LTE spectral efficiency

 LTE 표준은 15bps/Hz의 효율을 갖게되며, 이는 IMT-Advanced 의 기준인 15bps/Hz에 부합되기는 하지만 조금 더 높은 속도를 구현할 수 는 있다.

 

이 문서에서는 OFDM의 10% Guard band를 고려하지 않으며, 일반 CP를 기준으로 작성되어 있습니다.

 

 

 

 

10MHz LTE 서비스의 경우 총 55개의 RB가 전송하게 되고 20MHz 시에는 110개의 RB가 전송이 되는데 이런 RB들은 Resource element들의 묶음으로 이루어진다.

 

RB 계산은 12 subcarrier * 7 OFDM sysbol로 총 84개의 Resource element가 된다.

확장 CP의 경우 CP길이의 증가로 6 OFDM으로 되고 72개의 element로 구성이 되며 변조 또한 rate에 영향을 미치게 된다. HSPA에서는 4비트의 16QAM을 사용하였으며,  LTE에서는 최대 64QAM(Rel.12의 경우 256QAM)을 지원하는데 2^6이기 때문에 결국 6 비트 전송이 가능하다. 단면적인 부분에서는 element당 6비트의 전송이 가능하다고 볼 수 있다.

 

LTE 에서의 Resource element의 모든 합을 구하여 계산할 경우 110(RB) * 12(subcarrier) * 2(slot) * 7(symbol) * 6(64QAM)로 구성된다. 계산 할경우 110,880이 되고 약 110.8Mbps의 속도가 나온다. 하지만 최대 4 layer까지 구성이 가능하기 때문에 4를 곱하면 443,520이 되어 약 444Mbps가 가능하지만 이는 순수히 전체 element의 합일 뿐 L1/L2 제어 채널 이나 PSS, SSS등을 고려하지 않은 경우가 된다.

 

 

제어 채널 구성

제어 채널은 PDCCH에 속하는 구간으로 한개의 subframe당 앞부분 3개의 OFDM 심볼을 사용할 수 없다.

 

BCH와 PSS, SSS

BCH는 subframe 1의 2 slot에서 전송되는데 가장 중심인 72개를 점유하지만, DC 부반송파의 이유로 71개가 전송이 된다. 마찬가지로 PSS, SSS는 subframe 1, 5에서 전송이 되며 각각 73개씩 하여 총 292 element가 사용되고 DC 부반송파로 인하여 -4가 적용된다.

 

 

CRS (Cell-specific Reference Signal)

기본적으로 단말이 안테나를 추정하기 위해 기본적으로 구성되는 reference signal이다. 2 by 2인 Port 0, 1 경우 CRS로 인하여 데이터 전송에 사용할 수 없는 element가 6개가 되며, 4 by 4 사용시 추가되는 Port 2와 3은 2개씩 자원 사용을 못하게 된다.

 

DC 부반송파

주파수 축에서 가장 중심의 DC 부반송파를 전송하지 못하며, 제어 채널을 제외한 하나의 서브프레임(두 개의 슬롯), 즉. 서브프레임당 11개 심볼이 10개의 서브프레임으로 구성되어 110개의 DC부반송파를 계산할 수 있다.

 

 

Total

All element 110 * 12 * 2 * 7 * 6 = 110,880

PDCCH(control) 110 * 12 * 3 * 6 = 23,760

PSS/SSS, BCH (288+71) * 6 = 2,154

Antenna RSs Port 0, 1 : 110 * 6 * 6 = 3,960 / Port 2, 3 : 110 * 2 * 6 = 1,320        (제어채널에서의 element를 이미 제외 하였기에 14서브캐리어중 11개의 서브캐리어 기준으로 계산)

 

BCH와 RS간의 중복 = 12

DC subcarriers (110 - 8) * 6 = 612      (PSS/SSS에서 이미 제거된 element개수: 8)

 

 

Port 0 + 1 : 110,880(All) - 23,760(control) - 2,154(PSS/SSS) - 3,960(RS) - 612(DC)  = 160,788

Port 2 + 3 : 110,880(All) - 23,760(control) - 2,154(PSS/SSS) - 1,320(RS) - 612(DC)  = 166,068

 

160,788+ 166,068= 326,856

Task specific spectral effciency 2 by 2 : 16.3bps/Hz

326,856/ 2 = 163,428-> approximately 163Mbps -> 16.3bps/Hz

 

RS와 BCH간 중복 계산시 Port 0,1과 Port 2, 3간 별개의 개수로 계산하지 않았으나 해당 오차는 생략

 

LTE Rel.8 표준 에서는 16.3bps/Hz 이지만 LTE-A Rel.10 에서는 주파수당 15.0bps/Hz가 된다. 이 이유는 R-PDCCH나 E-PDCCH와 같은 제어채널들의 추가적인 탑재로 element들을 소모하기 때문이다.