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：

1. 抗邻道干扰：避免与相邻信道或系统的频谱相互干扰。
2. 满足射频滤波器特性：滤波器在带宽边缘需要滚降区。
3. 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。