(完整版)LTE系统峰值速率的计算
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TDD-LTE物理层吞吐率计算1 吞吐率计算的具体思路吞吐量取决于MAC层调度选择的TBS,理论峰值吞吐量就是在一定条件下计算可以选择的最大TBS,TBS由RB数和MCS阶数查表得到,具体计算思路如下:【Step1】计算每个子帧最大可用的RE数根据协议物理层时频资源分布,扣除每个子帧里PDCCH/PUCCH/PRACH、PBCH,SSS,PSS,CRS(对于BF还有DRS)等开销。
这些开销中,PBCH,SSS,PSS是固定的;其它的开销要考虑具体的参数设置,比如PDCCH符号数,PUCCH/PRACH占用的RB个数,特殊子帧配比,CRS映射到2端口还是4端口等。
【Step2】计算每个子帧可携带比特(bit)数计算每个子帧可携带的比特数,可携带比特数=可用RE×调制系数(QPSK为2,16QAM 为4,64QAM为6)。
【3】选择合适的TBS依据可用的RB数选择满足CR(码率)不超过0.93的最大的TBS,CR = (TBS+CRC)/可携带比特数;如果CR超过0.93,MCS就要降阶。
根据协议,PHY层会把超过6144bits的TBS进行分块,给每块加上24bits的CRC,最后整个TBS还要加上一个TB CRC。
【参考协议:36.213】【4】PHY层吞吐量的计算计算出每个子帧选择的TBS后,根据帧配比和特殊子帧配比累加各个子帧的TBS+CRC,如果是双码字还要乘以2,从而计算出最终PHY层吞吐量。
2 终端能力等级列表Downlink physical layer parameter values set by the field ue-CategoryUplink physical layer parameter values set by the field ue-Category3 时隙子帧配比介绍DL/UL上下行子帧分配特殊子帧配置4 物理层吞吐率计算4.1 下行物理层吞吐率计算下面以20M带宽【100RB】,2port,子帧配比2,特殊子帧配比7/5,PDCCH符号1为例进行计算,1个无线帧中可用于下行数传的子帧有:0、1、3、4、5、6、8、9;(特殊配比为7)【1个无线帧中可用于下行数传的子帧有:0、3、4、5、8、9;(特殊配比为5)】理论上每TTI内可用的资源块大小1)子帧0可用资源:12*14*100【总RE】–(12*1*100)【PDCCH】-(12*100)【CRS】-(12*3+8)*6【PBCH】-12*6【SSS】=140642)子帧1可用资源:12*10*100【总RE】–(12*1*100)【PDCCH】-(8*100)【CRS】-12*6【PSS】=99283)子帧3可用资源:12*14*100【总RE】–(12*1*100)【PDCCH】-(12*1*100)【CRS】=144004)子帧4可用资源:12*14*100【总RE】–(12*1*100)【PDCCH】-(12*1*100)【CRS】=144005)子帧5、子帧6、子帧8、子帧9的计算方式分别等同于子帧0、子帧1、子帧3、子帧4 【子帧配比为2,上下行转换周期为5ms,一个无线帧内的2个半帧是对称的】对应承载的Bit数为:子帧0:14064×6=84384;子帧1:9928×6=59568;子帧3:14400×6=86400;子帧4:14400×6=86400;【Case1】:Cat3能力等级的终端CAT3 UE支持的最大处理能力为双流共计102048,单流每TTI可传输的单个下行子帧的最大资源块大小为102048/2 = 51024bits;【参见第2节终端能力的表】实际上每TTI内可传输的最大资源块大小1)子帧0:51024 + [取整数(51024/6144 )+ 1]*24+24 = 51264;(子帧0最大能承载的bit数为84384,查询协议36.213,100个RB,MCS=28对应的TBS为75376,虽然计算出来的CR<0.93,但是大于单流UE的最大传输能力,故要降阶MCS=23,对于的TBS=51024)2)子帧1:46888 + [取整数(46888/6144 )+ 1]*24+24 = 47104;(特殊子帧查表的RB数是分配RB数的75%,即RB=75,以对应特殊子帧可用RE数的减少。
1 上下行峰值速率计算方法:TD-LTE峰值速率的计算需要考虑以下几个因素:1、带宽2、配比和特殊子帧配置3、终端等级4、公共控制信道开销5、端口数6、传输模式下面以3:1时隙配比,6:6:2特殊配置为例,说明峰值速率的计算方法:下行:假设下行按照100个RB,PCFICH=1个符号计算,且终端支持调制阶数为6(64QAM)。
1)子帧0上,数据RE个数需要在12*13(1ms 14个符号,减去1个PDCCH符号)基础上扣除RS 、PBCH、SSCH所占的RE个数。
100个RB上,共有14064个有效数据RE。
乘以调制阶数6后,TBS结果为84384。
2)子帧1为特殊子帧,DwPTS占6个符号,还需要扣除RS、PDCCH、PSCH所占的RE个数,100个RB上,共有5528个有效数据RE,乘以调制阶数6后,TBS为331683)子帧3和子帧4等普通下行子帧上,需要扣除RS、PDCCH的开销,100个RB上,共有14400个数据RE,乘以6后,TBS为86400.4)最高码率为0.93,那么对于子帧0,TBS*0.93=78477,查找TS36.213中的表格,Rb个数为100,从TBS的30阶开始往阶数小的值查询,直到TBS小于78477停止。
最终的查询结果是75376。
这就是子帧0上最大能够传输的数据块。
5)其它子帧也如上述查询,特殊子帧的查询结果是30576、普通子帧的结果是75736.6)在考虑终端的因素:对于终端类型4和类型5,最终实际传输的TBS就是上述查询结果。
对于终端类型3,单流单个TTI最大能够传输51024bit,那么将上述每个子帧的TBS 与51024取小。
对于类型4,计算一个无线帧上双流流的数据速率为2*(75376*6+30576*2)/10ms=102.6816Mbps。
对于类型3,计算一个无线帧上双流流的数据速率为2*(51024*6+30576*2)/10ms=73.4592Mbps。
1.基本概述LTE理论速度的计算,归根结底,还是要统计多少个RE传输下行数据,多少个传输上行数据,多少个RE是系统开销掉的,然后再根据调制方式计算传输块大小。
即吞吐率取决于MAC层调度的选择的TBS,理论吞吐率就是在一定条件下可选择的最大TBS 传输块。
TBS可有RB和MCS的阶数对应表中进行查询可得。
2.计算思路具体计算思路如下:2.1 计算每个子帧中可用RE数量这里要根据协议规定,扣除掉每个子帧中的PSS、SSS、PBCH、PDCCH、CRS等开销,然后可以得到可使用的RE数目。
在这里,PSS、SSS、PBCH是固定的,但是其他系统开销需要考虑到具体的参数配置,如PDCCH符号数、特殊子帧配比、天线端口映射等。
信道映射举例如下:TD-LTE帧结构图(信道、子载波、时隙)2.2 计算RE可携带比特数比特数=RE数*6(2.3 选择子帧TBS传输块依据可用RB数,选择CR(码率)不超过0.93的最大TBS。
2.3.1 码率下表是CQI与码资源利用率的关系,可以看到,即使是使用64QAM调制,最大的码字也不能达到6,最多达到0.926,这里也算是修正我们上一步乘以6bit的一些差值。
2.3.2 MCS与TBS对应关系以20M带宽,100RB计算,对应关系如下表:这里我们根据RE*6*CR的值,在下表中找出比这个值小,但是最接近的TBS块大小,就是该子帧能达到的最大理论速度。
全部的MCS、RB、和TBS的对应关系如附件:MCS与TBS映射.xlsx2.4 累加各子帧的TBS根据时隙配比,累计各个子帧的TBS;如果是双流,还需要乘以2,就可以计算出最高的吞吐量了。
3.下行理论速度计算举栗子配置为:20M带宽,2x2 MIMO,子帧配比1,特殊子帧配比7, PDCCH符号1,所以下行传数的子帧有:0, 1, 4,5, 6, 9。
子帧0:可用RE=(((符号数-PDCCH-PBCH-辅同步)*每RB12个子载波-CRS)*中间6RB+((符号数-PDCCH)*每RB12个子载波-CRS)*剩余RB)*调制系数=(((14-1-4-1)*12-8)*6+((14-1)*12-12)*(100-6))*6=84384,乘以码率0.93,得78477,查询100RB 对应的TBS,可以选择75376(MCS28)子帧1:可用RE=(((符号数-PDCCH-主同步)*每RB12个子载波-CRS)*中间6RB+((符号数-PDCCH)*每RB12个子载波-CRS)*剩余RB)*调制系数=(((10-l-l)*12-8)*6+((10-l)*12-8)*(100-6))*6=59568, 乘以码率0.93,得55398,TBS 选择55056(MCS24)子帧4:可用RE=(((符号数-PDCCH)*每RB12个子载波-CRS)*RB)*调制系数=(((14-1)*12-12)*100)*6=86400, 乘以码率0.93,得80352,TBS 选择75376(MCS28)子帧5:可用RE=(((符号数-PDCCH-辅同步)*每RB12个子载波-CRS)*中间6RB+((符号数-PDCCH)* 每RB12个子载波-CRS)*剩余RB)*调制系数=(((14-l-l)*12-12)*6+((14-l)*12-12)*(100-6))*6=85968, 乘以码率0.93,得79950,TBS 选择75376(MCS28)子帧6与子帧1计算相同,子帧9与子帧4计算相同所以下行吞吐率=(子帧0+子帧1+子帧4+子帧5+子帧6+子帧9)*2*100/1000000=(75376+55056+75376+75376+55056+75376)*2*100/1000000=82.323Mbps理论速度对应表如下:4.上行理论速度计算上行计算思路和下行基本一样,只不过上行需要考虑扣除的开销没有下行那么复杂,只需要在时域考虑每个子帧扣除2个符号的DMRS,频域考虑扣除PUCCH占用的RB数,和PRACH周期到来时,再扣除6个RB。
TD-LTE的最高下行速率计算LTE TDD帧结构在TDD帧结构中,一个特殊子帧的大小是1ms,就是两个资源模块RB,一个RB占7个OFDM符号,所以一个特殊子帧占14个OFDM符号,但是不管特殊子帧内部结构如何变换,其大小都是1ms。
1、计算方法:根据TD-LTE的帧结构,采用5ms的周期,最大是3个下行子帧+1个上行子帧,另外DwPTS也可以承载下行数据,最多是12个符号。
因此,5ms周期最多可以传3*14+12=54个符号,当使用20M带宽时,有1200个子载波,以最高效的64QAM计算,5ms周期内可传 54*1200*6=0. 3888M比特的数据,也就是最高下行速率为77.76Mbps。
注意,这是没有使用MIMO。
使用MIMO后,最高下行速率为 155.52Mbps。
当然,大家都知道每个子帧控制信息都占用至少一个符号,因此业务数据最多可占用50个符号,也就是不使用MIMO,最高下行速率为72Mbps;使用MIMO后,最高下行速率为144Mbps。
这还只是粗略计算,因为参考信号以及同步信号都会占用符号的部分或全部,因此最终的最高下行速率低于144Mbps。
据中兴宣称,其最高速率为1 30Mbps。
2 参考信号的占用情况与MIMO是否使用有关。
a. 没有MIMO,每个RB中会分布有8个参考信号,因为第一个符号已经用于控制部分,不用重复计算,因此会占用6个调制符号的位置,也就是每个子帧占用的比特数为:6*6(64QAM)*4(3下+DwPTS)*100(RB数量)=14.4kb而1秒有200个子帧,对应速率为2.88Mbpsb. 有MIMO,每个RB中会分布有16个参考信号,因为第一个符号已经用于控制部分,不用重复计算,因此会占用12个调制符号的位置,也就是每个子帧占用的比特数为:12*6(64QAM)*2(MIMO)*4(3下+DwPTS)*100=57.6kb对应速率为11.52Mbps。
LTE-FDD的上行峰值速率计算思路与下行相似,在能提供的上行可用资源的基础上,扣除控制信道的开销,计算出实际可用资源。
还是以信道带宽10MHz为例,终端不支持MIMO、采用16QAM调制方式、编码速率为1.估算下上行峰值速率。
上行总的可用资源:12*14*50*10=84000个RE。
每个RE可独立承载调制符号,当采用16QAM调制时,上行总的bit数为:84000*4bits=336000bits,在编码速率为1的情况下,上行最大速率为(帧长)=33.6Mbps。
若以上行控制开销为23%计算,上行最终速率为33.6Mbps*23%=25.8Mbps.以上估算过程都是按照理论计算得到的。
根据估算思路还是可以写出一个简单公式:上行峰值速率=(RB数(依信道带宽而定)*12*14*(1-控制信道开销(%))*10*调制方式效率*编码速率)/10ms根据公式在信道带宽确定的前提下,控制信道开销是计算上行峰值速率的关键。
其实上行控制的开销计算可以说简单,是因为上行信道较少(上行仅需计算DRS、PRACH、PUCCH、PUSCH/UCI的开销),但又有些难理解。
首先,对于DRS的开销,可以广义的认为是,开销大约在14%左右,若严格根据信道带宽、每个时隙包含的PUCCH资源块不同,计算结果也略有不同,如10MHz信道带宽,每时隙PUCCH无线块为4个(根据规范提供的公式计算得到不同带宽下的值),那么DRS的开销为13.14%;5MHz信道带宽、每时隙PUCCH无线块为2个,则DRS的开销也为13.14%,3MHz带宽时略少,为12.38%。
而PUCCH的开销,如果知道每时隙PUCCH无线块,PUCCH的开销为:每时隙PUCCH无线块/信道带宽对应的无线块。
如10MHz信道带宽,每时隙PUCCH无线块为4个,则PUCCH的开销为8%;5MHz信道带宽、每时隙PUCCH无线块为2个,则开销也为8%;对于PRACH信道,规范中规定PRACH 占用72个子载波,也就是占用6个无线块资源,若考虑一帧中仅保留一个PRACH资源,那么10MHz信道带宽条件下,PRACH信道开销等于带宽下开销为0.6%。
LTE计算汇总1.RSRP及RSRQ计算RSRP=-140+RsrpResult(dBm);●-44<=RSRP<-140dbm●0<= RsrpResult<=97下行解调门限:18.2dBm来计算的话,下行支持的最小RSRP为18.2-130.8= -112.6 下行解调门限:上行支持的最小RSRP为23-126.44= -103.44dBmRSRQ=-20+1/2RsrqResult(dB)RSRQ=N×RSRP/(E-UTRA carrier RSSI),即RSRQ = 10log10(N) + UE所处位置接收到主服务小区的RSRP – RSSI。
RSRQ=20+RSRP – RSSI2.W及dBm换算“1个基准”:30dBm=1W“2个原则”:1)+3dBm,功率乘2倍;-3dBm,功率乘1/233dBm=30dBm+3dBm=1W× 2=2W27dBm=30dBm-3dBm=1W× 1/2=0.5W2)+10dBm,功率乘10倍;-10dBm,功率乘1/1040dBm=30dBm+10dBm=1W× 10=10W20dBm=30dBm-10dBm=1W× 0.1=0.1W3.功率计算其中max transmissionpower = 43dBm 等效于20WPartofsectorpower=100(%) ; confOutputpower=20(W)Sectorpower=20(W)需确保Sectorpower=confOutputpower*Partofsectorpower*% 如Partofsectorpower=50(%) ; confOutputpower=40(W)Sectorpower(20W)=confOutputpower(40W)*Partofsectorpower(50%)4.参考信号接收功率计算RSRP功率=RU输出总功率-10lg(12*RB个数) ,如果是单端口20W的RU,那么可以推算出RSRP功率为43-10lg1200=12.2dBm.1)A类符号指整个OFDM符号子载波上没有RS符号,位于时隙的索引为1、2、3、5、6(常规CP、2端口),2、3、5、6(常规CP、4端口)。
1、FDD理论计算公式:一个时隙(0.5ms)内传输7个OFDM符号,即在1ms内传输14个OFDM符号,一个资源块(RB)有12个子载波(即每个OFDM在频域上也就是15KHZ),所以1ms内(2个RB)的OFDM个数为168个(14*12),它下行采用OFDM技术,每个OFDM包含6个bits,则20M带宽时下行速速为:<OFDM的bits数>*<1ms内的OFDM数>*<20M带宽的RB个数>*<1000ms/s>=6*168*100*1000=100800000bits/s=100Mb2、TDD理论计算公式:假设:带宽为20MHZ,TDD配比使用配置为1,即DL:UL:S=4:4:2,特殊时隙配置为DwPTS : Gp : UpPTS=10:2:2,子帧中下行控制信道占用3个符号,传输天线为2。
总10ms周期内,下行子帧有效数为4+10/14*2=5.4320MHZ带宽下:每帧中下行符号数为14*12*100*(4+10/14*2)=91200每帧中下行控制信道所占用的符号数为(3*12-2*2)*100*5.43=17371.4 每帧中下行参考信号数目为16*100*5.43=8685.7每帧中用于同步的符号数为288每帧中PBCH符号数为(4*12-2*2)*6=264则每帧中下行的PDSCH符号数为91200-17371.4-8685.7-288-264=64951 假设采用64QAM,码率为5/6,则速率为:(6*5/6*64951*2)/10ms=64.951Mbits/s其中6为64 QAM时每符号的比特数,5/6为码率,2为天线数RE:资源粒子 RB资源块1RB=7*12=84RE一个RB=12个子载波20M带宽:12*15*100=18000Hz,加2M保护带宽,不就是20M了嘛,不同的带宽不同的资源粒子数OFDM符号是在时域上说的,一个RE就是OFDM符号。
计算举例:以上我做的修正是基于CFI=3,下面的表格中我未细算,应该是有CFI=1的情况,如112M的情况,这里统一按CFI=3来计算吧:以2U:2D 10:2:2 UE等级3,CFI=3配置,按36.306协议规定,CAT3时,终端在一个TTI (1ms)内单流时能处理75376bit,双流时能处理102048bit的数据,在一个5ms内,下行有2个普通子帧和一个特殊子帧,2个普通子帧可传102048*2的数据,特殊子帧终端也可以处理102048bit的数据,但由于特殊子帧只有10个symbol,按码率不能超过0.93的规定,此时只能传送(46888*2=93776bits)的数据,因此在5ms内可传102048*2+46888*2=297872bits数,在一秒内,共200个5ms,因此峰速为297872*200=59.57Mbits。
UE能力表格:3.CRS共4列,每列4个,共4*4=16个RE,其中第一列包含在PDCCH中,余下三列:3*4=12,相当于一个symbol不能用于传数据,因此,数据部分还剩10个symbol因此数据部分共有10*12=120个RE4.按照64QAM调制,一个prb能传输120*6=720个bit5.下行1个子帧(1ms)100个PRB,共能传72000个bit6.按协议规定,终端接收数据的码率不能超过0.93,因此最多能传72000*0.93=66960个bit7.查协议36.213 Table 7.1.7.2.1-1:,100prb,Itbs=25(MCS=27)时,可传送的数据块大小为63776,Itbs=26(MCS=28)时为75376,因此,只能传得下MCS=27时的数据块63776,62776*2=127552,但由上面表格,CAT3时最大能处理102048bit,因此,普通子帧在CAT3时只能最大处理102048的数据,CAT4时能处理150752的数据,但由于受上面码率的限制,cat4时只能传输63776的数据块.8.因此普通子帧在CAT3时的的速率:102048*400(5ms内2个普通子帧)=40.8192Mbps9.特殊子帧10:2:2时,相当于0.75个子帧,20M带宽时相当于75个prb,同理按上面的几个步骤的计算,最大能传MCS=27时的46888bit,因此特殊子帧速率:46888*2*200=18.7552Mbps10.总速率:=40.8192+18.7552=59.57Mbps。
TD-LTE理论速率计算方法决定UE传输速率的因素有三个:1. RB数2. 调制编码方式3. Layer数(单流还是双流)1. 确定RB数和调制编码方式LTE一共有28种调制编码方式(MCS:Modulation and Coding Scheme),见下表最左边一列。
当UE处在不同的无线信道环境时,系统会以目标BLER值做参考,选择一个MCS。
关于RB数,系统会根据当前的资源以及UE承载的优先级,分配一定数量的RB。
在TS36.213的7.1.7.2.1节,可以查询给定MCS和RB数, 1ms内传输的bit。
举例:计算TD-LTE的峰值速率。
在峰值速率时,系统为UE选择最高阶调制编码方式MCS28(对应的TBS是26)并调度所有RB( 20M带宽下100个)。
在上面的表中,查出1ms传输75376 bit(标黄的那个)。
如果上下行时隙配比是2:2,一个5ms 的TD-LTE半帧里有2个下行时隙。
如果特殊时隙也传输数据,特殊时隙的数据按照0.75倍的正常时隙速率计算。
所以5ms内的下行速率是: 75376×(2 +0.75) = 207284 bit扩展到1秒,下行速率是,207284×200 = 41456800 bit = 41.4568Mbps2、确定单双流请注意,上面算出的是单流的速率。
如果是双流,需要查询TS36.213的7.1.7.2.2节另一个针对双流的速率表。
1个下行子帧可以发送75376 bit ,一个特殊子帧(比如10:2:2)可以发送55056 bit。
F:20MHZ,时隙配比1:3 2×2MIMO 特殊子帧3:9:2 10ms内6个下行子帧, 75376×6×100×2=90.45mbps 。
D:20MHZ,时隙配比1:3 2×2MIMO 特殊子帧10:2:2 10ms内6个下行子帧,2个特殊子帧(75376×6+55056*2)×100×2=112.5mbps20MHZ,时隙配比2:2 2×2MIMO 特殊子帧10:2:2 10ms内4个下行子帧,2个特殊子帧(75376×4+55056*2)×100×2=82.3mbps上行,3:1是10Mbps,2:2是20Mbps。
LTE上下行速率计算方法详解吞吐率取决于MAC层调度选择的TBS,理论峰值吞吐率就是在一定条件下计算可以选择的最大TBS。
TBS由RB数和MCS阶数查表得到,具体计算思路如下:①针对每个子帧计算可用的RE数,此处要根据协议物理层资源分布,扣除每个子帧里PDCCH,PBCH,S-SS,P-SS,CRS(对于BF还有DRS)等开销。
这些开销中,PBCH,S-SS,P-SS是固定的;其它的开销要考虑具体的参数设置,如PDCCH符号数,特殊子帧配比,4天线以上时映射到2端口还是4端口等,CRS和DRS的时频占用位置参考协议36.211的6.10节;②计算每个子帧RE可携带的比特数,可携带比特数=可用RE ×调制系数(64QAM为6)③依据可用的RB数选择满足CR(码率)不超过0.93的最大的TBS,其中CR = TBS/可携带比特数。
④计算出每个子帧选择的TBS后,根据时隙配比累加各个子帧的TBS,如果是双码字还要乘以2,计算出最终吞吐率;下面以20M带宽,2×2 MIMO,子帧配比1(2U2D),特殊子帧配比7(10:2:2),PDCCH符号1为例进行计算,下行传数的子帧有:0,1,4,5,6,9。
子帧0:可用RE=(((符号数-PDCCH-PBCH-辅同步)*每RB12个子载波-CRS)*中间6RB+((符号数-PDCCH)*每RB12个子载波-CRS)*剩余RB)*调制系数=(((14-1-4-1)*12-8)*6+((14-1)*12-12)*(100-6))*6=84384,查100RB对应的TBS,可以选择75376(MCS28)子帧1:可用RE=(((符号数-PDCCH-主同步)*每RB12个子载波-CRS)*中间6RB+((符号数-PDCCH)*每RB12个子载波-CRS)*剩余RB)*调制系数=(((10-1-1)*12-8)*6+((10-1)*12-8)*(100-6))*6=59568,TBS选择55056(MCS24)子帧4:可用RE=(((符号数-PDCCH)*每RB12个子载波-CRS)*RB)*调制系数=(((14-1)*12-12)*100)*6=86400,TBS选择75376(MCS28)子帧5:可用RE=(((符号数-PDCCH-辅同步)*每RB12个子载波-CRS)*中间6RB+((符号数-PDCCH)*每RB12个子载波-CRS)*剩余RB)*调制系数= (((14-1-1)*12-12)*6+((14-1)*12-12)*(100-6))*6=85968, TBS选择75376(MCS28)子帧6和子帧9分别与子帧1和子帧4计算相同下行吞吐率=(子帧0+子帧1+子帧4+子帧5+子帧6+子帧9)*2*100/1000000=(75376+55056+75376+75376+55056+75376)*2*100/1000000=82.323Mbps上行计算思路和下行基本一样,只不过上行需要考虑扣除的开销没有下行那么复杂,只需要在时域考虑每个子帧扣除2个符号的DMRS,频域考虑扣除PUCCH占用的RB数,和PRACH周期到来时,再扣除6个RB。
TDD物理层下行峰值理论速率的计算方法通常我们都说TD-LTE的下行速率达到100Mbps,那么这速率是如何计算得到的呢?下面我们将详细的告诉大家。
一、无线帧的认识理论上的峰值下行速率指在20M带宽内,所有的业务信道给单用户使用时所计算得出的,此速率是在一个无线帧内,除去下行控制信道(PDCCH),物理广播信道(PBCH),主同步信号(PSS),辅同步信号(SSS)和导频信号(RS)后,所有RE占用业务时的最大峰值速率。
TD-LTE的一个无线帧如下图:(图1)与TDS有所相似,每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧,每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成。
数据子帧与特殊子帧都是1ms一帧,每个特殊子帧包括3个特殊时隙:DwPTS,GP和UpPTS。
其中子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送。
其它子帧按照配置配比而确定是用于上行还是下行发送。
一个子帧由2个时隙组成,每个时隙在时域上通常由7个OFDM符号组成(在使用扩展循环前缀时,由6个OFDM符号组成),时长0.5ms。
LTE上下行传输使用的最小资源单位叫做资源粒子(RE:Resource Element),时域上1个OFDM符号,频域上1个子载波(15KHz)。
LTE 在进行数据传输时,将上下行时频域物理资源组成资源块(RB:Resource Block),作为物理资源单位进行调度与分配,时域上1个时隙(6个或7个符号组成1个时隙),时长0.5ms,频域上12个子载波(180KHz)。
一个 RB由若干个 RE组成,在频域上包含 12个连续的子载波、在时域上包含 7个连续的OFDM符号(在 Extended CP情况下为 6个),即频域宽度为 180kHz,时间长度为0.5ms。
不同带宽对应RB数(图2)图2为TDD的时频示意图,图上时域上只显示了3个子帧。
其中,各信道占用如下:PBCH:PBCH位于子帧0时隙1的前4个OFDM符号,频域上占用中间的6个RB的72个子载波,调制方式QPSK;PDCCH、PCFICH、PHICH:根据PCFICH指示,映射在一个子帧(包括特殊子帧的下行处)的前N(N<=4)个OFDM符号,调制方式QPSK。
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、T D-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 Advaneed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6X 7X 2bit2 :下行采用2 X 2MIMO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)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、C at3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%),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:96X12X4X7X2 z一“-------------------- A AI ---------------- * 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4X 7X 2bit96*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】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: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, Carrier Aggregation ,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( 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。