从15kHz 到20MHz：为什么LTE带宽不能被子载波间隔整除？
从 15 kHz 到 20 MHz：为什么 LTE 带宽不能被子载波间隔整除？
1. 引言
在 LTE 系统中，子载波间隔被固定为 15 kHz，而系统带宽却被设计为 1.4、3、5、10、15、20 MHz 六个档位。乍一看，这些带宽似乎无法被 15 kHz 整除，很多初学者会产生疑问：
为什么 LTE 系统带宽不是子载波间隔的整数倍？
本文将从子载波、资源块、系统带宽与保护带等角度，逐步解析这一设计背后的逻辑。
2. LTE 中的子载波与资源块
- 子载波（Subcarrier）：LTE 下行采用 OFDM，每个子载波间隔固定为 15 kHz。
- 资源块（Resource Block, RB）：LTE 并不是以单个子载波为分配单位，而是将 12 个子载波 × 15 kHz = 180 kHz 定义为一个 RB。
因此，在频域中，调度和分配都是基于 RB 进行的，而不是单独的子载波。
3. 系统带宽的设计逻辑
LTE 的系统带宽档位（1.4、3、5、10、15、20 MHz）并不是从子载波间隔反推得出的，而是由 3GPP 标准化组织根据以下考虑确定的：
- 适配现有的运营商频谱资源（常见频段通常以 MHz 为单位分配）。
- 保证与 GSM、WCDMA 等前代系统频谱规划的兼容性。
因此，LTE 带宽优先考虑 整数 MHz 档位，而不是“15 kHz 的整数倍”。
4. 有效带宽 vs 系统带宽
LTE 的“系统带宽”并不等于可用子载波数 × 15 kHz。
系统带宽实际上包含了 有效带宽（RB 组成） + 两侧保护带（Guard Band）。
常见带宽配置如下表：
| 系统带宽 | RB 数量 | 有效带宽 (RB×180 kHz) | FFT 点数 | 采样率 | 保护带约占 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.4 MHz | 6 | 1.08 MHz | 128 | 1.92 MHz | ~0.32 MHz |
| 3 MHz | 15 | 2.7 MHz | 256 | 3.84 MHz | ~0.3 MHz |
| 5 MHz | 25 | 4.5 MHz | 512 | 7.68 MHz | ~0.5 MHz |
| 10 MHz | 50 | 9.0 MHz | 1024 | 15.36 MHz | ~1.0 MHz |
| 15 MHz | 75 | 13.5 MHz | 1536 | 23.04 MHz | ~1.5 MHz |
| 20 MHz | 100 | 18.0 MHz | 2048 | 30.72 MHz | ~2.0 MHz |
说明：
- 有效带宽由资源块决定，始终比系统带宽小。
- 差值部分就是保护带，用于隔离相邻系统，减少干扰。
5. 为什么要留保护带
LTE 之所以在系统带宽与有效带宽之间留出保护带，原因包括：
- 抗邻道干扰：避免与相邻信道或系统的频谱相互干扰。
- 满足射频滤波器特性：滤波器在带宽边缘需要滚降区。
- 减少边缘子载波失真：保证中间有效子载波的传输质量。
换句话说，保护带并不承载用户数据，但对系统可靠性至关重要。
6. FFT 点数与采样率的匹配
在实现上，OFDM 调制解调通过 IFFT/FFT 完成，频域分辨率取决于 FFT 点数。
- 采样率 = FFT 点数 × 子载波间隔。
- FFT 点数必须足够大，才能覆盖有效带宽和保护带。
举例：
- 20 MHz 系统带宽 → 有效带宽 18 MHz → FFT 2048 点 → 采样率 30.72 MHz。
- 这样，频谱映射可以整齐落在 FFT 网格上，既满足有效子载波承载数据，又能容纳保护带。
7. 总结
- LTE 系统带宽并不是 15 kHz 的整数倍，这是因为带宽档位由 标准化频谱分配习惯决定。
- 实际上传输数据的是 有效带宽（RB 组成），比系统带宽小。
- 系统带宽 = 有效带宽 + 保护带。
- FFT 点数和采样率则负责在实现层面保证频谱映射的整齐性。
一句话总结：
LTE 的带宽是频谱占用的外部定义，而有效子载波带宽才是系统内部的真实逻辑。