5G可能會(huì)將手機(jī)市場(chǎng)推向相反的方向——走向更大的區(qū)域化

我們正在見(jiàn)證全球邁向 5G。國(guó)家、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商和手機(jī)制造商都爭(zhēng)先恐后地提供新一代蜂窩連接，或至少占得先機(jī)。全世界都已制定快速部署 5G 的穩(wěn)健計(jì)劃，特別是在新 5G 頻段提供的帶寬可以為消費(fèi)者提供明顯更高的數(shù)據(jù)速率的地區(qū)。事實(shí)上，正是這種對(duì)新無(wú)線電 (NR) 頻段的訪問(wèn)，以及對(duì)現(xiàn)有 LTE 頻段的重新分配，對(duì)數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生了最大的影響（參見(jiàn)圖 1）。和 3G 過(guò)渡到 LTE 不同，底層 5G 規(guī)范的更改僅在一定程度上提高數(shù)據(jù)速率。這就解釋了為促進(jìn)富有成效的 5G 部署，各個(gè)國(guó)家迅速在兩個(gè)新指定的范圍內(nèi)分配新頻譜的原因：6 GHz 以下 (FR1) 和 24 GHz 以上毫米波 (FR2)。韓國(guó)、英國(guó)、意大利和西班牙等國(guó)在 2018 年的頻譜拍賣中籌得數(shù)十億美元，美國(guó)、中國(guó)、日本和澳大利亞將在 2019 年進(jìn)行拍賣和分配。包括美國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家的運(yùn)營(yíng)商都計(jì)劃在 2019 年開(kāi)始推廣 5G 服務(wù)，并且?guī)准抑饕謾C(jī)制造商表示，他們將生產(chǎn)支持這些服務(wù)的 5G手機(jī)?？偟膩?lái)說(shuō)，到 2021 年，這些舉措將推動(dòng)在發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛覆蓋 5G。

圖 1 5G 需要增加頻譜，因?yàn)橐?guī)范僅在一定程度上提高數(shù)據(jù)速率。

然而，全球驅(qū)向 5G 并不意味著就會(huì)出現(xiàn)全球 5G 手機(jī)。與 LTE 的情況不同，生產(chǎn)支持在全球 5G網(wǎng)絡(luò)漫游的全球 5G 手機(jī)也許不可行，或不符合成本效益。相反，5G可能會(huì)將手機(jī)市場(chǎng)推向相反的方向——走向更大的區(qū)域化。

圖 2“全球”n77 和 n78 中頻段頻譜的使用因國(guó)家而異。

5G 頻段不是全球性的

首先，新的“全球”FR1 頻段（n77、n78 和 n79）實(shí)際上根本不是全球性的；在很多情況下，國(guó)家是在分配這些頻段的不同窄子集（參見(jiàn)圖2和3）。其次，F(xiàn)R2 毫米波分配遵循類似的模式，而使問(wèn)題倍增。第三，許多運(yùn)營(yíng)商最初會(huì)部署非獨(dú)立 (NSA) 5G，這將在 5G 和區(qū)域 LTE 頻段之間引入難以管理的復(fù)雜交互。

圖 3 中國(guó)和日本計(jì)劃使用小部分和不同部分的 n79 頻段。

對(duì)以前的事記憶猶新的人可能記得 LTE 時(shí)代的曙光，當(dāng)時(shí)頻段 1 和 7 被視為全球性頻段。遺憾的是，這兩個(gè)頻段都僅在部分地區(qū)采用，在其他地區(qū)未采用。被視為全球性頻段的其他頻段（如頻段 41）在部署時(shí)具有地區(qū)分配差異。例如，美國(guó)分配了全部可用的帶寬，而中國(guó)僅選擇一個(gè)窄子集，實(shí)際上使用范圍甚至更窄，因?yàn)橹袊?guó)移動(dòng)只是中國(guó)完全部署所分配頻率范圍的三大運(yùn)營(yíng)商之一。直到現(xiàn)在，即在推出多年后，才考慮采用更加統(tǒng)一的頻段 41 分配結(jié)構(gòu)，目的是在重新分配的頻段 n41 中部署 5G NR。

出于相同的原因，新“全球”超高頻段 n77、n78 和 n79 也發(fā)生了同樣的細(xì)分。各國(guó)和地區(qū)向移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商分配頻譜或拍賣頻譜的方式幾乎沒(méi)有改變。

手機(jī)問(wèn)題

由此產(chǎn)生的地區(qū)分配差異對(duì)手機(jī)制造商產(chǎn)生了重大影響，他們必須弄清楚如何支持相互沖突的需求。運(yùn)營(yíng)商通常希望手機(jī)針對(duì)在各自地區(qū)中使用的頻段的子集進(jìn)行優(yōu)化。但是，手機(jī)制造商想在全球銷售設(shè)備，或至少是進(jìn)行區(qū)域銷售，從而支持其所有目標(biāo)市場(chǎng)中使用的不同帶寬和載波聚合 (CA) 組合。

此外，領(lǐng)先制造商已經(jīng)選擇參加全球認(rèn)證論壇 (GCF) 的互操作性認(rèn)證，其提供使用 LTE 手機(jī)漫游的優(yōu)勢(shì)。GCF 的常見(jiàn)做法是在指定頻段的全部帶寬范圍內(nèi)驗(yàn)證操作，這就引出了一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)一個(gè)運(yùn)營(yíng)商或一組運(yùn)營(yíng)商只部署了分配到的頻段的子集時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況？

考慮 n77 的情況，它涵蓋了 3.3 至 4.2 GHz。理論上，單個(gè) n77 解決方案將支持使用此頻段在全球所有地區(qū)使用。而實(shí)際上，運(yùn)營(yíng)商需要解決方案專為其各自地區(qū)中分配的頻譜的子集而優(yōu)化——在某些情況下，窄至 100 MHz。如果 n77 不能作為全球解決方案，那么具有 3.3 至 3.8 GHz 更窄分配的 n78 呢？請(qǐng)三思。迄今為止，只有少數(shù)運(yùn)營(yíng)商打算部署 n77 或 n78 的 3.3 至 3.4 GHz 部分。手機(jī)制造商是否需要在一個(gè)甚至還未部署的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)操作？競(jìng)爭(zhēng)最佳操作的運(yùn)營(yíng)商當(dāng)然不需要這樣做。

實(shí)施更具區(qū)域性的解決方案可以提供性能優(yōu)勢(shì)，這主要是因?yàn)槭謾C(jī)制造商可以定制濾波，并優(yōu)化為頻段子集調(diào)諧的功率和低噪聲放大器。例如，在最初推出時(shí)，即使并非全部，也有大部分 n77 的前端模塊將使用非聲學(xué)濾波器，這為非常寬的 900 MHz 頻譜（比現(xiàn)在任何 LTE 頻段都要寬得多）提供良好性能。使用 n78 窄得多的子集時(shí)，比如 400 MHz，具有陡峭濾波器裙邊的體聲波 (BAW) 濾波器提供更好的性能，從而改進(jìn)帶外頻率抑制，降低頻段邊緣的插入損耗。這是手機(jī)制造商權(quán)衡方案的一個(gè)示例。專注于區(qū)域解決方案將提高一些目標(biāo)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的性能，但失去真正的全球漫游功能，或至少減少服務(wù)于全球 5G 市場(chǎng)的 SKU 的數(shù)量。

頻段 n79（4.4 至 5 GHz）也存在同樣的窘境。中國(guó)傾向于該頻段的 4.8 至 4.9 GHz 部分，而日本則考慮 4.5 至 4.6 GHz。支持整個(gè)頻段的解決方案將適用于這兩個(gè)國(guó)家，但不會(huì)為任一更窄的分配進(jìn)行優(yōu)化。如果您是這兩個(gè)國(guó)家中的一個(gè)國(guó)家的運(yùn)營(yíng)商，您會(huì)選擇全球 n79 解決方案還是為您所在國(guó)家用戶提供更高性能的解決方案？另一方面，作為制造商，您是希望為中國(guó)和日本構(gòu)建單獨(dú)的 SKU 還是在兩個(gè)國(guó)家推出同一款手機(jī)？這些決策比性能更需要進(jìn)行權(quán)衡。

FR2 頻譜的區(qū)域分配使得細(xì)分問(wèn)題變得更具挑戰(zhàn)，且區(qū)域之間以及各區(qū)域內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商之間具有差異（參見(jiàn)圖 4）。考慮到天線，毫米波的手機(jī)射頻實(shí)施可能比 6 GHz 以下的實(shí)施更依賴頻率。如果手機(jī)必須支持多個(gè)寬間隔毫米波頻率范圍，則可能需要多個(gè)天線陣列，或至少是更復(fù)雜、有損耗的天線。即使在分配有多個(gè)毫米波頻段的區(qū)域內(nèi)，這可能也是一項(xiàng)要求。更大的挑戰(zhàn)是，毫米波前端可能會(huì)在手機(jī)的多個(gè)配置中實(shí)現(xiàn)，每個(gè)配置都會(huì)占用寶貴的空間，而手機(jī)本身就面臨著尺寸限制?？紤]到手機(jī)大小正在接近維護(hù)便攜式的實(shí)際極限，因此這是一個(gè)難題。

圖 4 毫米波 5G 頻段的使用也會(huì)按國(guó)家進(jìn)行細(xì)分。

NSA、SA 和 LTE

各區(qū)域?qū)崿F(xiàn) 5G 的初始方法各不相同。在全球許多地區(qū)，運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃通過(guò)采用 NSA 5G 來(lái)加速 5G 部署。NSA 利用 LTE 錨頻段進(jìn)行控制，并使用更寬的 5G 頻段提供更快的數(shù)據(jù)速率。利用該方法，運(yùn)營(yíng)商只需利用其現(xiàn)有的 LTE 網(wǎng)絡(luò)即可快速實(shí)現(xiàn) 5G，無(wú)需構(gòu)建全新的 5G 核心。但是，一些中國(guó)運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃快速?gòu)?NSA 過(guò)渡到獨(dú)立 (SA) 5G，或在一些地區(qū)，直接從 LTE 過(guò)渡到 SA 5G。SA 無(wú)需 LTE 錨點(diǎn)，需要擴(kuò)建一個(gè)全 5G 網(wǎng)絡(luò)，但簡(jiǎn)化了多頻段 CA 組合的實(shí)現(xiàn)，特別是在上行鏈路 (UL) 上。

盡管 NSA 幫助運(yùn)營(yíng)商加快實(shí)現(xiàn) 5G，但引入了極大的射頻復(fù)雜性：需要雙 LTE 和 5G 連接。在很多情況下，運(yùn)營(yíng)商會(huì)在多個(gè) FDD LTE 頻段的現(xiàn)有區(qū)域 CA 組合中添加一個(gè) 5G 頻段，并將一個(gè) LTE 頻段用作錨點(diǎn)。NSA 規(guī)范要求手機(jī)在一個(gè)或多個(gè) LTE 頻段中傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)在一個(gè)更高頻率的 5G 頻段中接收數(shù)據(jù)。這就增加了 LTE 和 5G 頻段之間交互的可能性，且 LTE 傳輸頻率諧波可能劣化 5G 接收器。

考慮 5G 頻段 n78 和 LTE 錨頻段 3 或 66 的 NSA 組合來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。在 LTE 頻段傳輸期間產(chǎn)生的諧波頻率落入 n78 頻段，這可能會(huì)降低接收靈敏度。為了減少這種可能性，可能對(duì)頻段 3 路徑應(yīng)用額外濾波，而這將增加頻段 3 的損耗。這就給針對(duì)全球使用設(shè)計(jì)的手機(jī)帶來(lái)了問(wèn)題，特別是在 5G 尚不可用或運(yùn)營(yíng)商沒(méi)有 n78 頻譜的地區(qū)。在這些地區(qū)，頻段 3 將是主要數(shù)據(jù)路徑，而增加的損耗將導(dǎo)致手機(jī)性能降低，對(duì)用戶沒(méi)有任何好處。

對(duì)于一些 5G 頻段來(lái)說(shuō)，全球的情況更加復(fù)雜，因?yàn)樾枰С?SA 和 NSA 操作。例如，LTE 頻段 41 將被重新分配為 5G 頻段 n41，其提供的單通道帶寬比 60 MHz LTE 限值大得多。北美手機(jī)將需要同時(shí)使用 LTE 頻段 41 和 5G n41 支持雙傳輸 NSA 操作。然而，這種額外的 5G 帶寬也會(huì)有損失。由于同時(shí)在 LTE 頻段 41 和 n41 上傳輸時(shí)產(chǎn)生的反向互調(diào)產(chǎn)物，輸出功率必須降低以符合發(fā)射屏蔽，這可能減小覆蓋范圍。然而，在中國(guó)，n41 可用于寬帶 SA 模式，無(wú)需支持雙傳輸。在 SA 模式中使用 n41 允許更寬的帶寬 UL，同時(shí)保持運(yùn)營(yíng)商在頻段 41 上通過(guò) LTE 實(shí)現(xiàn)的覆蓋范圍，并可通過(guò)單個(gè)功率放大器提供支持，從而減少實(shí)施大小和成本。

隨著各地區(qū)遷移至 SA 5G，其中許多問(wèn)題將變得更簡(jiǎn)單。但是，這種情況不太可能會(huì)很快發(fā)生。我認(rèn)為 5G 要存在十年或更長(zhǎng)時(shí)間，SA 才能成為全球的主要實(shí)施。在全球 5G 部署競(jìng)技中，我們必須接受由 NSA 標(biāo)準(zhǔn)造成的長(zhǎng)時(shí)間射頻復(fù)雜性。

消費(fèi)者會(huì)購(gòu)買全球 5G 手機(jī)嗎？

如果沒(méi)有這些挑戰(zhàn)，是否有可能生產(chǎn)全球 5G 手機(jī)？可能。但是，全球漫游是否能夠抵消成本和其他權(quán)衡問(wèn)題？

消費(fèi)者是否已經(jīng)準(zhǔn)備好購(gòu)買更加昂貴的全球 5G 手機(jī)，這是個(gè)問(wèn)題。不管手機(jī)是區(qū)域性還是全球性的，成本都會(huì)增加，因?yàn)槌爽F(xiàn)有的 LTE 費(fèi)用，制造商還必須支付 5G 技術(shù)許可費(fèi)。后續(xù)為提供全球 5G 覆蓋范圍而增加射頻內(nèi)容（特別是考慮到區(qū)域頻段差異時(shí)）會(huì)增加成本。這可能讓人很難接受，即使對(duì)于那些不管在哪里旅行都希望有數(shù)據(jù)漫游的專業(yè)高級(jí)商務(wù)旅行者群體來(lái)說(shuō)也是如此。

回想 LTE 的早期階段，那時(shí)在區(qū)域?qū)嵤?LTE，并使用 GSM 進(jìn)行漫游。當(dāng)全球 LTE 手機(jī)興起時(shí)，大部分手機(jī) LTE 內(nèi)容通常都處于休眠狀態(tài)。增加成本但未使用的內(nèi)容通常是短暫的，特別是在市場(chǎng)從嬰兒期走向成熟時(shí)。

即使采用區(qū)域設(shè)計(jì)，增加單個(gè) 5G 頻帶都會(huì)增加射頻內(nèi)容和成本。5G 頻段以及通過(guò)日益復(fù)雜的天線信號(hào)路徑管理信號(hào)流都需要額外的組件，這主要是因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商請(qǐng)求的 NSA 和各種 CA 組合。為覆蓋用于 LTE 的現(xiàn)有頻率，天線已經(jīng)不堪負(fù)荷；5G 將進(jìn)一步擴(kuò)大這個(gè)范圍。盡管可以使用天線調(diào)諧和天線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)解決這一挑戰(zhàn)，這會(huì)將每根天線的信號(hào)連接數(shù)量最大化，但這兩種解決方案都會(huì)增加手機(jī)內(nèi)容。

圖 5 5G 手機(jī)的復(fù)雜性決定了手機(jī)尺寸會(huì)更大。

5G 也將意味著大型手機(jī)，至少一開(kāi)始是這樣（參見(jiàn)圖 5）。額外的射頻內(nèi)容需要額外的空間，特別是毫米波覆蓋范圍，這將難以適應(yīng)今天的手機(jī)尺寸。制造商不想減少分配給電池和其他直接吸引消費(fèi)者的功能的空間。要容納附加內(nèi)容，5G 手機(jī)可能需要是加大型設(shè)備。即使是區(qū)域性 5G 手機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸一開(kāi)始也可能行不通。環(huán)顧四周，您會(huì)發(fā)現(xiàn)并不是所有人都喜歡大型手機(jī)，它的銷量一直都是少數(shù)。我們可能不得不等待進(jìn)一步縮小尺寸的技術(shù)，然后才能將 5G 裝入可輕松放入口袋的 18:9 小巧手機(jī)。

結(jié)論

5G 正在推動(dòng)手機(jī)市場(chǎng)進(jìn)一步區(qū)域化。消費(fèi)者不想為自己不會(huì)使用的射頻內(nèi)容付費(fèi)，制造商也不能證明增加很少使用的內(nèi)容的成本是合理的。制造商也可能發(fā)現(xiàn)，在把射頻內(nèi)容擠進(jìn)手機(jī)的同時(shí)，很難保持電池續(xù)航時(shí)間和消費(fèi)者重視的其他功能。希望將手機(jī)成本和復(fù)雜性保持在合理范圍內(nèi)將促使制造商設(shè)計(jì)區(qū)域性 5G 手機(jī)，類似于如今許多中端 LTE 智能手機(jī)的區(qū)域化。

確切地說(shuō)，這些因素都不會(huì)減慢即將進(jìn)行的 5G 部署。它們只會(huì)將市場(chǎng)進(jìn)行細(xì)分。簡(jiǎn)言之，全球性 5G 手機(jī)不可行。