LTE系统峰值速率的计算

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1、LTE 系统峰值速率的计算系统峰值速率的计算我们常听到”LTE 网络可达到峰值速率 100M、150M、300M，发展到 LTE-A 更是可以达 到 1Gbps“等说法，但是这些速率的达成究竟受哪些因素的影响且如何计算呢？ 为了更好的学习峰值速率计算，我们可以带着下面的问题来一起阅读： 1、LTE 系统中，峰值速率受哪些因素影响？ 2、FDD-LTE 系统中，Cat3 和 Cat4，上下行峰值速率各为多少？ 3、TD-LTE 系统中，以时隙配比 3:1、特殊子帧配比 10:2:2 为例，Cat3、Cat4 上下行峰值速 率各为多少？ 3、LTE-A（LTE Advanced）要实现 1Gbps

2、 的目标峰值速率，需要采用哪些技术？影响峰值速率的因素有哪些？影响峰值速率的因素有哪些？影响峰值速率的因素有很多，包括： 1. 双工方式双工方式FDD、TDD FDD-LTE 为频分双工，即上、下行采用不同的频率发送；而 TD-LTE 采用时分双工，上、下 行共享频率，采用不同的时隙发送。 因此如果采用相同的带宽和同样的终端类型，FDD-LTE 能达到更高的峰值速率。 2. 载波带宽载波带宽 LTE 网络采用 5MHz、10MHz、15MHz、20MHz 等不同的频率资源，能达到的峰值速率不同。3. 上行上行/下行下行 上行的业务需求本就不及下行，因此系统设计的时候也考虑“下行速率高些、上行速

3、率低些” 的原则，实际达到的效果也是这样的。 4. UE 能力级能力级 即终端类型的影响，Cat3 和 Cat4 是常见的终端类型，FDD-LTE 系统中，下行峰值速率分别 能达到 100Mbps 和 150Mbps，上行都只能支持最高 16QAM 的调制方式，上行最高速率 50Mbps。 5. TD-LTE 系统中的上下行时隙配比、特殊子帧配比系统中的上下行时隙配比、特殊子帧配比 不同的上下行时隙配比以及特殊时隙配比，会影响 TD-LTE 系统中的峰值速率水平。 上下行时隙配比有 1:3 和 2:2 等方式，特殊时隙配比也有 3:9:2 和 10:2:2 等方式。考虑尽量 提升下行速率，国内

4、外目前最常用的是 DL:UL=3:1、特殊时隙配比 10:2:2 这种配置。 6. 天线数、天线数、MIMO 配置配置 Cat4 支持 2*2MIMO，最高支持双流空间复用，下行峰值速率可达 150Mbps；Cat5 支持 4*4MIMO，最高支持四层空间复用，下行峰值速率可达 300Mbps。 7. 控制信道开销控制信道开销 计算峰值速率还要考虑系统开销，即控制信道资源占比。实际系统中，控制信道开销在 2030%的水平内波动。 总之，有很多因素影响所谓的“峰值速率”，所以提到峰值速率的时候，要说明是在什么制 式下、采用了多少带宽、在什么终端、什么方向、什么配置情况下达到的速率。下行峰值速率的

5、计算：下行峰值速率的计算：计算峰值速率一般采用两种方法： 第一种：是从物理资源微观入手，计算多少时间内（一般采用一个 TTI 或者一个无线帧） 传多少比特流量，得到速率；另一种：是直接查某种 UE 类型在一个 TTI（LTE 系统为 1ms）内能够传输的最大传输块， 得到速率。 下面以 FDD-LTE 为例，分别给出两种方法的举例。 【方法一方法一】 首先给出计算结果： 20MHz 带宽情况下，一个 TTI 内，可以算得最高速率为：总速率=，业务信道的速率=201.6*75%150Mbps 数字含义： 6：下行最高调制方式为 64QAM，1 个符号包含 6bit 信息； 2 和 7：LTE 系

6、统的 TTI 为 1 个子帧（时长 1ms） ，包含 2 个时隙，常规 CP 下，1 个时隙包 含 7 个符号；因此：在一个 TTI 内，单天线情况下，一个子载波下行最多传输数据 672bit； 2：下行采用 22MIMO，两层空分复用，双流可以传输两路数据； 1200：20MHz 带宽包含 1200 个子载波（100 个 RB，每个 RB 含 12 个子载波） 75%：下行系统开销一般取 25%（下行开销包含 RS 信号(2/21)、PDCCH/PCFICH/PHICH(4/21)、 SCH、BCH 等） ，即下行有效传输数据速率的比例为 75%。 如果是 TD-LTE 系统，还要考虑上下行

7、的时隙配比和特殊时隙配比，对下行流量对总流量占 比的影响。 如在时隙配比 3:1/特殊子帧配比 10:2:2 的情况下： 一个无线帧内，各子帧依次为 DSUDD DSUDD，其中 D 为下行子帧 U 为上行子帧，每个子 帧包含 2 个时隙共 14 个符号，S 为特殊子帧，10:2:2 的配置，表示 DwPTS(Downlink Pilot TimeSlot)、GP(Guard Period)和 UpPTS(Uplink Pilot TimeSlot)各占 10 个、2 个和 2 个符号。那 么所有下行符号等效在一个 TTI 内占的比例为(6*14+2*10)/14*10=74%，如果也粗略考虑

8、 75%的 控制信道开销，那么 TD-LTE 系统在 3:1/10:2:2 的配置下，下行峰值速率可达： 201.6*75%*74%112Mbps其他的时隙配比、特殊子帧配比，都可以参考这个方法来计算。 【方法二方法二】 这个方法简单直观很多，如下表，第一列是终端类型 18(常用 3、4)第二列为一个 TTI 内传输的最大传输块 bit 数，那么峰值速率就等于最大传输块大小/传输时间间隔，以 Cat3 和 Cat4 为例，峰值吞吐率分别为 102048/0.001=102Mbps 和 150752/0.001=150Mbps。Cat5 因为可以采用了 4*4 高阶 MIMO，4 层空分复用在一

9、个 TTI 内 传 299552bit，因此能达到 300Mbps 的下行峰值速率。 FDD-LTE 系统，计算可到此为止，TD-LTE 系统需要再根据时隙配比/特殊子帧配比乘上比例， Cat3 和 Cat4 的下行峰值吞吐率分别为 75Mbps 和 111Mbps。 超级啰嗦： 1、Cat3 因为最大传输块为 102048，所以 FDD-LTE 中峰值速率最高只能到 100Mbps。 2、控制信道开销的计算，受 RS 信号、PDCCH/PCFICH/PHICH、SCH、BCH 等因素影响，前 两部分占比较高（分别 2/21 和 14/21） ，SCH 和 BCH 占比较少（两者相加不足 1%

10、） ，篇幅 有限，抱歉不做详细介绍。 3、TD-LTE 的峰值速率的计算，这里是按照 1 个 TTI（1ms）来计算的，思路可能有点绕， 如果将时间考虑为 10ms 的无线帧，计算就会更加直观一些，10ms 内，有几个下行子帧， 乘以每个子帧传的比特数或者传输块大小，得到的结果虽然一样，但用无线帧 10ms 的计 算方式更好理解一些，可自行尝试计算。上行峰值速率的计算：上行峰值速率的计算：【方法一方法一】 首先给出计算结果： 20MHz 带宽情况下，一个 TTI 内，可以算得最高速率为：总速率=数字含义： 4：上行最高调制方式为 16QAM，1 个符号包含 4bit 信息； 2 和 7：LTE

11、 系统的 TTI 为 1 个子帧（时长 1ms） ，包含 2 个时隙，常规 CP 下，1 个时隙包 含 7 个符号；因此：在一个 TTI 内，单天线情况下，一个子载波上行最多传输数据 472bit； 96*12：20MHz 带宽共 100 个 RB，假设 PUCCH 占用 2 个 RB，上行 RB 数要遵循“2/3/5”的原 则，所以 PUSCH 最多用 96 个 RB，每个 RB 含 12 个子载波； 79%：系统开销一般取 25%（考虑 RS 消耗 1/7、SRS 消耗 1/14） ，即上行有效传输数据速率 的比例为 79%。 【方法二方法二】直接用最大传输块来计算，可见 Cat3 和 C

12、at4 的上行峰值速率为 51Mbps（最高调制方式 16QAM） 、Cat5 的上行峰值速率可达 75Mbps（最高调制方式 64QAM） 。 TD-LTE 系统中，和下行一样，以时隙配比 3:1/特殊子帧配比 10:2:2 的配置为例： DSUDD DSUDD。所有上行符号占的比例就是(2*14+2*2)/14*10=21.4%，这时 TD-LTE 系统的 上行峰值速率可达：51Mbps*21.4%=10.5Mbps 超级啰嗦： 1、上行开销的计算也有很多不同的版本，比如是否考虑 PUCCH、SRS，是否考虑 PRACH（PRACH 每 20ms 发送一次，在时间上占 5%，PUSCH 每

13、 ms 发送，在时间上占 95%） ， 以及 RB 数的应用（是否遵循 2/3/5 的原则） ，考虑不同的因素可以根据运营商的实际要求， 计算结果偏差不会很大。 2、TD-LTE 上行同下行，如果考虑以 10ms 无线帧为时间单位计算会更加的直观。LTE-A 如何达到如何达到 1Gbps 的峰值速率？的峰值速率？从无线网络各极端、各制式的规律来看，提高峰值速率最有效、直接的手段就是增加频谱， 即用“带宽”来换“速率”。 LTE 向 LTE-A 发展的道路上也不可避免的采用了这种方式，引入了载波聚合，Carrier Aggregation，简称 CA。 CA 将同频段内相邻的、或者同频段内不相邻

14、的、或者不同频段的载波聚合起来，用类似 “多载波”的方式，提高峰值速率。 每个载波最高 20MHz 带宽，最多可以是 5 个载波，所以最高可利用 100MHz 的频谱，这样 CA 即能在 40100MHz 带宽内提供 300750Mbps（2X2 MIMO）或1Gbps（4X4 MIMO）的 峰值吞吐率。 仅凭借 CA 还不能达到 1Gbps 的速率，还要依靠高阶 MIMO（或叫 MIMO 增强） ，协议提出 了下行 4x4 MIMO、8x8 MIMO 和上行 2x4 MIMO、4x4 MIMO 等模式，以实现以下水平的峰 值速率： DL: 300 600 Mbps (4x4 MIMO, 8x8 MIMO) in 20MHz, or 1Gbps (4x4 MIMO) with CA. UL: 150 300 Mbps (2x4 MIMO, 4x4 MIMO) in 20MHz , or 1Gbps (4x4 MIMO) with CA 但 LTE-A 中的高阶 MIMO，类似 HSPA+网络向 2*2MIMO 升级的演进路线，需要硬件升级， 网络改动比较大，没有 CA 应用起来那么方便，所以实现起来可能需要较长的时间。