在進行5G下行理論峰值計算之前我們先來看一下5G的關(guān)鍵性能指標要求，根據(jù)IMT-2020(5G官方名稱)的要求，5G的下行峰值要達到20Gbit/s。

而早在2017年年底華為就已經(jīng)完成了20Gbit/s的下行峰值速率測試，當然這所有測試均是在實驗室理想環(huán)境下達到的，而在運營商實際部署5G網(wǎng)絡(luò)，影響的5G峰值的因素甚多：比如用戶的終端能力限制、網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制、無線環(huán)境的影響等等，所以在實際部署運營5G時是達不到20Gbit/s的峰值傳輸速率的。

計算之前我們先明確一下數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)是如何傳輸和計算的。

首先我們將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過一系列處理之后轉(zhuǎn)變成了0和1組成的數(shù)字編碼，每傳一個0或1就表示傳了1bit的信息量。然后我們通過碼元(或者叫符號)的形式去承載0和1，碼元的單位是時間T，假如現(xiàn)在有一段數(shù)據(jù)需要傳輸0110010111…………使用8階調(diào)制，那么就是每三位編碼組成一個碼元，每個碼元傳輸3bit的信息量，即011/001/011/………如果碼元T=1ms，那么1s中可以傳輸1000個碼元，每個碼元攜帶3bit信息量，那么當前的傳輸速率就是3000bit/s≈3kbit/s。

我們把碼元看做車輛，每個碼元攜帶的信息量看做乘客的數(shù)目，每秒鐘通過的人數(shù)就等于車輛 X 乘客數(shù)目，即傳輸速率。

下面我們就當前5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置下，5G能達到的理論峰值進行闡述。

子載波間隔=30khz，調(diào)制階數(shù)max=256QAM，編碼效率=92.5%，上下行時隙配置2:8，控制信道存在一定開銷，系統(tǒng)帶寬=100M，PRBmax=273，基站64天線發(fā)送，UE 4根接收天線。

下面我們來逐一進行講解：

一、線上傳輸

1)子載波間隔=30kHz：可以計算出每秒一個載波上傳輸?shù)拇a元數(shù)。我們知道時間與頻率成反比T=1/F，即碼元的長度與子載波間隔成反比得到每個碼元占用1/30000 s，再給每個符號前加上CP(對抗多徑干擾)每個載波上每秒鐘可以傳28000個碼元(不加CP能傳30000個)

2)調(diào)制階數(shù)max=256QAM，根據(jù)計算公式log2 M 可以計算出每個碼元攜帶的信息量為log2 256=8bit

3)編碼效率=92.5%：在實際傳輸?shù)倪^程中我們會加入一部分冗余編碼(監(jiān)督位)來對抗無線信道傳輸中引入的噪聲和干擾，用來檢錯和糾錯的。這部分冗余編碼的開銷占7.5%。

4)上下行時隙配置2:8，控制信道存在一定開銷。如下圖所示，表示大部分時間(碼元)內(nèi)在做下行傳輸如下圖，小部分時間(碼元)在做上行傳輸。

從圖中我們可以看出每個slot包含14個碼元，在DL中，每傳輸14個下行碼元就有2個碼元的額外開銷(用于PDCCH和DMRS等控制信息的傳輸)。同時每傳輸10個slot，只有前面的7個時隙和第8時隙的部分(6/14)做下行。因此真正用于下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇a元約占(12*7+4)/140(10個slot包含14*10個碼元，前面7個slot每個slot含有12個下行碼元，第八個slot含有4個下行碼元)

綜上所述，我們可以算出在一條數(shù)據(jù)的跑道上的傳輸速率約為：

28000*8*92.5%*(12*7+4)/140=130240bit/s

二、面上傳輸

5)帶寬=100M，PRBmax=273：100M的系統(tǒng)帶寬下，至多可以占用273個PRB，即273*12個子載波。換句話說給汽車運輸?shù)呐艿烙?73*12個，可以同時進行數(shù)據(jù)傳輸。

三、三維空間傳輸

6)基站64天線發(fā)送，UE 4根接收天線：數(shù)據(jù)的傳輸拓展到了空間上，UE通過識別不同路徑傳輸過來的信號來實現(xiàn)多組數(shù)據(jù)同時接收。由于受限于UE端的天線數(shù)目，最多只能支持4組數(shù)據(jù)流同時接收。這時候相當于在空間上建立了4層相同的跑道分別位于地面，地上一層，地上二層，地上三層，傳輸速率又有了4倍的提升。

最終，我們可以算出目前5G系統(tǒng)配置下的下行理論峰值速率：

130240 * 273*12 *4=1706664960bit/s≈1.6Gbit/s

當然這是稍微粗獷一點的計算過程，想要精確的計算5G下行的理論峰值，則要具體計算各類控制信道和導(dǎo)頻信號的開銷來確認PDSCH可占用的碼元數(shù)目來進行計算。

編輯：hfy