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第３０卷第８期（上） ２０１４年８月 赤峰学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｆｅｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖ０Ｉ．３０Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１４ ＴＤ—ＬＴＥ物理层上下行理论峰值速率计算分析 李 婷 （福建工程学院 国脉信息学院，福建摘福州 ３５０００４） 要：通过分析ＴＤ—ＬＴＥ的帧结构，结合ＴＤ—ＬＴＥ上下行链路的信道定义，分析了ＴＤ—ＬＴＥ物理层上Ｔ￣－ｉ－ｒ￣￣ｅ峰值 速率的计算方法．计算得出不同子帧配比时的具体数值，进而说明ＴＤＤ比ＦＤＤ在速率调整上更具灵活性和优势． 关键词：ＴＤ－ＬＴＥ；理论速率；帧结构；开销 中图分类号：ＴＮ９２９．５ １ 引言 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３～２６０Ｘ（２０１４）０８—００２４—０２ （ＰＵｃｃＨ）占用ＲＥ构成．… 随着工信部４Ｇ牌照的发放，中国大陆也进入了全面铺 开４Ｇ网络的进程，ＴＤ—ＬＴＥ的应用热潮将随之而至．关于 ＴＤ—ＬＴＥ的相关技术必然被越来越多的业内人士所关注和 因此，上下行链路开销占用的ＲＥ总数即为以上上下行 非业务数据所占的ＲＥ数总和． ４理论峰值计算分析 提及．在众多的讨论声中，不论专业人士还是普通用户最多 提及的一个技术词汇就是ＴＤ—ＬＴＥ能够达到的最大速率， 物理层吞吐量取决于ＭＡＣ层调度选择的传输块大小 （ＴＢＳ），理论峰值吞吐率就是在一定条件下计算可以选择的 即峰值速率． 实际应用中由于系统配置不同、无线环境变化、使用终 端型号等因素影响，峰值速率是会变化的值，只能给出下行 １００Ｍｂｐｓ以上，上行５０Ｍｂｐｓ以上的大致范围而无法给出一 最大ＴＢＳ．ＴＢＳ由资源块（ＲＢ）数和调制编码方式（ＭＣＳ）的阶 数查表得到，具体计算思路如下： （１）针对每个子帧计算可用的ＲＥ数：可用ＲＥ数＝信 道占用ＲＥ数一每个子帧里非业务数据资源占用的开销； （２）计算每个子帧ＲＥ可携带的比特数：可携带比特数 ＝个确定数据．但理论上，针对不同的系统配置，在不考虑无线 环境的不良影响时，ＴＤ—ＬＴＥ的物理层上下行峰值速率是可 以计算的，即为定值． ２ ＴＤ—ＬＴＥ无线帧结构 一可用ＲＥ数×调制系数（在此选择最大的调制阶数６，对应 的编码方式为６４ＱＡＭ）； （３）依据可用的ＲＢ数选择满足编码效率（ＣＲ，由于ＣＦＩ 限制，编码效率最大为０．９３）的ＴＢＳ，由ＣＲ＝ＴＢＳ／可携带比 特数，得到ＴＢＳ＝可携带比特数×ＣＲ，当ＣＲ＝０．９３时ＴＢＳ取 得最大值； （４）根据时隙配比累加各个子帧的ＴＢＳ（若为双码字则 将结果乘以２），计算出最终吞吐率即为峰值速率．另外由于 每个半帧有５个子帧，每个子帧１０００ｂｉｔ得到峰值速率的计 算公式为： 个１０ｍｓ的ＴＤＤ无线帧由两个５ｍｓ的半帧构成．每个 半帧由８个常规时隙（长度相同，共４ｍｓ）和ＤｗＰＴＳ、ＧＰ和 ＵｐＰＴＳ三个特殊时隙（长度可配置，总长度为ｌｍｓ）构成【ｌ】． ＴＤＤ每个特殊子帧会作为下行到上行的转换点，在【１】中７ 种分配策略里，子帧６是否含有特殊时隙对应上下行子帧 切换点周期为５ｍｓ或是１０ｍｓ． ３上下行链路开销分析 普通子帧的下行链路开销由下行共享信道（ＰＤＳＣＨ）的 控制信息、下行同步信号、下行参考信号（本文仅涉及到其 峰值速率：工 王 ） １０００ 中的ＣＲＳ）、物理广播信道（ＰＢｃＨ）、物理控制格式指示信道 （ＰＣＦＩＣＨ）、物理ＨＡＲＱ指示信道（ＰＨＩＣＨ）、物理下行控制 信道（ＰＤｃｃＨ）和物理多播信道（ＰＭＣＨ）这些用于承载非业 务数据资源在普通子帧上占用资源粒子（ＲＥ）资源粒子 （ＲＥ）构成的． 以２０ＭＨｚ带宽（此时物理资源最多为１００ＲＢ，每个ＲＢ 含１２个子载波），２×２ＭＩＭＯ，子帧配比１（ＤＬ：ＵＬ＝ｈ１），特 殊子帧配比７（１０：２：２，符号数为１４），ＰＤＣＣＨ和ＰＢＣＨ各１ 符号，编码方式６４ＱＡＭ为例进行计算： 根据表１，下行子帧有：０、１、４、５、６、９．分别计算各子帧 的ＴＢＳ： 上行链路开销则由物理随机接入信道（ＰＲＡＣＨ）、物理 上行共享信道（ＰＵＳＣＨ）的控制信息以及物理上行控制信道 子帧０：可用ＲＥ＝（（（符号数一ＰＤＣＣＨ—ＰＢＣＨ一同步信 基金项目：（ＪＢ１３３７６）ＬＴＥ网络无线性能分析与性能优化研究，批文号：闽科教【２０１３】４６号 一２４—
号） 每ＲＢ子载波数一ＣＲＳ）＊６ＲＢ＋（（符号数一ＰＤＣＣＨ） 每 ＲＢ子载波数一ＣＲＳ）￥剩余ＲＢ数）￥调制系数＝（（（１４—１— ４—１）＂１２—８） ６＋（（１４—１）＂１２—１２） （１００—６））＊６＝８４３８４＞ （总ＲＢ数一ＰＵＣＣＨ）） 调制系数＝（（１４—２） １２％（１ｏｏ一１６）） ＊６＝７２５７６，ＴＢＳ选择６１６６４（ＭＣＳ２８）； 子帧３：可用ＲＥ＝（（符号数一ＤＭＲＳ）＊每ＲＢ子载波数 （总ＲＢ数一ＰＵＣＣＨ—ＰＲＡＣＨ）） 调制系数＝（（１４—２） １２ （１００—１６—６））＊６＝６７３９２，ＴＢＳ选择５７３３６（ＭＣＳ２８）； ７５３７６（１０ＯＲＢ对应的ＴＢＳ），因此ＴＢＳ选择７５３７６（ＭＣＳ２８）． 子帧１：可用ＲＥ＝（（（符号数一ＰＤＣＣＨ一主同步） 每ＲＢ 子载波数一ＣＲＳ）＊６ＲＢ＋（（符号数一ＰＤＣＣＨ）＊每ＲＢ子载波数 一子帧７和子帧８分别与子帧２和子帧３计算方法相同． 上行峰值速率＝（（６１６６４＋５７３３６）＊２／５）＊１０００＝２３．８ＭｂＤｓ． 按以上方法分别计算２０ＭＨｚ带宽时不同子帧配比、不 ＣＲＳ）＊剩余ＲＢ数） 调制系数＝（（（１０—１—１）＂１２—８）￥６＋ （（１０—１）＂１２—８） （１００—６））＊６＝５９５６８，ＴＢＳ选择５５０５６（ＭＣＳ２４）． 子帧４：可用ＲＥ＝（（（符号数一ＰＤＣＣＨ）￥每ＲＢ子载波 数一ＣＲＳ）＊总ＲＢ数） 调制系数＝（（（１４—１）＂１２—１２） ｌＯＯ） ＊６＝８６４００，ＴＢＳ选择７５３７６（ＭＣＳ２８）． 同特殊子帧配比以及ＰＲＡＣＨ周期时的单小区物理上下行 理论峰值速率，用户的峰值速率还受到终端设备类型的影 响，ＬＴＥ协议中规定了不同类型终端的最大吞吐量，见表１ 终端类型为ＣＡＴ３，ＣＡＴ４，ＣＡＴ５时的上下行理论峰值速率： ５总结 ． 子帧５：可用ＲＥ＝（（（符号数一ＰＤＣＣＨ一辅同步） 每 ＲＢ子载波数一ＣＲＳ）＊６ＲＢ＋（（符号数一ＰＤＣＣＨ）￥每ＲＢ子载 波数一ＣＲＳ）＊剩余ＲＢ数） 调制系数＝（（（１４—１—１） １２—１２） ６＋（（１４—１） １２—１２）￥（１００—６））＊６＝８５９６８，ＴＢＳ选择７５３７６ （ＭＣＳ２８）． 本文通过分析ＴＤ—ＬＴＥ的帧结构和链路开销，得到计 算ＴＤ—ＬＴＥ物理层理论峰值的方法，进而得到如表１所示 的结果．可以看出ＴＤＤ可以根据不同的子帧和特殊子帧的 子帧６和子帧９分别与子帧１和子帧４计算方法相同． 下行峰值速率＝（（７５３７６＋５５０５６＋７５３７６＋７５３７６＋５５０５６ ＋７５３７６）／５） １０００＝８２．３２３Ｍｂｐｓ 配比对上下行峰值速率进行调整．ＦＤＤ的一个无线帧为长 度１０ｍｓ而没有再细分成长度为５ｍｓ的半帧且其帧结构中 不包含ＴＤＤ特殊子帧所含有的ＤｗＰＴＳ、ＧＰ和ＵｐＰＴＳ三个 同样以ＰＵＣＣＨ １６ＲＢ，ＰＲＡＣＨ周期为５ｍｓ为例计算， 上行子帧有２、３、７、８，假设ＰＲＡＣＨ在子帧３和子帧８： 子帧２：可用ＲＥ＝（（符号数一ＤＭＲＳ）￥每ＲＢ子载波数 特殊时隙，因此ＦＤＤ的上下行峰值速率不能通过帧配比来 进行．可见，ＴＤ—ＬＴＥ在速率上更能够满足不同业务的需求， 应用更加灵活也更具优势． 表１单用户理论峰值速率 划（３ＧＰＰ）物理层协议，２００９． 参考文献： ［３］康海欢．ＴＤ—ＬＴＥ物理层下行理论峰值速率分析Ｕ】．互联 ．北京：电子工 网天地，２０１３（５）：２８，－－３１． ［１］易睿得，赵治，等．ＬＴＥ系统原理及应用 业出版社．２０１２．１４４￣１７０． ［４］朱震海，张真桢，等．ＴＤ－ＬＴＥ链路开销及峰值速率探讨 １３］．电信工程技术与标准化，２０１２（７）：６９￣７３． ［２）３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１３ Ｖ８．６．０（２００９—０３）．第－－４Ｚ￣作伙伴计 一２５—
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