众所周知，无线通信的发展，最核心的诉求就是要解决人民日益增长的网速需求和空口能力不足的矛盾。正是因为这样强大的驱动力，移动通信从1G发展到了
4G
，
5G
也已含苞待放。
通信这事本来就像情侣一样，你来我往含情脉脉，接收和发送双方亲密配合才能运转，俗话说，一个巴掌拍不响。基站都升级支持4G了，你拿个
2G
手机，和
4G
基站鸡同鸭讲无法配合，还是只能享用
2G
的龟速。
于是在这个过程中，大家的手机换了一茬又一茬（似乎暴露年龄了^_^），且看：
随着中国移动那
“
4G LTE
，快人一步”的宣传，我们都知道
3G
比
2G
手机快，
4G
手机比
3G
手机快，但是，
4G
手机到底能有多块呢？
其实，同样都叫4G手机，其实能支持的网速也分个三六九等。一般情况下，旗舰机和千元机在能力上还是有区别的。那么是什么东西决定了手机的网速上限呢？
在我们用手机打电话、发微信、看直播、刷抖音的时候，每在屏幕上滑动一下，手机和基站这对情侣都要在背后默默地协商参数、处理流程、调度资源。
做这些事情的首先需要知道手机的能力，能力不一样，能干的事也不一样，网络才能有的放矢。手机能力，即UE Capability，是一堆参数集合，包括
UE Category
，
PDCP
参数、
RLC
参数、物理层参数、
RF
参数等等。
其中的UE Category就表示这部手机下载和上传能达到的最高速率，是由手机用的通信芯片决定，中的
UE
是
User Equipment
（用户设备），说人话就是指手机。
UE Category
可简称
UE Cat
，也叫终端类型。
因此，在手机和基站刚刚勾搭上之后，基站就要考察手机的能力了。基站比较主动，直接命令手机上报自己的能力，手机为了以后不被基站冷落，享受更高的速率，对此也非常配合。
手机的能力在3GPP技术规范
TS 36.303
中定义。
4G
技术规范是一个版本一个版本的不停更新，每次更新都会引入一些新技术和新
UE Cat
值。
4G
最早版本是
R8
，其中的
R
代表
Release
，就是发布版本的意思。后续接着还有
R9
，
R10
，
R11
，
R12
，
R13
，
R14
等等，从
R15
开始该定义
5G
手机的能力级别了。
蜉蝣君画了下面这张图，表明了从R8到
R14
定义的
UE Cat
。
从R8到
R11
看着都挺正常，不就是定义了从
Cat 1
到
Cat 12
的
UE
能力级别么。然而到了
R12
，这一切似乎发生了翻天覆地的变化。定义的能力级别前面开始带了
DL
和
UL
，这是怎么回事呢？
这里先解释一下DL和
UL
。
DL
就是
Downlink
的缩写，表示下行，也就是表示
UE
下载的能力，
UL
是
Uplink
的缩写，表示上行，也就是表示
UE
上传的能力。
话说原先的Cat 1到
Cat12
是同时包含上行和下行能力的，以
Cat 4
为例，下行支持
150Mbps
，上行支持
50Mbps
，上下行的能力是绑定在一起的。要改变上下行任意一个能力，都必须重新定义，一点也不灵活。
其实一想，我们一般用手机上网，主要是下载，上传的需求和下载相比就少多了。原先的定义把下载能力和上传能力绑定在一起定义，实在是没必要。
因此，从R12开始，上传速率用
UE UL Cat X
，下载速率用
UE DL Cat Y
，正所谓“合久必分”。
X
和
Y
可以相同，也可以不相同，通过
UE UL Cat X
和
UE DL Cat Y
的组合表示一部手机的上传和下载速率；当然，
X
和
Y
不是任意组合，组合方式见
3GPP TS 36.306
。
根据协议的定义，各种手机能力可支持的最大下载和上传速率如下图所示。
那么，手机和基站是通过什么办法达到这些下载和上传的速率的呢？这就要说到手机能力三板斧：载波聚合，多流传输，高阶调制。
载波聚合：手机同时使用多个4G载波进行传输，相当于是把可用的频谱资源扩大了多倍。下图以
3
载波聚合为例，单载波能达到下载
150Mbps
的速率，
3
载波聚合就能达到
450Mbps
的速率，就是这么暴力。
多流传输：也被称作MIMO（
Multi input, Multi output
多输入多输出），本质利用信号在空间传播的路径不同，在多个路径同时发送多路数据，每一路数据成为一个流。应用最多的是
2
流和
4
流，手机的速率可以直接翻两倍或者四倍！
高阶调制：就是在同样的信号里塞下更多的数据。想象一下，基站给手机在空中发送的数据都是装在箱子里的，箱子大小不变，但是可以把要发的东西尽可能装得更多更满一些，这样也能单位时间能发送的数据多了，速率当然也就提高了。
在基站里，调制就是往箱子里装数据的动作，一般调制用X-QAM表示，
X
越大阶数越高。从下图我们可以看出，
256-QAM
