作者订阅号：BOO聊通信

说到5G相比于4G的优势，大家第一反应都是：快！

没错，甭管那些什么低时延、大连接的，对于普通用户来说，唯一想换5G手机的激励因素就是5G的高速体验。

难不成还图你5G手机和套餐资费贵吗？

今天就跟大家聊一个靴微有点技术性的话题：5G为啥就比4G快？什么因素决定的？当然为了能让更多的读者看明白，我尽量捡核心的原因说，用通俗的语言说，请各位技术大神不要挑我理，以下仅仅是粗略的预估算法，不是精确计算，如果非得一个RE一个RE的跟我掰扯怎么算，我也是可以的--

首先，5G之所以比4G快，根本原因在无线侧，也就是基站。

不顾是几G网络，整个数据的端到端的传输，都主要涉及无线网、承载网和核心网。像下图这样：

图片来自“中兴文档”

而从4G到5G，变化最大的就是这个无线网，甚至可以说实现5G高速率的核心因素就在无线，新技术也集中在无线侧。为啥？因为承载网和核心网本身都是有线的光纤传输，把带宽做大难度不大，真正资源受限的“卡脖子”的地方是频率资源极其紧张的空气中。

因此，5G网络，通过一堆技术的应用，使得从基站到手机这个环节的数据速率得到了显著的提升，这才带来了5G高速率的体验。

但是，说实在的，别看5G被吹的神神叨叨的，但即使在变化最大的无线网，也没什么突破性的技术。

对，可以说是完全没有突破性的技术，都是在4G上的升级而已。

比如之前被大炒特炒的华为Polar码和高通的LDPC码，都是5G基站和手机里物理层的编码技术，算是5G最复杂的技术之一了，但是，相比于4G采用的Turbo编码，其实这俩新编码技术在性能上也没提升多少，甚至可以说仅仅是细微的差别。

那么5G到底因为什么因素，才使得速率远超过4G呢？

一、大带宽

最重要的一点，就是非常简单粗暴的带宽。无线电传输，使用的带宽越高，则可以实现的传输速率越大，基本是正比关系，即N倍的带宽，可以带来N倍的速率。什么新技术，都没有堆带宽好使。

但是，无线电频率资源是有限的啊，尤其覆盖能力较好的低频资源，按照国外的拍卖价，比金矿都不知道贵到哪里去了。于是乎，为了能在5G网络实现带宽扩展，进而最明显提升速率，ITU（国际电信联盟）和3GPP（5G标准制定组织），期望5G的使用频率主要在比2、3、4G都高的3-6GHz这个范围。

这旮沓频率，虽然高，但又没有那么高，所以虽然覆盖范围小一些，但可以拿出来100MHz甚至200MHz的带宽来给5G使用。根据3GPP的协议规定，就算你能拿出来1000MHz带宽，在6GHz以下也最多能同时使用100MHz（即单个小区最大带宽）。但是相比于4G的同时最多能使用20MHz的带宽来说，已经是5倍的差距了。

所以靠着大带宽，5G速率比4G快了5倍。

二、更高的调制能力

啥叫调制？咱们在互联网中传输、在手机中存储的都是“01001011。。。”这样的数字比特信息。

而手机和基站间的无线网，则传输的是无线电磁波这样的模拟信息。要把数字信息携带到模拟的电磁波上，使用的技术就叫调制技术。

目前不管是4G、5G还是Wi-Fi，采用的调制都是QAM调制，这种调制，可以把N个信息比特携带到一个波形上。所以，能同时把越多的信息比特用一个波形表示，那么数据的传输效率以及速率就越高，当然技术实现也就是越复杂。

4G时代使用的QAM调制叫做64QAM调制，啥意思？QAM调制前面跟的数字，它等于2的几次方，就相当于能用一个波形携带几个信息比特。

64=2的6次方，所以4G网络下一个波形可以携带6个比特的信息。而5G呢？目前5G采用的是256QAM调制，所以，同样的无线电波形，可以携带8个比特的信息，8/6，这就是1.33倍的速率增益。

三、更强的天线能力

5G中采用的天线技术叫做Massive MIMO，翻译过来就是大规模天线，这个技术的好处就是基站侧采用集成64根天线的天线面板，进而可以在完全相同的时间上、完全相同的频率资源上，去传输不同的数据，这些数据流之所以能区分开，是因为他们在空间上区分开了，非常厉害。

图片来自公众号“特大号”

其实MIMO技术在4G天线中已经应用了，之所以5G的技术变成了Massive MIMO，就是它能同时传输的数据流数比4G多多了。

4G中理论最多能传输的流数是4，但实际上一般现网中也就能传2流，而5G中这个理论流数变成了16。

但是，上面说的流数，指的都是基站和它服务的所有手机合起来的最大流数，这种MIMO叫做MU-MIMO，MU是multiple-user的意思，也就是多用户。上图中展示的也是MU-MIMO。

而如果具体到一个手机，它和基站之间最大能传输的流数，取决于手机的接收天线的数量。目前在4G手机这个数字一般是2，而5G网络中则变成了4，所以下载速率增加2倍。这种基站和单个手机间同时多流传输的天线技术，叫做SU-MIMO（SU，single user）。

另外，在上传方向上，5G也是支持SU-MIMO的。在SA（独立组网）下，如果手机具备两根发射天线的话，上行可以支持2流同时发送，而4G网络则只支持单天线，同样上传速率也可以增加2倍。

但是！咱们现在的5G是NSA（非独立组网）的，不支持上行双流，所以，上传速率的提升就忽视吧。另外很多5G手机发射天线也只有1根，SA下也没法实现2流，买手机时千万注意。

四、更好的复用技术使得频率利用率提升

请问，假如一段马路有30米，一辆车长3米，那么这段马路最多可以跑几辆车？

你要是回答10辆你就大嘴巴子抽自己吧--你见过马路上车头贴着车尾的吗？除了交通事故？

移动通信也是同样的原理，就算给你分了100MHz的带宽，实际传输数据的带宽也一定要低于100MHz，需要和前后频带上的其他业务数据，保持一定隔离带。

5G由于采用了比4G更高级的复用技术F-OFDM（4G为OFDM），使得这个隔离带可以小一丢丢，4G的隔离带要留10%出来，而5G只要留2%左右，所以进而使得有效数据的传输增加了9%左右。

蚊子腿肉也是肉啊！

啥是OFDM？啥是F-OFDM？不深入讲了，想了解的可以看给忙碌者的5G基础知识课（十七）——神奇的OFDM。

五、其他一些巴拉巴拉不重要的提升

当然5G在无线侧相比于4G改进还有很多，比如参考信号重新设计导致的资源节约、灵活上下行配比带来的速率提升、更好的信道编码技术带来的性能提升、控制信道和广播信道赋形带来的覆盖增强等等。

但是对于速率提升，真的没有那么大作用了。这都不重要。

六、总结

最后看看，因为上面这些技术，5G速率比4G快了多少？这就是个简单的乘法而已：由于4G的理论峰值速率是100Mbps（TDD），所以5G把带宽、调制、多天线、频率利用率的增益乘起来，大概可以实现1.5Gbps的峰值速率。

基本和理论值差不多。

但是，在NSA下，由于4G基站可以和5G基站一起传输数据，所以可以再把4G的峰值速率加上，理论上NSA峰值速率可以达到1.6Gbps，比SA还要快100Mbps（也就是多出来4G的加成）。

图片来自“老李数码zone”

那未来，不管是NSA还是SA，如果想继续提升下载速率，甚至要达到当初5G吹的牛B的10Gbps，要咋整呢？

1、继续提升带宽，方式有两种，一种是使用载波聚合（CA）技术，把两个甚至多个100MHz的带宽聚合在一起。一种是别在低频段寻摸了，肯定没有那么多资源了，去高频段看看吧，这个就是毫米波频段，毫米波频段可以轻松拿出几百上千MHz带宽来用，缺陷是频段太高，基站覆盖范围极其受限。

目前各大手机厂商吹水自己的手机下载能达到NGbps，N甚至大于5时，基本都因为采用的是毫米波频段或者是载波聚合。

2、继续提升调制能力。从256QAM，继续提升至1024QAM，但是需要手机和基站的支持。

3、继续提升天线能力，这个制约在手机，需要把手机接收天线提升至8根。

其他暂时无解。

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