频谱效率

什么是频谱效率？

频谱效率是指在特定频谱或带宽上能够传输的数据量，并且传输错误最小。蜂窝网络的频谱效率，有时也称为带宽效率或频谱效率，是指在给定时间内能够传输到特定数量用户并保持可接受服务质量的最大数据量。

同时使用网络的用户的数量会影响无线通信速度的频谱效率。在无线通信中，数据传输速率由传输信号、信噪比功率比以及发射设备的带宽等因素决定。提高信噪比也能提高信道容量和频谱效率。简单来说，为了充分利用给定的频谱，必须在其上传输更多的数据。

可以采取哪些措施来提高蜂窝网络的频谱效率？

增加天线数量可以提高频谱效率，但这可能会加剧干扰问题。可以使用采用波束成形技术的海量多输入多输出（MIMO）系统来提高传输性能，同时减轻潜在的干扰。

接入点可以使用波束成形（一种射频（RF）管理方法）通过多个天线发送相同的信号。然后，通过分析移动设备从这些设备收到的响应并进行必要的调整，来确定信号到达移动设备的最佳路径。

波束成形技术对于 5G 网络至关重要，因为它们有助于引导和聚焦无线电波，使其更强大、更集中。此外，它们还能够直接将信息发送给最终用户，并增加射频广播的范围。

什么是链路频谱效率？

通常，数字调制技术或代码行的效率由链路频谱效率决定。链路频谱效率有时会与其他物理层开销和前向纠错（FEC）算法结合起来进行检查。

无线网络中较高的链路频谱效率值并不总是能相应地提高整个无线接入网络的整体效率。这是因为高链路频谱效率可能会导致同频干扰或高灵敏度串扰的可能性。由于数据包重传、流量管理和拥塞避免，实际吞吐量（与吞吐量类似）通常低于最大吞吐量。

在无线网络中，扩频、频率复用和 FEC 会降低频谱效率。然而，与非扩频方法相比，它们也降低了所需的信噪比。

什么是 5G 中的频谱效率？

美国无线通信行业组织 CTIA 报告称，自 2010 年以来，运营商的频谱效率提高了 42 倍。2010 年，美国无线网络每兆赫兹（MHz）频谱的处理能力约为 9.48 亿兆字节（MB）。现在，它们可以处理高达 399 亿 MB/MHz。

得益于 5G 的频谱效率，使用小型基站的网络运营商有可能密集化其网络并更频繁地重复使用频谱。由于其潜在的增益以及提供从 4G 到 5G 的平滑过渡的能力，这种技术越来越受欢迎。

频谱效率随着信道大小的增加而提高。广信道化也使得诸如单位数毫秒延迟和比 4G 网络快 100 倍的速度等重要的 5G 功能成为可能。

随着 5G 网络的部署，数据创建和处理的需求将不断增加，这使得频谱效率对 5G 至关重要。因此，为了跟上请求的指数级增长，将持续存在更有效、更高效地利用频谱的压力。

5G 技术的另一个好处是频谱效率的显著提高，这应该可以实现超过每秒 30 比特（bps）每赫兹（Hz）的峰值速率。这超过了长期演进-高级（LTE-Advanced）技术提供的每赫兹 15 比特。

5G 的设计目标通过三个主要策略来实现。这包括海量 MIMO（可实现高频谱效率）、超密集网络和具有大带宽的毫米波频段。

宏基站、微基站和飞基站的大规模部署可能导致网络密集化。这些基站提高了网络的覆盖性能、能效和容量。

基站密集化在 LTE-Advanced 4G 无线蜂窝网络中已经广泛使用。在这里，它们有助于构建 HetNets，即多层异构蜂窝网络。

可以利用带有远程射频头和无线中继器的无线 HetNets 来进一步提高网络性能。这种多跳通信和中继策略似乎是 5G 无线架构的关键组成部分。

我们可以预见，随着 5G 更好地管理各种流量需求和更高的频谱效率，它将推动移动数据传输和物联网的发展。