5G的性能、覆蓋范圍和能效分析

2019年可謂是“5G之年”。在首個(gè)5G商用之后的7個(gè)月時(shí)間里，我們驚喜地發(fā)現(xiàn)全球已部署了30多張5G商用網(wǎng)絡(luò)，并且40多家廠商也在陸續(xù)發(fā)布5G終端設(shè)備。在這一切發(fā)展潮流的背后，Qualcomm肩負(fù)著重要使命。

隨著新一代無(wú)線技術(shù)在全球的普及，作為5G領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，我們認(rèn)為有必要對(duì)現(xiàn)實(shí)中的5G效益進(jìn)行檢驗(yàn)，并深入研究它的性能。因此，我們委托Signals Research Group（SRG）開(kāi)展了一項(xiàng)全面的全球研究。憑借在蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能的基準(zhǔn)測(cè)試方面的專長(zhǎng)，SRG是全球最權(quán)威的無(wú)線分析公司之一。

SRG使用基于高通驍龍移動(dòng)平臺(tái)的商用5G終端，通過(guò)韓國(guó)、英國(guó)、瑞士和美國(guó)多個(gè)城市的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)收集了數(shù)千GB的測(cè)試數(shù)據(jù)。這項(xiàng)分析耗時(shí)數(shù)周，涉及數(shù)百個(gè)參數(shù)。

以下是SRG研究的主要結(jié)論：

1、相比4G LTE，5G的平均容量翻了一番，峰值速率提高了10倍

通過(guò)對(duì)亞洲、歐洲和北美洲多個(gè)sub-6 GHz和毫米波（mmWave）網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試，研究結(jié)果得出一個(gè)共同結(jié)論：與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在容量和性能方面得到了顯著提升。

圖1總結(jié)了在SKT、EE、Swisscom和Verizon運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)上觀察到的數(shù)據(jù)速率結(jié)果。與現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)相比，觀測(cè)到的平均容量至少增加了兩倍。峰值速率增益超過(guò)10倍。

這項(xiàng)研究包含了步行和駕駛測(cè)試，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了表征。例如，SRG在倫敦市中心使用sub-6 GHz 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行步行測(cè)試時(shí)，觀察到的平均速率為220 Mbps。與此同時(shí)，使用Verizon公司的毫米波網(wǎng)絡(luò)在明尼阿波利斯（Minneapolis）市中心觀測(cè)到的5G速率中值為383 Mbps，峰值速率為1.6 Gbps。該結(jié)果是基于SRG在Verizon于4月份推出5G網(wǎng)絡(luò)后立即進(jìn)行的測(cè)試。除了這項(xiàng)研究，近期測(cè)試結(jié)果表明，5G網(wǎng)絡(luò)性能有了進(jìn)一步提升。

5G網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了顛覆性的容量增長(zhǎng)。這意味著不僅是5G智能手機(jī)用戶，網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶都能享受到更好的體驗(yàn)。容量增加還將導(dǎo)致（每比特）成本降低，即使數(shù)據(jù)消耗不斷增加，運(yùn)營(yíng)商也能夠提供不限流量數(shù)據(jù)套餐。

2、毫米波比我們認(rèn)為的更加靈活

SRG的研究消除了我們對(duì)毫米波覆蓋范圍及性能的各種錯(cuò)誤認(rèn)知。這些錯(cuò)誤認(rèn)知來(lái)自于對(duì)毫米波復(fù)雜傳輸特性的理解，以及測(cè)試人員僅根據(jù)他們智能手機(jī)和測(cè)速應(yīng)用程序上的5G圖標(biāo)做出的推測(cè)性陳述和缺乏依據(jù)的觀察結(jié)果。

這項(xiàng)研究證實(shí)了5G 毫米波可在非視距環(huán)境（NLOS）下傳播。研究結(jié)果表明，毫米波信號(hào)在遇到建筑物時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，并提供足夠的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)維持移動(dòng)數(shù)據(jù)連接。此外，這種反射信號(hào)有助于擴(kuò)大角落周圍，甚至橫亙?cè)诨九c手機(jī)之間的建筑物后的覆蓋范圍。

例如，圖2顯示了SRG的重大發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測(cè)試設(shè)備向一個(gè)毫米波基站相反方向移動(dòng)時(shí)，來(lái)自兩個(gè)街區(qū)以外的另一個(gè)毫米波基站的反射信號(hào)仍然可以實(shí)現(xiàn)200 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率——這個(gè)結(jié)果高于LTE的平均速度。

此外，懷疑論者將5G電話的斷連歸咎于毫米波的傳播問(wèn)題，但研究結(jié)論表明，5G的斷連往往是由于諸如LTE等的其他因素造成的。在很多情況下，當(dāng)智能手機(jī)的信號(hào)鏈路試圖切換到一個(gè)無(wú)法識(shí)別的新LTE小區(qū)站點(diǎn)時(shí)，即使5G毫米波信號(hào)強(qiáng)大到足以維持連接，5G鏈路也會(huì)丟失。這與毫米波信號(hào)傳輸本身無(wú)關(guān)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化來(lái)解決。

3、毫米波的室內(nèi)部署取得了良好效果

最近，Verizon宣布對(duì)全美13個(gè)NFL（美國(guó)職業(yè)橄欖球大聯(lián)盟）體育場(chǎng)進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。為大型場(chǎng)館，如體育場(chǎng)館、貿(mào)易展廳和交通樞紐，提供良好移動(dòng)連接的難度非常大。一旦人群聚集，大量用戶同時(shí)連網(wǎng)，提供足夠的容量來(lái)維持良好的網(wǎng)絡(luò)性能，對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言是個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，而5G 毫米波帶來(lái)的巨大容量恰好可以滿足此類密集數(shù)據(jù)連接的需求。

作為這項(xiàng)研究的一部分，SRG對(duì)美國(guó)銀行體育場(chǎng)——明尼蘇達(dá)維京人隊(duì)的主場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試。Verizon只部署了13個(gè)5G基站，就能夠?yàn)閹缀跛凶唬?6，000多個(gè)座位）提供堪稱優(yōu)秀的信號(hào)覆蓋。研究表明，毫米波信號(hào)甚至覆蓋了體育場(chǎng)座位后面的優(yōu)惠區(qū)——而該區(qū)域并不在計(jì)劃的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍之內(nèi)。

4.5G提供了卓越的用戶體驗(yàn)，尤其是在網(wǎng)絡(luò)容量受限的場(chǎng)景中

SRG測(cè)試了多個(gè)個(gè)人應(yīng)用場(chǎng)景，其中包括：

· YouTube流媒體

· Netflix電影下載，供離線觀看

· Google Play下載（下載一款手機(jī)游戲- 大約400 MB）

· Google Drive下載（下載大型文件）

如圖4所示，與LTE智能手機(jī)相比，5G終端具有更卓越的性能和用戶體驗(yàn)：

使用流媒體時(shí)，5G智能手機(jī)能夠保持1080p的視頻分辨率（該服務(wù)提供的最大分辨率），而LTE智能手機(jī)啟動(dòng)時(shí)的分辨率為480p，并在網(wǎng)絡(luò)加載過(guò)程中降至360p。雖然這兩款手機(jī)在播放視頻過(guò)程中均未出現(xiàn)畫(huà)面卡滯，但LTE智能手機(jī)播放低分辨率視頻所花的時(shí)間相當(dāng)于5G智能手機(jī)的2.4倍。

不僅如此，5G還增強(qiáng)了用戶使用流行應(yīng)用程序時(shí)的下載體驗(yàn)，如Google Play、Google Drive和Netflix。平均來(lái)說(shuō)，相比LTE智能手機(jī)，使用5G智能手機(jī)下載游戲、電影或其他內(nèi)容可以節(jié)省5倍的時(shí)間。

5.5G比LTE更節(jié)能，特別是在使用高帶寬應(yīng)用程序的情況下

有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，與LTE相比，5G的數(shù)千兆比特速度會(huì)導(dǎo)致電池電量更快耗盡；但研究結(jié)果表明，這并非事實(shí)。在這項(xiàng)研究中，SRG測(cè)試了5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)電池續(xù)航的影響，并與LTE進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示，盡管兩種技術(shù)對(duì)電池續(xù)航的影響非常微妙和復(fù)雜，但5G智能手機(jī)具備全天的電池續(xù)航能力。事實(shí)上，在手機(jī)上玩30分鐘紙牌游戲的耗電，就相當(dāng)于使用穩(wěn)定的5G網(wǎng)絡(luò)下載30 GB以上的數(shù)據(jù)。

在信號(hào)良好的情況下，對(duì)于大量數(shù)據(jù)而言，5G比LTE更節(jié)能。盡管5G的電池耗電更高，但數(shù)據(jù)速率的提升可抵消增加的電量使用率。下面的圖5說(shuō)明了這一原理。

圖5中的結(jié)果顯示，同樣使用4400 mAh電池，5G網(wǎng)絡(luò)下載的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)下載的數(shù)據(jù)量。在這個(gè)測(cè)試中，用戶可進(jìn)行語(yǔ)音通話、激活屏幕、下載數(shù)據(jù)內(nèi)容等等。即使在最有利于LTE的場(chǎng)景中，5G終端的電池續(xù)航預(yù)計(jì)可達(dá)至少14小時(shí)；就正常工作日而言，這個(gè)續(xù)航已經(jīng)足夠了。

結(jié)論

通過(guò)嚴(yán)格測(cè)試得出的真實(shí)結(jié)果，我們可以看到5G的真實(shí)性能及其優(yōu)勢(shì)，而這僅僅是SRG 5G基準(zhǔn)研究結(jié)果的冰山一角。因此，強(qiáng)烈建議你親身體驗(yàn)5G帶來(lái)的巨變。

總結(jié)：

· 5G可以實(shí)質(zhì)性提升網(wǎng)絡(luò)容量，其數(shù)據(jù)速率明顯高于LTE；根據(jù)觀察，它比LTE的數(shù)據(jù)速率高出2至10倍

· 毫米波能夠提供超出原有設(shè)想的穩(wěn)定覆蓋，可以大幅提升網(wǎng)絡(luò)容量

· 事實(shí)證明，毫米波能夠?yàn)轶w育場(chǎng)館等人群擁擠的場(chǎng)景提供所需的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量；目前，這項(xiàng)技術(shù)正在室內(nèi)部署

· 5G極大地改善了用戶體驗(yàn)；平均下載速度提高了5倍，視頻流體驗(yàn)更佳

· 5G比LTE能效更高，并具備全天電池續(xù)航能力