在LTE里,我们通常所说的信道状态信息CSI(Channel State Information),主要包括PMI、RI和CQI。PMI的意思是预编码矩阵,UE通过PMI告诉eNB当前DL-SCH传输的最佳预编码矩阵。RI是秩指示的意思,告诉eNB当前DL-SCH传输的最佳层数。CQI是信道质量指示,表示在采用了建议的RI和PMI之后,为确保下行DL-SCH接收的误码率不超过10%,可用的最高调制编码方案,也就是说,CQI的值将影响下行MCS的取值,更详细的内容,可参考《多UE调度以及MCS动态调整的考虑》。
CQI、PMI、RI既可以以周期的方式上报给eNB,也可以以非周期的形式上报,两种方式的区别在于触发报告的方式不同:在DCI0中显式发送CSI请求时,终端将会发送非周期的CSI报告,而周期的CSI报告则由eNB RRC配置并以一定的周期上报。
eNB如何使用UE上报的这些信道状态报告,由各个设备厂家的算法决定。本篇博文主要描述CQI、PMI、RI这三种参数周期性的发送方式,以及怎么计算这些周期时刻点。
1.周期性CSI报告在PUCCH中传输的四种模式
对于不能在PUSCH和PUCCH中同时传输的UE来说,如果收到了用于PUSCH传输的上行调度,那么周期性的CSI报告将在PUSCH中传输,否则,这些CSI报告就会在PUCCH中发送。需要注意的是,尽管传输的管道不通,但在PUSCH中传输的CSI报告模式与在PUCCH中传输的报告模式是相同的。
为了方便UE和eNB之间CSI信息的交互,当CSI在PUCCH中传输时,协议将CSI报告划分为四种不同的报告模式,即图1中所示的Mode 1-0,Mode 1-1,Mode 2-0,Mode 2-1。如当前系统无PMI反馈且配置的是宽带CQI,则表示UE将使用Mode 1-0模式。
(图1)
这四种模式受限于传输模式TM的种类,不能随意使用,具体约束规则如图2所示(只列出常用的几种TM模式)。举个例子,如果当前是TM1模式,那么UE可以选择Mode 1-0,也可以选择Mode 2-0,因为TM1模式是没有PMI反馈的,也符合图1的要求。若此时eNB配置的是宽带CQI上报,结合图1的要求,UE就只能在PUCCH中选择Mode 1-0上报CSI信息。当然,由于1.4M带宽没有子带的概念,因此1.4M带宽是不支持Mode 2-0和Mode 2-1这两种模式的。
(图2)
那怎么知道当前配置给UE的是宽带CQI还是子带CQI呢?如图3所示,可以通过下面widebandCQI和subbandCQI参数确定,这两个参数被封装在RRC层的CQI-ReportPeriodic结构体中。
(图3)
OK,到这里,我们已经知道怎么确定PUCCH信道中的报告模式了(四种方式中的一种),下面我们再来看看这四种模式更详细的信息。
2.CSI在PUCCH中传输的比特数
首先来看看不同的报告模式,其上所承载的CSI信息比特位数有什么不同。
CSI报告在PUCCH中周期传输时,每种CSI信息所占的比特数目与当前所采用的报告模式相关,如图4所示。举例说明,当前系统配置了Mode 1-0,此时若使用的是两层空分复用,那么如果UE上报的是RI(PUCCH报告TYPE3),那么RI只占1bit;如果UE上报的是CQI(PUCCH报告TYPE4),那么CQI占4bits;当然,Mode 1-0不能在TM4中使用,因此也就不能携带PMI信息。
(图4)
上文图4引入了一个新的概念:PUCCH报告类型(Pucch Report Type)。因为CSI有三种类型,即CQI、PMI和RI,所以对于同一个报告模式,有必要对具体的CSI类型进行区分,因此协议根据UE反馈的CSI信息类别,将每种PUCCH报告模式划分为Pucch Report Type 1、Type 2、Type 3、Type 4这四种类型,不同的类型表示UE传输不同的CSI,具体代表的含义如下:
Pucch Report Type 1:表示UE反馈的是UE选择的子带CQI;
Pucch Report Type 2:表示UE反馈的是宽带CQI和PMI;
Pucch Report Type 3:表示UE反馈的是RI;
Pucch Report Type 4:表示UE反馈的是宽带CQI。
如果是TM4模式,上面的图4显示是CQI和PMI的总比特数,要区分宽带CQI和PMI的比特数,需要由图5确定。
(图5)
3.CSI的发送周期
我们已经知道了不同CSI类型占用的比特个数,这个时候eNB是不是就能正确的解析出各种CSI值呢?不行,eNB还需要知道各种CSI的周期发送时刻。只有确定了CSI的周期发送时刻,eNB才能明确在什么时间点去读什么样的CSI信息。
CSI周期发送时刻的计算需要依赖两个参数:周期和偏移量。我们先讨论怎么获取这两个参数,然后讨论怎么利用这两个参数来计算周期发送时刻。
对于CQI/PMI类型的CSI来说,周期用Np表示,偏移量用Noffset,cqi表示;对于RI类型的CSI来说,周期用Mri表示,偏移量用Noffset,ri表示。不同的LTE制式,这四个参数的取值是不同的,具体说明如下。
图6和图7分别给出了FDD和TDD制式里,参数Np和Noffset,cqi的获取方式。参数Np表示的是CQI/PMI的周期,单位是子帧。比如图6中的Np=20,则表示CQI/PMI的周期是20个子帧。Noffset,cqi表示的是一个偏移量,单位也是子帧。Np和Noffset,cqi的取值都可以通过Icqi/pmi参数得到。以图6为例,如果Icqi/pmi=18,那么Np=20,Noffset,cqi=1。
那怎么得到Icqi/pmi值呢?Icqi/pmi的值等于RRC层配置的cqi-pmi-ConfigIndex参数,这个参数属于UE级别,如上文的图3所示,取值范围是0~1023。一旦RRC配置了cqi-pmi-ConfigIndex,这个UE的CQI/PMI周期和偏移量也就确定了。
(图6)
(图7)
下面继续描述怎么通过Np和Noffset,cqi来计算UE的CQI/PMI发送时刻。CQI是区分宽带CQI和子带CQI的,不同的CQI类型,计算CQI/PMI的发送时刻是不同的。如果当前UE配置的是宽带CQI,那么满足CQI/PMI发送的上行子帧需要满足条件:
其中,nf表示系统帧号,ns表示时隙号。如果当前Np=20,Noffset,cqi=1,那么可以发送CQI/PMI报告的时间点就是偶数系统帧的1号子帧:(0,1),(2,1),(4,1),...。
RI的周期发送时刻也需要区分CQI的类型,如果当前是宽带CQI,那么满足RI上报的上行子帧需要满足条件:
周期参数Mri和偏移量Noffset,ri通过Iri参数查表得到,不区分TDD和FDD制式,如图8所示。如果Iri=162,那么Mri=2,Noffset,ri= -1。Iri参数的值等于RRC配置的ri-ConfigIndex,如前文的图3所示,范围是0~1023。若Np=20,Noffset,cqi=1,Mri=2,Noffset,ri= -1,那么可以发送RI的时间是:(0,0),(4,0),(8,0),...。
从公式2可以看到,Mri的值其实表示的是RI的周期相对CQI/PMI周期的倍数。RI的周期比CQI/PMI长很多,也意味着相对于CQI/PMI而言,RI变动要缓慢的多。
(图8)
4.进一步说明
需要注意的是,按照上面的公式1和公式2,可能会出现某个UE的RI和CQI/PMI需要在同一个上行子帧发送的情况,也就是发生了碰撞,此时将丢弃CQI/PMI,UE只上报RI值。
无论UE上报的是宽带CQI还是子带CQI,只要这个子帧上存在SR,那么其他的CSI信息(CQI/PMI/RI)都要丢弃,UE只会上报SR。也就是说,一旦发生冲突,优先级的顺序是SR > RI > CQI/PMI。
如果周期CSI是在PUCCH信道中发送的,那么CQI/PMI或RI将在n_PUCCH(2)中发送。n_PUCCH(2)等于RRC的cqi_pucch_ResouceIndex参数,如前文图3所示,范围是0~1185。
对于TDD制式,CQI/PMI的周期参数需要参考图7,但需要注意以下几点:
(1)选项Np=1只能在上下行子帧配置0,1,3,4,6的时候设置,此时所有的上行子帧都可以用来传输CQI/PMI。
(2)选项Np=5只能在上下行子帧配置0,1,2,6的时候设置。
(3)选项Np={10,20,40,80,160}可以在所有的上下行子帧配置中设置。
参考:
(1)3GPP TS 36.213 V9.3.0 (-09) Physical layer procedures
(2)3GPP TS 36.331 V9.18.0 (-06) Radio Resource Control (RRC)
(3)3GPP TS 36.211 V9.1.0 (-03) Physical Channels and Modulation
(4)《4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband》