4G/5G上下行速率如何计算呢？

4G速率计算

LTE的下行峰值速率（peak data rate）可定义为满足以下条件时的最大throughput：

整个带宽均分配给一个UE

使用最高阶的MCS

使用可支持的最大天线数

在实际中，需要考虑典型的无线信道开销，如控制信道、参考信号、保护间隔等。

FDD峰值速率：

1slot = 0.5ms（一个系统帧system frame为10ms，每个子帧subframe为1ms，每个子帧包含2个slot）；

1slot = 7 modulation symbols（使用正常长度的循环前缀CP）;

1modulation symbol = 6 bits（使用64QAM调制）

单个子载波下的峰值速率 = 每个slot的symbol数 * 每个symbol的bit数 / 每个slot所占的时间 = 7 * 6 / 0.5ms = 84kbps。（1s = 1000ms）

对于20M带宽而言，100个RB用于数据传输，每个RB包含12个子载波，共有1200个子载波，则单天线下峰值速率为1200*84kbps = 100.8Mbps。

下行峰值速率：100x12x7x6x2/1000=100.8M

100--100个RB；12--每个RB12个子载波；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。

如果是4*4 MIMO，则峰值速率为单天线时的4倍，即403.2Mbps。如果使用3/4的信道编码，则速率降低为302.4Mbps。

下行峰值速率：100x12x7x6x2/1000 x 4=403.2M

下行峰值速率：100x12x7x6x2/1000 x3/4=302.4M

注：

①：UE看到的实际速率取决于即时的信道条件以及共享无线资源的用户数。例如：如果由于信道质量较差，调制从64QAM降低到QPSK，则速率从302.4Mbps降到100.8Mbps。如果把码率从3/4降到1/3，则速率进一步降低到44.8 Mbps。

②：前面介绍的并未把PDCCH、参考信号、PBCH、PSS/SSS以及编码的开销考虑进去。假设这些开销总共为25%，非空分复用情况下，真正可用于传输用户数据的最大速率为100.8Mbps * 75% = 75.6Mbps。

③：也可以先计算RE总数，再乘以每个symbol的bit数：6，得到峰值速率。

对于TDD而言，由于一个10ms的系统帧内既存在下行子帧，又存在上行子帧，以及特殊帧的存在，因此同等条件下，其峰值速率小于FDD的峰值速率。（根据下行子帧在一个系统帧中所占的比例，乘以相应的系数）

TDD峰值速率：

TD-LTE上下行时隙配置表

比如配比1，如图3 在一个5ms半帧内 ，2上行子帧，2下行子帧，1特殊子帧，再假设特殊子帧配置7:，如图2，DL：Ul：GP=10:2：2 （总共14:每一个子帧有14个OFDM符号）。计算上下行峰值速率：

①：20MHZ带宽有100个RB，每个RB在频域上是12个OFDM符号，所以20MHZ带宽有1200个OFDM符号；

②：一个5ms半帧内：下行的OFDM符号有14*2+10=38个（2个上行子帧+特殊子帧里的10个下行OFDM）

③：一个5ms半帧内：上行的OFDM符号有14*2+2=30个（2个上行子帧+特殊子帧里的2个上行OFDM）

④：现在计算可以得出（cat3 下行6bit. 上行4bit每OFDM）：

下行速率：（6*1200*38）/5（bit/ms）=55Mbps

上行速率：（4*1200*30）/5（bit/ms）=29Mbps

5G速率计算

5G速率因素构成描述：子载波间隔=30khz，调制阶数max=256QAM，编码效率=92.5%，上下行时隙配置2:8，控制信道存在一定开销，系统带宽=100M，PRBmax=273，基站64天线发送，UE 4根接收天线。影响的5G峰值的因素甚多：比如用户的终端能力限制、网络带宽的限制、无线环境的影响。

（1）线上传输

①：子载波间隔=30kHz：可以计算出每秒一个载波上传输的码元数。我们知道时间与频率成反比T=1/F，即码元的长度与子载波间隔成反比得到每个码元占用1/30000 s，再给每个符号前加上CP（对抗多径干扰）每个载波上每秒钟可以传28000个码元（不加CP能传30000个）

②：调制阶数max=256QAM，根据计算公式log2 M 可以计算出每个码元携带的信息量为log2 256=8bit

③：编码效率=92.5%：在实际传输的过程中我们会加入一部分冗余编码（监督位）来对抗无线信道传输中引入的噪声和干扰，用来检错和纠错的。这部分冗余编码的开销占7.5%。

④：上下行时隙配置2:8，控制信道存在一定开销。大部分时间（码元）内在做下行传输，小部分时间（码元）在做上行传输。

每个slot包含14个码元，在DL中，每传输14个下行码元就有2个码元的额外开销（用于PDCCH和DMRS等控制信息的传输）。同时每传输10个slot，只有前面的7个时隙和第8时隙的部分（6/14）做下行。因此真正用于下行数据传输的码元约占(12*7+4)/140（10个slot包含14*10个码元，前面7个slot每个slot含有12个下行码元，第八个slot含有4个下行码元）

可以算出在一条数据的跑道上的传输速率约为：

28000*8*92.5%*(12*7+4)/140=130240bit/s

（2）面上传输

⑤：带宽=100M，PRBmax=273：100M的系统带宽下，至多可以占用273个PRB，即273*12个子载波。换句话说给汽车运输的跑道有273*12个，可以同时进行数据传输。

（3）三维空间传输

⑥：基站64天线发送，UE4根接收天线：数据的传输拓展到了空间上，UE通过识别不同路径传输过来的信号来实现多组数据同时接收。由于受限于UE端的天线数目，最多只能支持4组数据流同时接收。这时候相当于在空间上建立了4层相同的跑道分别位于地面，地上一层，地上二层，地上三层，传输速率又有了4倍的提升。

目前5G系统配置下的下行理论峰值速率：

130240*273*12*4=1706664960bit/s≈1.6Gbit/s

审核编辑：刘清