4G速率計(jì)算

LTE的下行峰值速率（peak data rate）可定義為滿足以下條件時(shí)的最大throughput：

整個(gè)帶寬均分配給一個(gè)UE

使用最高階的MCS

使用可支持的最大天線數(shù)

在實(shí)際中，需要考慮典型的無(wú)線信道開(kāi)銷，如控制信道、參考信號(hào)、保護(hù)間隔等。

FDD峰值速率：

1slot = 0.5ms（一個(gè)系統(tǒng)幀system frame為10ms，每個(gè)子幀subframe為1ms，每個(gè)子幀包含2個(gè)slot）；

1slot = 7 modulation symbols（使用正常長(zhǎng)度的循環(huán)前綴CP）;

1modulation symbol = 6 bits（使用64QAM調(diào)制）

單個(gè)子載波下的峰值速率 = 每個(gè)slot的symbol數(shù) * 每個(gè)symbol的bit數(shù) / 每個(gè)slot所占的時(shí)間 = 7 * 6 / 0.5ms = 84kbps。（1s = 1000ms）

對(duì)于20M帶寬而言，100個(gè)RB用于數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)RB包含12個(gè)子載波，共有1200個(gè)子載波，則單天線下峰值速率為1200*84kbps = 100.8Mbps。

下行峰值速率：100x12x7x6x2/1000=100.8M

100--100個(gè)RB；12--每個(gè)RB12個(gè)子載波；2--采用2*2 MIMO復(fù)用模式情況下，速率加倍；6--64QAM每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)6個(gè)bit。

如果是4*4 MIMO，則峰值速率為單天線時(shí)的4倍，即403.2Mbps。如果使用3/4的信道編碼，則速率降低為302.4Mbps。

下行峰值速率：100x12x7x6x2/1000 x 4=403.2M

下行峰值速率：100x12x7x6x2/1000 x3/4=302.4M

注：

①：UE看到的實(shí)際速率取決于即時(shí)的信道條件以及共享無(wú)線資源的用戶數(shù)。例如：如果由于信道質(zhì)量較差，調(diào)制從64QAM降低到QPSK，則速率從302.4Mbps降到100.8Mbps。如果把碼率從3/4降到1/3，則速率進(jìn)一步降低到44.8 Mbps。

②：前面介紹的并未把PDCCH、參考信號(hào)、PBCH、PSS/SSS以及編碼的開(kāi)銷考慮進(jìn)去。假設(shè)這些開(kāi)銷總共為25%，非空分復(fù)用情況下，真正可用于傳輸用戶數(shù)據(jù)的最大速率為100.8Mbps * 75% = 75.6Mbps。

③：也可以先計(jì)算RE總數(shù)，再乘以每個(gè)symbol的bit數(shù)：6，得到峰值速率。

對(duì)于TDD而言，由于一個(gè)10ms的系統(tǒng)幀內(nèi)既存在下行子幀，又存在上行子幀，以及特殊幀的存在，因此同等條件下，其峰值速率小于FDD的峰值速率。（根據(jù)下行子幀在一個(gè)系統(tǒng)幀中所占的比例，乘以相應(yīng)的系數(shù)）

TDD峰值速率：

TD-LTE上下行時(shí)隙配置表

比如配比1，如圖3 在一個(gè)5ms半幀內(nèi) ，2上行子幀，2下行子幀，1特殊子幀，再假設(shè)特殊子幀配置7:，如圖2，DL：Ul：GP=10:2：2 （總共14:每一個(gè)子幀有14個(gè)OFDM符號(hào)）。計(jì)算上下行峰值速率：

①：20MHZ帶寬有100個(gè)RB，每個(gè)RB在頻域上是12個(gè)OFDM符號(hào)，所以20MHZ帶寬有1200個(gè)OFDM符號(hào)；

②：一個(gè)5ms半幀內(nèi)：下行的OFDM符號(hào)有14*2+10=38個(gè)（2個(gè)上行子幀+特殊子幀里的10個(gè)下行OFDM）

③：一個(gè)5ms半幀內(nèi)：上行的OFDM符號(hào)有14*2+2=30個(gè)（2個(gè)上行子幀+特殊子幀里的2個(gè)上行OFDM）

④：現(xiàn)在計(jì)算可以得出（cat3 下行6bit. 上行4bit每OFDM）：

下行速率：（6*1200*38）/5（bit/ms）=55Mbps

上行速率：（4*1200*30）/5（bit/ms）=29Mbps

5G速率計(jì)算

5G速率因素構(gòu)成描述：子載波間隔=30khz，調(diào)制階數(shù)max=256QAM，編碼效率=92.5%，上下行時(shí)隙配置2:8，控制信道存在一定開(kāi)銷，系統(tǒng)帶寬=100M，PRBmax=273，基站64天線發(fā)送，UE 4根接收天線。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(wú)線環(huán)境的影響。

（1）線上傳輸

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

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

③：編碼效率=92.5%：在實(shí)際傳輸?shù)倪^(guò)程中我們會(huì)加入一部分冗余編碼（監(jiān)督位）來(lái)對(duì)抗無(wú)線信道傳輸中引入的噪聲和干擾，用來(lái)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的。這部分冗余編碼的開(kāi)銷占7.5%。

④：上下行時(shí)隙配置2:8，控制信道存在一定開(kāi)銷。大部分時(shí)間（碼元）內(nèi)在做下行傳輸，小部分時(shí)間（碼元）在做上行傳輸。

每個(gè)slot包含14個(gè)碼元，在DL中，每傳輸14個(gè)下行碼元就有2個(gè)碼元的額外開(kāi)銷（用于PDCCH和DMRS等控制信息的傳輸）。同時(shí)每傳輸10個(gè)slot，只有前面的7個(gè)時(shí)隙和第8時(shí)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(gè)slot包含14*10個(gè)碼元，前面7個(gè)slot每個(gè)slot含有12個(gè)下行碼元，第八個(gè)slot含有4個(gè)下行碼元）

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

（2）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(gè)PRB，即273*12個(gè)子載波。換句話說(shuō)給汽車運(yùn)輸?shù)呐艿烙?73*12個(gè)，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（3）三維空間傳輸

⑥：基站64天線發(fā)送，UE4根接收天線：數(shù)據(jù)的傳輸拓展到了空間上，UE通過(guò)識(shí)別不同路徑傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)多組數(shù)據(jù)同時(shí)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(shí)接收。這時(shí)候相當(dāng)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。

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

審核編輯：劉清