無線傳輸的理論速度是怎麼算出來的？

01-16

對這個很外行，不好意思實名，但是對無線射頻什麼的很感興趣，求解答，比如3G4G的理論速度，802.11b/g/b/ac的理論傳輸速度，還有為什麼上行和下行速度不一樣呢？

要理解這些無線協議的理論速率是怎麼計算的，還真得要有一定的通信基礎知識才行。比如以WCDMA為例，HSDPA理論速率14.4Mbps是這麼得來的:HSDPA業務協議允許最多使用15個SF=16的碼字用於HS-DSCH信道傳輸，每個SF=16的碼道可傳輸的符號是碼片速率÷16，已知WCDMA碼片速率為3.84Mchip/S，所以每個碼道可傳輸的符號數量為240個，使用16QAM調製的情況下每個符號可容納4個比特，經過編碼和速率匹配後實際編碼速率為1，所以得出HSDPA速率為:15(15個SF=16的碼道)×4(16QAM調製下每個符號可容納4個比特)×240(每個SF=16的碼道可容納240個符號)×1(編碼速率為1)=14.4Mbps。

那現在聯通宣傳的21M網路又是怎麼得來的？那就是在原來HSDPA基礎上使用64QAM調製，64QAM調製可以讓每個符號容納的比特數增加到6個，比原先16QAM調製容納的多了1.5倍，所以是14.4Mbps×1.5=21.6Mbps，宣傳為21Mbps。

那現在聯通又在宣傳的42M網路又是怎麼得來的？那就是應用了雙載波調製技術，允許一台手機從兩個載波中同時傳輸數據，原來一個載波最高可以傳21Mbps的速率，現在兩個載波就為42Mbps。

其他無線通信協議也有自己的計算方式，這裡就不多加闡述(因為我也不懂Ｏ(≧?≦)Ｏ)。另外那些速率都是理論上的，實際要打不少折扣，比如64QAM調製對無線信道的質量要求很高，15個碼道很少能同時用到，因為實際中一個載波不止只有一個用戶，而且單載波小區，哪怕是雙載波小區中也要預留一定的資源給CS業務，也就是語音、簡訊什麼的，不可能都給PS業務（上網業務）。

那為什麼上下行速率不一樣？因為目前還是下行的流量要多於上行的流量，所以設計的時候往往也是要求下行的速率要高於上行速率。當然，還有其他原因，比如WCDMA是自干擾系統，上行受限明顯，對用戶的上行發射功率和速率都是抑制狀態，避免對其他用戶產生干擾。換一種通俗的解釋就是，手機只要管好自己的事情就好了，不用在意其他手機，而基站不一樣，不但要管好自己覆蓋下的那麼多手機，還要聽從上層網元（BSC/RNC）的命令和其他基站協調好（LTE中則是相鄰基站之間直接協調），如果某部手機說話很大聲（發射功率過大），可能會淹沒掉到其他的手機的聲音，導致基站無法成功解調其他手機發來的信號。同時手機一般都是和一個基站保持上行和下行連接（如果是軟切換狀態下則會和多個基站保持上下行連接），而基站是要和N部手機保持N個上行和下行連接，另外手機本身的設計，比如要求小巧省電，這就對上行功能產生了影響，手機就像是小孩子，每次搬運的東西不能太多，而基站就像是大力士，每次搬很多東西都不在話下。還有手機的發射功率要遠小於基站，這不但要求基站的接收能力要很靈敏，同時不能使用太高的調製，因為高階調製對於無線信道要求比較高，因此低階調製要比高階調製更適合上行信道，而低階調製所能達到的速率就比高階調製低。總之上行和下行往往不是一回事，要分開考慮。

PS:要理解速率是怎麼算的，還得弄清楚什麼是碼片速率，什麼是碼道，調製是什麼，為什麼64QAM就比16QAM多1.5數據量，這可是可以單獨這一本書的～

額。。。好多個協議。。。每一個協議都有自己的速率計算方式，而且這裡好像理論速率是不是指物理層的速率，而不是最大信道容量。前者是根據具體的協議中規定的發送接收方式所計算出來，後者是通過香農公式進行計算（或者在信道非理想的情況下，採用中斷信道容量）。有空我再查下其他的，這裡列個802.11a的計算方式（實際上是參考之前在WiFi 信號強度和網速有關係嗎？ - 知乎用戶的回答的回答，802.11a/g/n/ac大體上計算速率的框架都一樣，具體的MCS參數以及symbol周期會有區別，802.11b的速率計算方式與OFDM的不同，有空再補充）

以802.11a速率計算作為例子，其物理層傳輸速率是通過MCS表進行計算出來的，如下圖：

上圖實際上是描述的是802.11a的MCS表，MCS表實際上是描述對應不同速率的調製方式以及編碼方式。這裡每一行決定一種發送速率，不同的發送速率對應不送的信道質量，當信道質量好的時候，發送速率快一些，信道質量差的時候，發送速率慢一些。

MCS表中的第二列是調製方式，實際上計算帶進去的值是調製的階數（故需要將調製方式轉換為階數）。第三列是對應的編碼速率，這裡又稱為FEC速率（FEC是前向糾錯碼的名稱，Forward Error Correction）。在802.11a中是採用卷積碼的形式進行編碼的，然後在解碼的時候採用的是viterbi演算法。FEC速率可以簡單理解成冗餘度，即1/2可以理解成1個bit用2個bit來重複發送。最後一列對應的就是實際的物理層速率了。然後我們關注的是物理層的速率計算，通常我們簡單理解物理層的速率計算等於子載波數*調製階數*編碼效率 / 發送間隔。

舉個例子：對應調製方式為16QAM，編碼效率為1/2的速率。同時我們還需要補充的條件是：在802.11a中，數據子載波是48個，OFDM symbol的時間是4us（簡單理解成每次傳輸的時間間隔），16QAM每次可以傳輸的物理層比特數為4（即2的4次方為16）。即 24Mbps = 48*4*(1/2) / 4us 。每一種速率通過不同的編碼方式，從而達到不同的實際速率。PS：如果在802.11n/ac中還存在不同的帶寬模式，對應不同帶寬對應不同的子載波數，這裡由於是802.11a所以子載波數固定。

香農公式

把所有的資源，都給你一個用戶，能多傳就多傳，而且假設傳輸環境極好，發下去你一定能正確的接收。在這種情況下看速率是多少。

舉個LTE-A的例子，

能聚合的載波都用上，

20MHz帶寬都給你

8層傳輸(能支持的最大的並行傳輸數目)

64QAM的最高碼率

最少的控制佔用資源

通常數據業餘都是下載多，上傳少，所以各種通信系統幾乎都是下行峰值高於上行峰值。

補充前一個答案的香農公式計算式：

C=B*log(1+S/N)。。log是以10為底的對數

其中：

C為信道容量，即所能達到的最大傳輸速率，單位bit/s

B為傳輸帶寬，單位Hz

S為輸出信號功率，單位W

N為信道雜訊功率，單位W

以上。。