LTE--CSI信道状态信息

概念介绍

1、CSI
  信道状态信息(Channel State Information,CSI)是用来估计一条通信链路特性的信息,而估计CSI的过程便叫做信道估计。CSI的值是来自 OFDM系统中译码后频域空间对应的每个子载波的振幅和相位。
2、信道估计
一般有三类方法:
  第一类是基于导频(Pilot)符号和插值技术的信道估计,分为时域导频符号插入法和频域导频符号插入法;
  第二类是基于判决反馈的信道估计;
  第三类是基于被传输信息符号的有限字符特性和其统计特性的盲信道估计。

3、OFDM调制/解调
  OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 正交频分复用。 对于发射端来说,OFDM是将一条高速数据流,分割成数个并行的低速数据流,首先将它们经过基带调制在数个相互正交的子载波上,然后再经过射频调制(调制在射频载波上),成为可以发送到空中无线信道的射频信号。在基带调制中,由于每个子载波带宽较小,更接近于相干带宽,故可以有效对抗频率选择性衰落,所以比较适合无线通信。
  在接收端,将信号从信号从射频载波上解调下来,在基带用相应的子载波通过码元周期内的积分把原始信号解调出来。基带其他子载波上的信号与当前信号解析所用的子载波由于在一个码元周期内积分结果为0,相互正交,所以不会对信息的提取产生影响。
4、无线信道质量
  调制后的射频信号在无线信道中传输,由于无线信道是时刻变化的,而我们更高效的传输信息,需要及时的根据信道质量的情况来决定信号的调制方式。

举个栗子:在信道质量很好的情况下,下行使用了QPSK而不是更高阶的调制方式(16QAM/64QAM)进行传输的话,对频谱的利用率就会变低,并造成吞吐量的下降。而假设在信道质量很差的情况下,使用了高阶调制(16QAM/64QAM)而不是QPSK调制的话,就会造成过多的重传。无论是哪种情况,都没能有效地利用无线资源。

  所以为了更好地适应无线信道的变化,UE可以通过CSI将下行信道质量信息上报给eNodeB,以便eNodeB为UE选择更可靠的MCS(Modulation and Coding Scheme),更少打孔(less puncturing)以及选择更好的时频资源。CSI(Channel State Information)是物理层资源,是UE上报给eNodeB的信道状态信息,由RI(Rank Indication)、PTI(Precoding Type Indicator)、PMI(Precoding Matrix Indicator)和CQI(Channel Quality Indicator)组成,其所占的时频资源是由eNodeB来控制的。
  UE通过测量接收到的下行参考信号(小区特定的参考信号CRS或CSI-RS)来获取CSI信息,并上报给eNodeB。eNdoeB在下行调度时会将信道质量考虑在内。而某个UE上报的CSI既可以用于反映那些分配给该UE的PRB的信道质量,也是可以用于反映那些没有分配给该UE的PRB的信道质量信息。UE特定的参考信号DMRS不能用于CSI测量的原因在于,它们仅在使用“波束赋形”传输(TM 7/8/9)时的RB上存在。而小区特定的参考信号CRS和CSI-RS是在整个频带内发送,并独立的分配给某个UE的RB,因此可用于CSI测量。
  4.1 RI
  RI是UE建议eNodeB在下行传输中使用的传输阶数(rank 秩),即建议下行传输使用的层数(layer)。只有在空分复用下,UE才需要发送RI以指示可用的传输层(transmission layer)数目;而其它情况下,RI总是等于1。因此只有在TM 3/4,以及配置了PMI/RI上报的TM 8/9情况下,UE才需要上报RI。
  4.2 PMI
  PMI是UE建议eNodeB在下行传输中使用的预编码矩阵(precoder matrix)。该预编码矩阵是在假设使用“上报的RI指示的层数”的基础上进行选择的。
  4.3 CQI
  UE使用CQI来告诉eNodeB的调度器,UE所看到的下行信道质量信息。如果使用了MIMO传输,CQI会包含所需的MIMO相关的反馈。CQI是在使用建议的RI和PMI,且PDSCH传输的BLER(误块率)最高为10%的情况下,指示使用的最高MCS(Modulation and Coding Scheme)。在使用CQI指示的MCS的情况下,如果BLER大于10%,则测试失败。CQI可以看做是对SINR(信号噪声干扰比)的一种测量,但又不仅仅是SINR。CQI的测量需要将SINR以及UE的接收机的能力考虑在内。对于那些采用了先进信号处理算法(例如:干扰消除技术)的UE而言,可以上报一个更高的信道质量,并且依赖于eNodeB的调度算法,可以接收更高的数据速率。
    4.3.1 CQI的计算
    为了计算CQI,需要知道UE会在哪些子帧(时域)的哪些RB(频域)以及那些空间资源(空间域)上测量下行信道质量。用于测量CSI 的资源称为CSI reference resource。一个CSI reference resource
由时域、频域和空间域3 部分唯一确定。
  在频域上,CSI reference resource 定义为需要上报的CQI 对应的band(wideband 或subband)所在的PRB 集合;
  在时域上,CSI reference resource 定义为一个单一的下行子帧;
  在空间域上,CSI reference resource 定义为需要上报的CQI 基于的RI 和PMI。
5、CSI上报
  5.1 非周期上报
  从eNodeB的角度来看,只有当小区有下行数据需要发送(此时才会关心下行信道的相关信息)时,才会要求UE发送非周期性CSI上报。
  5.2 周期上报
  eNodeB是通过CQI-ReportPeriodic来配置周期性CSI上报的相关参数的。每个下行载波单元都可以独立地配置各自的周期性CSI参数。
6、总结
  本文可简单总结如下:

(1)讲述了CQI/PMI/RI的含义与作用;
(2)讲述UE侧如何测量CQI/PMI/R1;
(3)了解UE上报CQI/PMI/RI的两种方式;

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