5G的頻譜效率，到底有多高？

無(wú)線頻譜，是運(yùn)營(yíng)商最寶貴的資源。如果把無(wú)線網(wǎng)絡(luò)比作一片稻田的話，無(wú)線頻譜就是種植這些水稻的土地。如果土地本來(lái)就少，還想要高產(chǎn)的話，只能從培育良種上下功夫。

移動(dòng)通信的每一代發(fā)展，都相當(dāng)于培育出了更高產(chǎn)的水稻品種，再結(jié)合開(kāi)荒，把以前難以利用的貧瘠土地也想辦法用上，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的數(shù)倍增長(zhǎng)。

對(duì)于通信來(lái)說(shuō)，提升產(chǎn)量就是要在同樣大小的帶寬（單位一般為 MHz）上，實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速率（單位為 Mbit/s）。4G 和 5G 可以支持多種不同的系統(tǒng)帶寬，要衡量它們的能力的話，就需要算下單位帶寬的傳輸速率，也叫做頻譜效率：

速率（Mbit/s）/ 帶寬（MHz）=頻譜效率（bit/s/Hz）這么一算，我們就知道了頻譜效率，也就是每秒時(shí)間內(nèi)，在每赫茲的頻譜上，能傳多少比特的數(shù)據(jù)。我們可以算一下：

在上表中，5G 的小區(qū)理論頻譜效率是 4G 的 3.68 倍。LTE 用的是最主流的 4 天線發(fā)射，每個(gè)小區(qū)和每個(gè)用戶能實(shí)現(xiàn)的流數(shù)相同，都是最多 4 流；而 5G 則使用 64 天線發(fā)射，雖然每個(gè)用戶還是只能支持最多 4 流，但在 Massive MIMO 技術(shù)的加持下，整個(gè)小區(qū)同樣的頻譜可以多個(gè)用戶復(fù)用，一共實(shí)現(xiàn) 16 流，在峰值速率上碾壓 4G。

也就是說(shuō)，Massive MIMO 技術(shù)帶來(lái)的多用戶多流傳輸，是 5G 理論頻譜效率提升的關(guān)鍵。對(duì)單個(gè)用戶來(lái)說(shuō)，5G 的頻譜效率就和 4G 相當(dāng)了，速率的提升主要靠系統(tǒng)帶寬的增大。上面說(shuō)的是理論上的最大頻譜效率，跟真實(shí)用戶在真實(shí)小區(qū)中是完全不同的。實(shí)際使用中，峰值速率鐵定是達(dá)不到的，影響速率的因素實(shí)在是太多了。這就需要一個(gè)更實(shí)用的指標(biāo)：平均頻譜效率。

試想一下，密集城區(qū)，郊區(qū)，還有農(nóng)村地區(qū)基站的天線數(shù)不同，天線高度高度不同，頻段也有可能不同，站間距不同，用戶數(shù)不同，建筑物對(duì)無(wú)線信號(hào)傳播的反射，衍射，還有吸收作用也不一樣，小區(qū)速率能一樣嗎？就算在同一個(gè)基站下，多個(gè)用戶離基站的遠(yuǎn)近不一樣，用的手機(jī)不同，移動(dòng)速度也不相同，做的業(yè)務(wù)也不同，這么多用戶一共能達(dá)到多少吞吐量？

這個(gè)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，要知道平均頻譜效率就必須借助計(jì)算機(jī)，把上述這些變量全部輸入到系統(tǒng)中去，再加上很多假設(shè)，根據(jù)一定的模型來(lái)計(jì)算。這個(gè)過(guò)程就叫做仿真。
一般情況下，基站采用 4 天線發(fā)射，4G 在城區(qū)的平均頻譜效率在 2.9 bit/s/Hz 左右，也就是說(shuō)，20M 帶寬的 4G 小區(qū)的平均下行速率只能達(dá)到 58Mbps。

5G 基站采用 64 天線發(fā)射，在密集城區(qū)的平均頻譜效率在 10 bit/s/Hz 左右，也就是說(shuō)，100M 帶寬的 5G 小區(qū)，平均下行速率約為 1Gbps。跟最大頻譜效率類似，5G 是 4G 的三倍多，但 5G 的頻譜帶寬大啊，所以最終 5G 小區(qū)的下行平均速率也是很驚人的。那么問(wèn)題來(lái)了，5G 在愿景中吹下的牛實(shí)現(xiàn)了嗎？我們看下圖，但從 eMBB 業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，5G 的用戶體驗(yàn)速率要達(dá)到 100Mbps。

單從頻譜效率在 10 bit/s/Hz 左右，100M 帶寬的 5G 小區(qū)，平均下行速率約為 1Gbps 這一點(diǎn)來(lái)看，似乎用戶的平均體驗(yàn)速率已經(jīng)達(dá)到了目標(biāo)的 10 倍了。實(shí)際上，平均速率值雖高，但小區(qū)邊緣的用戶信號(hào)不好，還可能受到其他干擾，想達(dá)到 100Mbps 的速率已經(jīng)很難了。

因此，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，一般是以邊緣用戶 50Mbps 為標(biāo)準(zhǔn)的，邊緣速率 100Mbps 僅作為高價(jià)值區(qū)域的挑戰(zhàn)目標(biāo)。

歸根結(jié)底，要覆蓋好速率高是要花錢(qián)新建站的，而網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要考慮投資和收益的平衡。