5G的頻譜效率，到底有多高？

無線頻譜，是運營商最寶貴的資源。如果把無線網絡比作一片稻田的話，無線頻譜就是種植這些水稻的土地。如果土地本來就少，還想要高產的話，只能從培育良種上下功夫。

移動通信的每一代發展，都相當于培育出了更高產的水稻品種，再結合開荒，把以前難以利用的貧瘠土地也想辦法用上，才能實現產量的數倍增長。

對于通信來說，提升產量就是要在同樣大小的帶寬（單位一般為MHz）上，實現更快的數據傳輸速率（單位為Mbit/s）。4G和5G可以支持多種不同的系統帶寬，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，也就是每秒時間內，在每赫茲的頻譜上，能傳多少比特的數據。

我們可以算一下：

在上表中，5G的小區理論頻譜效率是4G的3.68倍。

LTE用的是最主流的4天線發射，每個小區和每個用戶能實現的流數相同，都是最多4流；而5G則使用64天線發射，雖然每個用戶還是只能支持最多4流，但在Massive MIMO技術的加持下，整個小區同樣的頻譜可以多個用戶復用，一共實現16流，在峰值速率上碾壓4G。

也就是說，Massive MIMO技術帶來的多用戶多流傳輸，是5G理論頻譜效率提升的關鍵。對單個用戶來說，5G的頻譜效率就和4G相當了，速率的提升主要靠系統帶寬的增大。

上面說的是理論上的最大頻譜效率，跟真實用戶在真實小區中是完全不同的。實際使用中，峰值速率鐵定是達不到的，影響速率的因素實在是太多了。

這就需要一個更實用的指標：平均頻譜效率。

試想一下，密集城區，郊區，還有農村地區基站的天線數不同，天線高度高度不同，頻段也有可能不同，站間距不同，用戶數不同，建筑物對無線信號傳播的反射，衍射，還有吸收作用也不一樣，小區速率能一樣嗎？

就算在同一個基站下，多個用戶離基站的遠近不一樣，用的手機不同，移動速度也不相同，做的業務也不同，這么多用戶一共能達到多少吞吐量？

這個系統過于復雜，要知道平均頻譜效率就必須借助計算機，把上述這些變量全部輸入到系統中去，再加上很多假設，根據一定的模型來計算。這個過程就叫做仿真。

一般情況下，基站采用4天線發射，4G在城區的平均頻譜效率在2.9 bit/s/Hz左右，也就是說，20M帶寬的4G小區的平均下行速率只能達到58Mbps。

5G基站采用64天線發射，在密集城區的平均頻譜效率在10 bit/s/Hz左右，也就是說，100M帶寬的5G小區，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小區的下行平均速率也是很驚人的。

那么問題來了，5G在愿景中吹下的牛實現了嗎？我們看下圖，但從eMBB業務來說，5G的用戶體驗速率要達到100Mbps。

單從頻譜效率在10 bit/s/Hz左右，100M帶寬的5G小區，平均下行速率約為1Gbps這一點來看，似乎用戶的平均體驗速率已經達到了目標的10倍了。

實際上，平均速率值雖高，但小區邊緣的用戶信號不好，還可能受到其他干擾，想達到100Mbps的速率已經很難了。

因此，在實際網絡規劃中，一般是以邊緣用戶50Mbps為標準的，邊緣速率100Mbps僅作為高價值區域的挑戰目標。