4G通信中的信道状态信息与接入流程解析

### 4G通信中的信道状态信息与接入流程解析 在4G通信系统中，信道状态信息（CSI）的准确获取和高效利用对于提升通信质量至关重要。同时，设备接入网络的流程也有着严格的步骤和要求。下面将详细介绍CSI相关指标以及设备接入网络的具体过程。 #### 1. 信道状态信息（CSI）概述 CSI报告能够帮助网络详细掌握干扰情况。通过信道状态信息参考信号（CSI - RS）估计信道条件，利用信道状态信息干扰测量信号（CSI - IM）估计干扰情况，网络可以对CSI报告所反映的干扰状况进行精细控制。在某些场景下，演进型基站（eNodeB）能从不同干扰假设下得出的多个CSI报告中受益。Release 11支持设备中最多有四个CSI进程，每个CSI进程由一个CSI - RS配置和一个CSI - IM配置定义，并且每个进程会单独报告CSI。 #### 2. 信道质量指示（CQI） CQI用于估计在采用推荐的秩指示（RI）和预编码矩阵指示（PMI）时，能使下行共享信道（DL - SCH）传输的块错误概率最多为10%的最高调制与编码方案。使用CQI作为反馈量而非信噪比，是为了考虑设备中不同的接收器实现方式，同时也简化了设备测试。若设备在使用CQI指示的调制与编码方案时，数据块错误概率超过10%，则测试失败。多个CQI报告可作为CSI的一部分，每个报告代表下行频谱某一部分的信道质量。 不过，DL - SCH传输所使用的调制与编码方案通常会与报告的CQI不同。因为调度器在推荐特定CQI时，需要考虑设备无法获取的额外信息，例如DL - SCH传输所使用的资源块集合要兼顾其他用户，eNodeB中等待传输的数据量也需要纳入考量。如果待传输数据量少，少量采用稳健调制的资源块就足够时，即使信道条件允许，也无需选择很高的数据速率。 #### 3. 秩指示（RI）和预编码矩阵指示（PMI） CSI中与多天线相关的部分包括RI和PMI。 - **RI**：仅由配置为空间复用传输模式之一的设备报告，对于特定分量载波上的特定CSI进程，最多报告一个RI，且该RI在整个带宽内有效，即RI是频率非选择性的。在LTE中，由于所有层都在同一组资源块上传输，因此无法实现频率选择性传输秩。 - **PMI**：向eNodeB指示基于RI所指示的层数时首选的预编码器。预编码器的推荐可以是频率选择性的，即设备可能为下行频谱的不同部分推荐不同的预编码器；也可以是频率非选择性的。 网络在处理预编码器相关推荐时有两种选择： - **遵循设备推荐**：eNodeB只需在下行调度分配中用一位指示符确认使用设备推荐的预编码器配置进行下行传输。设备接收到确认后，在解调和解码相应的DL - SCH传输时将使用其推荐的配置。由于设备计算的PMI可以是频率选择性的，eNodeB可能需要为不同（组）的资源块应用不同的预编码矩阵。 - **选择不同预编码器**：网络需在下行调度分配中明确包含所选预编码器的信息。设备在解调和解码DL - SCH时使用该配置。为减少下行信令量，调度分配中只能发送单个预编码矩阵，这意味着如果网络不采用设备的推荐，预编码将是频率非选择性的。此外，网络也可以仅覆盖建议的传输秩。 设备推荐的预编码器并非直接发送，而是以索引形式指向一组预定义矩阵，即码本。设备选择首选预编码器的矩阵集合取决于天线端口数量。虽然规范未规定特定的天线排列方式，但天线排列假设会影响码本设计，不同版本的假设有所不同，进而影响码本特性。 |天线端口数量|码本特点| | ---- | ---- | |2或4个|码本由基于码本的预编码的预编码器集合给出。对于基于小区特定参考信号的多天线传输模式（传输模式4、5和6），网络必须使用该集合中的码本。为简化起见，使用解调特定参考信号的传输模式8、9和10在CSI报告中也使用相同码本。四天线码本是在假设天线间衰落不相关（即天线间距较大）的情况下推导得出的。| |8个|Release 10引入，在依赖解调特定参考信号的传输模式9和10中得到支持。与之前版本的2和4天线情况不同，由于更典型的天线排列是紧密排列的交叉极化天线，之前版本假设的天线间衰落不相关不太现实。因此，码本针对紧密排列的交叉极化天线元素进行了定制，也涵盖了8个紧密排列的线性极化天线的情况。码本中的所有预编码器都可以分解为W = W1,W2，其中W1模拟长期/宽带方面（如波束形成），W2处理短期/频率选择性特性（如极化特性）。分解码本的一个原因是简化实现，因为设备在形成PMI时可以对两部分应用不同的（时域）滤波。Release 12引入了遵循相同设计原则的替代四天线码本。| 此外，对于2、4和8个天线端口，网络可以限制设备选择推荐预编码器的矩阵集合，即码本子集限制，以避免报告在实际使用的天线设置中无用的预编码器。 #### 4. 全维度多输入多输出（FD - MIMO） 之前章节介绍的CSI报告最多涵盖8个天线端口，且从波束形成角度看，主要集中在方位域的一维波束形成。随着天线元件和射频组件的紧密集成，可控天线元件数量远超8个成为可能，这催生了新的先进天线解决方案，如大规模多用户