美版iPhone 12獨占的5G毫米波 ，和國行版有什么不同？
今年的 iPhone 12 又恢復了昔日加價取貨的盛況，去年因為 iPhone 11 沒有 5G 而持幣觀望的用戶，終于有了換機的理由。
而在發(fā)布會上，蘋果也將 5G 作為最重要的亮點進行介紹。iPhone 12 幾乎支持目前所有的 5G 頻段，超過主流的 Android 機型，不過只有美版支持毫米波頻段。
一些網(wǎng)友因此疑惑，不支持毫米波的國行版，是不是一部閹割版的 iPhone 12 呢?答案是否定的，這并不會影響國內用戶在 iPhone 12 上使用 5G，而國內的 5G 網(wǎng)絡也不支持毫米波。
不過，支持毫米波的 iPhone 12 和使用低頻 sub-6GHz 的國行版在 5G 體驗上的確存在差異。今天就來談談 5G 毫米這個話題，這篇文章試圖弄清楚幾個問題：
- 美版 iPhone 12 和國行版的 5G 體驗有何不同?
- 毫米波和 sub-6GHz 誰才是「真 5G」?
- iPhone 12 5G 狀態(tài)耗電快，和毫米波有關系嗎?
- 為什么美國 5G 網(wǎng)絡支持毫米波而中國不用?
- 現(xiàn)在的 5G 毫米波真的不可用嗎?
- 中國未來會用上毫米波嗎?
- 美版 iPhone 12 獨占的 5G 毫米波 ，和國行有什么不同?
美版 iPhone 12 獨占的毫米波，和國行版支持的 sub-6GHz ，其實就是目前全球 5G 網(wǎng)絡頻段兩大分支。
顧名思義，毫米波的頻率波長小于 10 mm，一般指的是 24 GHz 以上的頻段。而 Sub-6 GHz 則是 6GHz 以下的網(wǎng)絡頻段，因為波長為厘米級，又被稱為「厘米波」。
毫米波和厘米波，看名字似乎是毫米波贏了，就像導航衛(wèi)星里毫米級顯然比厘米級定位更精準，那么 5G 毫米波也比 sub-6GH 更強大嗎?
的確，毫米波有著 sub-6GHz 難以望其項背的優(yōu)勢，從最直觀的網(wǎng)速就能體現(xiàn)。
根據(jù)網(wǎng)絡測速平臺 Ookla 的實測數(shù)據(jù)，5G 毫米波終端下載速度是 6GHz 以下頻段的 4 倍，平均速率達到 900 Mbps，峰值速率超過 2Gbps。
在上個月的發(fā)布會上，蘋果表示 iPhone 12 最高可以實現(xiàn) 4Gbps 的峰值下行速率，指的也是毫米波。目前國內 200 元以內套餐最多提供 60 G 流量，在這個速率下 2 分鐘就能用完。
當然這是理論峰值，實際使用一般達不到。而在 SpeedSmart 對 iPhone 12 的 5G 網(wǎng)絡測試中，采用毫米波 5G 的 Verizon iPhone 12，下載和上傳速度都要明顯高于使用 sub-6GHz 的 iPhone 12。
既然毫米波這么強，是不是得趕緊買個美版 iPhone 12 才更劃算?
先別急，雖然毫米波在網(wǎng)速上可以輕松碾壓 sub-6GHz，卻有個致命缺陷。那就是信號衰減大，覆蓋范圍小。
根據(jù)物理學的常識，電磁波頻率越高波長越短，傳輸距離越短，穿越障礙物時的信號衰減也越長。比如 28GHz 頻段的信號衰減就比 700MHz 要高 1600 倍。
因此采用毫米波的 5G 手機可能被任何東西擋住信號，樹木和雨霧就能阻擋掉一大半信號，連人體對對毫米波的損耗也能達到 11~28dB，可以再現(xiàn) iPhone 4 的「死亡之握」，更別說要穿墻了。
盡管已經(jīng)有不少技術方案來解決毫米波信號衰減和阻擋的問題，但在商用中的表現(xiàn)依然不夠理想。
Google 曾在美國對于相同范圍內、相同基站數(shù)量的 5G 覆蓋范圍進行測試，結果顯示采用毫米波部署的 5G 網(wǎng)絡，100Mbps 速率的可以覆蓋 11.6% 的人口，在 1Gbps 的速率下可以覆蓋 3.9% 的人口;
而采用 sub-6GHz 的 5G 網(wǎng)絡，100Mbps 速率下可以覆蓋 57.4% 的人口，在 1Gbps 的速率下可以覆蓋 21.2% 的人口。
正是因為毫米波信號損耗高，集成到手機時還不能采用傳統(tǒng)的天線，需要安裝更多天線，對基帶數(shù)字處理能力依然提出更高要求，美版的 iPhone 12 側邊的「補丁」，就是毫米波的天線模組。
更復雜的制作工藝帶來的是更高的成本。根據(jù)郭明錤的說法， iPhone 12 系列采用的 Sub-6 和毫米波兩種 5G 組件成本分別為 75–85 美元和 125–135 美元。
此外最近 iPhone 12 被曝出在 5G 狀態(tài)下耗電極快，這也和 5G 手機的天線設計手機有一定關系。
5G 終端一般采用 Massive MIMO(大規(guī)模多入多出)天線技術來提升網(wǎng)絡傳輸效率，補償信號衰減，毫米波要商用更離不開這項技術。
不過 Massive MIMO 技術是以更高的計算成本為代價降低傳輸功耗的，手機需要集成更多天線，多根天線同時發(fā)送(多出)和接收信號(多入)意味著更高的功耗，自然也更加耗電。
簡單來說 ，毫米波就像是一個短跑選手，爆發(fā)力強，但能跑的距離有限。而 sub-6GHz 則是一個長跑選手，跑得更慢但跑得更遠，自身的優(yōu)點恰好也是對方的缺點。
雖然高通去年曾暗諷華為 5G 不支持毫米波，不是真 5G，但其實這只是雙方在 5G 路線之爭上的宣傳手段。而毫米波和 sub-6GHz 其實也不沖突，相反在未來很長時間內還會以協(xié)同組網(wǎng)的方式提供 5G 服務。
為什么美國用毫米波，中國不用?
正如前文所說，5G 毫米波的商用面臨不少問題，那為什么美國要以毫米波為基礎部署 5G 網(wǎng)絡 ，難道美國運營商不知道毫米波的缺陷嗎?
其實美國運營商何嘗不想用低頻的 sub-6GHz ，只不過這一頻段大部分都已經(jīng)用于軍用通信和國防通訊，即便要騰出來商用，清理頻段也不是一時半會能完成的。
在這樣的背景下，運營商只能押注毫米波。其中為 iPhone 12 提供 5G 毫米波服務 Verizon ，也是全球最早商用 5G 服務的運營商，早在 2018 年就在美國 4 個城市提供 5G 服務，并表示「毫米波頻譜是實現(xiàn) 5G 超寬帶網(wǎng)絡的基石」。
可受制于 5G 毫米波還未完全成熟的配套技術，5G 在美國的普及相對緩慢。根據(jù)華爾街投資銀行 Jefferies 旗下的 M-Science 的數(shù)據(jù)，截至 2020 年 7 月中旬，美國 5G 用戶數(shù)為 408.2 萬戶，還不到韓國 5G 用戶數(shù)量的一半。
而在全球范圍內，大部分運營商都先采用了 Sub-6G 作為 5G 的組網(wǎng)方案。標普全球評級(S&P Global Ratings)一份報告顯示，截至今年 9 月，在全球 52 個市場中已經(jīng)商用的 113 家運營商中，只有 12% 采用毫米波頻段。
顯然在毫米波徹底解決信號衰減和覆蓋范圍的問題之前， sub-6GHz 才是在短期內讓 5G 覆蓋更廣泛的有效方案。
其實美國也已經(jīng)意識到了這個問題，開始回過頭來部署 sub-6GHz 的 5G 網(wǎng)絡，不久前美國向運營商拍賣了原本用于軍事用途的 100MHz 中頻段頻譜，計劃在 2022 年中期開始投入商用。
在美國國防部國防創(chuàng)新委員會發(fā)布的《5G 生態(tài)系統(tǒng)：對美國國防部的風險與機遇》報告中也指出：
由于傳播和成本限制，現(xiàn)階段毫米波基本上不能在美國大規(guī)模部署，Sub-6 GHz 的中頻頻譜(在 3 GHz 和 4 GHz 范圍內)將成為未來幾年廣域網(wǎng)的全球標準。
而中國運營商則幸福得多的，我國在 Sub-6 頻段的資源相對充裕，能將 100 MHz 或以上連續(xù)試驗頻率分配給幾大運營，而國外的運營商大都要靠拍賣來獲取頻段，價格往往數(shù)以億計。
比如去年德國電信為了收購 2GHz 頻段的 40MHz 頻譜 ，就花費了近 22 億歐元 (約合 172 億人民幣)。
雖然中國不用因為頻段資源急著上毫米波，但同時也在積極研究和布局毫米波。因為現(xiàn)在看起來有點雞肋的毫米波，才是 5G 真正的未來。
沒有毫米波的 5G，的確是不完整的
在 B 站 UP 主何同學成名的那期關于 5G 的視頻里，他曾表示速度其實是 5G 最無聊的應用。
目前我們對于 5G 的感知主要還是網(wǎng)速快一些，這是因為 5G 還缺乏殺手級的應用，有網(wǎng)友還調侃如今 5G 網(wǎng)絡的殺手級應用就是測速軟件。
其實在 5G 的三大應用場景中，除了提升網(wǎng)速的增強移動寬帶 (eMBB) 外，還有海量機器通信 (mMTC) 和超可靠低時延通信 (URLLC)。
要實現(xiàn)后面兩個這兩個 5G 應用場景，都離不開毫米波。
比如海量機器通信 (mMTC)的要讓設備連接數(shù)密度達到 100 萬臺 / 平方公里，這樣即使在人滿為患的地鐵和體育館中，每個人的設備也能流暢上網(wǎng)，需要借助 5G 毫米波技術帶寬大、瞬時速率高、系統(tǒng)容量大的優(yōu)勢來實現(xiàn)。
像 AR/VR 、云游戲和工業(yè)機器人等需要低時延的應用場景也是，而 5G 毫米波系統(tǒng)空口時隙長度最小可至 0.125ms，只有目前主流 5G 中低頻系統(tǒng)的四分之一。
就像全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會 (GSMA) 在《5G 毫米波技術白皮書》中提到的，5G 毫米波是移動通信技術演進的必然方向，毫米波可以充分釋放 5G 的全部潛能。
而提升 5G 毫米波覆蓋能力的技術也日趨成熟，除了前面提到 Massive MIMO 外，波束賦形技術也是常用的解決方案。
傳統(tǒng) 4G 基站和采用波束賦形的 5G 基站之間的區(qū)別，就像是燈泡和手電筒。
4G 基站發(fā)出的信號就像燈泡一樣全放為發(fā)散，而波束賦形則可以將無線電波對準需要移動網(wǎng)絡的終端，就像手電筒一樣將光束照向目標，并隨著目標移動，這能大大增加毫米波的通信距離。
另外毫米波可以部署大量的小型基站，過減小通信距離來保證高峰值吞吐量，從而提升覆蓋范圍，這比 5G 中低頻采用鐵塔大小的宏基站成本更低。
在一系列技術加持下，目前毫米波在室外視距傳播已經(jīng)可以達到 1-2 公里，而非視距的覆蓋距離在 100-200 米之間。
9 月份高通聯(lián)合愛立信、Casa Systems 將毫米波的通訊范圍擴大到 3.8 公里，這也是目前毫米波最長的傳輸距離。
高通公司中國區(qū)研發(fā)負責人徐皓曾表示，具備毫米波能力才是完整的 5G，5G 毫米波的部署是實現(xiàn) 5G 全部愿景的重要步驟。
而上述這些技術，讓那個距離真正改變我們生活的 5G ，又近了一些。
中國何時用上 5G 毫米波?
雖然中國 5G 去年 6 月才正式商用，但根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，截至 9 月底，全國累計開通建設的 5G 基站已經(jīng)超過 69 萬個，中國 5G 用戶超過 1.5 億。
而目前全球部署的 5G 基站才超過 80 萬個，全球 5G 用戶數(shù)量總共才不到 2 億，可見中國在 5G 建設進度上已經(jīng)處于領先地位。
在 5G 不斷普及的同時，中國的毫米波應用也已經(jīng)提上日程。按照中國 IMT-2020(5G)推進組的規(guī)劃，將分為三個階段來推進 5G 毫米波：
- 2019 年重點驗證 5G 毫米波關鍵技術和系統(tǒng)特性;
- 2020 年重點驗證 5G 毫米波基站和終端的功能、性能和互操作;
- 2020 到 2021 年開展典型場景應用驗證。
在 2022 年的北京冬奧會上，中國聯(lián)通將采用基于 5G 毫米波技術的組網(wǎng)方案，為冬奧會場館提供網(wǎng)絡服務。
除了運營商，硬件廠商也在為毫米波的商用做準備。毫米波定制版一加 8 成為中國首款支持 5G 毫米波的智能手機，華為 Mate X 也有毫米波版本，但沒對外發(fā)售。
而在相關產(chǎn)業(yè)鏈上，中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院副院長遲永生指出，國內毫米波的產(chǎn)業(yè)鏈相對國外還是比較薄弱，核心技術、核心器件國產(chǎn)化程度比較低。
不過中國在 5G 毫米波芯片上也有所突破，南京網(wǎng)絡通信與安全紫金山實驗室研制的毫米波芯片，已經(jīng)將每通道成本由 1000 元降至 20 元，并有望在 2022 年商用。
不僅是中國，目前全球 120 多家運營商都投入到了毫米波的研發(fā)中。他們看中的是 5G 毫米波的巨大應用前景，以及可觀的商業(yè)潛力。
根據(jù) GSMA 預測，2020—2034 年毫米波 5G 對全球 GDP 的貢獻將呈指數(shù)增長態(tài)勢，2034 年將為全球 GDP 貢獻 5650 億美元、貢獻稅收達 1520 億美元。
到那時，當人們提到 5G，聯(lián)想到的可能不再是手機，甚至已經(jīng)有了取代智能手機的設備。
