1、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，
2、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
3、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
4、，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2030%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
5、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672bit；2：下行采用 22MIMO
6、，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
7、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，
8、第一列是终端类型 18(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 11
9、1Mbps。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
10、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472bit；96*12：20MHz 带宽共 100 个 RB，假设 PUCCH 占用 2 个 RB，上行 RB 数要
11、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
12、=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
13、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 40100MHz 带宽内提供 300750Mbps（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
14、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。
