中对UE进行调度，则周期性报告将通过PUSCH进行传输。RI的报告周期是CQI/PMI报告周期的整数倍。RI报告使用与CQI/PMI相同的PUCCH资源（PRB、循环移位）——PUCCH格式2/2a/2b。

当eNodeB需要更为精确的信道状态反馈信息时，它可以在任何时刻要求UE通过PUSCH发送一个非周期性信道状态反馈报告。非周期性报告既可以与数据同时发送，也可以单独通过PUSCH进行发送。采用PUSCH进行发送，使得传输大的、详细报告信息成为可能。当来自同一UE的周期性和非周期性报告传输发生碰撞时，只发送非周期性报告。

这两种模式也可相互补充。例如，当UE被调度时，可以通过配置UE，来发送非周期性报告，而周期性报告则可以定期提供概略的信道信息。

5.9.6.3 CQI压缩方案

与WCDMA/HSPA相比，信道反馈的新特征是报告的频率选择性。它是频域分组调度（FDPS）的一种引擎。由于为所有PRB提供完整的4bitCQI意味着每个子帧的上行链路开销过大，可达数百比特，因而需要用到一些反馈压缩方案。

为了减少反馈信息，CQI每个子频段报告一次。子频段的大小随着报告模式和系统带宽的不同而发生变化，而系统带宽的变化范围为两个连续PRB到整个系统带宽。

主要的CQI压缩方法包括：

1）宽带反馈；

2）最佳M平均（UE选择性子频段反馈）；

3）高层配置子频段反馈。

此外，差值压缩可以与上述方案结合使用，如当一个第2个码字的闭环MI-MOCQI以一个与第1个码字的CQI相关的3bit差值进行传送时。当子频段数目较大时，这样会大大节省信令开销。

5.9.6.4 宽带反馈

减少CQI比特数目的最简单方法是使用纯宽带反馈。在宽带反馈中，对于整个系统频段来说，反馈的是单个CQI值。由于不包含信道的频域行为信息，因而FDPS无法使用宽带反馈。但是，这通常已经足够了，如低负荷蜂窝中的PDCCH链路自适应或类似TDM调度无法从频率选择性CQI报告中受益。同时，当被调度UE的数目很大时，由详尽CQI报告带来的上行链路信令总开销变得非常大，此时宽带CQI报告成为唯一的选择。

5.9.6.5 最佳M平均

最佳M平均是一种在系统性能和上行链路反馈信令开销之间的最佳折衷方案。最佳M平均压缩原理如图5-46所示。在最佳M平均报告中，UE首先对每个子频段的信道质量进行估计。然后假定eNodeB在这M个子频段上对UE进行调度，选择M个最佳子频段，并将UE能够正确接收的、对应于MCS/TBS的单个CQI平均值报告给eNodeB。参数M取决于系统带宽，通常大约取值为整个系统带宽的20%。

图5-46 最佳M平均压缩原理（对于M最佳子频段，报告的是CQI平均值）

5.9.6.6 高层配置子频段反馈

在高层配置子频段反馈中，需要为每个使用差值压缩的子频段单独报告一个CQI值。在牺牲反馈开销的前提下，能够获得最佳的性能。报告的净荷大小可达64bit。为了确保信令保持在下一个可管理的水平，包含完整反馈报告的子频段大小是最佳平均方案的2倍。这将限制频率选择性信道的精度和性能，在频率选择性信道中，最佳M平均方案是一种比较理想的选择。