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5G理论速率分析

2.1 5G速率标准

根据ITU-R M.[IMT-2020.TECH PERF REQ]的介绍，峰值数据速率是在理想条件下可达到的最大数据速率，可以理解为系统最大承载能力的体现。

针对eMBB场景，峰值速率的最低要求如下：

下行链路峰值速率为20 Gbps；

上行链路峰值速率为10 Gbps。

2.2 上下行理论峰值速率估算

由于5G协议相比于4G更为复杂，5G理论峰值速率的粗略计算有很多思路，本文以目前两种主流时隙配比8:2和7:3，分别作出理论峰值计算，并进行现场实测进行验证。

在计算理论峰值速率之前，需要确定以下参数的数值。

1、 资源块PRB数目

以目前5G sub-6GHz频段为例，最多传输的PRB数目如下表Table 5.3.2-1所示，摘选自3GPP TS 38.101-1协议。

其中，系统带宽100M，子载波间隔30KHz的5G系统，最多传输的PRB数目为273。

2、 符号Symbol数目

以30KHz的子载波间隔为例，下表Table 4.2-1摘选自3GPP TS 38.211协议。

查表可知，循环前缀的类型是Nomal CP，查找Nomal CP对应的表格Table 4.3.2-1

查表可知，每个slot的OFDM符号是14，以30KHz的子载波为例，则每个slot占用的时间是0.5ms。

考虑到部分资源需要用于发送参考信号，此处扣除开销部分做近似处理，认为3个符号用于参考信号的发送，剩下11个符号用于数据传输。当然，实际网络的开销计算更为复杂。

当然，峰值速率与帧结构紧密相关。

3、 帧结构

常见的帧结构配置分为两种：

Type 1：2.5ms双周期

对应华为7:3时隙配比

Type 2：5ms单周期

对应华为8:2时隙配比

4、 上行速率计算

上行基本配置，2流，64QAM（一个符号6bit）

Type 1：2.5ms双周期

由2.5ms双周期帧结构可知，在特殊子帧时隙配比为10:2:2的情况下，5ms内有（3+2*2/14）个上行slot，则每毫秒的上行slot数目约为0.657个/ms。

上行理论峰值速率的粗略计算：

273RB*12子载波*11符号（扣除开销）*0.657/ms*6bit(64QAM)*2流= 284Mbps

Type 2：5ms单周期

由5ms单周期帧结构可知，在特殊子帧时隙配比为6:4:4的情况下，5ms内有（2+4/14）个上行slot，则每毫秒的上行slot数目约为0.457/ms。

上行理论峰值速率的粗略计算：

273RB*12子载波*11符号（扣除开销）*0.457/ms*6bit(64QAM)*2流=198Mbps

5、 下行峰值计算

下行基本配置，4流，256QAM（一个符号8bit）

Type 1：2.5ms双周期

由2.5ms双周期帧结构可知，在特殊子帧时隙配比为10:2:2的情况下，5ms内有（5+2*10/14）个下行slot，则每毫秒的下行slot数目约为1.28个/ms。

下行理论峰值速率的粗略计算：

273RB*12子载波*11符号（扣除开销）*1.28/ms*8bit(256QAM)*4流=1.48Gbps

Type 2：5ms单周期

由5ms单周期帧结构可知，在特殊子帧时隙配比为6:4:4的情况下，5ms内有（7+6/14）个下行slot，则每毫秒的下行slot数目约为1.48个/ms。

下行理论峰值速率的粗略计算：

273RB*12子载波*11符号（扣除开销）*1.48/ms*8bit(256QAM)*4流=1.7Gbps