悲了伤的白犀牛|5G的频谱效率，到底有多高？
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：
本文插图
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 。
【悲了伤的白犀牛|5G的频谱效率，到底有多高？】
本文插图
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 。
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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 。
作者：无线深海
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