### LTE小区物理层速率计算方法详解
#### 一、理解LTE系统中数据的传递方式
在LTE(Long Term Evolution)系统中，数据从发射端到接收端的传递过程涉及多个步骤，这些步骤共同确保了数据的有效传输。具体而言，数据传递过程可以概括为以下几个主要阶段：
1. **数字信号源**：初始数据以比特流的形式存在。
2. **编码加扰**：为了提高传输的可靠性和安全性，数据会进行编码和加扰处理。
3. **速率适配**：根据信道条件调整数据传输速率，以匹配信道容量。
4. **比特到符号映射（基带调制）**：将比特流转换成符号，即进行调制，以便在无线环境中传输。
5. **IFFT变换**：将频域信号转换为时域信号，便于后续处理。
6. **添加循环前缀**：为了抵抗多径效应的影响，在信号中加入循环前缀。
7. **射频调制**：将时域信号进一步处理为适合在空中传播的形式。
8. **天线发射**：通过天线将信号发送出去。
在这个过程中，信号经历了从数字信号到模拟信号的转换。模拟信号（即电磁波）作为物理层传输的介质，虽然无法直接衡量，但可以通过上层的数据包（如帧）来进行间接评估。
#### 二、理解LTE系统的帧结构
LTE系统中的帧结构对于理解数据如何在时间上被组织至关重要。LTE系统中的帧结构如下：
1. **无线帧**：一个无线帧的时长为10毫秒(ms)，包含10个子帧。
2. **子帧**：每个子帧的时长为1ms，分为两个时隙。
3. **时隙**：每个时隙包含7个符号（symbol），这里的符号是指OFDM符号，其数量取决于循环前缀长度和子载波间隔。
4. **资源格**：在一个时隙周期内，M个子载波和N个OFDM符号组成的区域被称为资源格。
5. **资源单元（RE）**：资源格中的每一个元素称为资源单元(RE)，代表了一个时隙内某个子载波上的一个调制符号。
6. **资源块（RB）**：时域上的7个符号与频域上的12个子载波确定的84个RE定义为1个RB，它是调度的基本单位。
7. **调制方式**：调制方式决定了每个RE可以承载的信息量，例如QPSK、16QAM、64QAM分别支持2、4、6 bit/RE的效率。
#### 三、理解吞吐量的概念及计算方法
吞吐量是指单位时间内系统能承载的数据量，通常以比特每秒(bit/s)为单位来衡量。LTE小区物理层理论峰值速率的计算公式如下：
\[ \text{理论峰值速率} = (\text{码字复用比率}) \times (\text{RB数量}) \times 12 \times 14 \times (1 - \text{损耗}) \times (\text{调制符号效率}) \times 1000 \times (\text{码率}) \]
其中：
- **损耗**包括信道占用损耗和下行导频损耗。
- **码字复用比率**：根据不同MIMO模式有不同的复用比率。
- **RB数量**：不同带宽对应不同的RB数量。
- **调制符号效率**：根据调制方式的不同，分别为2、4或6 bit/RE。
#### 四、损耗与码字复用比率
- **损耗**：包括信道占用损耗和下行导频损耗。
- 信道占用损耗为PDCCH的开销，例如，在一个下行子帧中，PDCCH仅占一个符号且位于第一个符号时，其开销最小，此时开销为\(8/(14 \times 12) = 1/21\)。
- 下行导频损耗取决于天线发射的数量，例如，1天线发射时为\(4/84 = 1/21\)，2天线发射时为\(2/21\)，4天线发射时为\(12/84 = 1/7\)。
- **码字复用比率**：MIMO2×2的复用率为2，MIMO4×4的复用率为4，MU-MIMO复用率为2。
#### 五、计算示例
**例子1**：计算FDD LTE系统20M带宽，2×2 MIMO，64QAM调制方式，Code Rate为1时，单小区下行物理层理论速率为：
\[ 2 \times 100 \times 12 \times 14 \times (1 - 1/21 - 2/21) \times 6 \times 1000 = 172.8 Mbps \]
**例子2**：计算FDD LTE系统20M带宽，MU-MIMO，64QAM调制方式，Code Rate为1时，单小区上行物理层理论速率为：
\[ 2 \times 96 \times 12 \times 14 \times (1 - 1/7) \times 6 \times 1000 = 165.9 Mbps \]
这里，96的来由是因为20M带宽包含100个RB，其中PUCCH占用2个RB，因此可用于PUSCH传输的为98RB。然而，在MU-MIMO模式下，受限于单个DSP最多只能处理32RB的约束，因此3个DSP最多只能处理96RB。
以上内容详细阐述了LTE小区物理层速率计算的相关知识点，包括数据传递方式、帧结构、吞吐量的概念及其计算方法等方面。通过对这些知识点的理解，可以更好地把握LTE系统的工作原理和技术细节。
