MCS對(duì)應(yīng)的速率如何計(jì)算

以下文章來(lái)源于無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)解讀，作者Jianer

大概之前的有關(guān)MCS對(duì)應(yīng)速率的內(nèi)容，都是直接給出了表格，并沒有仔細(xì)分析該如何計(jì)算，今天我們就以11ac為例，看看對(duì)應(yīng)不同的MCS，速率是如何算出來(lái)的。注意都是理論速率。

01—MCS對(duì)應(yīng)的速率計(jì)算公式

在802.11ac的21.5章節(jié)：Parameters for VHT-MCSs，總共有32張表格定義了在各種帶寬、空間流下不同MCS對(duì)應(yīng)的速率。對(duì)于11ac而言，有0～9 的 VHT-MCS 的速率相關(guān)參數(shù)，空間流數(shù)量（NSS：Numberofspatial streams）為 1～8，帶寬選項(xiàng)為 20 MHz、40 MHz、80 MHz 和 160 MHz 或 80+80 MHz。

其中有些參數(shù)為強(qiáng)制（mandatory）項(xiàng)，有些為可選（optional）項(xiàng)：

MCS 8 和 9：optional for all cases；
MCS 0到 7：mandatory for single stream；
400 ns GI：optional in all cases；
20/40/80MHzwithNSS=1：mandatory；
20/40/80 MHz with NSS=2～8：optional；
160/80+80 MHz with NSS=1～8：optional；

例如：Table 21-29—VHT-MCSs for mandatory 20 MHz, NSS = 1為空間流=1，帶寬=20MHz的MCS表格，為強(qiáng)制性要求：

先來(lái)解釋表格中的術(shù)語(yǔ)定義：

R：Coding rate 編碼速率；
NBPSCS：Number of coded bits per subcarrier per spatial stream 每個(gè)子載波每個(gè)空間流的編碼比特?cái)?shù)；
NSD：Number of complex data numbers per spatial stream per OFDM symbol 每個(gè)空間流每個(gè)OFDM符號(hào)的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)數(shù)；
NSP：Number of pilot values per OFDM symbol 每個(gè)OFDM符號(hào)的pilot數(shù)量；
NCBPS：Number of coded bits per OFDM symbol 每個(gè)OFDM符號(hào)的編碼比特?cái)?shù)；
NDBPS：Number of data bits per OFDM symbol 每個(gè)OFDM符號(hào)的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)；
NES：Number of BCC encoders for the DATA field 數(shù)據(jù)字段的BCC編碼器數(shù)量；

對(duì)于編碼速率，假如R=5/6，則意味著6個(gè)coded bits（NCBPS）對(duì)應(yīng)5個(gè)data bit（NDBPS），所以有：R=NDBPS/NCBPS。

NBPSCS為調(diào)制方式的階數(shù)，對(duì)于BPSK，階數(shù)為1，QPSK為2，16-QAM為4，64-QAM為6，256-QAM為8。11ac的MCS 0～9對(duì)應(yīng)的調(diào)制和編碼速率如下：

MCSindexModulationCoderate(R)
  0BPSK1/2
  1          QPSK        1/2
  2          QPSK        3/4
  3          16-QAM      1/2
416-QAM3/4
  5          64-QAM      2/3
  6          64-QAM      3/4
  7          64-QAM      5/6
8256-QAM3/4
9256-QAM5/6

NSD是數(shù)據(jù)子載波的數(shù)量，對(duì)應(yīng)不同信道帶寬，子載波的數(shù)量分別為：

CBW20 CBW40 CBW80 CBW80+80 CBW160
52108234234468

NSP是pilot子載波的數(shù)量，對(duì)應(yīng)不同信道帶寬，pilot子載波的數(shù)量分別為：

CBW20 CBW40 CBW80 CBW80+80 CBW160
  4     6     8       8       16

以下是不同帶寬對(duì)應(yīng)的子載波范圍和pilot子載波以及總子載波數(shù)量/數(shù)據(jù)子載波數(shù)量，對(duì)于11n（20M/40M）也同樣適用：

CBWSubcarrierrange  Pilotsubcarriers  Subcarriers(total/data)
20MHz–28～–1,+1～+28±7,±2156/52
40MHz–58～–2,+2～+58±11,±25,±53114/108
80MHz–122～–2,+2～+122±11,±39,±75,±103242/234
160MHz–250～–130,–126～–6,±25,±53,±89,±117,484/468
+6～+126,+130～+250±139,±167,±203,±231

GI是guard Interval，由于11ac的子載波間隔312.5kHz，所以IDFT/DFT時(shí)間周期為1/312.5kHz=3.2μs，所以GI的時(shí)間TGI=TDFT/4=0.8 μs=800 ns；而short GI的時(shí)間TGIS=TDFT/8=0.4 μs=400 ns。所以真正進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間比例為：TDFT/（TDFT+TGI）或者TDFT/（TDFT+TGIS）。

?F = 312.5 kHz；
TDFT = 1/?F = 3.2 μs；
TDFT /（TDFT +TGI）= 3.2/（3.2+0.8）=0.8；
TDFT /（TDFT +TGIS）= 3.2/（3.2+0.4）=8/9；

根據(jù)以上，Data Rate的計(jì)算公式為：

Data Rate=NSS×NSD×NBPSCS×R×?F×TDFT/（TDFT+TGI）

或者

Data Rate=NSS×NSD×NBPSCS×R×?F×TDFT/（TDFT+TGIS）（short GI）

02—11ac的最大速率

我們來(lái)算一下11ac號(hào)稱的最大速率6.9Gbps是如何算出來(lái)的？

如下表所示參數(shù)：

當(dāng)帶寬為160MHz或80+80 MHz，NSS=8；MCS=9：256-QAM；R=5/6；NSD=468；NBPSCS=8時(shí)速率最大。

最大理論Data Rate=NSS×NSD×NBPSCS×R×?F×TDFT/（TDFT+TGIS）

=8×468×8×（5/6）×312.5kHz×8/9

=6933.3Gb/s

下面的表格列出了不同制式的理論最大速率，可知11ac的速率，相比于同樣OFDM調(diào)制的11a/g/n大了那么多倍，最主要的因素是帶寬，空間流數(shù)的成倍增加，以及256-QAM的使用。如果空間流為1，40MHz帶寬的情況下，11ac的最大理論速率約為200Mbps。

               20 MHz      40 MHz    80 MHz  160 MHz
802.11b        11 Mbps         
802.11a/g      54 Mbps         
802.11n (1SS)72Mbps150Mbps
802.11ac(1SS)87Mbps  200Mbps433Mbps867Mbps
802.11n(2SS)144Mbps  300Mbps
802.11ac(2SS)173Mbps  400Mbps867Mbps1.7Gbps
802.11n(3SS)216Mbps  450Mbps
802.11ac(3SS)289Mbps600Mbps1.3Gbps2.3Gbps
802.11n(4SS)289Mbps 600Mbps
802.11ac(4SS)347Mbps 800Mbps1.7Gbps3.5Gbps
802.11ac(8SS)693Mbps 1.6Gbps3.4Gbps6.9Gbps