LTE测试下载速率学习
2014-5-24
一、下载速率的计算 1.1 帧结构
1.2 RB and RE
在LTE的帧结构中，都有资源块的概念。一个资源块（RB）的带宽为180kHz，由12个带宽为15kHz的子载波组成（12*15=180kHz），在时域上为一个时隙（0.5ms），所以1个RB在时频上实际上是1个0.5ms，带宽180kHz的载波。 有两种循环前缀，一种是一般循环前缀（Normal CP），一个时隙里可以传7个OFDM；另一种是扩展循环前缀（Extended CP），一个时隙里可以传6个OFDM。 Extended CP可以更好的抑制多径延迟造成的符号间干扰、载频间干扰，但是它一个时隙只能传6个OFDM，和Normal CP相比代价是更低的系统容量，在LTE
中默认使用Normal CP。
一个OFDM符号的数据承载能力就取决于调制方式，分别为2/4/6个bit（对应QPSK,16QAM,64QAM）。
LTE在20MHz带宽下RB数为100个，在1.4MHz带宽时为6个，1.4MHz定义为最小频宽是因为PBCH,PSCH,SSCH最少都要占用6个RB。 在20MHz带宽的情况下，可以有的RB数目=20MHz/180KHz=111个，要除去冗余可用的RB数也就是100个。 一个时隙（0.5ms）内传输7个OFDM符号，即在1ms内传输14个OFDM符号，一个资源块（RB）有12个子载波（即每个OFDM在频域上也就是15KHZ），所以1ms内（二个RB）的OFDM个数为=14*12=168个， 它下行采用OFDM技术，每个OFDM包含6个bits，则20M带宽时下行速率为：
LTE的时间单元Ts=1/(15000*2048)秒，（15kHz的子载波带宽，2048个子载波，总带宽为15000*2048=30720000Hz） 1.2.1 RB
LTE空中接口分配资源的基本单位是物理资源块（physical Resource Block，PRB） 。一个物理资源块包括频域上的连续12个子载波，和时域上的7个连续的OFDM符号周期。一个RB对于的是带宽为180kHZ（12*15）、时长为0.5ms的无线资源。
以20M带宽为例，一共有100个RB数。 1.2.2 RE
LTE的下行物理资源可以看成是时域和频域资源组成的二维栅格，把一个常规的OFDM符号周期和一个子载波组成的资源成为一个资源单位（Resource Element，RE），那么一个RB包含12*7=84个RE。 每个RE都可以根据无线环境选择QPSK、16QAM或64QAM的调制方式，调制方式为QPSK时可以携带2bit信息，16QAM时可以携带4bit，而64QAM则可以携带6bit信息。 1.3 CP
保护间隔中的信号与该符号尾部相同，即循环前缀（Cyclic Prefix,简称CP）。 Tcp的作用：既可以消除多径的ISI,又可以消除ICI。
一个OFDM的符号周期包括有用符号时间Tu和循环前缀Tcp，Tofdm=Tu+Tcp。 一般分为普通CP和扩展CP，普通CP配置情况下，一个时隙内有用符号为
7个，扩展CP配置情况下为6个。
所谓有用符号就是可以携带有效数据的符号。 1.4 PCFICH、 PHICH和PDCCH配置
1.5 上下行理论计算
1.5.1 下行峰值速率
以20M带宽为例，可用RB为100。
1）以常用的双天线为例，RS的图案如下图所示。可以看出每个子帧RS的开销为16/168=2/21。
2）PCFICH、PHICH占用的是每个子帧的第一个Symbol，PDCCH通常占用每个子帧的前三个Symbol，如下图所示。考虑到和RS信号重复的部分，PCFICH、PHICH和PDCCH的开销为(36-4)/168=4/21。
3） SCH信号时域占用第0个和第5个子帧的第一个时隙的第5个和第6个符号，分别对应SSS(从同步信号)和PSS(主同步信号)，如上图所示。频域占用中间的6个RB。从时域上一帧及整个频率上来考虑，SCH的开销为(2*12*2*6)/(12*14*100)=0.1714%。
4）BCH时域上占用第一个子帧的第7、8、9、10符号，每4帧出现一次，频率占用中间6RB。因此BCH的开销为(4*12-4)*6/(4*12*14*100)=0.3929%。 这样下行在采用64QAM、2*2 MIMO以及编码率为1情况下，峰值速率为： 100*12*14*(1-2/21-4/21-0.1714%-0.3929%)*2*6*1000= 142.86Mbps. 100 ---- 100个RB；
12 ----- 每个RB12个子载波；
14 ----- Normal CP情况下，每个子帧14个符号； 2 ------ 采用2*2 MIMO复用模式情况下，速率加倍； 6------ 64QAM每个符号对应6个bit； 上面只是一个简单的估算，实际中用户少的时候，PDCCH占用的符号数可以减小，此时单用户峰值速率可以提高。此外，上面假设编码效率是1，实际中不可能完全做到1。目前实际中测到的最大速率基本在140M左右。协议规定的理论峰值速率在150.75Mbps。 1.5.2 上行峰值速率
上行的计算和下行类似，20M带宽情况下，假设PUCCH占用2个RB，根据调度的RB数应该是2/3/5乘积原则，可用RB数为96。上行导频开销为1/7。PRACH占用6RB，假设周期为20ms。此时最大吞吐率可以达到：
96*12*14*(1-1/7)*4*1000*0.95 *0.855+ 90*12*14*(1-1/7)*4*1000*0.05 *0.855= 47.13Mbps
此处假设上行不支持64QAM，最大编码率为0.855。
二、影响下载速率的因素 2.1 子帧配比
2.1.1 子帧配置：决定传输下行数据的子帧数
TD-LTE帧结构特点：
? 无论是正常子帧还是特殊子帧，长度均为1ms。FDD子帧长度也是1ms。
? 一个无线帧分为两个5ms半帧，帧长10ms。和FDD LTE的帧长一样。
? 特殊子帧 DwPTS + GP + UpPTS = 1ms
2.1.2 特殊子帧配置
? 特殊子帧配置：决定了特殊子帧是否可以传输下行数据
? 当DWPTS符号数为9或以上时（即特殊子帧配置为7），特殊子帧是可以传输数据的
? 特殊子帧如果用于传输数据，吞吐量是正常下行子帧的0.75倍；如果丢失此0.75倍传输机会，则损失的吞吐量为0.75/3.75 = 20%（0.75/2.75=27%)
? TD-S为4:2的配置，若不改变现网配置，TD-LTE在需要和TD-S邻频共存的场景下，时隙配比只能为3:1+3:9:2
LTE下载速率与提升分析
