Что такое спектральная эффективность?

Когда появляется новый стандарт или технология первым делом все пытаются оценить: чем же он лучше предыдущих. Когда появился 3G было понятно, что это нечто совершенное новое. Теперь на телефоне можно пользоваться быстрым мобильным интернетом и появятся новые функции, которых не было раньше. Но когда стали строить 4G и совсем недавно – 5G, то и дело я слышу разговоры или читаю: “да там всего лишь ширину канала раздвинули, поэтому и скорости выше”

Казалось бы, что можно рассказать о всех новых технологиях, методах модуляции, кодирования, планирования радиоресурсов и доказать, что разработчики стандарта не зря потратили несколько лет соединяя всё воедино. Но есть один показатель, о которым мало кто знает, но он очень хорошо отражает разницу между стандартами и технологиями в сотовой связи – это спектральная эффективность. Звучит страшно, но на самом деле всё очень просто.

То и дело в своих статьях я говорю: самое технически ценное, что есть у оператора – это выделенный ему частотный ресурс. Сотовых компаний много, но радиоэфир не растянешь. В самом желанном спектре до 3 ГГц частот почти не осталось. Приходиться втискивать в уже имеющиеся полосы новые поколения сотовой связи, чтобы обслужить как можно больше абонентов и дать им максимальные скорости.

Так вот спектральная эффективность показывает: на сколько эффективно оператор использует выделенный ему частотный ресурс. Измеряется она в скорости передачи данных (бит/сек) делённой на единицу ширины канала (Гц). То есть если сотовая сеть оператора передаёт на ширину канала 100 Гц информацию со скоростью 100 бит/сек спектральная эффективность равна 1. Но если будут использованы более изощрённые технологии, и сеть сможет передавать данные со скоростью 200 бит/сек в той же полосе, то спектральная эффективность поднимется до 2. Всё просто.

Казалось бы, чего тут сложного: впихивай больше информации в ту же полосу – вот тебе и более высокая спектральная эффективность, но не всё так просто. Кроме того, чтобы её передать, смартфон должен еще и принять сигнал без искажений и помех. Иначе эта эффективность не выльется в реальный рост скоростей. Поэтому учёные и инженеры постоянно ищут новые эффективные способы повысить скорости мобильного интернета.

Ну а теперь самое интересное: давайте посмотрим на спектральную эффективность разных стандартов сотовой связи. Покажу лишь максимальные цифры, так как всё зависит от текущих радиоусловий, способностей оборудования оператора и смартфона и т.д.

Как Вы видите, разработчики новых стандартов не зря трудятся. Спектральная эффективность между 3G, 4G и 5G практически удваивалась. Между 2G и 3G вообще пропасть более чем в 10 раз.

Поэтому когда меня просят рассказать “что новенького в 5G? наверное только полосу расширили” я спрашиваю: “А ты знаешь что такое спектральная эффективность?” 😉