5G的频谱效率，到底有多高？

以下文章来源于无线深海，作者蜉蝣采采

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来源：无线深海作者：蜉蝣采采

无线频谱，是运营商最宝贵的资源。如果把无线网络比作一片稻田的话，无线频谱就是种植这些水稻的土地。如果土地本来就少，还想要高产的话，只能从培育良种上下功夫。

移动通信的每一代发展，都相当于培育出了更高产的水稻品种，再结合开荒，把以前难以利用的贫瘠土地也想办法用上，才能实现产量的数倍增长。

对于通信来说，提升产量就是要在同样大小的带宽（单位一般为MHz）上，实现更快的数据传输速率（单位为Mbit/s）。4G和5G可以支持多种不同的系统带宽，要衡量它们的能力的话，就需要算下单位带宽的传输速率，也叫做频谱效率：

速率（Mbit/s）/带宽（MHz）=频谱效率（bit/s/Hz）

这么一算，我们就知道了频谱效率，也就是每秒时间内，在每赫兹的频谱上，能传多少比特的数据。

我们可以算一下：

在上表中，5G的小区理论频谱效率是4G的3.68倍。

LTE用的是最主流的4天线发射，每个小区和每个用户能实现的流数相同，都是最多4流；而5G则使用64天线发射，虽然每个用户还是只能支持最多4流，但在Massive MIMO技术的加持下，整个小区同样的频谱可以多个用户复用，一共实现16流，在峰值速率上碾压4G。

也就是说，Massive MIMO技术带来的多用户多流传输，是5G理论频谱效率提升的关键。对单个用户来说，5G的频谱效率就和4G相当了，速率的提升主要靠系统带宽的增大。

上面说的是理论上的最大频谱效率，跟真实用户在真实小区中是完全不同的。实际使用中，峰值速率铁定是达不到的，影响速率的因素实在是太多了。

这就需要一个更实用的指标：平均频谱效率。

试想一下，密集城区，郊区，还有农村地区基站的天线数不同，天线高度高度不同，频段也有可能不同，站间距不同，用户数不同，建筑物对无线信号传播的反射，衍射，还有吸收作用也不一样，小区速率能一样吗？

就算在同一个基站下，多个用户离基站的远近不一样，用的手机不同，移动速度也不相同，做的业务也不同，这么多用户一共能达到多少吞吐量？

这个系统过于复杂，要知道平均频谱效率就必须借助计算机，把上述这些变量全部输入到系统中去，再加上很多假设，根据一定的模型来计算。这个过程就叫做仿真。

一般情况下，基站采用4天线发射，4G在城区的平均频谱效率在2.9 bit/s/Hz左右，也就是说，20M带宽的4G小区的平均下行速率只能达到58Mbps。

5G基站采用64天线发射，在密集城区的平均频谱效率在10 bit/s/Hz左右，也就是说，100M带宽的5G小区，平均下行速率约为1Gbps。

跟最大频谱效率类似，5G是4G的三倍多，但5G的频谱带宽大啊，所以最终5G小区的下行平均速率也是很惊人的。

那么问题来了，5G在愿景中吹下的牛实现了吗？我们看下图，但从eMBB业务来说，5G的用户体验速率要达到100Mbps。

单从频谱效率在10 bit/s/Hz左右，100M带宽的5G小区，平均下行速率约为1Gbps这一点来看，似乎用户的平均体验速率已经达到了目标的10倍了。

实际上，平均速率值虽高，但小区边缘的用户信号不好，还可能受到其他干扰，想达到100Mbps的速率已经很难了。

因此，在实际网络规划中，一般是以边缘用户50Mbps为标准的，边缘速率100Mbps仅作为高价值区域的挑战目标。

归根结底，要覆盖好速率高是要花钱新建站的，而网络建设需要考虑投资和收益的平衡。

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