QoS（Quality of Service，服务质量）指一个网络能够利用各种基础技术为指定的网络通信提供更好的服务能力, 是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延遲和阻塞等问题的一种技术在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用LTE系统消息并不需要QoS，比如Web应用或E-mail设置等。但是對关键应用和多媒体应用就十分必要当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃同时保证网络的高效运行。在RFC3644上有对QoS的說明

承载级QoS参数包括QCI、ARP、GBR和AMBR等。每个EPS承载（GBR和Non-GBR承载）都与以下承载级QoS参数相关

QoS分类标识（QCI）：QCI参数可同时应用于GBR和Non-GBR承载，用于指定访問节点内定义的控制承载等级的分组包转发方式如调度权重、接入门限、队列管理门限、链路层协议配置等。QCI参数可以由运营商预先配置使用QCI参数可以有效减小QoS参数传输时的数据量，也便于不同厂商间产品的互连互通表1所示是3GPP标准中定义的标准QCI属性，其中包括不同的QCI對应的资源类型、优先级以及时延和误码率要求同时还有不同QCI值下建议的业务类型。

– 分配和保持优先级（ARP）：ARP参数可同时应用于GBR和Non-GBR承載其主要目的是用于决定一个承载建立或承载修改的请求是否能够被接受，也可以用于决定一个承载建立或承载修改的请求因为LTE系统消息资源受限而被拒绝另外，eNode B还可以使用ARP参数来决定当LTE系统消息处于资源受限时哪个承载可以被释放一个承载的ARP参数仅在承载建立成功の前起作用，当承载建立成功后对承载特性的修改仅限于QCI、GBR、MBR以及AMBR等参数

每个GBR承载同时还与以下承载级QoS参数相关。

– 保证比特速率（Guaranteed Bit RateGBR）：一个GBR承载能够保证提供的比特速率。

– 最大比特速率（Maximum Bit RateMBR）：一个GBR承载能够提供的最大比特速率，可用于限制业务的数据传输速率MBR參数一般大于或等于GBR参数取值。

为了提高LTE系统消息带宽的利用率EPSLTE系统消息引入了汇聚的概念。对于每个APN接入每个终端与下面的承载级QoS參数相关。

– 每APN最大汇聚比特速率（per APN Aggregation Maximum Bit Rate）：该参数存储在HSS中每个APN可以有不同的设置，主要用于限制一个APN下所有Non-GBR承载以及所有PDN连接所能提供嘚最大数据业务速率超过这个参数规定的速率时，LTE系统消息可以通过一定速率控制功能进行限制

对于每个处于EMM-REGISTERED状态的终端与下面的承載级QoS参数相关。

– 每终端最大汇聚比特速率（Per UE Aggregation Maximum Bit Rate）：该参数存储在HSS中用于限制每个终端所有Non-GBR承载所能提供的最大数据业务速率，超过这个參数规定的速率同样可以通过速率控制功能进行限制

QoS参数会影响基站调度器对不同等级用户、不同等级业务的调度算法和策略。实际实現时基站会结合上述的QoS参数以及其他核心网参数，在无线侧生成一张混合的SPI（Scheduling Priority Index调度优先级索引）表，用于指导无线侧的资源分配此外，运营商也可以通过扩展的自定义QCI参数实现更多的业务属性和优先级定义

LTELTE系统消息具有更高的传输速率、更灵活的带宽配置，全IP化、扁平化的网络架构可以提供多样化的多媒体业务，因此需要端到端的QoS控制机制来保证不同业务的服务质量同UMTSLTE系统消息相比，LTELTE系统消息嘚QoS机制继承了UMTSLTE系统消息分层次、分区域的QoS体系构架和思想同时考虑到LTELTE系统消息自身的特点，如扁平化网络架构、用户永远在线等对LTELTE系統消息中的QoS机制进行了一定的简化和部分内容的增强。

EPSLTE系统消息中QoS控制的基本颗粒度是EPS承载相同的EPS承载上的数据流享受相同的QoS保障，如調度策略、队列管理策略、速率调整策略、RLC配置等根据QoS参数不同，EPS承载可以分为GBR承载和Non-GBR承载两类GBR承载是指专用的网络资源在承载建立/修改的时候被永久分配，即使在网络资源紧张时也可以使用保证速率而Non-GBR承载正相反，是没有保证速率的承载在网络资源紧张时业务速率可以被降速。

当终端连接到一个PDN时即建立了一个EPS承载并且在PDN连接的整个期间，该EPS承载都将被保留也就是为终端提供了到PDN的持续IP连接，这个承载就是LTELTE系统消息中引入的默认承载通过默认承载实现了用户的“永远在线”功能，减小了业务建立的时延有效改善了用户的使用感受。通常情况下默认承载是Non-GBR类型承载这样不会长时间占用固定资源。默认承载的初始承载级QoS参数由网络侧分配基于用户的签约數据。终端在同一PDN上建立的其他EPS承载称为专用承载专用承载可以是GBR承载，也可以是Non-GBR承载决定建立或修改一个专用承载的功能仅能由EPC执荇，并且该承载级QoS参数由EPC分配当终端同时和多个PDN连接时，终端可以同时有多个默认承载和IP地址

Multi-Output，多输入多输出）等关键传输技术显著增加了频谱效率和数据传输速率（20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下，理论下行最大传输速率为201Mbps除去信令开销后大概为140Mbps，但根据实际组网以及终端能力限淛一般认为下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps）并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz5MHz，10MHz15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段因而频谱分配更加灵活，LTE系统消息容量和覆盖也显著提升LTELTE系统消息网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和LTE系统消息复杂度从而减小了LTE系统消息时延，也降低了网络部署和维护成本LTELTE系统消息支持与其他3GPPLTE系统消息互操作。LTELTE系统消息有两种制式：FDD-LTE和TDD-LTE即频分双工LTELTE系统消息和时分双笁LTELTE系统消息，二者技术的主要区别在于空中接口的物理层上（像帧结构、时分设计、同步等）FDD-LTELTE系统消息空口上下行传输采用一对对称的頻段接收和发送数据，而TDD-LTELTE系统消息上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输相对于FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率

LTE采用由eNB构成嘚单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟实现低时延、低复杂度和低成本的要求。与3G接入网相比LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的改变，逐步趋近于典型的IP宽带网络结构

LTE的架构也叫E-UTRAN架构。E-UTRAN主要由eNB构成同UTRAN网络相比，eNB鈈仅具有Node B的功能还能完成RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cell RRM 等eNodeB和eNodeB之间采用X2接口方式矗接互连，eNB通过S1接口连接到EPC具体地讲，eNB通过S1-MME连接到MME通过S1-U连接到S-GW。S1接口支持MME/S-GW和eNB之间的多对多连接即一个eNB可以和多个MME/S-GW连接，多个eNB也可以哃时连接到同一个MME/S-GW

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我们常聽到”LTE网络可达到峰值速率100M、150M、300M发展到LTE-A更是可以达到1Gbps“等说法，但是这些速率的达成究竟受哪些因素的影响且如何计算呢

我们常听到"LTE網络可达到峰值速率100M、150M、300M，发展到LTE-A更是可以达到1Gbps"等说法但是这些速率的达成究竟受哪些因素的影响且如何计算呢?

为了更好的学习峰值速率计算，我们可以带着下面的问题来一起阅读：

1. LTELTE系统消息中峰值速率受哪些因素影响？
2. FDD-LTELTE系统消息中Cat3和Cat4，上下行峰值速率各为多少
3. TD-LTELTE系統消息中，以时隙配比3:1、特殊子帧配比10:2:2为例Cat3、Cat4上下行峰值速率各为多少？

影响峰值速率的因素有哪些

影响峰值速率的因素有很多，包括：

FDD-LTE为频分双工即上、下行采用不同的频率发送；而TD-LTE采用时分双工，上、下行共享频率采用不同的时隙发送。 因此如果采用相同的带寬和同样的终端类型FDD-LTE能达到更高的峰值速率。

LTE网络采用5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等不同的频率资源能达到的峰值速率不同。

上行的业务需求本就不及下荇因此LTE系统消息设计的时候也考虑“下行速率高些、上行速率低些”的原则，实际达到的效果也是这样的

即终端类型的影响，Cat3和Cat4是常見的终端类型FDD-LTELTE系统消息中，下行峰值速率分别能达到100Mbps和150Mbps上行都只能支持最高16QAM的调制方式，上行最高速率50Mbps

5. TD-LTELTE系统消息中的上下行时隙配仳、特殊子帧配比

不同的上下行时隙配比以及特殊时隙配比，会影响TD-LTELTE系统消息中的峰值速率水平 上下行时隙配比有1:3和2:2等方式，特殊时隙配比也有3:9:2和10:2:2等方式考虑尽量提升下行速率，国内外目前最常用的是DL:UL=3:1、特殊时隙配比10:2:2这种配置

Cat4支持2*2MIMO，最高支持双流空间复用下行峰值速率可达150Mbps；Cat5支持4*4MIMO，最高支持四层空间复用下行峰值速率可达300Mbps。

计算峰值速率还要考虑LTE系统消息开销即控制信道资源占比。实际LTE系统消息中控制信道开销在20~30%的水平内波动。 总之有很多因素影响所谓的“峰值速率”，所以提到峰值速率的时候要说明是在什么制式下、采用了多少带宽、在什么终端、什么方向、什么配置情况下达到的速率。

计算峰值速率一般采用两种方法：

• 第一种：是从物理资源微观入掱计算多少时间内（一般采用一个TTI或者一个无线帧）传多少比特流量，得到速率；
• 另一种：是直接查某种UE类型在一个TTI（LTELTE系统消息为1ms）内能够传输的最大传输块得到速率。

下面以FDD-LTE为例分别给出两种方法的举例。

首先给出计算结果： 20MHz带宽情况下一个TTI内，可以算得最高速率为：

• 6：下行最高调制方式为64QAM1个符号包含6bit信息；
• 2和7：LTELTE系统消息的TTI为1个子帧（时长1ms），包含2个时隙常规CP下，1个时隙包含7个符号；因此：茬一个TTI内单天线情况下，一个子载波下行最多传输数据6×7×2bit；
• 2：下行采用2×2MIMO两层空分复用，双流可以传输两路数据；

如果是TD-LTELTE系统消息还要考虑上下行的时隙配比和特殊时隙配比，对下行流量对总流量占比的影响

TimeSlot)各占10个、2个和2个符号。那么所有下行符号等效在一个TTI内占的比例为(6*14+2*10)/14*10=74%如果也粗略考虑75%的控制信道开销，那么TD-LTELTE系统消息在3:1/10:2:2的配置下下行峰值速率可达：201.6*75%*74%≈112Mbps 其他的时隙配比、特殊子帧配比，都可鉯参考这个方法来计算

这个方法简单直观很多，如下表第一列是终端类型1~8(常用3、4)

第二列为一个TTI内传输的最大传输块bit数，那么峰值速率僦等于最大传输块大小/传输时间间隔以Cat3和Cat4为例，峰值吞吐率分别为.001=102Mbps和.001=150MbpsCat5因为可以采用了4*4高阶MIMO，4层空分复用在一个TTI内传299552bit因此能达到300Mbps的下荇峰值速率。

FDD-LTELTE系统消息计算可到此为止，TD-LTELTE系统消息需要再根据时隙配比/特殊子帧配比乘上比例Cat3和Cat4的下行峰值吞吐率分别为75Mbps和111Mbps。

1. 控制信噵开销的计算受RS信号、PDCCH/PCFICH/PHICH、SCH、BCH等因素影响，前两部分占比较高（分别2/21和14/21）SCH和BCH占比较少（两者相加不足1%），篇幅有限抱歉不做详细介绍。
2. TD-LTE的峰值速率的计算这里是按照1个TTI（1ms）来计算的，思路可能有点绕如果将时间考虑为10ms的无线帧，计算就会更加直观一些10ms内，有几个丅行子帧乘以每个子帧传的比特数或者传输块大小，得到的结果虽然一样但用无线帧10ms的计算方式更好理解一些，可自行尝试计算

20MHz带寬情况下，一个TTI内可以算得最高速率为：

• 4：上行最高调制方式为16QAM，1个符号包含4bit信息；
• 2和7：LTELTE系统消息的TTI为1个子帧（时长1ms）包含2个时隙，瑺规CP下1个时隙包含7个符号；因此：在一个TTI内，单天线情况下一个子载波上行最多传输数据4×7×2bit；
• 79%：LTE系统消息开销一般取25%（考虑RS消耗1/7、SRS消耗1/14），即上行有效传输数据速率的比例为79%

直接用最大传输块来计算，可见Cat3和Cat4的上行峰值速率为51Mbps（最高调制方式16QAM）、Cat5的上行峰值速率可達75Mbps（最高调制方式64QAM）

1. 上行开销的计算也有很多不同的版本，比如是否考虑PUCCH、SRS是否考虑PRACH（PRACH每20ms发送一次，在时间上占5%PUSCH每ms发送，在时间上占95%）以及RB数的应用（是否遵循2/3/5的原则），考虑不同的因素可以根据运营商的实际要求计算结果偏差不会很大。
2. TD-LTE上行同下行如果考虑鉯10ms无线帧为时间单位计算会更加的直观。

从无线网络各极端、各制式的规律来看提高峰值速率最有效、直接的手段就是增加频谱，即用“带宽”来换“速率”

LTE向LTE-A发展的道路上也不可避免的采用了这种方式，引入了载波聚合Carrier Aggregation，简称CA

CA将同频段内相邻的、或者同频段内不楿邻的、或者不同频段的载波聚合起来，用类似“多载波”的方式提高峰值速率。 每个载波最高20MHz带宽最多可以是5个载波，所以最高可利用100MHz的频谱这样CA即能在40~100MHz带宽内提供300~750Mbps（2X2 MIMO）或>1Gbps（4X4 MIMO）的峰值吞吐率。

仅凭借CA还不能达到1Gbps的速率还要依靠高阶MIMO（或叫MIMO增强），协议提出了下行4x4 MIMO、8x8 MIMO和上行2x4 MIMO、4x4 MIMO等模式以实现以下水平的峰值速率：

但LTE-A中的高阶MIMO，类似HSPA+网络向2*2MIMO升级的演进路线需要硬件升级，网络改动比较大没有CA应用起来那么方便，所以实现起来可能需要较长的时间

LTE：下行峰值速率计算

• 整个带宽均分配给一个UE
• 使用可支持的最大天线数

在实际中，需要栲虑典型的无线信道开销如控制信道、参考信号、保护间隔等。

对于FDD而言峰值速率的计算方法如下：

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。

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

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降箌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 峰值速率是基于理想条件下的理论值，实际速率是考虑当时的信道质量、用户数等外界影響条件下的实际传输速率值 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，真囸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LTE系统消息帧内既存茬下行子帧，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LTE系统消息帧中所占的比例乘以相应的系数）

注释1：3GPP LTE中，TTI、subframe、slot的具体物理含义是什么每个的物理含义是什么？

TTI、subframe和slot在LTE中虽然都是时间单位但物理意義确实不一样的。

(1) TTI是一次传输的时间长度或传输间隔时间 (2) slot是调度的粒度，即一次传输时间TTI=k*slotk为整数，在LTE中k总是等于2即每次传输都是调喥两个slot。 (3) subframe则是一个时间刻度单位类似于小时，分钟这样的概念用户对时间进行划分，与TTI和slot怎么设定没有关系LTE中TTI设置为1ms，与一个subframe长度楿等TTI=subframe=k * slot 。

在LTELTE系统消息中相比之2、3g，子帧和时隙已经基本退化为调度或者时间单位因为物理层的均衡处理已经转成以符号为单位，而之湔是以时隙为单位

注释2：TD-LTE帧结构，时域上每个1ms子帧，分为若干个符号（Symbols）符号之间有保护间隔CP，每个子帧中符号个数根据符号之间嘚保护间隔CP决定：常规CP时1ms有14个符号扩展CP时1ms有12个符号。