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美版iPhone 12独占的5G毫米波 ,和国行版有什么不同?

一些网友因此疑惑,不支持毫米波的国行版,是不是一部阉割版的 iPhone 12 呢?答案是否定的,这并不会影响国内用户在 iPhone 12 上使用 5G,而国内的 5G 网络也不支持毫米波。

作者:李超凡来源:爱范儿|2020-11-04 14:14

今年的 iPhone 12 又恢复了昔日加价取货的盛况,去年因为 iPhone 11 没有 5G 而持币观望的用户,终于有了换机的理由。

而在发布会上,苹果也将 5G 作为最重要的亮点进行介绍。iPhone 12 几乎支持目前所有的 5G 频段,超过主流的 Android 机型,不过只有美版支持毫米波频段。

一些网友因此疑惑,不支持毫米波的国行版,是不是一部阉割版的 iPhone 12 呢?答案是否定的,这并不会影响国内用户在 iPhone 12 上使用 5G,而国内的 5G 网络也不支持毫米波。

不过,支持毫米波的 iPhone 12 和使用低频 sub-6GHz 的国行版在 5G 体验上的确存在差异。今天就来谈谈 5G 毫米这个话题,这篇文章试图弄清楚几个问题:

  • 美版 iPhone 12 和国行版的 5G 体验有何不同?
  • 毫米波和 sub-6GHz 谁才是「真 5G」?
  • iPhone 12 5G 状态耗电快,和毫米波有关系吗?
  • 为什么美国 5G 网络支持毫米波而中国不用?
  • 现在的 5G 毫米波真的不可用吗?
  • 中国未来会用上毫米波吗?
  • 美版 iPhone 12 独占的 5G 毫米波 ,和国行有什么不同?

美版 iPhone 12 独占的毫米波,和国行版支持的 sub-6GHz ,其实就是目前全球 5G 网络频段两大分支。

顾名思义,毫米波的频率波长小于 10 mm,一般指的是 24 GHz 以上的频段。而 Sub-6 GHz 则是 6GHz 以下的网络频段,因为波长为厘米级,又被称为「厘米波」。

毫米波和厘米波,看名字似乎是毫米波赢了,就像导航卫星里毫米级显然比厘米级定位更精准,那么 5G 毫米波也比 sub-6GH 更强大吗?

的确,毫米波有着 sub-6GHz 难以望其项背的优势,从最直观的网速就能体现。

根据网络测速平台 Ookla 的实测数据,5G 毫米波终端下载速度是 6GHz 以下频段的 4 倍,平均速率达到 900 Mbps,峰值速率超过 2Gbps。

在上个月的发布会上,苹果表示 iPhone 12 最高可以实现 4Gbps 的峰值下行速率,指的也是毫米波。目前国内 200 元以内套餐最多提供 60 G 流量,在这个速率下 2 分钟就能用完。

当然这是理论峰值,实际使用一般达不到。而在 SpeedSmart 对 iPhone 12 的 5G 网络测试中,采用毫米波 5G 的 Verizon iPhone 12,下载和上传速度都要明显高于使用 sub-6GHz 的 iPhone 12。

既然毫米波这么强,是不是得赶紧买个美版 iPhone 12 才更划算?

先别急,虽然毫米波在网速上可以轻松碾压 sub-6GHz,却有个致命缺陷。那就是信号衰减大,覆盖范围小。

根据物理学的常识,电磁波频率越高波长越短,传输距离越短,穿越障碍物时的信号衰减也越长。比如 28GHz 频段的信号衰减就比 700MHz 要高 1600 倍。

因此采用毫米波的 5G 手机可能被任何东西挡住信号,树木和雨雾就能阻挡掉一大半信号,连人体对对毫米波的损耗也能达到 11~28dB,可以再现 iPhone 4 的「死亡之握」,更别说要穿墙了。

尽管已经有不少技术方案来解决毫米波信号衰减和阻挡的问题,但在商用中的表现依然不够理想。

Google 曾在美国对于相同范围内、相同基站数量的 5G 覆盖范围进行测试,结果显示采用毫米波部署的 5G 网络,100Mbps 速率的可以覆盖 11.6% 的人口,在 1Gbps 的速率下可以覆盖 3.9% 的人口;

而采用 sub-6GHz 的 5G 网络,100Mbps 速率下可以覆盖 57.4% 的人口,在 1Gbps 的速率下可以覆盖 21.2% 的人口。

▲ 上图为毫米波覆盖率,下图为 sub-6GHz 覆盖率. 图片来自:Google 

正是因为毫米波信号损耗高,集成到手机时还不能采用传统的天线,需要安装更多天线,对基带数字处理能力依然提出更高要求,美版的 iPhone 12 侧边的「补丁」,就是毫米波的天线模组。

更复杂的制作工艺带来的是更高的成本。根据郭明錤的说法, iPhone 12 系列采用的 Sub-6 和毫米波两种 5G 组件成本分别为 75–85 美元和 125–135 美元。

此外最近 iPhone 12 被曝出在 5G 状态下耗电极快,这也和 5G 手机的天线设计手机有一定关系。

5G 终端一般采用 Massive MIMO(大规模多入多出)天线技术来提升网络传输效率,补偿信号衰减,毫米波要商用更离不开这项技术。

不过 Massive MIMO 技术是以更高的计算成本为代价降低传输功耗的,手机需要集成更多天线,多根天线同时发送(多出)和接收信号(多入)意味着更高的功耗,自然也更加耗电。

简单来说 ,毫米波就像是一个短跑选手,爆发力强,但能跑的距离有限。而 sub-6GHz 则是一个长跑选手,跑得更慢但跑得更远,自身的优点恰好也是对方的缺点。

虽然高通去年曾暗讽华为 5G 不支持毫米波,不是真 5G,但其实这只是双方在 5G 路线之争上的宣传手段。而毫米波和 sub-6GHz 其实也不冲突,相反在未来很长时间内还会以协同组网的方式提供 5G 服务。

为什么美国用毫米波,中国不用?

正如前文所说,5G 毫米波的商用面临不少问题,那为什么美国要以毫米波为基础部署 5G 网络 ,难道美国运营商不知道毫米波的缺陷吗?

其实美国运营商何尝不想用低频的 sub-6GHz ,只不过这一频段大部分都已经用于军用通信和国防通讯,即便要腾出来商用,清理频段也不是一时半会能完成的。

在这样的背景下,运营商只能押注毫米波。其中为 iPhone 12 提供 5G 毫米波服务 Verizon ,也是全球最早商用 5G 服务的运营商,早在 2018 年就在美国 4 个城市提供 5G 服务,并表示「毫米波频谱是实现 5G 超宽带网络的基石」。

可受制于 5G 毫米波还未完全成熟的配套技术,5G 在美国的普及相对缓慢。根据华尔街投资银行 Jefferies 旗下的 M-Science 的数据,截至 2020 年 7 月中旬,美国 5G 用户数为 408.2 万户,还不到韩国 5G 用户数量的一半。

而在全球范围内,大部分运营商都先采用了 Sub-6G 作为 5G 的组网方案。标普全球评级(S&P Global Ratings)一份报告显示,截至今年 9 月,在全球 52 个市场中已经商用的 113 家运营商中,只有 12% 采用毫米波频段。

显然在毫米波彻底解决信号衰减和覆盖范围的问题之前, sub-6GHz 才是在短期内让 5G 覆盖更广泛的有效方案。

其实美国也已经意识到了这个问题,开始回过头来部署 sub-6GHz 的 5G 网络,不久前美国向运营商拍卖了原本用于军事用途的 100MHz 中频段频谱,计划在 2022 年中期开始投入商用。

在美国国防部国防创新委员会发布的《5G 生态系统:对美国国防部的风险与机遇》报告中也指出:

由于传播和成本限制,现阶段毫米波基本上不能在美国大规模部署,Sub-6 GHz 的中频频谱(在 3 GHz 和 4 GHz 范围内)将成为未来几年广域网的全球标准。

而中国运营商则幸福得多的,我国在 Sub-6 频段的资源相对充裕,能将 100 MHz 或以上连续试验频率分配给几大运营,而国外的运营商大都要靠拍卖来获取频段,价格往往数以亿计。

比如去年德国电信为了收购 2GHz 频段的 40MHz 频谱 ,就花费了近 22 亿欧元 (约合 172 亿人民币)。

虽然中国不用因为频段资源急着上毫米波,但同时也在积极研究和布局毫米波。因为现在看起来有点鸡肋的毫米波,才是 5G 真正的未来。

没有毫米波的 5G,的确是不完整的

在 B 站 UP 主何同学成名的那期关于 5G 的视频里,他曾表示速度其实是 5G 最无聊的应用。

▲ 图片来自:虎嗅 

目前我们对于 5G 的感知主要还是网速快一些,这是因为 5G 还缺乏杀手级的应用,有网友还调侃如今 5G 网络的杀手级应用就是测速软件。

其实在 5G 的三大应用场景中,除了提升网速的增强移动宽带 (eMBB) 外,还有海量机器通信 (mMTC) 和超可靠低时延通信 (URLLC)。

要实现后面两个这两个 5G 应用场景,都离不开毫米波。

比如海量机器通信 (mMTC)的要让设备连接数密度达到 100 万台 / 平方公里,这样即使在人满为患的地铁和体育馆中,每个人的设备也能流畅上网,需要借助 5G 毫米波技术带宽大、瞬时速率高、系统容量大的优势来实现。

像 AR/VR 、云游戏和工业机器人等需要低时延的应用场景也是,而 5G 毫米波系统空口时隙长度最小可至 0.125ms,只有目前主流 5G 中低频系统的四分之一。

就像全球移动通信系统协会 (GSMA) 在《5G 毫米波技术白皮书》中提到的,5G 毫米波是移动通信技术演进的必然方向,毫米波可以充分释放 5G 的全部潜能。

而提升 5G 毫米波覆盖能力的技术也日趋成熟,除了前面提到 Massive MIMO 外,波束赋形技术也是常用的解决方案。

传统 4G 基站和采用波束赋形的 5G 基站之间的区别,就像是灯泡和手电筒。

4G 基站发出的信号就像灯泡一样全放为发散,而波束赋形则可以将无线电波对准需要移动网络的终端,就像手电筒一样将光束照向目标,并随着目标移动,这能大大增加毫米波的通信距离。

另外毫米波可以部署大量的小型基站,过减小通信距离来保证高峰值吞吐量,从而提升覆盖范围,这比 5G 中低频采用铁塔大小的宏基站成本更低。

在一系列技术加持下,目前毫米波在室外视距传播已经可以达到 1-2 公里,而非视距的覆盖距离在 100-200 米之间。

9 月份高通联合爱立信、Casa Systems 将毫米波的通讯范围扩大到 3.8 公里,这也是目前毫米波最长的传输距离。

高通公司中国区研发负责人徐皓曾表示,具备毫米波能力才是完整的 5G,5G 毫米波的部署是实现 5G 全部愿景的重要步骤。

而上述这些技术,让那个距离真正改变我们生活的 5G ,又近了一些。

中国何时用上 5G 毫米波?

虽然中国 5G 去年 6 月才正式商用,但根据工信部的数据,截至 9 月底,全国累计开通建设的 5G 基站已经超过 69 万个,中国 5G 用户超过 1.5 亿。

而目前全球部署的 5G 基站才超过 80 万个,全球 5G 用户数量总共才不到 2 亿,可见中国在 5G 建设进度上已经处于领先地位。

在 5G 不断普及的同时,中国的毫米波应用也已经提上日程。按照中国 IMT-2020(5G)推进组的规划,将分为三个阶段来推进 5G 毫米波:

  • 2019 年重点验证 5G 毫米波关键技术和系统特性;
  • 2020 年重点验证 5G 毫米波基站和终端的功能、性能和互操作;
  • 2020 到 2021 年开展典型场景应用验证。

在 2022 年的北京冬奥会上,中国联通将采用基于 5G 毫米波技术的组网方案,为冬奥会场馆提供网络服务。

除了运营商,硬件厂商也在为毫米波的商用做准备。毫米波定制版一加 8 成为中国首款支持 5G 毫米波的智能手机,华为 Mate X 也有毫米波版本,但没对外发售。

而在相关产业链上,中国联通网络技术研究院副院长迟永生指出,国内毫米波的产业链相对国外还是比较薄弱,核心技术、核心器件国产化程度比较低。

不过中国在 5G 毫米波芯片上也有所突破,南京网络通信与安全紫金山实验室研制的毫米波芯片,已经将每通道成本由 1000 元降至 20 元,并有望在 2022 年商用。

不仅是中国,目前全球 120 多家运营商都投入到了毫米波的研发中。他们看中的是 5G 毫米波的巨大应用前景,以及可观的商业潜力。

根据 GSMA 预测,2020—2034 年毫米波 5G 对全球 GDP 的贡献将呈指数增长态势,2034 年将为全球 GDP 贡献 5650 亿美元、贡献税收达 1520 亿美元。

到那时,当人们提到 5G,联想到的可能不再是手机,甚至已经有了取代智能手机的设备。

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【责任编辑:未丽燕 TEL:(010)68476606】

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