什么原因导致了5G网速失衡 全球毫米波频谱现状分析
随着高通、海思、三星和联发科纷纷祭出新一代5g soc，智能手机的联网体验即将拉开新的篇章。然而，细心的朋友不难发现一个问题——都是5g soc，它们的最大下行速度却存在最高3倍的差距，是什么原因导致了5g网速的失衡呢？
下行速率的3倍之差
联发科在发布天玑1000时，曾称其是“全球最快5g单芯片”，理论最高（峰值）下行速率可达4.7gbps。
作为对比，以骁龙855（外挂骁龙x50基带）和麒麟990 5g（集成巴龙5000基带）为代表的第一批5g soc的最高下行速率却只有2.3gbps。
2019年12月初，高通发布了骁龙765和骁龙865两款5g soc。令人意外的是，哪怕是定位中端的骁龙765也拥有3.7gbps的理论最高下行速率，而骁龙865更是可以实现高达7.5gbps的下行速率，是第一批5g soc的3.2倍！
都是5g soc，为啥天玑1000比麒麟990 5g快，而骁龙865又能秒杀天玑1000呢？难道5g soc的网速是发布越晚性能越强吗？
答案自然是否定的，这个问题我们可以从高通总裁cristiano amon在2019年高通骁龙科技峰会上的一张ppt上看出端倪——“sub-6+mmwave is real 5g”，只有同时支持sub-6和毫米波才是真正的5g。
但在正式介绍sub-6和mmwave之前，我们还需了解一些关于5g网速的知识。
5g网速到底怎么看
我们以exyno 980为例，看看三星官网对这颗soc网络性能的描述，它支持3种网络模式，不同模式下的网速都是不一样的。
5g nr sub-6ghz 2.55gbps（dl）/1.28gbps（ul）
这一行信息是指exyno 980在sub-6g（5g标准频段）下，其理论最高下行速率（dl）为2.55gbps，理论最高上行速率（ul）为1.28gbps。在这个模式下，exyno 980的网络性能其实是和骁龙855+骁龙x50和麒麟990 5g差不多的；
lte cat.16 5ca 1gbps（dl）/ 2ca 200mbps（ul）
这一行信息是指exyno 980在传统4g网络环境下，理论最高下行/上行速率分别为1gbps（lte cat.16）和200mbps（cat.18）；
en-dc 3.55gbps（dl）/1.38gbps（ul）
这一行信息是指exyno 980支持5g双连接（en-dc）技术，在4g和5g网速叠加状态下的理论最高下行/上行速率分别为3.55gbps和1.38gbps。
通过表1可见，联发科天玑1000在sub-6g频段下最高下行速度是4.7gbps，比exyno 980在5g双连接的速度还要快，这是为什么呢？
答案很简单，无论是骁龙855+骁龙x50、麒麟990 5g还是exyno 980，它们都不支持sub-6g频段下的载波聚合（carrier aggregation，简称ca）技术，网络带宽只有100mhz。而天玑1000则支持双载波聚合（2ca），可以将2个100mhz的载波进行聚合，从而实现对于200mhz带宽的利用，不仅可以将5g终端的5g信号覆盖提升30%，上下行速率也因此提升了一倍，即从竞争对手的下行2.5gbps→4.7gbps，上行1.2gbps→2.5gbps。
载波聚合技术是指通过将多个连续或非连续的载波（component carrier，简称cc）聚合成更大的带宽，从而提高频谱资源利用率，提升上下行速率，给用户带来更好的体验。载波聚合技术在4g时代就已经有了比较广泛的应用，此前的4g+也正是通过载波聚合技术来实现的。
据悉，中国联通和中国电信此前已经宣布在5g方面进行共建共享。根据双方达成的《5g网络共建共享框架合作协议书》内容显示，双方将全国范围内针对3.5ghz的200mhz 5g频段（3400mhz-3600mhz）进行共建共享。这意味着未来支持载波聚合技术的5g soc将大有用武之地。
而5g soc到底支不支持5g载波聚合技术，我们可以登录芯片品牌的官方网站查询，通过骁龙765和骁龙865的对比就不难发现只有后者才支持200mhz带宽的双载波聚合技术。
需要注意的是，巴龙5000和骁龙x50基带其本身是支持载波聚合技术的，只是当它们与麒麟990和骁龙855组合后，出于成本和定位的考量，海思和高通都取消了soc对这一技术的支持。
5g网络的两大频段
我们都知道，无线通信就是利用电磁波进行通信。频率是电磁波的重要特性，不同频率的电磁波有着不同的特性，也因此适用于不同的领域。比如，3khz~30khz属于超长波（频率越高波长越短），主要用于超远距离的导航通信，而0.3mhz~3mhz的中频到3ghz到30ghz的超高频则可用于移动通信。
从1g到2g、3g再到4g，不同时期的移动网络锁划分的电磁波频率越来越高，其背后是为了满足更高传输速率的需要。各个国家/地区、各个运营商在有限的频率分配背后涉及到巨大的利益纠葛，当年很多“全网通”手机都主打“5模”（td-lte、fdd-lte、td-scdma、wcdma、gsm）、“13频”、“17频”......“32频”，所支持的频段越多则可兼容更多国家和地区的运营商网络，翻译过来就是“走到哪都有信号”，限于篇幅本文我们就不针对网络频率的具体分配展开介绍了。
5g时代，3gpp在标准中对5g的频率做出了规定，将其划分为2大部分。其中频率在6ghz以下（450mhz~6ghz）定义为sub-6频段（又称fr1频段），而24.25ghz~52.6ghz的部分就属于mmwave频段，也就是我们常说的“毫米波”频段了（又称fr2频段）。
和2g/3g/4g时代相同，无论是sub-6频段还是毫米波频段又被不同国家和地区的运营商“瓜分”。可以预见，未来的5g手机也有“x模x频”之别，想实现真正的“全球通”需要购买支持更多sub-6和毫米波频谱的手机。
全球毫米波频谱现状
作为一款定位中端的5g soc，高通骁龙765在不支持载波聚合技术时就能实现接近天玑1000的下载速度，骁龙865和exyno 990的下行速率也能3倍于麒麟990 5g等竞品，支持的毫米波技术就是它们实现更极致5g网速的关键因素。
实际上，无论骁龙x50还是巴龙5000基带，它们本身也是支持毫米波的。华为在2019年初公布巴龙5000的性能数据为sub-6ghz频段最高4.6gbps（需搭配双载波聚合技术），毫米波频段可达6.5gbps。
可惜，当它们与骁龙855和麒麟990联姻后，毫米波也随载波聚合技术一起出局了。
深入了解毫米波
毫米波，即波长在1mm到10mm之间的电磁波，通常对应于30ghz至300ghz之间的无线电频谱。相较于sub-6频段的4g/5g拥挤的网络资源，高频率的毫米波在通信上鲜有干扰源，电磁频谱极为干净，信道非常稳定可靠，频谱资源也更加丰富，可以分配给运营商许多连续的高质量频带。
毫米波最大的优势还表现在提供了与光纤相当的带宽传输潜力，同时也避免了部署有线光纤的成本和后期维护挑战。基于sub-6频段的4g lte网络最大带宽是100mhz，数据传输速率不超过1gbps，需要集成多个载波才能实现更高的系统带宽。
毫米波频段的5g网络可用带宽为400mhz，数据传输速率最高可达到10gbps甚至更多。可见，下行速率刚刚超过7gbps大关的骁龙865和exyno 990还没有“吃透”毫米波，它们还大有潜力可挖。
可惜，毫米波也存在很多先天缺陷：它的频谱容易衰减，无法传播到很远的距离。由于毫米波波长短，衍射能力不强，它对建筑物的穿透力几乎没有，还受限于很多环境因素影响。比如水分子对于这些频谱的吸收程度就很高，下雨时或穿过树木、家具和人体时信号的衰弱非常快。
毫米波之所以没能在第一时间普及，就好像sa（独立组网）晚于nsa（非独立组网）一样。sub-6是在全球范围内普及度最高，兼容性最好的频段，所以绝大多数国家和地区都会优先部署sub-6基站，毫米波在短期内难有大规模的商用工程。换句话说，至少在未来的1年内，毫米波都不是5g应用中的“刚需”，所以才会出现基带支持但soc却不支持的怪现象。
美国是推广毫米波力度最大的国家之一，因为该国家sub-6的很多频段都被军方占用。此外，美国的地理环境是地广人稀，部署覆盖面积大，传输距离远的sub-6基站反而会有浪费，集中在局部热点部署毫米波基站反而更加划算。
那么，毫米波的商业模式应该是怎样的呢？
简单来说，毫米波并不适合室外基站的大范围商用，它的局限性注定它只适用于体育馆、写字楼、大型商场等需要室内基站提供网络支持的场所。
在未来的5g时代，我们身边会出现更多基于波束成形技术和大规模mimo（massive mimo）等技术（解决了其短距离的定向穿透能力）打造的“室内毫米波基站”，它们相当于一个个“超级wi-fi热点”，可为一定区域内的大量密集人群提供超高速、低时延、高可靠的移动网络，以往在万人体育场观看演出时手机没信号、经常断网的情况将成为历史。
总之，我们不要指望户外的基站信号塔可以释放毫米波的荣光，“室内毫米波基站”这种“小基站”才是毫米波普及的关键要点。同时，一款5g手机哪怕搭载了支持毫米波的soc，要想支持这一功能也需要在内部加入豪华的massive mimo天线阵列。
问题来了，在寸土寸金的手机体内，加入massive mimo天线需要付出更多的研发和物料成本，以搭载骁龙765的redmi k30 5g版为例，其天线规模已经比4g手机增加了1.4倍，但依旧不支持毫米波，可见这个技术背后所需要付出的代价了。
好消息是，高通已经针对毫米波推出了专用的qtm525天线模组，它是一套完整的、可与骁龙x55基带芯片搭配使用的射频解决方案，为支持6ghz以下频段和毫米波频段的高性能5g移动终端提供从调制解调器到天线的完整系统。qtm525可以直接嵌入到手机内部，省去复杂的传统天线布局，而且依旧可以将手机厚度控制到8mm以内，不会影响手机的便携性。未来，这种模块化的毫米波天线模组有望成为主流。
毫米波是能为5g手机提速的关键技术，但它仅适用于室内或体育馆等场所，而且短期内还看不到普及的契机，哪怕5g soc支持，搭载它的智能手机在没有搭配专用天线阵列时也无缘享用。但是，毫米波又是未来的发展趋势，我们自然希望每一款5g芯片和手机都能对其加以支持，只是现阶段还不值得我们为它加价买单——支持最好，不支持也莫要强求。
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作为对比，以骁龙855（外挂骁龙x50基带）和麒麟990 5g（集成巴龙5000基带）为代表的第一批5g soc的最高下行速率却只有2.3gbps。
2019年12月初，高通发布了骁龙765和骁龙865两款5g soc。令人意外的是，哪怕是定位中端的骁龙765也拥有3.7gbps的理论最高下行速率，而骁龙865更是可以实现高达7.5gbps的下行速率，是第一批5g soc的3.2倍！
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答案自然是否定的，这个问题我们可以从高通总裁cristiano amon在2019年高通骁龙科技峰会上的一张ppt上看出端倪——“sub-6+mmwave is real 5g”，只有同时支持sub-6和毫米波才是真正的5g。
但在正式介绍sub-6和mmwave之前，我们还需了解一些关于5g网速的知识。
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en-dc 3.55gbps（dl）/1.38gbps（ul）
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通过表1可见，联发科天玑1000在sub-6g频段下最高下行速度是4.7gbps，比exyno 980在5g双连接的速度还要快，这是为什么呢？
答案很简单，无论是骁龙855+骁龙x50、麒麟990 5g还是exyno 980，它们都不支持sub-6g频段下的载波聚合（carrier aggregation，简称ca）技术，网络带宽只有100mhz。而天玑1000则支持双载波聚合（2ca），可以将2个100mhz的载波进行聚合，从而实现对于200mhz带宽的利用，不仅可以将5g终端的5g信号覆盖提升30%，上下行速率也因此提升了一倍，即从竞争对手的下行2.5gbps→4.7gbps，上行1.2gbps→2.5gbps。
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和2g/3g/4g时代相同，无论是sub-6频段还是毫米波频段又被不同国家和地区的运营商“瓜分”。可以预见，未来的5g手机也有“x模x频”之别，想实现真正的“全球通”需要购买支持更多sub-6和毫米波频谱的手机。
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实际上，无论骁龙x50还是巴龙5000基带，它们本身也是支持毫米波的。华为在2019年初公布巴龙5000的性能数据为sub-6ghz频段最高4.6gbps（需搭配双载波聚合技术），毫米波频段可达6.5gbps。
可惜，当它们与骁龙855和麒麟990联姻后，毫米波也随载波聚合技术一起出局了。
深入了解毫米波
毫米波，即波长在1mm到10mm之间的电磁波，通常对应于30ghz至300ghz之间的无线电频谱。相较于sub-6频段的4g/5g拥挤的网络资源，高频率的毫米波在通信上鲜有干扰源，电磁频谱极为干净，信道非常稳定可靠，频谱资源也更加丰富，可以分配给运营商许多连续的高质量频带。
毫米波最大的优势还表现在提供了与光纤相当的带宽传输潜力，同时也避免了部署有线光纤的成本和后期维护挑战。基于sub-6频段的4g lte网络最大带宽是100mhz，数据传输速率不超过1gbps，需要集成多个载波才能实现更高的系统带宽。
毫米波频段的5g网络可用带宽为400mhz，数据传输速率最高可达到10gbps甚至更多。可见，下行速率刚刚超过7gbps大关的骁龙865和exyno 990还没有“吃透”毫米波，它们还大有潜力可挖。
可惜，毫米波也存在很多先天缺陷：它的频谱容易衰减，无法传播到很远的距离。由于毫米波波长短，衍射能力不强，它对建筑物的穿透力几乎没有，还受限于很多环境因素影响。比如水分子对于这些频谱的吸收程度就很高，下雨时或穿过树木、家具和人体时信号的衰弱非常快。
毫米波之所以没能在第一时间普及，就好像sa（独立组网）晚于nsa（非独立组网）一样。sub-6是在全球范围内普及度最高，兼容性最好的频段，所以绝大多数国家和地区都会优先部署sub-6基站，毫米波在短期内难有大规模的商用工程。换句话说，至少在未来的1年内，毫米波都不是5g应用中的“刚需”，所以才会出现基带支持但soc却不支持的怪现象。
美国是推广毫米波力度最大的国家之一，因为该国家sub-6的很多频段都被军方占用。此外，美国的地理环境是地广人稀，部署覆盖面积大，传输距离远的sub-6基站反而会有浪费，集中在局部热点部署毫米波基站反而更加划算。
那么，毫米波的商业模式应该是怎样的呢？
简单来说，毫米波并不适合室外基站的大范围商用，它的局限性注定它只适用于体育馆、写字楼、大型商场等需要室内基站提供网络支持的场所。
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问题来了，在寸土寸金的手机体内，加入massive mimo天线需要付出更多的研发和物料成本，以搭载骁龙765的redmi k30 5g版为例，其天线规模已经比4g手机增加了1.4倍，但依旧不支持毫米波，可见这个技术背后所需要付出的代价了。
好消息是，高通已经针对毫米波推出了专用的qtm525天线模组，它是一套完整的、可与骁龙x55基带芯片搭配使用的射频解决方案，为支持6ghz以下频段和毫米波频段的高性能5g移动终端提供从调制解调器到天线的完整系统。qtm525可以直接嵌入到手机内部，省去复杂的传统天线布局，而且依旧可以将手机厚度控制到8mm以内，不会影响手机的便携性。未来，这种模块化的毫米波天线模组有望成为主流。
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