关键因素影响TD-LTE系统速率

TD-LTE系统是全IP的移动通信系统，不同于以往的CS电路结构和性能，因此有多种因素会影响TD-LTE系统和用户的最终实际数据的传输能力。这些影响因素主要包括：TD-LTE系统使用的带宽，帧结构和特殊子帧结构的选择，控制信道的开销，调制和编码方式，MIMO模式以及信号质量和环境等因素。

1.系统带宽

TD-LTE系统可以灵活配置不同的系统带宽。根据香农公式计算最大信息传送速率C：

C=Blog₂（1+S/N）

式中，B是信道带宽（赫兹）；S是信号功率（瓦）；N是噪声功率（瓦）。显然，信道容量与信道带宽成正比，在S/N不变的情况下，更大的系统带宽意味着更大的信道容量。目前TD-LTE系统的Bandwidth为20 MHz（可以在MIB消息里查看）。

2.常规子帧结构和特殊子帧结构

TD-LTE系统可以灵活地配置各种子帧配比；不同的子帧配比适用于不同的场景，可以提供不同的下行/上行吞吐量；目前一般使用CONFIG1和CONFIG2（分别指上行/下行转换点周期为5 ms、10 ms，可以在SIB1消息的TDD_CONFIG查看），见表9-9。

表9-9 TD-LTE系统常规子帧结构

3.特殊子帧结构

TD-LTE系统的特殊子帧，目前一般使用配置5（3：9：2）；配置7（10：2：2）在PC-FICH的CFI配置为3的时候，每个Subframe还可以提供8个Symbol传输数据，见表9-10。表中的基本时间单位T_s=1/（15000×2048）s。

表9-10 TD-LTE系统特殊子帧结构

4.调制编码方式

TD-LTE系统使用不同的调制编码方式，对于控制信道和业务信道，这里主要涉及PD-SCH，使用TURBO的编码方式，RATE=1/3-1。

如图9-32所示，TD-LTE系统使用不同的高阶调制方式QPSK、16QAM及64QAM，这里所说的modulation实际上是做一个二进制到多进制的映射，产生complex-valued modula-tion symbols；其中k代表高阶调制的数据传送能力；越高阶的调制方式传输数据能力越强，但是需要更好的信道质量和更高的信噪比。

图9-32 调制方式及传输能力

5.MIMO方式

多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术作为TD-LTE系统的关键技术之一，通过在多个天线上分别发送多个数据流；利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道容量以及频谱利用率，或数据的传输质量。

MIMO有多种模式，可以提供多种增益。空分复用是以提高发送效率为目的，每个发射天线发射信号所携带的信息可以不同，可以成倍地提高数据传送的能力，但是需要好的信道环境和信道质量；分集是以提高抗干扰能力为目的，通过对每个发射天线的发射信号格式和排列上的处理，获取相应的抗干扰能力，但是无论天线数量如何增加，对数据的传送能力并不会提高。波束赋形技术：利用波的干涉原理产生指向用户来波方向的波束提高接收信噪比，主要用于信道质量较差（如小区边缘），用户移动速度较低的环境。MIMO传输模式及应用场景见表9-11。

表9-11 MIMO传输模式及应用场景

6.AMC（自适应调制和编码方式）

AMC是根据信道条件的变化来动态地选择适当的调制和编码方式（MCS），变化的周期一般为一个发送时间间隔（TTI），当信道质量较好时，采用高阶调制和较高的码率来实现高的传输速率，获得较高的吞吐量；当信道质量较差时，采用低阶的调制和较低的编码速率以保证传输链路的质量，从而实现多用户情况下进行系统资源的最优分配。(www.xing528.com)

AMC是基于信道质量指示（Channel Quality Indicator，CQI）信息反馈的。而CQI的测量过程是接受端根据信噪比测量的值（SINR映射），找出HARQ第一次重传能够满足误块率小于0.1的MCS，然后对应相应的CQI index。eNodeB接收到CQI后，修正（功率约束，等）、映射成合适的MCS等级，基站根据MCS等级选择合适的调制方式以及编码效率，见表9-12。

表9-12 AMC调制方式CQI对应表

在PDSCH信道上MCS等级及对应的TBS见表9-13。

表9-13 PDSCH信道上MCS等级及对应的TBS块

7.UE能力等级

TD-LTE系统的终端定义了不同的能力，不同的能力等级支持不同的传输速率，目前主要使用的UE等级为CAT3（下行最大支持100 Mbit/s的峰值速率）、CAT4（下行最大支持150 Mbit/s的峰值速率），见表9-14所示。

表9-14 下行UE能力

上行UE能力见表9-15。

表9-15 上行UE能力

8.TD-LTE系统速率的计算

通常人们谈论的TD-LTE数据传送能力，是指DL-PDSCH和UL-PUSCH的数据传送能力，这里应该是指纯粹的用户数据，不包括相应的控制信息和系统开销信息，通常可以使用的分析方法包括：计算理论的物理传送能力，计算扣除控制开销后的数据传送能力，计算Transport channel数据的传送能力。这些方法之间没有绝对的好坏优劣之分，可以根据需求自行选择所需的分析方法。以下简要介绍TD-LTE下行速率的计算方法：

假设：TD-LTE帧结构和特殊子帧结构的配置为congig1（dsuud），特殊子帧（10：2：2），系统带宽为20 MHz，采用64QAM调制方式，MIMO2×2，码率用1计算。

首先计算1个无线帧上可以用的资源块：

RE=14×12×100×4+10×12×100×2=91200

然后计算控制信道的开销：

PDCCH（Phich+pcfich已经包含）+Cell reference signal+PBCH+PSS+SSS

RE=3×12×100×4（4个子帧的控制符号）+2×12×100×2（特殊子帧的控制符号）+12×100×4（4个子帧CRS）+8×100×2（特殊子帧CRS）+6×4×12（PBCH）+（2+2）×6×12（PSS+SSS）=26176

除去控制信道的开销后剩余的RE：91200-26176=65024

速率=65024（总的PDSCH资源）×6（64QAM调制）×1（码率）×2（2×2 MIMO）/0.01（时间）=78028800 bit/s=74 Mbit/s（这里码率是用1计算的，如果换成CQI=14的码率对应于CAT3的终端，大约为63 Mbit/s）。