隨著高通、海思、三星和聯發科紛紛祭出新一代5G SoC,智能手機的聯網體驗即將拉開新的篇章。然而,細心的朋友不難發現一個問題——都是5G SoC,它們的最大下行速度卻存在最高3倍的差距,是什么原因導致了5G網速的失衡呢?
下行速率的3倍之差
聯發科在發布天璣1000時,曾稱其是“全球最快5G單芯片”,理論最高(峰值)下行速率可達4.7Gbps。
作為對比,以驍龍855(外掛驍龍X50基帶)和麒麟990 5G(集成巴龍5000基帶)為代表的第一批5G Soc的最高下行速率卻只有2.3Gbps。
2019年12月初,高通發布了驍龍765和驍龍865兩款5G SoC。令人意外的是,哪怕是定位中端的驍龍765也擁有3.7Gbps的理論最高下行速率,而驍龍865更是可以實現高達7.5Gbps的下行速率,是第一批5G SoC的3.2倍!
都是5G SoC,為啥天璣1000比麒麟990 5G快,而驍龍865又能秒殺天璣1000呢?難道5G SoC的網速是發布越晚性能越強嗎?
答案自然是否定的,這個問題我們可以從高通總裁Cristiano Amon在2019年高通驍龍科技峰會上的一張PPT上看出端倪——“Sub-6+mmWave is real 5G”,只有同時支持Sub-6和毫米波才是真正的5G。
但在正式介紹Sub-6和mmWave之前,我們還需了解一些關于5G網速的知識。
5G網速到底怎么看
我們以Exyno 980為例,看看三星官網對這顆SoC網絡性能的描述,它支持3種網絡模式,不同模式下的網速都是不一樣的。
5G NR Sub-6GHz 2.55Gbps(DL)/1.28Gbps(UL)
這一行信息是指Exyno 980在Sub-6G(5G標準頻段)下,其理論最高下行速率(DL)為2.55Gbps,理論最高上行速率(UL)為1.28Gbps。在這個模式下,Exyno 980的網絡性能其實是和驍龍855+驍龍X50和麒麟990 5G差不多的;
LTE Cat.16 5CA 1Gbps(DL)/ 2CA 200Mbps(UL)
這一行信息是指Exyno 980在傳統4G網絡環境下,理論最高下行/上行速率分別為1Gbps(LTE Cat.16)和200Mbps(Cat.18);
EN-DC 3.55Gbps(DL)/1.38Gbps(UL)
這一行信息是指Exyno 980支持5G雙連接(EN-DC)技術,在4G和5G網速疊加狀態下的理論最高下行/上行速率分別為3.55Gbps和1.38Gbps。
通過表1可見,聯發科天璣1000在Sub-6G頻段下最高下行速度是4.7Gbps,比Exyno 980在5G雙連接的速度還要快,這是為什么呢?
答案很簡單,無論是驍龍855+驍龍X50、麒麟990 5G還是Exyno 980,它們都不支持Sub-6G頻段下的載波聚合(Carrier Aggregation,簡稱CA)技術,網絡帶寬只有100MHz。而天璣1000則支持雙載波聚合(2CA),可以將2個100MHz的載波進行聚合,從而實現對于200MHz帶寬的利用,不僅可以將5G終端的5G信號覆蓋提升30%,上下行速率也因此提升了一倍,即從競爭對手的下行2.5Gbps→4.7Gbps,上行1.2Gbps→2.5Gbps。
載波聚合技術是指通過將多個連續或非連續的載波(Component Carrier,簡稱CC)聚合成更大的帶寬,從而提高頻譜資源利用率,提升上下行速率,給用戶帶來更好的體驗。載波聚合技術在4G時代就已經有了比較廣泛的應用,此前的4G+也正是通過載波聚合技術來實現的。
據悉,中國聯通和中國電信此前已經宣布在5G方面進行共建共享。根據雙方達成的《5G網絡共建共享框架合作協議書》內容顯示,雙方將全國范圍內針對3.5GHz的200MHz 5G頻段(3400MHz-3600MHz)進行共建共享。這意味著未來支持載波聚合技術的5G SoC將大有用武之地。
而5G SoC到底支不支持5G載波聚合技術,我們可以登錄芯片品牌的官方網站查詢,通過驍龍765和驍龍865的對比就不難發現只有后者才支持200MHz帶寬的雙載波聚合技術。
需要注意的是,巴龍5000和驍龍X50基帶其本身是支持載波聚合技術的,只是當它們與麒麟990和驍龍855組合后,出于成本和定位的考量,海思和高通都取消了SoC對這一技術的支持。
5G網絡的兩大頻段
我們都知道,無線通信就是利用電磁波進行通信。頻率是電磁波的重要特性,不同頻率的電磁波有著不同的特性,也因此適用于不同的領域。比如,3kHz~30kHz屬于超長波(頻率越高波長越短),主要用于超遠距離的導航通信,而0.3MHz~3MHz的中頻到3GHz到30GHz的超高頻則可用于移動通信。
從1G到2G、3G再到4G,不同時期的移動網絡鎖劃分的電磁波頻率越來越高,其背后是為了滿足更高傳輸速率的需要。各個國家/地區、各個運營商在有限的頻率分配背后涉及到巨大的利益糾葛,當年很多“全網通”手機都主打“5模”(TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM)、“13頻”、“17頻”......“32頻”,所支持的頻段越多則可兼容更多國家和地區的運營商網絡,翻譯過來就是“走到哪都有信號”,限于篇幅本文我們就不針對網絡頻率的具體分配展開介紹了。
5G時代,3GPP在標準中對5G的頻率做出了規定,將其劃分為2大部分。其中頻率在6GHz以下(450MHz~6GHz)定義為Sub-6頻段(又稱FR1頻段),而24.25GHz~52.6GHz的部分就屬于mmWave頻段,也就是我們常說的“毫米波”頻段了(又稱FR2頻段)。
和2G/3G/4G時代相同,無論是Sub-6頻段還是毫米波頻段又被不同國家和地區的運營商“瓜分”。可以預見,未來的5G手機也有“x模x頻”之別,想實現真正的“全球通”需要購買支持更多Sub-6和毫米波頻譜的手機。
全球毫米波頻譜現狀
作為一款定位中端的5G SoC,高通驍龍765在不支持載波聚合技術時就能實現接近天璣1000的下載速度,驍龍865和Exyno 990的下行速率也能3倍于麒麟990 5G等競品,支持的毫米波技術就是它們實現更極致5G網速的關鍵因素。
實際上,無論驍龍X50還是巴龍5000基帶,它們本身也是支持毫米波的。華為在2019年初公布巴龍5000的性能數據為Sub-6GHz頻段最高4.6Gbps(需搭配雙載波聚合技術),毫米波頻段可達6.5Gbps。
可惜,當它們與驍龍855和麒麟990聯姻后,毫米波也隨載波聚合技術一起出局了。
深入了解毫米波
毫米波,即波長在1mm到10mm之間的電磁波,通常對應于30GHz至300GHz之間的無線電頻譜。相較于Sub-6頻段的4G/5G擁擠的網絡資源,高頻率的毫米波在通信上鮮有干擾源,電磁頻譜極為干凈,信道非常穩定可靠,頻譜資源也更加豐富,可以分配給運營商許多連續的高質量頻帶。
毫米波最大的優勢還表現在提供了與光纖相當的帶寬傳輸潛力,同時也避免了部署有線光纖的成本和后期維護挑戰。基于Sub-6頻段的4G LTE網絡最大帶寬是100MHz,數據傳輸速率不超過1Gbps,需要集成多個載波才能實現更高的系統帶寬。
毫米波頻段的5G網絡可用帶寬為400MHz,數據傳輸速率最高可達到10Gbps甚至更多。可見,下行速率剛剛超過7Gbps大關的驍龍865和Exyno 990還沒有“吃透”毫米波,它們還大有潛力可挖。
可惜,毫米波也存在很多先天缺陷:它的頻譜容易衰減,無法傳播到很遠的距離。由于毫米波波長短,衍射能力不強,它對建筑物的穿透力幾乎沒有,還受限于很多環境因素影響。比如水分子對于這些頻譜的吸收程度就很高,下雨時或穿過樹木、家具和人體時信號的衰弱非常快。
毫米波之所以沒能在第一時間普及,就好像SA(獨立組網)晚于NSA(非獨立組網)一樣。Sub-6是在全球范圍內普及度最高,兼容性最好的頻段,所以絕大多數國家和地區都會優先部署Sub-6基站,毫米波在短期內難有大規模的商用工程。換句話說,至少在未來的1年內,毫米波都不是5G應用中的“剛需”,所以才會出現基帶支持但SoC卻不支持的怪現象。
美國是推廣毫米波力度最大的國家之一,因為該國家Sub-6的很多頻段都被軍方占用。此外,美國的地理環境是地廣人稀,部署覆蓋面積大,傳輸距離遠的Sub-6基站反而會有浪費,集中在局部熱點部署毫米波基站反而更加劃算。
那么,毫米波的商業模式應該是怎樣的呢?
簡單來說,毫米波并不適合室外基站的大范圍商用,它的局限性注定它只適用于體育館、寫字樓、大型商場等需要室內基站提供網絡支持的場所。
在未來的5G時代,我們身邊會出現更多基于波束成形技術和大規模MIMO(Massive MIMO)等技術(解決了其短距離的定向穿透能力)打造的“室內毫米波基站”,它們相當于一個個“超級Wi-Fi熱點”,可為一定區域內的大量密集人群提供超高速、低時延、高可靠的移動網絡,以往在萬人體育場觀看演出時手機沒信號、經常斷網的情況將成為歷史。
總之,我們不要指望戶外的基站信號塔可以釋放毫米波的榮光,“室內毫米波基站”這種“小基站”才是毫米波普及的關鍵要點。同時,一款5G手機哪怕搭載了支持毫米波的SoC,要想支持這一功能也需要在內部加入豪華的Massive MIMO天線陣列。
問題來了,在寸土寸金的手機體內,加入Massive MIMO天線需要付出更多的研發和物料成本,以搭載驍龍765的Redmi K30 5G版為例,其天線規模已經比4G手機增加了1.4倍,但依舊不支持毫米波,可見這個技術背后所需要付出的代價了。
好消息是,高通已經針對毫米波推出了專用的QTM525天線模組,它是一套完整的、可與驍龍X55基帶芯片搭配使用的射頻解決方案,為支持6GHz以下頻段和毫米波頻段的高性能5G移動終端提供從調制解調器到天線的完整系統。QTM525可以直接嵌入到手機內部,省去復雜的傳統天線布局,而且依舊可以將手機厚度控制到8mm以內,不會影響手機的便攜性。未來,這種模塊化的毫米波天線模組有望成為主流。
毫米波是能為5G手機提速的關鍵技術,但它僅適用于室內或體育館等場所,而且短期內還看不到普及的契機,哪怕5G SoC支持,搭載它的智能手機在沒有搭配專用天線陣列時也無緣享用。但是,毫米波又是未來的發展趨勢,我們自然希望每一款5G芯片和手機都能對其加以支持,只是現階段還不值得我們為它加價買單——支持最好,不支持也莫要強求。
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