(完整版)LTE系统峰值速率的计算

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LTE系统峰值速率的计算我们常听到”LT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(LTEAdvaneed要实现IGbps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很多,包括:1.双工方式——FDD、TDDFDD-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/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、上行速率低些”的原则,实际达到的效果也是这样的。4.UE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、MIMO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20~30%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】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:1200X6X7X2X2总速率=--------------------—:枉业务信道的速率=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6X7X2bit2:下行采用2X2MIMO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、SCHBCH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DSUDDDSUDD,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(DownlinkPilotTimeSlot)、GP(GuardPeriod)和UpPTS(UplinkPilotTimeSlot)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】这个方法简单直观很多,如下表,第一列是终端类型1~8(常用3、4)CIECatagorvMaximumnumberofDL-SCHtransportblockbrttr«c«iV4dvathmaTTIhflarirnumnumberolbdaolaDLSCMtransportblockreceivedVTLLIHHdTTITotalnumberofsonctl^nnelbrlsMaximumnumberofsupportsd创❷也for仙multiplexinginDLCaiegory1W2962503.681251»2451024123724S27^7Q三cateQory47-53761857072\2~CAteooryS2905S21-4977636672004-Calegioiry&30150^1(4ta^rs:}75376(2layers)3^6541442ar*Category730150-4(4layen:}75376(□ore}3B541442ar43599272QJI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/PHICHSCHBCH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%),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:【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:96X12X4X7X2z一“--------------------AAI----------------*79%=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4X7X2bit96*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】UE8博MarirnumniPjmlt$r,0TUL-SCHifansponocacKbitswrfhir总TTIM^irrruiiTinumherDltSO1AOU1-9CHtrawritten■TTIRuppertlor64QAMinUL匚3谭彌呼1M60CategMy251024«1024MoCategory45102451024Categc-ry5Vesfategcry灯M-CCategory751024MeVes直接用最大传输块来计算,可见Cat3和Cat4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:DSUDDDSUDD。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PUCCHSRS是否考虑PRACHPRACH每20ms发送一次,在时间上占5%,PUSCH每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IGbps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,CarrierAggregation,简称CA。CA将同频段内相邻的、或者同频段内不相邻的、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40~100MHz带宽内提供300~750Mbps(2X2MIMO)或1Gbps(4X4MIMO)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4x4MIMO、8x8MIMO和上行2x4MIMO、4x4MIMO等模式,以实现以下水平的峰值速率:DL:300〜600Mbps(4x4MIMO,8x8MIMO)in20MHz,or1Gbps(4x4MIMO)withCA.UL:150〜300Mbps(2x4MIMO,4x4MIMO)in20MHz,or1Gbps(4x4MIMO)withCA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。

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