我們正在見證全球邁向 5G。國家、移動(dòng)運(yùn)營商和手機(jī)制造商都爭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)新無線電 (NR) 頻段的訪問，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（參見圖 1）。和 3G 過渡到 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、英國、意大利和西班牙等國在 2018 年的頻譜拍賣中籌得數(shù)十億美元，美國、中國、日本和澳大利亞將在 2019 年進(jìn)行拍賣和分配。包括美國在內(nèi)的許多國家的運(yùn)營商都計(jì)劃在 2019 年開始推廣 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)。總的來說，到 2021 年，這些舉措將推動(dòng)在發(fā)達(dá)國家廣泛覆蓋 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，國家是在分配這些頻段的不同窄子集（參見圖2和3）。其次，F(xiàn)R2 毫米波分配遵循類似的模式，而使問題倍增。第三，許多運(yùn)營商最初會(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，美國分配了全部可用的帶寬，而中國僅選擇一個(gè)窄子集，實(shí)際上使用范圍甚至更窄，因?yàn)橹袊苿?dòng)只是中國完全部署所分配頻率范圍的三大運(yùn)營商之一。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。各國和地區(qū)向移動(dòng)運(yùn)營商分配頻譜或拍賣頻譜的方式幾乎沒有改變。

手機(jī)問題

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。GCF 的常見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)問題：當(dāng)一個(gè)運(yùn)營商或一組運(yùn)營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？請三思。迄今為止，只有少數(shù)運(yùn)營商打算部署 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？競爭最佳操作的運(yùn)營商當(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，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 市場的 SKU 的數(shù)量。

頻段 n79（4.4 至 5 GHz）也存在同樣的窘境。中國傾向于該頻段的 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)國家中的一個(gè)國家的運(yùn)營商，您會(huì)選擇全球 n79 解決方案還是為您所在國家用戶提供更高性能的解決方案？另一方面，作為制造商，您是希望為中國和日本構(gòu)建單獨(dú)的 SKU 還是在兩個(gè)國家推出同一款手機(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)營商之間具有差異（參見圖 4）?？紤]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)營商計(jì)劃通過采用 NSA 5G 來加速 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，無需構(gòu)建全新的 5G 核心。但是，一些中國運(yùn)營商計(jì)劃快速從 NSA 過渡到獨(dú)立 (SA) 5G，或在一些地區(qū)，直接從 LTE 過渡到 SA 5G。SA 無需 LTE 錨點(diǎn)，需要擴(kuò)建一個(gè)全 5G 網(wǎng)絡(luò)，但簡化了多頻段 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 組合來進(jìn)行說明。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)帶來了問題，特別是在 5G 尚不可用或運(yùn)營商沒有 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)用戶沒有任何好處。

對(duì)于一些 5G 頻段來說，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，n41 可用于寬帶 SA 模式，無需支持雙傳輸。在 SA 模式中使用 n41 允許更寬的帶寬 UL，同時(shí)保持運(yùn)營商在頻段 41 上通過 LTE 實(shí)現(xiàn)的覆蓋范圍，并可通過單個(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，其中許多問題將變得更簡單。但是，這種情況不太可能會(huì)很快發(fā)生。我認(rèn)為 5G 要存在十年或更長時(shí)間，SA 才能成為全球的主要實(shí)施。在全球 5G 部署競技中，我們必須接受由 NSA 標(biāo)準(zhǔn)造成的長時(shí)間射頻復(fù)雜性。

消費(fèi)者會(huì)購買全球 5G 手機(jī)嗎？

如果沒有這些挑戰(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)衡問題？

消費(fèi)者是否已經(jīng)準(zhǔn)備好購買更加昂貴的全球 5G 手機(jī)，這是個(gè)問題。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)旅行者群體來說也是如此。

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)營商請求的 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)換開關(guān)來解決這一挑戰(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)，至少一開始是這樣（參見圖 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，這些因素都不會(huì)減慢即將進(jìn)行的 5G 部署。它們只會(huì)將市場進(jìn)行細(xì)分。簡言之，全球性 5G 手機(jī)不可行。