隨著使用者的移動、地點的改變、周遭環境的變化，手機接收的訊號品質也不斷變動，而基地台為了讓傳輸更有效率，必須依據手機的訊號品質調整傳輸的格式、調變(Modulation)格式和編碼機制等，這種概念稱為可適應性連結(Link Adaption)或可適應性調變與編碼(Adaptive Modulation and Coding, AMC)技術。
為了讓基地台隨時知道手機的通道狀況，手機必須定期向基地台回報，或是當基地台詢問時必須即時回報，這就是所謂的通道狀態資訊(Channel State Information, CSI)的回報。
基地台透過手機回報CQI判定訊號品質
長程演進計畫(LTE)手機會量測訊號雜訊比(Signal to Noise Ratio, SNR)的好壞，然後回報一個通道品質指標(CQI)給基地台。
如表1所示，當訊號品質很差時，手機回報一個小的CQI引數(Index)，當基地台收到一個小的CQI Index時，就知道手機的通道狀況不佳，就會選擇較小的調變格式、較小的編碼率(Coding Rate)，如此傳輸的訊息有較佳的保護力，較不易受到雜訊(Noise)的干擾，但犧牲了傳輸的效率(但寧可傳輸速度慢一點讓手機都收得到，也不要傳輸速度快，手機解不出來)。
當訊號品質很好時，手機會回報一個較大的CQI Index，基地台收到後，就知道手機的通道狀況很好，並會選擇較高的調變階數(Modulation Order)、較大的編碼率，如此傳輸的效率較佳，但犧牲掉傳輸訊號的保護力(但當手機的通道品質好的時候，並不需要高的保護力)。
CQI提供通道品質資訊 分為寬頻及子頻兩類
如圖1所示，在LTE的系統中，基地台會分配部分資源區塊(Resource Block, RB)傳輸給手機，例如威瑞森(Verizon)的LTE系統有10MHz的通道頻寬(Channel Bandwidth)，會分成五十個RB，然後再把這五十個RB分配給其使用戶，每支手機都會分到部分的RB，此稱之為傳輸頻寬(Transmission Bandwidth)。
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| 圖1 通道頻寬對應傳輸頻寬 |
然而，因為每個RB都落在不同的頻率上，對手機來說不同的RB有不同的訊號品質，所以有些RB對手機的訊號品質較好，有些RB則是較差的訊號品質。基於以上的原因，當基地台在分配資源時，必須分配較好的RB(訊號品質較好)給手機，如此才有較佳的傳輸效率。但是，基地台如何知道手機對哪幾個RB訊號較好、哪幾個RB訊號較不好？這就必須由手機來回報每一個RB的CQI。
由此可知，CQI分為兩種，一種是手機會回報整個通道頻寬的訊號品質好壞，稱為寬頻(Wideband)CQI，另一種則是手機會把一整個通道(Channel)分成幾個子頻段(Subband)，分別回報其通道品質的好壞，稱為Subband CQI。
基地台規定手機須將RB分成幾個Subband，手機會分別回報這幾個Subband的CQI Index，如此一來，基地台就可以很清楚地知道，哪部分的RB對手機來說是通道品質較好的，哪部分的RB對手機是相對通道品質較差的。
如表2所示，依據不同的基地台通道頻寬，子頻段大小(Subband Size)也不同，例如威瑞森LTE系統有10MHz的通道頻寬，共有五十個RB，每個Subband Size大小為6，所以手機會把整個通道頻寬切成九個Subband(Subband 1?8大小為六個RB，Subband 9為兩個RB)，手機會回報九個CQI的訊息給基地台。
因為CQI的範圍為0?15，所以需要四個位元(Bit)來回報CQ，也就是說，當手機回報Subband CQI的時候，需要用到4×(Subband Number)個位元來上傳，這樣很浪費上行鏈路的資源。所以當手機回報Subband CQI時，手機回報的是差分(Differential)CQI，換句話說，手機只要告訴基地台，哪幾個Subband是訊號品質較好的，而哪幾個Subband相對訊號品質不好，這樣基地台進行資源分配時，就知道該優先分配哪幾個Subband。
如表3所示，手機回報Differential CQI的值是0、1、2、3，若手機回報0，表示這個Subband的訊號品質和整個通道頻寬的平均訊號品質差不多；手機回報3，代表這個Subband的訊號品質與整個通道頻寬的平均訊號品質相差1分貝(dB)以上；手機若回報2，則表示這個Subband的訊號品質比整個通道頻寬的平均訊號品質好2dB以上。基地台將會優先分配手機回報Subband CQI為2的Subband。
若以威瑞森LTE系統10MHz的通道頻寬為例，手機在回報Differential CQI的時候，每次須用到2×9=18位元，減少一半的上傳資源浪費。
Subband CQI分兩種回報方式
然而，Subband CQI又有兩種方式回報，包括較高階層(Higher Layer)Subband CQI及手機選擇性(UE Seleccted) Subband CQI。
在Higher Layer Subband CQI的回報機制中，手機必須回報每一個Subband的CQI，有些Subband會比整個通道的平均訊號品質好，有些Subband則比整個通道的平均訊號品質差，基地台會選擇其中較好Subband當成傳輸資源。
其實手機只要回報相對較好的幾個Subband CQI給基地台就好，通道品質相對較差的那幾個Subband，基地台不會將其分配給手機，也不須要知道這幾個Subband的CQI。所以，Subband CQI有另一種回報機制叫UE Selected Subband CQI Report。
UE Selected Subband CQI Report是手機只要回報訊號品質前「M」名的Subband CQI即可，如此一來，上傳的傳輸資源可以更加節省。如表4～5所示，以威瑞森LTE系統10MHz的通道頻寬為例，手機只要回報訊號品質較好的前五個Subband CQI，如此只要用到5×2=10位元的上傳資源，在資源的使用上更有效率。另外，可以觀察到在UE Selected Subband CQI Report這個模式中，手機回報的Differential CQI value中的偏移位準(Offset Level)都是大於0，因為回報的Subband是前M名的Subband，所以它們的通道品質一定會比平均通道品質好。
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| 圖2 Codebook預編碼實際訊號表現 |
LTE系統支援多重輸入多重輸出(MIMO)以達到更高的傳輸速度。在MIMO的資料處理過程中，會有預編碼(Precoding)的過程，預編碼的目的是為了讓兩路的性能可以更加平均。如圖2的上圖，在沒有預編碼的狀況下2×2 MIMO手機接收端的訊號，兩路的訊號品質並不平均，一路很好，一路不好。接著，經過預編碼的處理後，如圖2的下圖，2×2 MIMO手機接收端的兩路訊號很平均。
PMI和RI值左右MIMO模式
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| 圖3 選擇適當的預編碼矩陣可使MIMO的訊號品質平均 |
但由於通道狀況的不同，就需要不同的編碼機制來做預編碼，如圖3，可以看到LTE用來做預編碼的碼書(Codebook)。在Closed Loop MIMO(Transmission Mode 4)的模式下，手機會回報預編碼索引(PMI)，而基地台根據手機回報的PMI來選擇用哪一組編碼(Code)來做預編碼，讓手機達到最佳的接收狀況。
並不是在所有的通道條件都適合進行MIMO的傳輸。有時候，手機的通道狀況適合MIMO，再下一刻使用者可能移動到另一個地方，而通道環境不適合MIMO，所以在Closed Loop MIMO(Transmission Mode 4)模式下，手機會回報排名索引(RI)，告訴基地台要執行MIMO(多個資料串流同時傳)或多重輸入單一輸出(MISO)。
換言之，在LTE的Closed Loop MIMO(Transmission Mode 4)傳輸模式下，手機會回報PMI和RI，讓基地台可以根據手機的接收狀況，調整預編碼和Rank數目，達到最佳的接收效果。
回報時間機制分週期與非週期
手機的CSI的回報時間機制又分為週期性(Periodic)和非週期性(Non-periodic)兩類。
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週期性的CSI回報是手機每個子訊框(Subframe)都會向基地台回報；而且手機是藉由實體上傳控制通道(PUCCH)傳送上行的週期性CSI訊息回報。 |
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而非週期性的CSI回報是接收到基地台的指令才會回報，而且手機是藉由實體上傳分享通道(PUSCH)進行傳輸。當手機收到基地台的指令時，手機會在特定的時間延遲後進行CSI回報。 |
在分頻雙工(FDD)LTE系統中，手機在子訊框N收到指令，然後在子訊框N+4進行回報。若是分時雙工(TDD)LTE系統，因為TDD的系統有不同的上傳(UL)/下傳(DL)配置，所以有些子訊框為上行的子訊框，有些則是下行的子訊框，所以手機在子訊框N收到指令時，會讓子訊框N+n進行回報，n≧4且n的值不是固定的，因為必須等到那個子訊框是上行的子訊框時，才可以進行上行CSI的回報(表6)。
綜合以上所說，CSI的回報格式有以下三種組合。第一種組合是週期性或非週期性；第二種是Wideband CQI或Subband CQI。Subband CQI又分為Higher Layer Configured Subband CQI及UE Selected Subband CQI；第三種組合為，倘若是TM4，手機要回報RI及PMI，而PMI又分為單一PMI及多重PMI。表7和表8中整理出所有可能的CSI回報模式。
在3GPP 34.121裡的第九章是CSI測試章節。目前有十八個測試項目，十個是CQI的驗證，六個是PMI的驗證，兩個是RI的驗證。大部分的測試項目都須有加性高斯白雜訊(AWGN)和衰減(Fading)。而且，大部分的測試項目都是「比較」結果來判斷通過(Pass)或失敗(Fail)。此外，有FDD的部分也有定義TDD的部分。
通道環境影響連結甚鉅
透過本文介紹，可以了解通道環境對通道的連結有絕對的影響，透過特定機制能夠適時地調整通訊鏈路的編碼、調變格式，最佳化整體通訊系統資源的分配。透過儀器設備來測試行動裝置，除驗證行動裝置是否符合3GPP測試規範外，也能更清楚了解整體手機性能，協助工程師針對通訊協定、射頻性能與無線資源管理的除錯有更深入的分析。