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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

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、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

2.1.3 TD_LTE和TD_SCDMA邻频共存

2.2 RS信号、RSRP、RSSI、RSRQ和SINR

2.2.1 RS信号

物理信号是由物理层产生并使用的、有一定特定用途的一系列无线资源单元（Resource Element）。在下行方向定义了2种参考信号，上行方向定义了一种参考信号。

• 下行参考信号：

1、参考信号（RS，Reference Signal）

2、同步参考信号 （SS，Synchornization）

• 上行参考信号

1、参考信号（RS，Reference Signal）

• RS信号的作用：

1.     下行信道质量测量；

2.     下行信道估计，用于UE端的相干检测和解调；

3.     小区搜索；

4、邻区测量（切换）

5、非Beamforming模式下的解调

• RS的分布规则

1、RS在频域上的间隔为6个子载波；

2、RS在时域上的间隔为7个OFDM符号；

3、为了降低信号在传送过程中的相关性，不同天线口的RS出现的位置不宜相同；

上图给出了单天线、两天线及四天线在常规CP配置情况下的RS信号分布示意图。从单天线的情况可以看出，RS是时域频域错开分布，这样更有利于进行精确信道估计。对于双天线和四天线来说，每个天线上的参考信号图案都不相同，但各个天线占用的RE都不能用于数据传输。例如双天线情况下，第一个天线的某些RE正好对应第二个天线的RS图案，那么这些RE在实际中必须空在那里，不能用来传输数据，反之亦然。

2.2.2 RSRP (Reference Signal Received Power)

主要用来衡量下行参考信号的功率，和WCDMA中CPICH的RSCP作用类似，可以用来衡量下行的覆盖。区别在于协议规定RSRP指的是每RE的能量，这点和RSCP指的是全带宽能量有些差别；

目前终端对CRS-RSRP的测量，仅测量中心频率附近1.08MHz带宽（即6RB）范围内的RSRP，并非20MHz带宽内的RSRP

RSRP Total为测试终端天线R0和R1中的最大值

2.2.3 RSSI（Received Signal Strength Indicator）

RSSI （Received Signal Strength Indicator）： 指在测量带宽内所有包含参考信号的OFDM符号上接收到的信号功率的线性平均值，包括本小区和同频邻小区在此位置的信号、邻道干扰、热噪声等全部信号量。