처리량 계산¶

스펙 · 릴리즈

TBS 표: TS 36.213 §7.1.7 · UE 카테고리 최대값: TS 36.306 Table 4.1-1, 4.1A-1 (DL), 4.1B-1 (UL) · 오버헤드 기준: TS 36.211

Rel-8~ (Rel-10 CA, Rel-12 256QAM, Rel-13 32 CC)

한눈에 보기

LTE 최대 속도는 결국 1 ms마다 몇 비트를 보낼 수 있는가입니다.

처리량 ≈ (1 ms당 TBS) × 레이어 수 × CC 수 × 1000

20 MHz, 2×2 MIMO, 64QAM → 약 150 Mbps
같은 조건에 4×4 MIMO → 약 300 Mbps
256QAM을 쓰면 약 33% 증가
캐리어를 여러 개 묶으면(CA) 그만큼 배수

실제 체감 속도는 이 최대값보다 훨씬 낮습니다. 신호 품질, 셀 부하(다른 사용자와 나눠 씀), TCP 동작 등이 영향을 줍니다.

방법 1 — TBS 표로 계산 (정확)¶

구성	TBS/TTI	최대 처리량
20 MHz, 1 레이어, 64QAM (\(I_{TBS}\)=26, 100 PRB)	75,376	75.4 Mbps
20 MHz, 2 레이어, 64QAM	149,776	149.8 Mbps (Cat 4)
20 MHz, 4 레이어, 64QAM	299,552	299.6 Mbps (Cat 5)
20 MHz, 2 레이어, 256QAM (\(I_{TBS}\)=33)	2 × 97,896	195.8 Mbps
10 MHz, 2 레이어, 64QAM (50 PRB)	2 × 36,696	73.4 Mbps
상향 20 MHz, 1 레이어, 16QAM (Cat 3/4)	51,024	51.0 Mbps
상향 20 MHz, 1 레이어, 64QAM (Cat 5)	75,376	75.4 Mbps

(PDCCH·PUCCH가 차지하는 RB를 무시한 표준상 최대값)

방법 2 — RE 근사식 (직관)¶

\[ \text{Throughput} \approx N_{layer} \times N_{RB} \times 12 \times 14 \times (1 - OH) \times Q_m \times R \times 1000\ \text{[bps]} \]

예: 20 MHz, 2 레이어, 64QAM, R = 0.93, 오버헤드 25%(제어 영역 + CRS + 동기/방송) → 2 × 100 × 168 × 0.75 × 6 × 0.93 × 1000 ≈ 140.6 Mbps (TBS 표 값 150 Mbps와 비슷)

오버헤드 구성 (20 MHz, 2포트 CRS, CFI = 1 예)¶

항목	RE / 서브프레임 (100 RB)	비율
전체	16,800	100 %
제어 영역 (1 심볼)	1,200	7.1 %
CRS (제어 영역 밖)	1,200	7.1 %
PSS/SSS/PBCH (10 ms 평균)	약 50	0.3 %
PDSCH	약 14,350	약 85 %

CFI = 3이면 제어 영역이 21.4%로 늘어 PDSCH는 약 71%가 됩니다.

TDD 처리량¶

TDD는 DL 서브프레임 비율만큼 줄어듭니다.

UL/DL 구성	DL 서브프레임	특수 서브프레임 (10:2:2, 0.75 배)	DL 비율	20 MHz 2×2 64QAM DL
1 (DSUUD)	4	2	(4 + 1.5)/10 = 55%	약 82 Mbps
2 (DSUDD)	6	2	(6 + 1.5)/10 = 75%	약 112 Mbps
5	8	1	(8 + 0.75)/10 = 87.5%	약 131 Mbps

CA 처리량¶

예	계산	DL 최대
2CA: 20 MHz (4×4) + 20 MHz (2×2), 64QAM	300 + 150	450 Mbps
3CA: 20+20+20 MHz, 2×2, 256QAM	3 × 196	약 588 Mbps
4CA + 4×4 일부 + 256QAM	조합 합산	약 1 Gbps (Cat 16)
5CA, 4×4, 256QAM (이론)	5 × 392	약 1.96 Gbps

전문가 노트 — 실측과 이론의 차이

단말 카테고리 제한. TBS 합이 카테고리의 "TTI당 최대 DL-SCH 비트"를 넘으면 기지국은 그 이상 스케줄링하지 않습니다(예: Cat 4는 150,752비트). 소프트 버퍼 \(N_{soft}\)도 함께 제한합니다.

응용 계층 처리량. PHY TBS → MAC 헤더(수 바이트) → RLC 헤더(2–3바이트/PDU) → PDCP 헤더(2바이트) → IP/TCP 헤더(40바이트/1500바이트 패킷 ≈ 2.7%). 총 L2/L3 오버헤드는 약 3–5%입니다.

BLER과 재전송. 목표 BLER 10%에서 첫 전송 처리량은 90%이고, HARQ 재전송이 나머지를 채웁니다. 재전송도 자원을 쓰므로 "유효 처리량 ≈ TBS × (1 − BLER_residual) / 평균 전송 횟수"로 생각할 수 있습니다.

TCP 영향. RTT × 대역폭 곱(BDP)만큼 TCP 윈도가 필요합니다. 예: 300 Mbps × 40 ms = 1.5 MB. 단말·서버의 TCP 버퍼가 작으면 무선 용량보다 낮은 속도가 나옵니다. 측정 시 UDP(iperf)로 무선 용량을 먼저 확인하는 이유입니다.

셀 평균 스펙트럼 효율. 실제 매크로 셀 평균 하향 스펙트럼 효율은 2×2에서 약 1.5–2.5 bit/s/Hz 수준(시뮬레이션·실측 범위)이고, 최고 64QAM 효율(약 5.5 bit/s/Hz/레이어)과 큰 차이가 있습니다. 셀 용량 설계는 최대값이 아니라 이 평균값과 셀 가장자리(5%) 처리량으로 합니다.