LTE小区物理层速率计算方法
第一步,理解LTE系统中数据的传递方式。
LTE系统中下行发射端的信号处理过程是:一个数字信号源(有效数据,即bit流)经过编码加扰、速率适配后称为复制信号;复制信号经过“比特到符号”的映射(基带调制)成为频域信号;频域信号经过IFFT后由频域信号变为时域信号,时域信号加上循环前缀,然后进行射频调制,最后通过天线发射出来。整个LTE系统中传递的信号分为两种形态:数字信号和模拟信号。空中传递的是模拟信号,模拟信号其实就是电磁波,电磁波是物理层(传播媒介)的概念,无法直接衡量;我们可衡量的是上层的数据包——既帧。
第二步:理解LTE系统的帧结构。
帧的定义来源于OSI系统模型。OSI模型分为7层,即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层,每一层都定义了针对不同通信级别的协议;其中底层的1~4层关注的是原始数据的传输,而帧就是数据链路层的概念,用来管理和统计传输的数据。
在LTE系统中,一个无线帧为10ms;一个无线帧包含10个子帧,每个子帧1ms。每个LTE子帧分为2个slot(时隙),每个时隙包含7个symbol(一个时隙中OFDM 符号个数取决于循环前缀长度和子载波间隔,普通循环前缀下一个时隙包含7个symbol)。协议中,将每个时隙周期内占用的M个子载波和N个OFDM符号组成称为一个资源格。资源格的一个元素称为资源单元(RE),物理意义是LTE系统中一个时隙内某个子载波上的一个调制符号。时域上的7个符号与频域上的12个子载波确定的84个RE定义为1个RB,RB是调度的最小单位;而RE是调制(QPSK、16QAM、64QAM)的最小单位。当LTE系统中采用64QAM调制时效率最高,为6bit/RE。另外,我们实际的调制效率还与码率有关。
第三步,理解吞吐量的概念。计算吞吐量就是计算每秒可承载多少bit的数据。
我们只要知道了每秒的可用RE个数就可以计算系统速率了。考虑到不同MIMO模式下的码字复用率不同,另外还有部分的系统开销。因此小区物理层理论峰值速率(bit/s)为:
不同MIMO的码字复用比率 × 不同带宽对应的RB数量 × 12(频域上每RB所有的子载波数) × 14(时域上每个子帧所有的符号数symbols)× [1-损耗(导频损耗,信道占用损耗等)] × 调制符号效率× 1000(1s内子帧数量)× rate(1) 说明:
损耗包括:信道占用损耗和下行导频损耗。其中信道占用损耗为:PDCCH的开销,当下行子帧PDCCH仅占一个符号并且该PDCCH符号为下行子帧的第一个符号时PDCCH的开销最小,一个下行子帧中占用的子载波数为8个,因此PDCCH的开销为8/(14*12)= 1/21。用于PUSCH解调的RS, 一个Slot占用一个符8号1/7;而下行导频损耗根据导频损耗图为:1天线发射时为4/84=1/21, 2天线发射时为2/21, 4天线发射时为12/84=1/7。
码字复用率:MIMO 2×2的复用率为2,MIMO 4×4的复用率为4,MU-MIMO 复用率为2。
不同带宽对应不同的RB
调制符号效率:不同调制方式下QPSK,16QAM,64QAM的调制符号效率为:2,4,6。
例子1:计算FDD LTE系统20M, 2*2 MIMO, 64QAM,Code Rate为1时,单小区下行物理层理论速率为:2 * 100*12 * 14 * (1 – 1/21 – 2/21) * 6 * 1000 = 172.8Mbps
例子2:计算FDD LTE系统20M, MU-MIMO, 64QAM,Code Rate为1时,单小区上行物理层理论速率为:2 * 96 * 12 * 14 * (1 – 1/7) * 6 * 1000 = 165.9Mbps 说明:
96的来由: 20M 带宽包含100个RB, 其中PUCCH占用2个RB, 因此可用于PUSCH传输的为98RB,但由于MU-MIMO时受限于单个DSP最多只能处理32RB的约束,因而3个DSP最多只能处理96RB