5G系统中CQI有几张表？

风成秀吉

1. CQI的定义

下行链路自适应算法基于UE上报的CQI(信道质量指示)来进行。

UE对无线信道质量如SINR进行测量，并上报信道相关的CQI信息，用以为分组调度和链路适配等无线资源管理算法提供信道质量信息，链路适配算法则基于CQI来选择最有效的调制和编码机制(MCS)。

CQI是在预定义的观察周期下满足特定BLER需求时所推荐的频谱效率。UE上报CQI的目的是为了让系统侧根据无线状况选择合适的下行传输参数。特定BLER目标值要求下，UE测量每个PRB上接收功率以及干扰来获取SINR，并根据频谱效率需求，将SINR映射到相应的CQI，随后将CQI上报给gNB。

gNB根据UE上报的CQI来选择当前信道状况下的最合适的MCS，以满足特定比特错误率和分组误帧率下的频谱效率，确保数据速率最大化。比如，如果无线条件较好，则在物理层上使用较高的MCS和码率，以增加系统吞吐量；反之，如果无线环境较差，则需要使用较低的MCS和码率，以增加传送可靠性。

系统根据CQI与MCS的对应关系以及相关的传输块大小(即TBS)，为PDSCH选择合适的调制方式和传输块大小的组合，进行上/下行传送工作。这种调制方式和传输块大小的组合应当使得有效信道码率与CQI索引所指示的码率最为接近。如果有多个组合都产生相同的有效码率，且都与CQI索引指示值相接近，则只选择传输块最小的那种组合。

CQI反馈可以是周期性的，也可以是非周期性的，具体采用哪种方式由gNB进行控制。非周期性CQI反馈只在需要的时候才进行发送，它比周期性反馈中所包含的频域信道状态信息更为精确，从而便于调度器获取频率分集。

2. CQI表的设计

CQI参考资源为一组下行物理资源块，用于进行下行信道质量测量。

LTE中，CQI表有2个，每个表中有16个取值，可以采用4比特来表示。最高调制阶数为64QAM所对应的表用于宏覆盖，而最高调制阶数为256QAM所对应的表则用于低功率的微小区。256QAM可以提供较好的接收性能和较高的频谱效率，因此适于微小区，反过来讲，宏覆盖难以保证256QAM所需的接收性能如EVM指标。另外，如果在宏覆盖表中引入256QAM，采用4比特则CQI的量化精度有所降低，从容导致性能损失。因此，不同的场景需要设置不同的CQI表。

LTE中，256QAM的表的制作方法是，从64QAM的表中除去一个较低调制方式如QPSK相关的值，并增加几个256QAM相关的值。由于适用场景不同，所以256QAM表中较低调制方式的CQI的量化精度可以与64QAM对应表有所不同。降低256QAM表中低调制方式下的CQI量化精度有助于采用4比特来表示256QAM的最终开销。2个表中的公共部分还有助于降低规范的工作量和UE实现的复杂度。

5G系统中CQI表采用了与LTE的设计原则，即不同场景下设计多张CQI表。CSI-ReportConfig中的高层参数cqi-Table用以表示采用哪个CQI表来计算CQI，其取值为table1、table2和table3。

相对于占用一组下行PRB的CSI参考资源来说，如果所接收到的单个PDSCH传输块的误块率满足以下的BLER要求，则基于无限制的观察时间间隔，针对在上行链路时隙n中报告的每个CQI，UE会导出满足以下条件的最大的CQI索引值。即：

1) cqi-Table配置为'table1'和'table2'时，误块率不应该超过0.1。

• cqi-Table配置为'table1'时，采用表0‑25所示4比特CQI信息(对应TS38.214的表5.2.2.1-2)，该表适用于eMBB业务，支撑QPSK、16QAM和64QAM调制方式，不支撑256QAM。
• cqi-Table配置为'table2'时，采用表表0‑25所示4比特CQI信息(对应TS38.214的表5.2.2.1-3)，该表适用于eMBB业务，支撑QPSK、16QAM和64QAM调制方式，同时支撑256QAM。
  
  

2) cqi-Table配置为'table3'时，误块率不应该超过0.00001。这种情况下，采用表1所示4比特CQI信息(对应TS38.214的表5.2.2.1-4)。

该表适用于URLLC业务，支撑QPSK、16QAM和64QAM调制方式，不支撑256QAM。

表1 4位CQI表（对应TS38.214表5.2.2.1-2）

表2用于eMBB业务，描述了QPSK，16QAM和64QAM所对应的CQI索引及含义。此表复用了LTE中64QAM对应的表。

表2  4位CQI表2(对应TS38.214表5.2.2.1-3)

表2用于eMBB业务，除了QPSK，16QAM和64QAM之外，还增加了256QAM。此表复用了LTE中256QAM对应的表。

根据R1-1719771，RAN1#90会议上一些企业提供了仿真结果。可以看到，LDPC和Turbo的性能差异不是很明显，相对于原始表来说，码率抖动约为25/1024≈0.02。考虑到实际网络中干扰测量不准确、SNR与BLER间的关系曲线物理提取方法不满意、传输块大小导致的BLER的差异等，这些因素对抖动的影响几乎可以忽略。实际上，为了补偿CQI的不可靠性，gNB还使用基于ACK/NACK反馈的Euler外环算法，根据初始BLER(即IBLER)来调整步伐，以选择所需的MCS。因此，再重新设计一个略为不同的256QAM的表不会带来性能增益，只会增加工作量。

表3   4位CQI表3(对应TS38.214表5.2.2.1-4)

表3为5G新增，用于URLLC业务，它只包含QPSK，16QAM和64QAM。

根据R1-1719584，URLLC要求数据包为32比特下的BLER为10-5，用户面时延为1ms。传统的LTE的CQI表对应的BLER目标值为10%，因此无法达到URLLC的可靠性的要求。HARQ可以提高可靠性，但是增加了时延。在CQI表增加较低码率虽然可以满足可靠性和时延的要求，但是会增加UE上报CQI所需的比特数。因此考虑URLLC采用独立的CQI表，并使用不同的BLER目标值。另外，由于URLLC对峰值速率的要求不高，因此没有必要采用较高的调制阶数。

不同CQI索引值意味着特定调制方式和特定码率的组合，从而对应于不同的传输效率。表中码率为信息比特与总比特数的比值，而效率为信息比特数与总符号数的比值。由于总比特数是总符号数与调制阶数的乘积，所以效率等于码率乘以调制阶数。表示为：

码率   = 信息比特数/物理信道总比特数

= 信息比特数/(物理信道总符号数*调制阶数) =效率/调制阶数

为了表示的方便性，表中码率取值是乘以1024之后的结果，因此，对于每种CQI索引，目标码率为表中的码率取值除以1024。举例来讲，对于表1中的CQI索引5，目标码率=449/1024=0.4385，由于调制阶数为2，故效率=0.4385*2=0.8770。

参考资料：

- TS38.214 , Physical layer procedures for data

-《5G无线系统设计与国际标准》，人民邮电出版社

-《5G空口特性与关键技术》，人民邮电出版社