5G 已来 为什么不能入手 5G 手机！

摘要: 5G 已来，但这并不意味着你需要购买 5G 手机。2019 年将是 5G 元年，至少通信行业是这么宣称的。不久我们将会看到三星、摩托罗拉、一加手机等设备制造商推出它们的 5G 智能手机，它们会把新的 5G 网络吹得天花乱坠， ...

5G 已来，但这并不意味着你需要购买 5G 手机。

2019 年将是 5G 元年，至少通信行业是这么宣称的。

不久我们将会看到三星、摩托罗拉、一加手机等设备制造商推出它们的 5G 智能手机，它们会把新的 5G 网络吹得天花乱坠，而实际上，5G 网络的部署仍然缓慢。我觉得 5G 多少有些炒作，但是具体的炒作成分有待商榷。比如，Verizon 声称 5G 将“大大改善整个社会”。

更快的移动互联网即将到来，你关注过它吗？

Qualcomm 最近发布了 2019 年的芯片，作为全球最大的智能手机芯片供应商，这让我们对即将推出的 5G 硬件有了一个了解。业界正在尽力把 5G 宣传为下一件大事，但 2019 年的 5G 硬件将成为明显的第一代产品。5G 的早期使用者将不得不进行一定的权衡。假如你所在的地区还没有 5G 网络覆盖，那么你最好再耐心地等待一两年。

5G 采用未被使用的频段

“5G”是对 2019 年推出的下一代蜂窝网络技术的简称。

“G”的命名方案始于 20 世纪 90 年代 GSM 的推出，GSM 被称为“第二代移动网络技术”，也就是“2G ”。GSM 将最早的模拟网络升级为了数字网络，这些最早的模拟网络被追溯为“1G”。从那时起，我们大约每隔十年进行一次网络调试方式升级，同时相应地把“G”前面的数字加一。网络的不断升级为我们带来了很多重要的功能，比如短信、彩信、IP 网络以及移动互联网，当然网络速度也越来越快。

如今，现代智能手机大多基于“4G” LTE，其频谱范围在 450MHz 至 5.9GHz 之间。向 5G 的过渡需要对现有 LTE 基础设施进行改进，5G 会使用 24GHz 至 90GHz 间的一大块频谱。业界决定将新的 5G 频谱称为“mmWave”（毫米波），手机和基站都需要使用新的硬件，网络设计方案也需要重大改革。

mmWave 提供丰富的频谱，但想要利用好并非易事。

行业总是把每一代新的网络宣传得非常完美，我们对此已经习以为常，但是向 5G mmWave 的过渡并非一件稳赢不输的事情。

由于 mmWave 的运行频率明显高于 LTE，这意味着它不需要做太多的权衡。与 LTE 相比，mmWave 具有更差的覆盖范围和渗透率。mmWave 信号可以被建筑物、树木甚至是你的手挡住。mmWave 在雨天或者雾天也无法很好地工作，接近 60GHz 的频谱信号容易被氧气吸收。mmWave 光谱甚至可以被空气阻挡 。

有这么多问题需要克服，想要构建一块 mmWave 网络频谱，你需要考虑两个关键问题：mmWave 拥有更高的频率，这意味着要求带宽更大且延迟更小。mmWave 目前还没有被大量使用，因为当前它的用户体验并不好。因此，如果你能够解决相关的问题，那么一大片空闲的频谱任你使用。实际上，很多公司在提到 mmWave 时都会谈到这一点。实施起来非常困难和复杂，但是这些障碍是非常值得去突破的。

LTE 于 2011 年首次亮相，过去七年来，4G 智能手机硬件的体积越来越小，速度越来越快，效率越来越高。早期的 5G 硬件肯定会非常昂贵，当时随着技术的成熟一定会越来越便宜。

5G 调制解调器：组件更多、功耗更高、电池更小

现在的智能手机几乎完全由单个芯片驱动，单个芯片又称为“SoC”或者“片上系统” 。顾名思义，即把计算机所需的基本部件全部放在一个小的独立芯片上，通常涵盖多个 CPU 核、GPU、用于摄像功能的“ISP”、Wi-Fi，等等模块。RAM 通常并不包含在这个芯片中，但为了节省空间，RAM 大多会被堆叠在 SoC 之上。存储模块是主要的非 SoC 组件，主板上通常会有一些微小的电源管理、音频、蓝牙、NFC 等芯片。主板负责将诸多模块连接起来并协同工作，然后尽可能腾出空间来放置手机电池。

智能手机的内部空间非常宝贵，虽然你无法控制 SoC、相机、SIM 卡或者 USB 端口等核心组件的大小，但是你可以控制电池的尺寸。电池决定了智能手机的尺寸。增加任何额外的组件都意味留给电池的空间更少。电池可以充分利用智能手机中的剩余空间。

在过去的几年里，智能手机制造商一直试图让我们相信我们不需要耳机插孔，而且一直认为移除它们意味着手机更加简洁且电池空间越大。Razer 首席执行官 Min-Liang Tan 甚至为这一论点提出了一个问题：他说在 Razer 手机中省掉耳机插孔意味着该公司可以将电池容量增加 500mAh。

为什么这一点在这篇关于 5G 的文章中非常重要？简而言之，5G mmWave 将需要比 4G 更多的硬件，这会增加硬件设备的复杂性，并且让电池尺寸面临巨大挑战。

哪怕是 Qualcomm 最新的 SoC，5G都需要单独的芯片。

Qualcomm 的调制解调器在 4G 时代占据巨大优势。通过专有技术和知识产权的结合，Qualcomm 是唯一一家能够将 SoC 和调制解调器整合到一个芯片中，并以低廉的价格在全球范围内销售的芯片制造商。

三星在自己的 Exynos SoC 系列中提供集成调制解调器，但在美国、中国、拉丁美洲和日本，三星的设备仍然使用 Qualcomm 芯片。华为和联发科处于类似情况：他们可以构建板载 LTE，但这些芯片并没有在全球范围内使用。苹果公司生产 iPhone SoC，但它使用单独的芯片用于调制解调器。苹果在 iPhone XS 中放弃了 Qualcomm 的调制解调器，而是采用了英特尔的调制解调器，但此事引发了苹果和 Qualcomm 之间一连串的诉讼。

Qualcomm 在很多领域拥有非常多且重要的移动网络专利，并充分利用其版权来维持调制解调器的主导地位。它对很多公司提起了专利诉讼，但是这并没有阻止各大手机厂商采用其调制解调器，当然，苹果公司除外。

这种单芯片的解决方案具有巨大的优势，可以让主板变得更小、更简单、更便宜，并且拥有更大的电池空间。将所有组件合并到单个芯片中还可以在手机运行时降低功耗，因为通常一个芯片的功耗低于两个芯片。

多年来，Qualcomm 用户一直享受着带有板载 4G LTE 调制解调器的 SoC，该公司利用该设计优势占据市场统治地位。现今，作为高端 SoC 供应商，Qualcomm 基本上是一个垄断企业，几乎所有的Android 旗舰产品都使用其 SoC。

Qualcomm 最近展示了其 2019 年的旗舰 SoC，即骁龙 855。虽然公司花了几个小时来测量骁龙 855 的 5G 兼容性，但它实际上并没有配备 5G mmWave 调制解调器。像往常一样，855 将拥有 LTE，但 5G 手机将需要一个单独的调制解调器——Qualcomm 将在 5G 失去其单芯片优势，如上所述，这意味着功耗更高，电池更小。

在 4G 时代的早期，分离的调制解调器给硬件设计带来巨大挑战，同样的情况在 5G 的早期也会遇到。最典型的例子是 HTC Thunderbolt，这是 Verizon 网络上的第一款 4G 设备。它使用了 Qualcomm 的骁龙 MSM8655 SoC 与另外的 Qualcomm MDM9600 LTE 调制解调器。Thunderbolt 非常失败，因为它包含了所有这些新的 4G 硬件，但电池容量只有 1400mAh。这台设备非常厚、发热、运行缓慢，并且电池容量极低。Thunderbolt 每过一段时间就会被列为“有史以来最糟糕的手机”，一位 HTC 员工甚至为该手机的糟糕设计感到无比歉疚。

Qualcomm 的第一代5G芯片

我不会断言第一个 5G 硬件会像 Thunderbolt 一样糟糕，从那以后智能手机设计已经发生了很多改变，但是对早期网络硬件的担忧仍然存在。新的网络硬件是“全新的”，因为这是第一次小到足以放入智能手机内部。公司不要等到智能手机的尺寸达到要求再开始研发产品。2019 推出的设备可能会因为 5G 硬件而变得臃肿， 这是迄今为止最大的 5G 硬件。

让我们比较一下 4G 和 5G 所需的内部组件。

对于 Qualcomm 芯片而言，2019 年的 4G 手机将搭载骁龙 855。855 中有一个板载 LTE 调制解调器，因此你不需要额外的芯片来提供网络支持，而 LTE 天线通常是集成在主板中的微型线路。5G 则完全不同：你需要骁龙 855，除此之外还得加上骁龙 X50 5G 调制解调器，以及一系列“QTM052” 5G 天线模块，它们是实际的芯片而非主板走线。

Qualcomm 5G模块与硬币的对比图。

我还没有看到 Qualcomm 为其 5G 芯片或者骁龙 855 发布精确的芯片尺寸，但该公司习惯于在硬币旁边拍摄其芯片。下面是骁龙 855、5G 调制解调器以及 5G RF 模块，所有模块都放置在硬币旁边。这些硬币照片为了表达芯片的尺寸非常小巧，而实际上，这些图片有没有使用 Photoshop 就不好说了。

事实证明，与所有其他极小的智能手机组件相比，Qualcomm 的第一代 5G 芯片有些大。X50 5G 调制解调器和单个 RF 模块比骁龙 855 占用的空间更多。请记住，855 是一个完整的 SoC，几乎涵盖了计算机运行所需的一切，还包括了内置的 4G 调制解调器，所以 5G 调制解调器和单个 RF 模块占用的空间与手机除了存储芯片之外的其它核心组件一样多，这是非常不可思议的。目前，4G 采用简洁的单芯片设计方案，而 5G 则需要很多额外的芯片。

硬件设计面临巨大挑战

本月初，Qualcomm 在夏威夷举办的 Snapdragon 峰会上，其总裁 CrisTIano Amon 谈到了构建 5G 智能手机的复杂程度。他在演讲中称，5G智能手机设计的复杂程度会以“指数级”增加。虽然 Amon 希望提升产品在工程上的应用性，但对我来说这听起来像是一场扼杀电池容量的噩梦。复杂性带来糟糕的体验和高昂的价格。

除了 5G 硬件本来就比 4G 硬件大之外，你还得把它封装为一个手机才能使其运行。mmWave 的穿透性非常差，你可以用手轻松阻挡信号，这是一个很严重的问题。为了缓解这个问题，Qualcomm 的解决方案是在 5G 手机中设计多个天线。

5G 模块会占用更多的手机空间。

5G 手机的设计方案更加复杂。

Qualcomm 展示的 4 个天线的 5G 方案。

摩托罗拉的4个天线的5G方案。

你的 5G 手机不仅需要一个骁龙 855、一个 X50 调制解调器和一个 QTM052 天线模块，它实际上还需要多个 QTM052 芯片。Qualcomm 在 QTM052 文档中说你需要“四个不同位置的 mmWave 模块”才能解决 mmWave 的局限，尽管更高级的设计可以把模块数量减少到三个，但这依然很多。Qualcomm 目前提供的5G示意图均显示手机需要四个5G天线模块，手机的四条边一边一个。Qualcomm 的 5G“参考”原型则显示三个 5G 天线，分别位于手机的顶部、左侧和右侧。摩托罗拉的 5G 方案是目前最接近消费级的 5G 方案，它有四个天线，分别手机的顶部、底部和两侧。

无论手机厂商采用哪种设计方案，似乎都无法避免多天线设计，这样才能让手机的 5G 信号不被阻挡。举个例子，想象一下，假如你单手握住电话，那么你的手可能会阻挡左右两侧的天线，因此手机可以切换到顶部和底部的天线来收发信号。如果你双手分别握住手机的顶部和底部，使用横屏模式，那么你的手会阻挡顶部和底部的天线，此时手机将使用左右两侧的天线。5G 模块能够自动切换到任何可以获得信号的天线。

更多的天线意味着更复杂的内部构件，并且会占用更多的空间。从芯片照片中可以发现，Qualcomm 的 5G 封装相比 4G 占用更多的空间。虽然无法识别厚度，但从图片的像素可以看出，5G 使用的面积比单个 4G SoC 的配置多 3.3 倍。5G 硬件占用了太多的空间，手机有可能都无法放下耳机插孔了。

5G 手机的侧面天线将不允许手机侧面采用金属外壳。

然而，设计变得更加复杂，也仅仅是将所有东西放在同一平面上而已。多个 5G 天线可以实现一种称为“三维波束成形”的技术。射频信号不再像 WiFi 一样从一个点发出，而是可以根据基站的位置向其发射集中信号。同样，基站将跟踪你的位置并直接向你发射信号。Qualcomm 表示，三维波束成形是 5G 器件的一个关键特性，因为更加集中的信号将有助于克服 mmWave 的覆盖率局限和穿透性问题。到目前为止，Qualcomm 的所有文献和所有硬件都将这些天线放置在与手机侧面主板垂直的平面上。

如果消费级的 5G 产品确实需要在侧面大面积暴露天线，迄今为止所有的预测都是准确的，那么这会引起一些有趣的设计考虑。

如今，无线充电已经让手机从金属单体转换到了玻璃背面，这允许射频信号从设备的背面出入。由于玻璃根本不耐用，这些手机通常使用金属框支撑，通常暴露在侧面。虽然金属侧智能手机设计似乎不适用于侧装式 5G 天线，但如果天线需要在那里，你将无法在手机两侧采用金属外壳。当然，我们也不能有玻璃边，那么用塑料吗？5G 时代可能会迎来塑料手机。我没有看到这些侧面天线有其他的工作方式。

此外， 消费者将不得不为这些额外的 5G 组件花更多的钱。OnePlus 首席执行官 Pete Lau 最近称 5G 手机将会比现在的手机贵 200 到 300 美元。 5G 手机的待机时间可能会比 4G 手机更短，并且尺寸更大，但是却比 4G 手机贵，这让人无法理解。

5G 网络部署举步维艰

很显然，在不久的将来，5G 的出现会促发智能手机硬件进行一轮新的权衡。

迁移到 5G 意味着对当前 4G 手机的硬件进行一定程度的颠覆，那么对于用户来说，回报是什么呢？目前最常见的答案是“可能更快的网络速度”，当然，这取决于一系列条件，主要与用户的位置有关。首先，你需要生活在一个拥有 5G 信号覆盖的城市，然后你所处的位置能够真正接收到 5G 信号，然后你还要搞清楚 5G 带来的速度提升对你是否是刚需。

由于 5G 覆盖率的局限性，早期阶段 5G 将仅在城市区域部署，其它区域会继续使用 LTE。

5G 硬件更快的速度意味着 5G 手机的网速更快，然而，到目前为止，5G 网络的部署非常缓慢。由于与 4G 相比，5G 的运行频率更高，并且渗透率更差，因此不仅仅是对现有基站进行升级即可。业界对 5G 覆盖率和渗透问题的解决方案主要是“建造更多的基站”，这会牵扯到很多的土地权利和安置谈判。

目前，5G 的覆盖范围有限，甚至有时都很难让人相信。

Qualcomm 首席执行官概述了美国的“5G”网络架构，该架构仅在“密集城区”使用 mmWave，其他地方都只使用 LTE。当你考虑范围问题时，在城区 mmWave 更有意义。在城市以外，为 5G 建造更多的基站可能不太值得，因此继续沿用 LTE。即使城区部署了 5G，由于渗透问题，5G mmWave 对室内的覆盖也将成为一个问题。通常情况下，你需要在建筑物内的基站，否则你只能使用 LTE。业内没有人敢说 LTE 会消失，事实上，目前的计划包括基于 5G 的 LTE 改进方案。

5G 在美国的部署计划：

AT&T：我们计划在 12 个城市部署 5G，争取在 2019 年初将城市数量扩大到 19 个。

Sprint： 在 2019 年上半年，我们将在 9 大市场启用 5G。

T-Mobile：T-Mobile 正在 10 大城市中的 6 个部署 5G，会逐渐将数量提升到 100 个。

Verizon：Verizon 将在 2019 年正式部署 5G，并会不断加快部署速度。

5G 的速度究竟有多快目前还无法确认，就 2019 调制解调器而言，通常认为其速度能够提升 10 倍，特别是随着 LTE 不断改进。据 Qualcomm 称，骁龙 855 的板载 4G LTE 调制解调器（没有 5G 权衡的单芯片解决方案）最高的下行速度理论上可以达到 2Gbps。X50 5G 调制解调器加上 RF 模块可以把速度提升一倍以上，理论下载速度可以达到 5Gbps。

这些理论速度在现实生活中可能永远无法达到，但是，你只需要大约 0.006Gbps 的网速即可完美地传输高质量的 1080p、60fps 视频。即使像 4K 流媒体这样的高级货也只需要大约 0.025Gbps 的网速，因此目前的 4G 速度对任何人来说都足够了。我相信有一天，当我们将虚拟现实数据传输到我们的脸部计算机上的平视显示器时，5G 更快网速将会非常有用。但对于我的下一部智能手机，我认为有 LTE 就够了。

畅想 2020

对于 2019 年的 5G mmWave，其手机将会更厚、更容易发热、更复杂、功耗更高并且更贵。由于目前还没有正式商用的 5G 设备，所有这些弊端都无从考究，但不可否认的是，第一代 5G 硬件产品肯定不如更成熟的 4G 产品。由于 5G 网络仍处于起步阶段，而且对于 5G 兼容手机而言，其价格会贵 200 美元至 300 美元，这对消费者而言似乎并不值得。

目前 5G 的发展只是冰山一角，其产品还不值得我们购买。

目前的 5G 技术处于早期阶段，尚未完全成型，还有很多工作要做，因为它奠定了未来改进的基础。至少对于主要城市而言，5G 将在未来发挥重要作用，并且需要帮助移动网络更好地应对未来永无止境的带宽需求。但这并不意味着你现在就有必要在 5G 上花钱。

在一两年内，mmWave 硬件应该会更成熟，且集成度更高。值得关注的一个重要标志是高通的 2020 SoC 是否具有集成的 5G 调制解调器，这将使 5G 具备目前 4G 拥有的单芯片优势。然而，5G 的不成熟并不能阻止大肆宣传的广告。很快你就会开始在各种网站上看到第一款 5G 手机的推出，并且各大运营商都将宣传 5G 是前所未有的高端科技——不要相信这些炒作。在不久的将来，如果你需要购买手机，还是买 4G 手机为妙。