摘要: 5G 已來，但這并不意味著你需要購買 5G 手機。2019 年將是 5G 元年，至少通信行業(yè)是這么宣稱的。不久我們將會看到三星、摩托羅拉、一加手機等設備制造商推出它們的 5G 智能手機，它們會把新的 5G 網(wǎng)絡吹得天花亂墜， ...

5G 已來，但這并不意味著你需要購買 5G 手機。

2019 年將是 5G 元年，至少通信行業(yè)是這么宣稱的。

不久我們將會看到三星、摩托羅拉、一加手機等設備制造商推出它們的 5G 智能手機，它們會把新的 5G 網(wǎng)絡吹得天花亂墜，而實際上，5G 網(wǎng)絡的部署仍然緩慢。我覺得 5G 多少有些炒作，但是具體的炒作成分有待商榷。比如，Verizon 聲稱 5G 將“大大改善整個社會”。

更快的移動互聯(lián)網(wǎng)即將到來，你關注過它嗎？

Qualcomm 最近發(fā)布了 2019 年的芯片，作為全球最大的智能手機芯片供應商，這讓我們對即將推出的 5G 硬件有了一個了解。業(yè)界正在盡力把 5G 宣傳為下一件大事，但 2019 年的 5G 硬件將成為明顯的第一代產(chǎn)品。5G 的早期使用者將不得不進行一定的權衡。假如你所在的地區(qū)還沒有 5G 網(wǎng)絡覆蓋，那么你最好再耐心地等待一兩年。

5G 采用未被使用的頻段

“5G”是對 2019 年推出的下一代蜂窩網(wǎng)絡技術的簡稱。

“G”的命名方案始于 20 世紀 90 年代 GSM 的推出，GSM 被稱為“第二代移動網(wǎng)絡技術”，也就是“2G ”。GSM 將最早的模擬網(wǎng)絡升級為了數(shù)字網(wǎng)絡，這些最早的模擬網(wǎng)絡被追溯為“1G”。從那時起，我們大約每隔十年進行一次網(wǎng)絡調試方式升級，同時相應地把“G”前面的數(shù)字加一。網(wǎng)絡的不斷升級為我們帶來了很多重要的功能，比如短信、彩信、IP 網(wǎng)絡以及移動互聯(lián)網(wǎng)，當然網(wǎng)絡速度也越來越快。

如今，現(xiàn)代智能手機大多基于“4G” LTE，其頻譜范圍在 450MHz 至 5.9GHz 之間。向 5G 的過渡需要對現(xiàn)有 LTE 基礎設施進行改進，5G 會使用 24GHz 至 90GHz 間的一大塊頻譜。業(yè)界決定將新的 5G 頻譜稱為“mmWave”（毫米波），手機和基站都需要使用新的硬件，網(wǎng)絡設計方案也需要重大改革。

mmWave 提供豐富的頻譜，但想要利用好并非易事。

行業(yè)總是把每一代新的網(wǎng)絡宣傳得非常完美，我們對此已經(jīng)習以為常，但是向 5G mmWave 的過渡并非一件穩(wěn)贏不輸?shù)氖虑椤?/p>

由于 mmWave 的運行頻率明顯高于 LTE，這意味著它不需要做太多的權衡。與 LTE 相比，mmWave 具有更差的覆蓋范圍和滲透率。mmWave 信號可以被建筑物、樹木甚至是你的手擋住。mmWave 在雨天或者霧天也無法很好地工作，接近 60GHz 的頻譜信號容易被氧氣吸收。mmWave 光譜甚至可以被空氣阻擋 。

有這么多問題需要克服，想要構建一塊 mmWave 網(wǎng)絡頻譜，你需要考慮兩個關鍵問題：mmWave 擁有更高的頻率，這意味著要求帶寬更大且延遲更小。mmWave 目前還沒有被大量使用，因為當前它的用戶體驗并不好。因此，如果你能夠解決相關的問題，那么一大片空閑的頻譜任你使用。實際上，很多公司在提到 mmWave 時都會談到這一點。實施起來非常困難和復雜，但是這些障礙是非常值得去突破的。

LTE 于 2011 年首次亮相，過去七年來，4G 智能手機硬件的體積越來越小，速度越來越快，效率越來越高。早期的 5G 硬件肯定會非常昂貴，當時隨著技術的成熟一定會越來越便宜。

5G 調制解調器：組件更多、功耗更高、電池更小

現(xiàn)在的智能手機幾乎完全由單個芯片驅動，單個芯片又稱為“SoC”或者“片上系統(tǒng)” 。顧名思義，即把計算機所需的基本部件全部放在一個小的獨立芯片上，通常涵蓋多個 CPU 核、GPU、用于攝像功能的“ISP”、Wi-Fi，等等模塊。RAM 通常并不包含在這個芯片中，但為了節(jié)省空間，RAM 大多會被堆疊在 SoC 之上。存儲模塊是主要的非 SoC 組件，主板上通常會有一些微小的電源管理、音頻、藍牙、NFC 等芯片。主板負責將諸多模塊連接起來并協(xié)同工作，然后盡可能騰出空間來放置手機電池。

智能手機的內部空間非常寶貴，雖然你無法控制 SoC、相機、SIM 卡或者 USB 端口等核心組件的大小，但是你可以控制電池的尺寸。電池決定了智能手機的尺寸。增加任何額外的組件都意味留給電池的空間更少。電池可以充分利用智能手機中的剩余空間。

在過去的幾年里，智能手機制造商一直試圖讓我們相信我們不需要耳機插孔，而且一直認為移除它們意味著手機更加簡潔且電池空間越大。Razer 首席執(zhí)行官 Min-Liang Tan 甚至為這一論點提出了一個問題：他說在 Razer 手機中省掉耳機插孔意味著該公司可以將電池容量增加 500mAh。

為什么這一點在這篇關于 5G 的文章中非常重要？簡而言之，5G mmWave 將需要比 4G 更多的硬件，這會增加硬件設備的復雜性，并且讓電池尺寸面臨巨大挑戰(zhàn)。

哪怕是 Qualcomm 最新的 SoC，5G都需要單獨的芯片。

Qualcomm 的調制解調器在 4G 時代占據(jù)巨大優(yōu)勢。通過專有技術和知識產(chǎn)權的結合，Qualcomm 是唯一一家能夠將 SoC 和調制解調器整合到一個芯片中，并以低廉的價格在全球范圍內銷售的芯片制造商。

三星在自己的 Exynos SoC 系列中提供集成調制解調器，但在美國、中國、拉丁美洲和日本，三星的設備仍然使用 Qualcomm 芯片。華為和聯(lián)發(fā)科處于類似情況：他們可以構建板載 LTE，但這些芯片并沒有在全球范圍內使用。蘋果公司生產(chǎn) iPhone SoC，但它使用單獨的芯片用于調制解調器。蘋果在 iPhone XS 中放棄了 Qualcomm 的調制解調器，而是采用了英特爾的調制解調器，但此事引發(fā)了蘋果和 Qualcomm 之間一連串的訴訟。

Qualcomm 在很多領域擁有非常多且重要的移動網(wǎng)絡專利，并充分利用其版權來維持調制解調器的主導地位。它對很多公司提起了專利訴訟，但是這并沒有阻止各大手機廠商采用其調制解調器，當然，蘋果公司除外。

這種單芯片的解決方案具有巨大的優(yōu)勢，可以讓主板變得更小、更簡單、更便宜，并且擁有更大的電池空間。將所有組件合并到單個芯片中還可以在手機運行時降低功耗，因為通常一個芯片的功耗低于兩個芯片。

多年來，Qualcomm 用戶一直享受著帶有板載 4G LTE 調制解調器的 SoC，該公司利用該設計優(yōu)勢占據(jù)市場統(tǒng)治地位?，F(xiàn)今，作為高端 SoC 供應商，Qualcomm 基本上是一個壟斷企業(yè)，幾乎所有的Android 旗艦產(chǎn)品都使用其 SoC。

Qualcomm 最近展示了其 2019 年的旗艦 SoC，即驍龍 855。雖然公司花了幾個小時來測量驍龍 855 的 5G 兼容性，但它實際上并沒有配備 5G mmWave 調制解調器。像往常一樣，855 將擁有 LTE，但 5G 手機將需要一個單獨的調制解調器——Qualcomm 將在 5G 失去其單芯片優(yōu)勢，如上所述，這意味著功耗更高，電池更小。

在 4G 時代的早期，分離的調制解調器給硬件設計帶來巨大挑戰(zhàn)，同樣的情況在 5G 的早期也會遇到。最典型的例子是 HTC Thunderbolt，這是 Verizon 網(wǎng)絡上的第一款 4G 設備。它使用了 Qualcomm 的驍龍 MSM8655 SoC 與另外的 Qualcomm MDM9600 LTE 調制解調器。Thunderbolt 非常失敗，因為它包含了所有這些新的 4G 硬件，但電池容量只有 1400mAh。這臺設備非常厚、發(fā)熱、運行緩慢，并且電池容量極低。Thunderbolt 每過一段時間就會被列為“有史以來最糟糕的手機”，一位 HTC 員工甚至為該手機的糟糕設計感到無比歉疚。

Qualcomm 的第一代5G芯片

我不會斷言第一個 5G 硬件會像 Thunderbolt 一樣糟糕，從那以后智能手機設計已經(jīng)發(fā)生了很多改變，但是對早期網(wǎng)絡硬件的擔憂仍然存在。新的網(wǎng)絡硬件是“全新的”，因為這是第一次小到足以放入智能手機內部。公司不要等到智能手機的尺寸達到要求再開始研發(fā)產(chǎn)品。2019 推出的設備可能會因為 5G 硬件而變得臃腫， 這是迄今為止最大的 5G 硬件。

讓我們比較一下 4G 和 5G 所需的內部組件。

對于 Qualcomm 芯片而言，2019 年的 4G 手機將搭載驍龍 855。855 中有一個板載 LTE 調制解調器，因此你不需要額外的芯片來提供網(wǎng)絡支持，而 LTE 天線通常是集成在主板中的微型線路。5G 則完全不同：你需要驍龍 855，除此之外還得加上驍龍 X50 5G 調制解調器，以及一系列“QTM052” 5G 天線模塊，它們是實際的芯片而非主板走線。

Qualcomm 5G模塊與硬幣的對比圖。

我還沒有看到 Qualcomm 為其 5G 芯片或者驍龍 855 發(fā)布精確的芯片尺寸，但該公司習慣于在硬幣旁邊拍攝其芯片。下面是驍龍 855、5G 調制解調器以及 5G RF 模塊，所有模塊都放置在硬幣旁邊。這些硬幣照片為了表達芯片的尺寸非常小巧，而實際上，這些圖片有沒有使用 Photoshop 就不好說了。

事實證明，與所有其他極小的智能手機組件相比，Qualcomm 的第一代 5G 芯片有些大。X50 5G 調制解調器和單個 RF 模塊比驍龍 855 占用的空間更多。請記住，855 是一個完整的 SoC，幾乎涵蓋了計算機運行所需的一切，還包括了內置的 4G 調制解調器，所以 5G 調制解調器和單個 RF 模塊占用的空間與手機除了存儲芯片之外的其它核心組件一樣多，這是非常不可思議的。目前，4G 采用簡潔的單芯片設計方案，而 5G 則需要很多額外的芯片。

硬件設計面臨巨大挑戰(zhàn)

本月初，Qualcomm 在夏威夷舉辦的 Snapdragon 峰會上，其總裁 Cristiano Amon 談到了構建 5G 智能手機的復雜程度。他在演講中稱，5G智能手機設計的復雜程度會以“指數(shù)級”增加。雖然 Amon 希望提升產(chǎn)品在工程上的應用性，但對我來說這聽起來像是一場扼殺電池容量的噩夢。復雜性帶來糟糕的體驗和高昂的價格。

除了 5G 硬件本來就比 4G 硬件大之外，你還得把它封裝為一個手機才能使其運行。mmWave 的穿透性非常差，你可以用手輕松阻擋信號，這是一個很嚴重的問題。為了緩解這個問題，Qualcomm 的解決方案是在 5G 手機中設計多個天線。

5G 模塊會占用更多的手機空間。

5G 手機的設計方案更加復雜。

Qualcomm 展示的 4 個天線的 5G 方案。

摩托羅拉的4個天線的5G方案。

你的 5G 手機不僅需要一個驍龍 855、一個 X50 調制解調器和一個 QTM052 天線模塊，它實際上還需要多個 QTM052 芯片。Qualcomm 在 QTM052 文檔中說你需要“四個不同位置的 mmWave 模塊”才能解決 mmWave 的局限，盡管更高級的設計可以把模塊數(shù)量減少到三個，但這依然很多。Qualcomm 目前提供的5G示意圖均顯示手機需要四個5G天線模塊，手機的四條邊一邊一個。Qualcomm 的 5G“參考”原型則顯示三個 5G 天線，分別位于手機的頂部、左側和右側。摩托羅拉的 5G 方案是目前最接近消費級的 5G 方案，它有四個天線，分別手機的頂部、底部和兩側。

無論手機廠商采用哪種設計方案，似乎都無法避免多天線設計，這樣才能讓手機的 5G 信號不被阻擋。舉個例子，想象一下，假如你單手握住電話，那么你的手可能會阻擋左右兩側的天線，因此手機可以切換到頂部和底部的天線來收發(fā)信號。如果你雙手分別握住手機的頂部和底部，使用橫屏模式，那么你的手會阻擋頂部和底部的天線，此時手機將使用左右兩側的天線。5G 模塊能夠自動切換到任何可以獲得信號的天線。

更多的天線意味著更復雜的內部構件，并且會占用更多的空間。從芯片照片中可以發(fā)現(xiàn)，Qualcomm 的 5G 封裝相比 4G 占用更多的空間。雖然無法識別厚度，但從圖片的像素可以看出，5G 使用的面積比單個 4G SoC 的配置多 3.3 倍。5G 硬件占用了太多的空間，手機有可能都無法放下耳機插孔了。

5G 手機的側面天線將不允許手機側面采用金屬外殼。

然而，設計變得更加復雜，也僅僅是將所有東西放在同一平面上而已。多個 5G 天線可以實現(xiàn)一種稱為“三維波束成形”的技術。射頻信號不再像 WiFi 一樣從一個點發(fā)出，而是可以根據(jù)基站的位置向其發(fā)射集中信號。同樣，基站將跟蹤你的位置并直接向你發(fā)射信號。Qualcomm 表示，三維波束成形是 5G 器件的一個關鍵特性，因為更加集中的信號將有助于克服 mmWave 的覆蓋率局限和穿透性問題。到目前為止，Qualcomm 的所有文獻和所有硬件都將這些天線放置在與手機側面主板垂直的平面上。

如果消費級的 5G 產(chǎn)品確實需要在側面大面積暴露天線，迄今為止所有的預測都是準確的，那么這會引起一些有趣的設計考慮。

如今，無線充電已經(jīng)讓手機從金屬單體轉換到了玻璃背面，這允許射頻信號從設備的背面出入。由于玻璃根本不耐用，這些手機通常使用金屬框支撐，通常暴露在側面。雖然金屬側智能手機設計似乎不適用于側裝式 5G 天線，但如果天線需要在那里，你將無法在手機兩側采用金屬外殼。當然，我們也不能有玻璃邊，那么用塑料嗎？5G 時代可能會迎來塑料手機。我沒有看到這些側面天線有其他的工作方式。

此外， 消費者將不得不為這些額外的 5G 組件花更多的錢。OnePlus 首席執(zhí)行官 Pete Lau 最近稱 5G 手機將會比現(xiàn)在的手機貴 200 到 300 美元。 5G 手機的待機時間可能會比 4G 手機更短，并且尺寸更大，但是卻比 4G 手機貴，這讓人無法理解。

5G 網(wǎng)絡部署舉步維艱

很顯然，在不久的將來，5G 的出現(xiàn)會促發(fā)智能手機硬件進行一輪新的權衡。

遷移到 5G 意味著對當前 4G 手機的硬件進行一定程度的顛覆，那么對于用戶來說，回報是什么呢？目前最常見的答案是“可能更快的網(wǎng)絡速度”，當然，這取決于一系列條件，主要與用戶的位置有關。首先，你需要生活在一個擁有 5G 信號覆蓋的城市，然后你所處的位置能夠真正接收到 5G 信號，然后你還要搞清楚 5G 帶來的速度提升對你是否是剛需。

由于 5G 覆蓋率的局限性，早期階段 5G 將僅在城市區(qū)域部署，其它區(qū)域會繼續(xù)使用 LTE。

5G 硬件更快的速度意味著 5G 手機的網(wǎng)速更快，然而，到目前為止，5G 網(wǎng)絡的部署非常緩慢。由于與 4G 相比，5G 的運行頻率更高，并且滲透率更差，因此不僅僅是對現(xiàn)有基站進行升級即可。業(yè)界對 5G 覆蓋率和滲透問題的解決方案主要是“建造更多的基站”，這會牽扯到很多的土地權利和安置談判。

目前，5G 的覆蓋范圍有限，甚至有時都很難讓人相信。

Qualcomm 首席執(zhí)行官概述了美國的“5G”網(wǎng)絡架構，該架構僅在“密集城區(qū)”使用 mmWave，其他地方都只使用 LTE。當你考慮范圍問題時，在城區(qū) mmWave 更有意義。在城市以外，為 5G 建造更多的基站可能不太值得，因此繼續(xù)沿用 LTE。即使城區(qū)部署了 5G，由于滲透問題，5G mmWave 對室內的覆蓋也將成為一個問題。通常情況下，你需要在建筑物內的基站，否則你只能使用 LTE。業(yè)內沒有人敢說 LTE 會消失，事實上，目前的計劃包括基于 5G 的 LTE 改進方案。

5G 在美國的部署計劃：

AT&T：我們計劃在 12 個城市部署 5G，爭取在 2019 年初將城市數(shù)量擴大到 19 個。

Sprint： 在 2019 年上半年，我們將在 9 大市場啟用 5G。

T-Mobile：T-Mobile 正在 10 大城市中的 6 個部署 5G，會逐漸將數(shù)量提升到 100 個。

Verizon：Verizon 將在 2019 年正式部署 5G，并會不斷加快部署速度。

5G 的速度究竟有多快目前還無法確認，就 2019 調制解調器而言，通常認為其速度能夠提升 10 倍，特別是隨著 LTE 不斷改進。據(jù) Qualcomm 稱，驍龍 855 的板載 4G LTE 調制解調器（沒有 5G 權衡的單芯片解決方案）最高的下行速度理論上可以達到 2Gbps。X50 5G 調制解調器加上 RF 模塊可以把速度提升一倍以上，理論下載速度可以達到 5Gbps。

這些理論速度在現(xiàn)實生活中可能永遠無法達到，但是，你只需要大約 0.006Gbps 的網(wǎng)速即可完美地傳輸高質量的 1080p、60fps 視頻。即使像 4K 流媒體這樣的高級貨也只需要大約 0.025Gbps 的網(wǎng)速，因此目前的 4G 速度對任何人來說都足夠了。我相信有一天，當我們將虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿覀兊哪槻坑嬎銠C上的平視顯示器時，5G 更快網(wǎng)速將會非常有用。但對于我的下一部智能手機，我認為有 LTE 就夠了。

暢想 2020

對于 2019 年的 5G mmWave，其手機將會更厚、更容易發(fā)熱、更復雜、功耗更高并且更貴。由于目前還沒有正式商用的 5G 設備，所有這些弊端都無從考究，但不可否認的是，第一代 5G 硬件產(chǎn)品肯定不如更成熟的 4G 產(chǎn)品。由于 5G 網(wǎng)絡仍處于起步階段，而且對于 5G 兼容手機而言，其價格會貴 200 美元至 300 美元，這對消費者而言似乎并不值得。

目前 5G 的發(fā)展只是冰山一角，其產(chǎn)品還不值得我們購買。

目前的 5G 技術處于早期階段，尚未完全成型，還有很多工作要做，因為它奠定了未來改進的基礎。至少對于主要城市而言，5G 將在未來發(fā)揮重要作用，并且需要幫助移動網(wǎng)絡更好地應對未來永無止境的帶寬需求。但這并不意味著你現(xiàn)在就有必要在 5G 上花錢。

在一兩年內，mmWave 硬件應該會更成熟，且集成度更高。值得關注的一個重要標志是高通的 2020 SoC 是否具有集成的 5G 調制解調器，這將使 5G 具備目前 4G 擁有的單芯片優(yōu)勢。然而，5G 的不成熟并不能阻止大肆宣傳的廣告。很快你就會開始在各種網(wǎng)站上看到第一款 5G 手機的推出，并且各大運營商都將宣傳 5G 是前所未有的高端科技——不要相信這些炒作。在不久的將來，如果你需要購買手機，還是買 4G 手機為妙。