4G 与 5G 的主要不同在于,用户能感受到的便是传输速度的大幅提升。业内普遍认为,5G 的速度可以达到 4G 的十倍。打个比方,以前下载一部 1GB 的影片,现在只需十秒钟就能完成。去年 MWC 2019 大展上,不少 5G 智能机已经现身,比如小米 MIX3 5G 型号、LG G50 ThinQ、三星 S10 5G 型号等等,然而现阶段这些设备或许还存在连接效果欠佳的隐患,选购这些设备时务必弄明白若干事项,迄今发现的首批 5G 高通骁龙芯片手机,基本上都是临时拼凑而成的机型。
5G 为什么就变快了?
从用户设备角度分析,确保 5G 技术落地主要依靠半导体企业承担。只有手机配置了前沿的 5G 调制解调器,才能接入高速网络。业内领先厂商早已发布首批 5G 芯片方案,例如高通骁龙 X50,联发科 Helio M70,以及华为巴龙 5000。
推广这些半导体时,有几个术语是 5G 基带的关键所在,若能明白这些,就能够分辨 5G 手机是否值得购买。例如联发科在 Helio M70 的数据单里列出了能够单独组网(SA)和依托其他网络组网(NSA),工作在米波以下频带,可以同时使用 LTE 和 5G 技术,具备毫米波传输能力,还包括波束导向技术等,这些具体指什么?
要让无线数据传输速度提升,主要途径有两种:扩展频谱资源宽度,或是提升频率资源使用效能。前者操作直接,核心在于增加可用资源。比如过去1至4代无线通信技术多使用3GHz以下频段,因此第五代技术为提速,主要方案是采用更高频率,更高频率自然带来更短波长。而波长达到毫米级别的电磁波,就属于毫米波范畴。
毫米波的频段界限并不明确,有人认为 30GHz 以上才算,也有人将 20GHz 归入其中。但无论如何划分,毫米波的频谱宽度都远超 4G 时代。在 5G 通讯里,毫米波承担着高速数据传输的任务。
毫米波存在一个显著缺陷,它在空气中传播时频谱能量损失严重,难以穿透障碍物留学之路,通常作用距离仅限于百米之内。因此,在空旷区域需要借助 6GHz 以下频段来确保信号能够覆盖较远距离,这个范围大致在几十米至几百米之间。这样的需求对前文提及的 Sub-6GHz 部分通信性能提出了更高要求。另有一面,要达成广泛扩散,必须借助波束构建来集中辐射能量,运用更尖端的技术进行波束构造,定向波束有助于扩大基础网络覆盖区域。因此高通、华为、联发科等芯片生产厂商都在推广Sub-6GHz、毫米波以及波束构造功能。这也可以看作是达成高速传输的必要条件。不过,有一个情况需要关注,那就是现阶段我国的规划,5G的早期建设主要依赖Sub-6GHz频段。
现在的 5G 手机真的值得买吗?
先前我们曾提及独立组网与非独立组网的相关议题。这关联到 5G 网络部署的逐步推进过程。整体而言,5G 规范分为两个时期,即 15 版本和 16 版本,两者统称为 NR(新空口)。当前我们讨论的 5G 均属于 15 版本。
从服务提供商的立场来看,铺设5G网络体系本身也需要耗费周期。倘若立刻将所有基础设备替换为5G网络,包含全新的5G核心系统以及5G基站(或者能够选用升级版的4G基站),并且让它们与4G网络独立运作,这种设想无疑很理想——这便是独立组网的模式。
实施该措施的开销相当巨大。服务提供商依然需要借助中间阶段的方案,例如先部署第五代移动通信网络站点,以第四代移动通信网络核心系统搭配第四代或第五代移动通信网络站点为运作模式,同时将用户数据传输与网络控制功能进行分离。这构成了一种非独立组网(NSA)架构。非独立组网包含多种具体实施方法,但所有方案的根本目标都是逐步演进至独立组网(SA)架构。
在客户端设备上,可以明确看到联发科 Helio M70 能够兼容 SA 和 NSA 两种模式。而高通骁龙 X50 并不支持 SA,高通最近推出的骁龙 X55 才开始支持 SA,然而令人失望的是,骁龙 X55 目前看来还只是一个构想中的产品。
另处,联发科Helio M70的一个关键特点是具备多频段功能,能够兼容2G、3G、4G以及5G网络,同时它还是首款实现LTE与5G双重连接的芯片。这一特性为何意义重大?该芯片全面融合了多种网络模式与频段,手机制造商可直接用于开发产品,用户只需支付一次网络服务费用新出手机,并且不会遇到网络转换时的延迟现象,而高通骁龙 X50只是单一的5G方案,无法兼容4G/3G/2G网络(必须使用更新的 X55 才能提供相应支持),这也是它备受批评的原因之一。
这也是现阶段5G手机面临的一个根本性缺陷,具体表现为小米 MIX3 5G 型号以及市面上多数已发售的5G设备,大多采用骁龙855芯片组,它们必须借助设备自带的X24基带,同时还得依赖外置的骁龙X50基带,才能确保实现全面网络连接。从这一层面考量,通信方面的能耗状况确实令人关注。联发科出于功耗和集成方面的考量,会将 Helio M70 融入未来的系统级芯片中新出手机,从这个角度来说,消费者还是有必要耐心等待的,不过如果用户愿意牺牲功耗和信号感受,那么还是可以在现阶段考虑采用X50基带芯片自行组装的5G设备。
网络设施方面,国内主要通信公司直到去年岁末才陆续得到 5G 测试频段的使用许可。5G 网络计划于今年开展试点运营,而全面推广大概需要等到 2020 年。因此,不论是从服务提供商的角度,还是从消费者设备的角度,现在都不是购买“组装式 5G”手机合适的时候。
5G 基带并不好做
仅就 5G 基带的毫米波部分而言,实际研发难度极高。这种频段的结构与传统频段大体相同,但在设计层面存在诸多难题。例如,毫米波频段对信号敏感度标准十分严苛,导致电路能耗显著增加。毫米波频段的工作频率与 CMOS 器件的截止频率处于同一量级,因此如何有效控制功耗,将成为设计过程中的关键挑战。此外,诸如线路传输特性等众多难题,均属于 5G 基带系统构建时必须攻克的环节。
实际上通过联发科 Helio M70 近期完成的多项检测可以知晓基带芯片的研发难度很大,例如 Helio M70 刚刚通过了安立公司 5G 测试设备,达到了最高的数据传输效率,该测试平台能够对 Sub-6GHz 和毫米波频段进行射频与协议测试,同时还能模拟非独立组网和独立组网的基站情况。这项测试旨在协助联发科提升 Sub-6GHz 频率范围的数据传输效能。
联发科目前正与罗德与施瓦茨公司联手,开展 5G 前端模块及天线阵列的 OTA 测试工作,其中涵盖了针对 Heilo M70 的 5G 网络方案天线功能的有效验证。罗德与施瓦茨特别构建了适合测量毫米波传输路径损耗的测试设施,可以评估多个波束流的表现;而备受关注的毫米波空中传输方案,则有助于全面检测基带层面发射端和接收端的工作能力。
在5G设施铺设方面,台积电在初期曾联合众多合作企业开展验证及开发工作。比如与是德科技协作已有两载,近期双方已联合实现 Helio M70 的 5G IP 数据通话验证;另外通过和诺基亚的持续合作,Helio M70 最近成功进行了诺基亚 5G 基站间的初步 5G 互操作验证,用以确认中、高频段不同网络系统及接入终端的适配性。
这些测试充分展现了 5G 基带芯片研发与生产的复杂,同时也是 5G 技术持续发展的关键环节。未来 5G 的进步依赖所有相关方的协作,这也解释了我们能够享受到更高速移动通信的原因。
当前并非购置 5G 智能机适宜的时段,不过我们确信,在以联发科、海思等为代表的本土芯片企业的促进下,很快会出现具备优良网络适配能力、合理通讯能耗以及卓越数据传输效率的高性价比 5G 智能机