LTE用戶峰值速率

3GPP是通信業的標準化組織之一，制定LTE/LTE-A相關標準並且向ITU申請將LTE/LTE-A作為IMT/IMT-A的候選標準。

3GPP最初確立的LTE的上下行峰值速率目標分別為50Mbit/s和100Mbit/s，截至目前的標準以及終端和設備能力來看，3GPP最初的目標已經得以實現。

基本介紹

  • 中文名：LTE用戶峰值速率
  • 外文名：LTE user peak rate
  • 套用學科：通信
LTEFDD速率計算基本原理,峰值速率統計,

LTEFDD速率計算基本原理

速率計算的基本原理是在一定的時長和頻寬組成的無線資源中，扣除公共信道（參考信號、PDCCH等）的開銷，得出可用於數據傳輸的無線資源數（RE數），再考慮調製編碼效率，計算出該段時長內承載的bit數量，即速率。下行參考信號（ReferenceSignal，RS）及PDCCH分布、上行RS分布分別如圖1（a）和圖1（b）所示。
下行速率計算：Service_rate+CRC=（168−36−12）×（Code_rate×code_bits）×NRB×C
其中，當天線模式為2T2R_MCW時，C等於2；當天線模式為其他模式時，C等於1。
上行速率計算：Service_rate+CRC=（168−24）×（Code_rate×code_bits）×NRB。
其中，CRC為24bit；MCS效率為Code_rate與Code_bits的乘積；Service_rate指經過層2處理，尚未加CRC而到層1的傳輸速率。可見，LTE的速率與資源數量（RB數）與MCS效率（由信號質量來確定）相關。提高任何一個因素，均可以提升速率。表6給出了上下行業務速率的計算示例。
表6 上下行業務速率計算示例
上/下行
業務速率/kbit/s
需RB數
需MCS
MCS效率
UL
64
2
QPSK0.15
0.31
128
4
QPSK0.13
0.26
256
4
QPSK0.24
0.49
512
8
QPSK0.23
0.47
DL
512
10
QPSK0.22
0.45
1024
10
QPSK0.44
0.87
2048
20
QPSK0.43
0.86

峰值速率統計

第一節“LTEFDD速率計算基本原理”已經給出了LTE系統速率的計算原理，而峰值速率的計算有其不同點，主要區別是對RB數的使用數量以及對編碼調製方式的使用。計算系統峰值速率時需考慮占用所有的RB資源，同時採用最高階調製方式，編碼速率為1。
下行採用幀結構類型一時，基於L1/L2的控制開銷和已知的調製環境可以得到表11-4所示的峰值速率。
表11-4 幀結構類型一時LTE系統DL峰值速率
下行鏈路峰值速率
64QAM，碼率為1，參考信道和控制信道開銷占用一個OFDM符號
單位
速率/Mbit/s（20MHz）
頻譜效率/（b/s/Hz）
3GPP目標
100
5.0
2×2MIMO
172.8
8.6
4×4MIMO
343.9
17.2
64QAM，碼率為1，全開銷
2×2MIMO
144
7.2
4×4MIMO
288
14.4
上行採用幀結構類型一時，基於L1/L2的控制開銷和已知的調製環境可以得到表11-5所示的峰值速率。
表11-5 幀結構類型一時LTE系統UL峰值速率
上行鏈路峰值速率
單TXUE，碼率為1，參考信號和控制信道開銷占用兩個RB
單位
速率/Mbit/s（20MHz）
頻譜效率/（b/s/Hz）
3GPP目標
50
2.5
16QAM
57.6
2.9
64QAM
86.4
4.3
單TXUE，碼率為1，全開銷
16QAM
48
2.4
64QAM
72
3.6
考慮到不同的調製編碼方式、MIMO工作方式、系統頻寬等，LTE峰值速率如表11-6和表11-7所示。
表11-6 LTE下行峰值速率
RB數
6
15
25
50
100
子載波數
72
180
300
600
1200
調製編碼
MIMO模式
1.4MHz
3.0MHz
5.0MHz
10MHz
20MHz
QPSK1/2
單流
0.8
2.1
3.6
7.2
14.3
16QAM1/2
單流
1.7
4.3
7.2
14.3
28.7
（續）
RB數
6
15
25
50
100
子載波數
72
180
300
600
1200
16QAM3/4
單流
2.6
6.4
10.7
21.5
43
64QAM3/4
單流
3.9
9.7
16.1
32.2
64.5
64QAM4/4
單流
5.1
12.9
21.5
43
86
64QAM3/4
2×2MIMO
7.7
19.3
32.2
64.5
129
64QAM4/4
2×2MIMO
10.3
25.8
43
86
176
64QAM4/4
4×4MIMO
20.6
51.6
86
172
343.9
表11-7 LTE上行峰值速率
RB數
6
15
25
50
100
子載波數
72
180
300
600
1200
調製編碼
MIMO模式
1.4MHz
3.0MHz
5.0MHz
10MHz
20MHz
QPSK1/2
單流
0.8
2.1
3.6
7.2
14.3
16QAM1/2
單流
1.7
4.3
7.2
14.3
28.7
16QAM3/4
單流
2.6
6.4
10.7
21.5
43
16QAM4/4
單流
3.4
8.6
14.3
28.7
57.3
64QAM3/4
單流
3.9
9.7
16.1
32.2
64.5
64QAM4/4
單流
5.1
12.9
21.5
43
86
64QAM4/4
VMIMO（cell）
10.3
25.8
43
86
172
用戶的峰值速率與終端能力等級有關，截至目前，3GPP共定義了8個等級的LTE終端，不同等級的終端對MIMO、UL-64QAM以及每幀中所能傳送的最大傳輸塊大小（TransportBlockSize，TBS）的支持都不盡相同，所支持的上下行峰值速率亦然，具體參見表11-8。
表11-8 LTEUE能力等級
UE等級
1
2
3
4
5
6
7
8
峰值速率Mbit/s
DL
10
50
100
150
300
300
300
300
UL
5
25
50
50
75
50
100
150
CA支持
No
No
No
No
No
Yes
Yes
Yes
UL-64QAM支持
No
No
No
No
Yes
No
No
Yes
MIMO
DL
1
2
2
2
4
2/4
2/4
8
UL
1
1
1
1
1
1/2
1/2
4
在實驗室測試中獲取的單用戶峰值吞吐率如表11-9所示。
表11-9 內場測試單扇區吞吐率統計表
20MHz小區，TCP業務/Mbit/s

Cat3UE
Cat5UE
下行
上行
雙向
下行
上行
雙向
近點
95.3
49.7
92/30
127.8
59.6
127/60
中點
54.7
49.8
56/41
69.4
42.7
71/37
遠點
44.7
50.0
49/22
22.6
5.5
21/10
（續）
10MHz小區，TCP業務/Mbit/s

下行
上行
雙向
下行
上行
雙向
近點
62.7
25.6
61/22
63.2
32.9
63/33
中點
36.3
25.2
35/22
33.5
19.4
51/20
遠點
21.0
25.2
22/21
10
5.5
8.7/5.2
20MHz頻寬時，採用Cat3UE的下行理論峰值速率約100Mbit/s，上行理論峰值速率約50Mbit/s；採用Cat5UE的下行峰值速率可達150Mbit/s，上行峰值速率約為75Mbit/s。Cat5UE進行測試時，近點處下行和上行的單UE的吞吐率能夠分別達到127Mbit/s和60Mbit/s。使用Cat3UE，近點處的下行和上行單UE吞吐率基本能夠達到90Mbit/s和50Mbit/s左右。
10MHz頻寬時，Cat3UE和Cat5UE的下行理論峰值速率約為75Mbit/s，Cat3UE上行理論峰值速率約為25Mbit/s，Cat5UE上行理論峰值速率可達37.5Mbit/s。表11-9的數據中，近點處的單UE的下行吞吐量通常大於60Mbit/s，實測Cat3UE上行峰值速率通常高於20Mbit/s，實測Cat5UE上行理論峰值速率最高能達到33Mbit/s。
下行吞吐率隨無線環境的變差而降低，而在上行，隨著無線環境變差，發射功率會逐步提升直到最大發生功率限制，在達到最大發射功率之前，上行吞吐率基本保持不變。

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