性能最好的 5G 智能手机在低于 6GHz 频段及毫米波范围内使用高通的调制解调器到天线解决方案
1 分析
1.1 背景
在新冠肺炎的大背景下，移动应用使更多在线活动得以实现，特别是居家办公、必需品订购、远程学习和远程医疗等，对无线数据的需求增长速度甚至超过了预期：
● 据威瑞森电信 (Verizon) 报道，互联网的使用已经从办公楼转移到居民区，同时引发无线和有线接入互联网的需求激增。
● 爱立信 (Ericsson) 根据全球用户调查指出，新冠肺炎大流行以来，消费者智能手机数据使用平均增加了 25%。
● 甚至在新冠肺炎之前，无线运营商就注意到无线数据的消耗只增不减。 例如，在 2020 年 2 月举行的第 54 届超级碗足球赛上，参与者的数据消耗量比去年第 53 届超级碗增加了约 10%。
5G 将在提供无线容量方面发挥关键作用，全球范围正在加速采用 5G 技术。 Strategy Analytics 预计，今年将有约 2 亿部 5G 智能手机出货，明年这个数字会超过 5.5 亿，占 2021 年所有智能手机出货量的 46%。 尽管新冠肺炎大流行给消费者带来了经济收入压力，但上述情况仍在发生。
目前，中国 5G 智能手机消费约占总产量的 60%，这让人得以窥见 5G 的未来。 今年，在中国购买的智能手机中，约 40% 将支持 5G。 在中国出售的 5G 智能手机中，华为、Vivo、Oppo 和小米占据了大多数（约 85% 或更多）。
1.2 5G 益处
随着无线数据需求的爆炸式增长，无线运营商将其网络升级到 5G 并提供尽可能最快的 5G 设备是有其经济价值的：
● 5G 网络的容量和效率降低了无线运营商的每比特成本，提高了定价灵活性和无限数据计划的可行性。
● 5G 设备拥有性能最好的蜂窝无线电芯片组，可尽早充分利用运营商在 5G 上的投资来提高投资回报率。
● 快速 5G 设备为消费者提供最高的下载和上传速度，以及尽可能最好的连接可靠性和流媒体体验，从而提高客户满意度，减少投诉和客户流失。
● 尽管大多数消费者在选择智能手机时依赖品牌忠诚度、风格和功能，但运营商提供和推广具有最佳蜂窝无线电的智能手机对消费者和自身都有百利而无一害。
不可否认，5G 旗舰智能手机的价格确实会影响消费者从 4G LTE 升级。 在我写这篇文章时，我的运营商 AT&T 提供的 5G 智能手机价格区间在 600 美元到 1500 美元不等，大多数都在 900 美元以上。 除了提供灵活的定价计划外，运营商还应强调 5G 如何帮助消费者在购买智能手机时确保其产品不会过时，并简要说明购买一款拥有最佳无线芯片组设备的好处。
1.3 智能手机选择
全球移动设备供应商协会 (GSA) 表示，至少有 95 款支持 5G 的手机已出货，并于 2020 年 7 月 8 日上市。 Strategy Analytics 运用我们的 SpecTRAX 数据库，统计出 185 款出货上市的型号变体（图表 1）。
我们的统计包括 射频前端 (RFFE) 配置略有不同的其他相同型号。 大多数这些不同变体都支持地区和运营商特定的频段要求，同时仍然提供足够的频段允许漫游到其他地区和国家。 我们的统计不包括板载内存或手机外壳不同的其他相同变体。
● 射频前端 包括天线调谐器、发射功率放大器、用于信号路由往返于天线的射频开关、特定频段的射频滤波器/双工器/多工器、用于接收的低噪声放大器和功率放大器管理集成电路（用于封包或平均功率追踪）。
● 蜂窝无线电的另一部分， 无线电芯片组 主要由射频收发器、基带（通信）处理器和应用处理器组成。
● 射频收发器和基带处理器可被称为蜂窝调制解调器。
● 通常，通信处理器和应用处理器会组合为一体，并称为“处理器”，而芯片组只是指处理器的名称或部件号，这便是蜂窝无线电的核心。
● 无线电“平台”（一些半导体供应商用这个词）通常用来描述无线电芯片组和任何其他提供的芯片，例如 Wi-Fi 和 GPS 芯片。
图表 1 中哪款手机拥有最好的蜂窝无线电和最快速度？
接下来我们将讨论这个问题。
1.4 最快的 5G 智能手机使用毫米波
如果您想要最快的 5G 智能手机，请选择一款具有毫米波 (mmW) 功能的智能手机。 5G 环境下的“毫米波”是指高于 24 GHz 的无线电频率。
图表 2 Ookla 速度测试结果：美国 5G 毫米波
Ookla 进行的速度测试中，在毫米波下运行的 5G 提供的下载速度大约是 4G LTE 的 20 倍。 见图表 2。
● 如果一款智能手机支持毫米波频率，则与在无毫米波覆盖范围区域内运行 5G 相比，您可以预期下载数据速率约为其 5 倍。 若无法使用毫米波，在可能的情况下，手机将恢复为低于 6 GHz 频段运行的 5G。
● 与 4G LTE 典型的 55 Mbps 下载速度相比，低于 6 GHz 频段的 5G 下载速度是其 4 倍，5G 毫米波下载速度是其 20 倍。 4G LTE 速度估计来自 Ookla 2020 年第 1 季度报告。
● 测试中的毫米波网络提供了 400 MHz 的带宽。 部分毫米波网络提供 800 MHz 的带宽，这将使设备的峰值可用数据速率加倍。
● 该图表基于 Ookla® 对 Speed Test Intelligence® 数据的分析，比较了顶级提供商使用 2020 年第 1 季度部署的毫米波的结果并由高通公布。
截至 2020 年 7 月 31 日，只有高通提供支持毫米波的芯片组和毫米波射频子系统（毫米波射频天线封装 (AIP) 模块）支持 5G 设备。 明年，华为、三星和联发科技 (MediaTek) 可能会推出毫米波蜂窝无线电芯片组和毫米波射频子系统，但高通在技术上至少领先市场 18 个月。
图表 3 支持毫米波的出货 5G 智能手机（2020 年 7 月）
图表 3 中原始设备制造商生产的一些毫米波智能手机版本略有不同，185 款支持 5G 的出货智能手机变体中有 23 款支持毫米波（见图表 4）。 其中所有毫米波手机都使用高通蜂窝无线电芯片组和高通毫米波射频组件。
截至 2020 年 7 月，已有 10 个国家/地区为 5G 分配了毫米波，将有更多国家/地区将紧随其后：
● 这包含的三十五 (35) 家运营商在美国、意大利、希腊、芬兰、爱尔兰、香港、日本、泰国、俄罗斯和韩国采用毫米波提供 5G服务。
● 在提供或即将提供具有已发布的明确定义规则的毫米波频谱的 28 个国家/地区中，每个国家/地区可用的平均毫米波频谱高达 2174 MHz。
● 还有 40 多个国家/地区或在计划拍卖，或在认真考虑 5G 毫米波技术：
● 卢森堡、马来西亚、斯洛文尼亚和英国计划在 2020 年下半年拍卖和分配毫米波给运营商。
● 澳大利亚、奥地利、比利时、巴西、智利、克罗地亚、法国、黑山、波兰和罗马尼亚计划在 2021 年进行拍卖和分配。
受到新冠肺炎的影响，其中许多国家/地区推迟了原定于 2020 年进行的频谱拍卖。
图表4 按品牌划分的 5G 毫米波智能手机型号变体
1.5 毫米波的重要性
毫米波将形成 5G 无线接入网的大容量和高速度核心：
● 毫米波能够提供 5 倍于低于 6 GHz 频段的峰值数据速率，因此它可以在密集的城市中心、繁忙的郊区购物区和像体育场馆这样拥挤的开放区域提供超常的容量。
● 毫米波的射程相对较短，不能很好地穿透墙壁，但可以从障碍物反弹到障碍物，因此可以利用这一点来减少阻碍。 基于这些原因，人们认为它非常适合大型工业空间、企业、机场和交通枢纽的工厂自动化，以及私人室内网络。
● 毫米波可以让运营商略过最后一英里的光纤部署，实现高速互联网接入，从而更轻松地提供 固定无线服务：
● 毫米波 5G 允许运营商利用现有的网络资产，在现有覆盖范围内为城市、郊区和农村地区的更广泛客户群提供多千兆位、低延迟的固定无线服务。
● 使用毫米波，运营商可以用快速经济的方式将固定无线接入部署到传统宽带难以到达且成本高昂的区域。
● 据 Ookla 称，全球有线宽带下载平均速度为 75 Mbps，随着新冠肺炎推动视频通话和娱乐需求的上升，许多消费者发现现有有线宽带速度不够快，尤其是在有多个并发用户的家庭中。
毫米波频谱相对经济实惠。 运营商通常能够以相对较低的成本获得毫米波频谱，每兆赫覆盖单位人口如图表 5 所示。 5G 毫米波的经济性是一个超出本报告范围的复杂话题，但获取毫米波频谱的成本是一个巨大的优势，尤其是低于 6 GHz 频段稀缺的情况下。
当然，运营商运营 5G 既需要低于 6 Ghz 的频段也需要毫米波频段，以较低频率、低于 6 GHz 的频段提供覆盖范围。
图表 5 一些近期拍卖的频谱估值
已为 5G 定义了超过 51 个频段，每个频段都是由全球至少一家无线运营商所要求的。 这些频段基于监管规划，充分考虑可用频谱和现有无线电用户，在可能的情况下尝试重新分配使用不足的频谱，并尽量减少干扰：
● 毫米波频段可以支持大量下行链路和上行链路速度，从运营商的角度来看，毫米波在并发用户数量方面拥有巨大容量，能够改善所有用户体验。 这些频段对于 5G 以下的手机来说是新频段。
● 1 GHz 以下的低频段提供最佳范围和穿透墙壁能力。 许多国家/地区的监管机构已经为 5G 分配了小到 2 x 5 MHz 的低频段频谱；最初指定用于 2G、3G 和广播电视的 100 MHz 带宽 (BW) 连续刈幅非常适合 5G，但通常无法用于低频段。 这意味着，低频段通常能够提供可靠的 5G 覆盖，但如果不增加其他频段，就无法给用户带来良好的宽带体验。
● 3.5 GHz 频段对许多国家/地区而言都是新频段，这就需要重新定位卫星地面站和军方等现有频谱用户使用的频率，并在现有频谱用户周围创建频谱共享规则和蜂窝网络禁区。 3.5 GHz 频段实现了毫米波及低频段的带宽和覆盖优势之间的平衡，并且已经成为 5G 中使用最多的频段。 在美国，用于移动通信的 3.5 GHz 频谱拍卖已经开始开始。
图表 6 显示了 5G 使用中最受欢迎的一些频段：
● 在公布的 5G 智能手机中，约 80% 的频段是中频段。
● 大约 5% 是毫米波频段。
● 越来越多的运营商和设备可以使用 1 GHz 以下的低频段，其中 700 MHz、800 MHz 和 900 MHz 频段因其提供的范围、室内穿透力和覆盖范围而备受欢迎。 未来 18 个月内，还有 28 个国家/地区计划为 5G 分配低频段频谱，特别是 700 MHz 左右的频谱。
如果特定的 5G 频段不可用，则设备可以切换到其他低、中、高频段，并且可以使用载波聚合同时利用频段组合。 5G 电话和网络还利用了多天线 (MIMO) 的优势，与 4G LTE 相比，应用更短时间和高效频率接入电波，即使在许多用户的情况下，也能实现每个用户更高的数据速率和更好的用户体验。
图表 6 定义的 5G 低、中、高频段
在已公布 5G 设备中出现的频段大约占百分比。 在美国，美国联邦通信委员会 (FCC) 已经将中频段扩展到 7.125 GHz，但与 5.9 GHz 以上的 Wi-Fi 6E 共享。
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