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2008-9-22
发表于 2018-3-14 08:12:44 |显示全部楼层
技能提升 LTE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——FDDTDD
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 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:
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6×7×2bit;
2:下行采用2×2MIMO,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、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%),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:
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4×7×2bit;
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】
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1Gbps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、8x8MIMO和上行2x4MIMO、4x4MIMO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。



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发表于 2018-3-14 10:11:14 |显示全部楼层
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发表于 2018-3-14 10:28:33 来自手机 |显示全部楼层
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发表于 2018-3-14 13:38:34 |显示全部楼层
感谢分享~

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发表于 2018-3-15 10:13:50 |显示全部楼层
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