TDD物理层峰值理论速率的计算专题

TDD物理层下行峰值理论速率的计算方法通常我们都说TD-LTE的下行速率达到100Mbps，那么这速率是如何计算得到的呢？下面我们将详细的告诉大家。一、无线帧的认识理论上的峰值下行速率指在20M带宽内，所有的业务信道给单用户使用时所计算得出的，此速率是在一个无线帧内，除去下行控制信道（PDCCH），物理广播信道（PBCH），主同步信号（PSS），辅同步信号（SSS）和导频信号（RS）后，所有RE占用业务时的最大峰值速率。TD-LTE的一个无线帧如下图：（图1）与TDS有所相似，每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成。数据子帧与特殊子帧都是1ms一帧，每个特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS。其中子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送。其它子帧按照配置配比而确定是用于上行还是下行发送。一个子帧由2个时隙组成，每个时隙在时域上通常由7个OFDM符号组成（在使用扩展循环前缀时，由6个OFDM符号组成），时长0.5ms。LTE上下行传输使用的最小资源单位叫做资源粒子（RE：ResourceElement），时域上1个OFDM符号，频域上1个子载波（15KHz）。LTE在进行数据传输时，将上下行时频域物理资源组成资源块（RB：ResourceBlock），作为物理资源单位进行调度与分配，时域上1个时隙（6个或7个符号组成1个时隙），时长0.5ms，频域上12个子载波（180KHz）。一个RB由若干个RE组成，在频域上包含12个连续的子载波、在时域上包含7个连续的OFDM符号（在ExtendedCP情况下为6个），即频域宽度为180kHz，时间长度为0.5ms。不同带宽对应RB数带宽（MHz）1.435101520RB资源带宽（KHz）180180180180180180无线资源数目612255075100（图2）图2为TDD的时频示意图，图上时域上只显示了3个子帧。其中，各信道占用如下：PBCH：PBCH位于子帧0时隙1的前4个OFDM符号，频域上占用中间的6个RB的72个子载波，调制方式QPSK；PDCCH、PCFICH、PHICH：根据PCFICH指示，映射在一个子帧（包括特殊子帧的下行处）的前N（N=4）个OFDM符号，调制方式QPSK。PSS：时域上在无线帧的特殊子帧第3个符号，频域上在整个带宽的中间区域，占用6个RB；SSS：时域上在无线帧的第一个子帧最后1个符号，频域上在整个带宽的中间区域，占用6个RB；其中，无线帧的上下行时隙配比3GPP协议已有，如下图。深圳TD-LTE现网业务子帧配比中D、E频选择模式1，F频选择模式2；（图3）特殊子帧配置表协议规定如图4，深圳TD-LTE现网特殊子帧D、E频配置模式7，F频配置模式5；（备注：特殊子帧下行符号大于等于9时即可带下行业务，其中F频因与TDS共站，配比时隙需要与TDS同步，所以配比需要配置模式5）；（图4）二、TDD峰值速率计算方式下面通过例子进行计算，以便更好的理解。这里以20M带宽，2*2MIMO，子帧与特殊子帧配比为2/7模式(Sa2为1：3，SS7为10：2：2)，PDCCH符号为2，64QAM编码为例进行计算（参考图2）：10ms内，下行物理数据业务RE数量计算如下：下行总RE数为：7*2*6*1200+10*2*1200=124800，（一个子帧7*2个符号*6个下行子帧*频域的1200个子载波）PBCH：4*6*12=288，（时隙上4个符号*频域上6个RB*12个子载波）PSS：1*6*12*2=144，（时隙上1个符号*频域上6个RB*12个子载波*10ms内两次主同步信号）SSS：1*6*12*2=144，（时隙上1个符号*频域上6个RB*12个子载波*10ms内两次辅同步信号）RS：4*4*100*6+8*100*2=11200，（一个RB4*4个RS信号*100个RB*6个下行子帧+特殊子帧8个RS*100个RB*10ms内两次特殊子帧）PDCCH：2*1200*（3+1）*2-4*100*6+4*6+4*100*2=15976，（2个符号的PDCCH*1200个子载波*（3个下行+1个特殊子帧下行）*10ms内两次-因部分PCDDH上的RE已被RS信号和PBCH需要除去）业务RE数=下行总RE数-PBCH-PSS-SSS-RS-PDCCH124800-288-144-144-11200-15976=97048速率=RE*6*0.925781*2=97048*6*0.925781*2/0.01=107.81Mbps（RE数*64QAM即2的6次方*编码效率*2个半帧/10ms）所以计算得出理论速率为107.81Mbps，就是大家常说的100Mbps的由来。编码效率根据不同的CQI值而取，同时与各厂家设计有偏差，如下图（5、6）：（图5）（图6）同时，终端的能力也对业务速率有一定的影响，如下图：（图7）现阶段我们常用的海思与创毅终端都是CAT3模式，即最大支持102.048Mbps。三、下行实际信道资源计算实际中，TD-LTE网络在实际中的下行速率是终端根据无线环境的变化而改变的。终端根据业务速率和频谱效率决定下行传输所需PRB资源，同时，终端会周期与非周期的反馈CQI（如图5），由SINR与调制方式的映射关系可以确定终端传输所采用的调制方式，然后通过附表1的映射表可以得到IMCS和ITBS的取值范围，再通过传输块长度表附表2可以确定TBS，由TBS和NPRB确定ITBS，最终确定IMCS。因此我们可以通过对应的TBS计算出下行的峰值速率。如下图：（图8）其中下行最大TBS是映射到两层空分复用时传输块的大小，由附表2取得一层最大TBS：75376对应于附表3为149776。对于551PRBN，TBS由附表1中的(TBSI,PRB2N)决定。对于11056PRBN，由附表1中(TBSI,PRBN)决定的基线TBS_L1，按照表附表3中的映射规则转换到TBS_L2，TBS由TBS_L2给出。对比TBS计算的结果，已经和帧结构计算的结果相差不大，方便于平时的计算。附表1Table8.6.1-1:Modulation,TBSindexandredundancyversiontableforPUSCHMCS序号MCSI调制顺序'mQTBS序号TBSI冗余版本rvidx020012102220323042405250626072708280929010210011410012411013412014413015414016415017416018417019418020419021619022620023621024622025623026624027625028626029保留1302313附表2Table7.1.7.2.1-1:Transportblocksizetable(dimension27×110)TBSIPRBN1234567891001632568812015217620822425612456881441762082242563283442327214417620825629632837642434010417620825632839244050456845612020825632840848855263269657214422432842450460068077687263281762563925046007128089361032710422432847258471284096810961224812025639253668080896810961256138491362964566167769361096125614161544101443285046808721032122413841544173611176376584776100011921384160818002024122084406809041128135216081800202422801322448874410001256154418002024228025361425655284011281416173619922280260028561528060090412241544180021522472272831121632863296812881608192822802600298432401733669610641416180021522536285632403624183767761160154419922344279231123624400819408840128817362152260029843496388042642044090413841864234427923240375241364584214881000148019922472298434964008458449682252010641608215226643240375242644776535223552112817362280285634964008458451605736245841192180024082984362442644968554459922561612561864253631123752439251605736620026712148022162984375243925160599267127480TBSIPRBN111213141516171819200288328344376392424456488504536137642445648852056860063268071224725205686166486967447768408723616680744808872904968103210961160477684090410001064112811921288135214165968103211281224132013841480154416721736611281224135214801544167217361864199220887132014801608167218001928208822162344247281544167218001928208822162344253626642792917361864202422162344253626642856298431121019282088228024722664279229843112336834961122162408260027922984324034963624388040081224722728298432403368362438804136439245841328563112336836243880413643924584496851601431123496375240084264458449685160554457361533683624400842644584496851605544573662001636243880426445844968516055445992620064561740084392477651605352573662006456671272241843924776516055445992620067127224748079921947765160554459926456696872247736824885042051605544599264566968748079928248876091442155445992645669687480799285049144952899122259926456696874807992850491449528102961068023620069687480799285049144991210296110641144824671272247992850491449912102961106411448122162569687480824887609528102961068011448122161257626824887609528102961106411832125761