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作者：中国移动OneMO 高级技术工程师 王双超

5G NR为了实现eMBB应用场景中对大数据传输速率的要求，在LTE的基础上采用了新的技术和架构；载波调制上沿袭LTE的OFDMA和SC-FDMA；在MIMO方面极大扩充了LTE的多天线技术，最大可支持256X256 MIMO；在调制技术方面，下行最大可支持256QAM，上行实际也已经能做到256QAM。这一系列措施让5G在数据传输速率方面相比LTE有了质的飞跃。

3GPP协议定义的用户体验下行峰值速率1Gbps以上，上行峰值速率500Mbps以上；而已经陆续上市的各类5G终端设备对5G峰值速率的描述却各不相同，有1.5Gbps的，有1.7Gbps的，还有2.3Gbps的，等等，那到底哪家的描述才是科学的呢？本文就带领大家一起算一算5G的理论峰值速率到底是多少。

5G终端，比如以中移物联网OneMO F03X/F02X模组为代表的5G模组，上下行速率时，经常看到如下表达方式：

“5G Sub-6”表示的是频率范围，根据2017年12月发布的 V15.0.0版TS 38.104规范，5G NR的频率范围分别定义为不同的FR：FR1与FR2。频率范围FR1即通常所讲的5G Sub-6GHz（6GHz以下，V16.0.0将FR1扩展到了410MHz~7125MHz）频段，频率范围FR2则是5G毫米波频段；

“1.2Gbps;100MHz BW;MIMO2*2(UL)”表示5G NR使用100MHz频率带宽、MIMO 2天线发时的上行峰值速率1.2Gbps；

“>2Gbps;100MHz BW;MIMO2*2(DL)”表示5G NR使用100MHz频率带宽、MIMO 4天线收时的下行峰值速率大于2Gbps；

移动用户的空口速率通常叫用数据的吞吐率来表示，一般上行和下行分开进行测试和表示。简单的说，吞吐率等于单位时间内传输的数据量大小，5G系统中采用大规模天线系统，通常采用多天线进行收发。因此，一定时间段内所传送的数据量除了受载波数以及时域和频域资源限定之外，空域的资源配置也会影响数据量。

3GPP协议TS38.306规范中，对于5G NR，计算给定数量的频带或频带组合中的聚合载波的近似数据速率，公式如下（V16.0.0 2020-3协议版本）：

载波聚合（Carrier Aggregation，CA）分量的载波数量是指载波聚合程度，为了满足单用户峰值速率和系统容量的提升要求，通过将多个载波聚合在一起，实现增加系统传输带宽的效果，进而直接提升数据传输速率。当前国内运营商移动获批2.6GHz和4.9GHz两个频段各100MHz的频谱带宽，电信联通合建5G基站后拥有3.5GHz的200MHz频谱带宽，因此国内目前在纯5G频段内可最大聚合200MHz频谱带宽，也就是目前现网中J值一般为1或者2。

由于码字数量和发送天线数量不一致，需要将码字流映射到不同的发送天线上，因此需要使用层映射与预编码。层映射与预编码实际上是映射码字到发送天线过程的两个子过程。层映射首先按照一定的规则将码字流重新映射到多个层（新的数据流），预编码再将数据映射到不同的天线端口上。在各个天线端口上进行资源映射，生成OFDM符号并发射。

调制阶数直接决定了一个OFDM符号能承载的bit数，也进而直接影响着传输速率，3GPP TS 38.211规范中给出了不同调制方式下，一个OFDM符号能表达的bit数，见下表

3GPP TS 38.214规范中，5G NR下行最大支持256QAM，上行最大支持64QAM，实际上行已经能做到256QAM。

不同的子载波间隔（subcarrier spacing，SCS）对应的OFDM符号长度不同，根据傅里叶变换可知子载波间隔与OFDM符号为倒数关系，因此得到的子载波数不同，一个子帧内包含的符号数也不相同，5G NR继承了LTE OFDM的同时，也沿用了基础SCS 15KHz，对应的OFDM符号持续时间为66.67us，为了满足低延时场景的需求，对SCS进行了扩充，最大支持240KHz，对应的OFDM符号持续时间为4.17us，这就为实现超低时延提供了最直接的基础。3GPP TS 38.211规范中对

及其对应的子载波间隔做了说明，如下表所示：

为子帧中平均OFDM符号的持续时间，这其中包含了CP的持续时间，在Normal CP下的OFDM符号个数是14个，1ms子帧共有

个OFDM符号，因此在Normal CP下

。

CSC参数集

对应的带宽

在3GPP TS 38.101规范中Table5.3.2.1给出了定义，如下表（V16.3.0 2020-3协议版本）所示：

上表结合

值表，可以看出，

为0时，子载波间隔为15KHz，支持的最大系统带宽是50MHz，对应的最大RB数是270个；

为1时，子载波间隔为30KHz，支持的最大系统带宽是100MHz，对应的最大RB数是273个。

频谱开销在3GPP TS 38.101规范中的定义如下：

• 0.14, for frequency range FR1 for DL
• 0.18, for frequency range FR2 for DL
• 0.08, for frequency range FR1 for UL
• 0.10, for frequency range FR2 for UL

协议中给的数据吞吐率计算公式基本思想是，将5G NR系统的按时域、频域、空域三维进行分割，计算出单位时间内系统在最大频谱资源和空域资源时，总共能承载多少个OFDM符号，OFDM符号数与1个OFDM符号能承载的最大bit数相乘就是数据的最大吞吐量。公式可简化为

数据吞吐率=数据传输量/输出传输时间

公式中

用来确定空域，J、

、

用来确定频域，

和

用来确定时域；

、Rmax用来确定OFDM对应的bit数。

吞吐率计算示例

F03X下行4流，采用30KHz子载波间隔，系统带宽100MHz，不使用载波聚合，帧结构全下行配比时，理论最大吞吐率为

F03X上行支持2流，采用30KHz子载波间隔，系统带宽100MHz，不使用载波聚合，帧结构全上行配比时，理论最大吞吐率为

5G NR峰值数据吞吐速率，受网络对上下行时隙的分配比例、网络环境、用户数、网络侧和终端侧的能力等因素，现网中不可能达到上述计算的理论峰值吞吐率，但理论峰值吞吐率是评判包括终端在内的5G系统能力的关键依据之一，因此掌握它的计算方式和计算结果是非常必要的。

作为第一梯队的中移物联网5G模组F02X、F03X，实验室环境下测试下行峰值吞吐率达2.1Gbps以上，现网中NSA组网模式下下行峰值吞吐率可测试到1Gbps以上，SA组网模式下下行可测试到1.1Gbps以上，在现有5G模组现网环境下的峰值速率能力中，F02X/F03X是处于领先地位，2019年6月发布以来已在智慧工业、车联网、智能电网、视频监控等10多个领域150多种场景中得到应用，是5G模组行业中的明星产品。

本文参考文档：3GPP TS 38101-1-g30，3GPP TS 38211-f00，3GPP TS 38211-g10 ，3GPP TS 38214-g10，3GPP TS 38306-f00，3GPP TS 38306-g00

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