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。

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。

圖1 下行RS及PDCCH分布、上行RS分布示意圖

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。