理论计算 5G NR 吞吐量
前景理论 2021-04-29

5G NR在继承了LTE原有部分技术基础上,采用技术演进和新技术创新。比如NR继承了LTE的OFDM和SC-FDM,但又将OFDM升级为F-OFDM,NR继承了LTE的多天线技术,但 MIMO天线的数目、用户容量以及用户的流数比LTE更多。在调制技术上,支持更高的调制阶数256QAM,同时在 LTE 的基础上进一步提升了系统带宽,当前最大可以支持到 400Mhz 带宽,因此在速率方面,5GNR理论上比LTE要高的多。


根据 3GPP TS 38.913 定义,5G NR期望的下行峰值速率为 20Gbps,上行峰值速率为10Gbps,设备密度达106/Km2,空口时延小于 1ms,支持速度 500Km/h。因此在理论原理上,资源块PRB数量、符号 Symbol数量、 帧结构等相关参数, 将决定 5G NR 的理论峰值速率。


以前 5G sub-6GHz 频段为例, 最多传输的 PRB 数目如下表 1 所示, 摘选自 3GPP TS 38. 101-1协议。其中,系统带宽 100M,子载波间隔30KHz 的 5G 系统, 最多传输的 PRB 数目为273, 因此峰值速率采用 100MHz 带宽 273PRB 进行计算。

以30KHz的子载波间隔为例,循环前缀的类型是 Nomal CP,每个 slot的OFDM符号是14,时域资源、频域资源均和参数集μ 相关, 以μ =1,30KHz 的子match载波为例,则每个 slot占用的时间是0.5ms。

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)。我们计算时扣除开销部分做近似处理, 认为3个符号用于参考信号的发送,剩下11个符号用于数据传输。

常见的帧结构配置:2.5ms双周期,5ms内有(5+2*10/14)个下行 slot,则每毫秒的下行slot数目约为1.28个/ms。5ms单周期,5ms 内有(7+6/14)个下行slot,则每毫秒的下行slot数目约为1.48 个/ms。

1)5G上match行理论峰值速率计算:上行基本配置,2流,64QAM(一个符号 6bit)

  • Type1:2.5ms双周期 

由2.5ms双周期帧结构可知,在特殊子帧时隙配比为10:2:2的情况下,5ms内有(3+2*2/14)个上行slot,则每毫秒的上行slot数目约为0.657个/ms。上行理论峰值速率计算:273RB*12子载波*11符号(扣除开销)*0.657/ms*6bit(64QAM)*2流=284Mbps。

  • Type2:5ms单周期 

由5ms单周期帧结构可知,在特殊子帧时隙配比为6:4:4的情况下,5ms内有(2+4/14)个上行slot,则每毫秒的上行slot数目约为 0. 457/ms。上行理论峰值速率计算:273RB*12子载波*11符号(扣除开销)*0.457/ms*6bit(64QAM) *2流=198Mbps。

2)5G下行理论峰值速率计算:下行基本配置,4流,256QAM(一个符号 8bit)

  • Type1:2.5ms双周期 

由 2.5ms双周期帧结构可知,在特殊子帧时隙配比为10:2:2的情况下,5ms内有(5+2*10/14)个下行slot,则每毫秒的下行slot 数目约为1.28个/ms。下行理论峰值速率计算:273RB*12子载波*11符号(扣除开销)*1.28/ms*8bit(256QAM) *4 流=1.48Gbps。

  • Type2:5ms单周期 

由5ms单周期帧结构可知,在特殊子帧时隙配比为6:4:4的情况下, 5ms内有(7+6/14)个下行slot, 则每毫秒的下行slot数目 约为 1. 48个/ms。下行理论峰值速率的计算:273RB*12子载波*11符号(扣除开销)*1.48/ms*8bit(256QAM) *4 流=1.7Gbps。

5G上下行理论峰值速率:不同带宽、帧结构类型、MCS、流数对应的5G的上下行理论峰值, 速率也不同,具体如下表2。

 

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