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從香農(nóng)公式去看LTE的傳輸速率

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發(fā)表于 2014-04-14 15:23:19 只看樓主

先向信息論鼻祖----香農(nóng)大師致敬。
拋開具體的術(shù)語不論，對于廣大手機(jī)上網(wǎng)用戶而言，2G、3G、4G最直觀的差異就在于數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提升。3GPP中要求LTE的速率要達(dá)到300Mbps，這是一個(gè)非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率，那么它是如何做到的呢？

我們來看香農(nóng)公式，C=B*log2(1+S/N)，解釋是：信道容量與信道帶寬成正比，同時(shí)還取決于系統(tǒng)信噪比以及編碼技術(shù)。那我們是否可以這么來理解這個(gè)公式：C=B*V，信息的最大傳送速率=信道帶寬*頻譜利用率。
這么看來，提高速率的方法有兩種，一種是加大信道帶寬，另一種是提高頻譜利用率。
先來看帶寬，比較一下2G、3G、LTE的帶寬，2G的GSM每個(gè)頻點(diǎn)的帶寬200KHz，即每個(gè)用戶的可用帶寬是200KHz；3G每個(gè)用戶的可用帶寬是5MHz；而LTE的可用帶寬是20MHz。帶寬越大資源越多，速率自然越高，但是頻率資源是非常有限的，所以僅通過擴(kuò)展帶寬的方法是不可行的。
再來看頻譜利用率，即每秒每Hz傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，比特?cái)?shù)越多意味著利用率越高。提高頻譜利用率的手段一般是采用高效的編碼方式和高階的調(diào)制方式。高效的編碼方式能使得數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)的抗干擾性增強(qiáng)，也就意味著吞吐量的提升；高階的調(diào)制方式能使得一個(gè)脈沖符號代表更多的比特?cái)?shù)，比如BPSK調(diào)制后一個(gè)脈沖符號僅代表1個(gè)比特信息，而64QAM調(diào)制后一個(gè)脈沖符號卻代表6個(gè)比特信息，對速率的提升是數(shù)量級的。2G的GSM使用的是GMSK調(diào)制方式，編碼后信息最大傳送速率為270.4kbps，這些是在200KHz的載波帶寬上完成的，那么就可以得到GSM的頻譜利用率為1.35bits/s/Hz。3G標(biāo)準(zhǔn)中使用了更高階的編碼和調(diào)制技術(shù)，使得頻譜利用率達(dá)到2.8bits/s/Hz甚至更高。LTE在調(diào)制和編碼上和3G一樣，都使用了turbo編碼和最高64QAM的調(diào)制技術(shù)，并且LTE支持多天線技術(shù)MIMO，就像是原本一個(gè)人用一個(gè)天線發(fā)數(shù)據(jù)，MIMO后一個(gè)人可以用多個(gè)天線發(fā)數(shù)據(jù)，速率也是成倍增長的。不僅如此，LTE還使用了OFDM等多種技術(shù)來提高頻譜利用率，所以LTE的頻譜利用率高達(dá)15bits/s/Hz。
綜上所述，LTE能實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，最主要的手段是采用了高效的編碼方式和高階的調(diào)制方式，以及OFDM技術(shù)、MIMO技術(shù)等等提高了頻譜的利用率。
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發(fā)表于 2014-04-15 14:45:23 只看樓主

時(shí)間: 2014年4月28日星期一 13:30 – 16:30
地點(diǎn): 愛立信學(xué)院（北京）北京市朝陽區(qū)利澤東街5號愛立信大廈1層B區(qū)費(fèi)用：免費(fèi)
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發(fā)表于 2014-04-20 18:03:53

深刻，易懂，LZ說的不錯(cuò)

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