5G可能会将手机市场推向相反的方向——走向更大的区域化

我们正在见证全球迈向 5G。国家、移动运营商和手机制造商都争先恐后地提供新一代蜂窝连接，或至少占得先机。全世界都已制定快速部署 5G 的稳健计划，特别是在新 5G 频段提供的带宽可以为消费者提供明显更高的数据速率的地区。事实上，正是这种对新无线电 (NR) 频段的访问，以及对现有 LTE 频段的重新分配，对数据速率产生了最大的影响（参见图 1）。和 3G 过渡到 LTE 不同，底层 5G 规范的更改仅在一定程度上提高数据速率。这就解释了为促进富有成效的 5G 部署，各个国家迅速在两个新指定的范围内分配新频谱的原因：6 GHz 以下 (FR1) 和 24 GHz 以上毫米波 (FR2)。韩国、英国、意大利和西班牙等国在 2018 年的频谱拍卖中筹得数十亿美元，美国、中国、日本和澳大利亚将在 2019 年进行拍卖和分配。包括美国在内的许多国家的运营商都计划在 2019 年开始推广 5G 服务，并且几家主要手机制造商表示，他们将生产支持这些服务的 5G手机。总的来说，到 2021 年，这些举措将推动在发达国家广泛覆盖 5G。

图 1 5G 需要增加频谱，因为规范仅在一定程度上提高数据速率。

然而，全球驱向 5G 并不意味着就会出现全球 5G 手机。与 LTE 的情况不同，生产支持在全球 5G网络漫游的全球 5G 手机也许不可行，或不符合成本效益。相反，5G可能会将手机市场推向相反的方向——走向更大的区域化。

图 2“全球”n77 和 n78 中频段频谱的使用因国家而异。

5G 频段不是全球性的

首先，新的“全球”FR1 频段（n77、n78 和 n79）实际上根本不是全球性的；在很多情况下，国家是在分配这些频段的不同窄子集（参见图2和3）。其次，FR2 毫米波分配遵循类似的模式，而使问题倍增。第三，许多运营商最初会部署非独立 (NSA) 5G，这将在 5G 和区域 LTE 频段之间引入难以管理的复杂交互。

图 3 中国和日本计划使用小部分和不同部分的 n79 频段。

对以前的事记忆犹新的人可能记得 LTE 时代的曙光，当时频段 1 和 7 被视为全球性频段。遗憾的是，这两个频段都仅在部分地区采用，在其他地区未采用。被视为全球性频段的其他频段（如频段 41）在部署时具有地区分配差异。例如，美国分配了全部可用的带宽，而中国仅选择一个窄子集，实际上使用范围甚至更窄，因为中国移动只是中国完全部署所分配频率范围的三大运营商之一。直到现在，即在推出多年后，才考虑采用更加统一的频段 41 分配结构，目的是在重新分配的频段 n41 中部署 5G NR。

出于相同的原因，新“全球”超高频段 n77、n78 和 n79 也发生了同样的细分。各国和地区向移动运营商分配频谱或拍卖频谱的方式几乎没有改变。

手机问题

由此产生的地区分配差异对手机制造商产生了重大影响，他们必须弄清楚如何支持相互冲突的需求。运营商通常希望手机针对在各自地区中使用的频段的子集进行优化。但是，手机制造商想在全球销售设备，或至少是进行区域销售，从而支持其所有目标市场中使用的不同带宽和载波聚合 (CA) 组合。

此外，领先制造商已经选择参加全球认证论坛 (GCF) 的互操作性认证，其提供使用 LTE 手机漫游的优势。GCF 的常见做法是在指定频段的全部带宽范围内验证操作，这就引出了一个问题：当一个运营商或一组运营商只部署了分配到的频段的子集时，会发生什么情况？

考虑 n77 的情况，它涵盖了 3.3 至 4.2 GHz。理论上，单个 n77 解决方案将支持使用此频段在全球所有地区使用。而实际上，运营商需要解决方案专为其各自地区中分配的频谱的子集而优化——在某些情况下，窄至 100 MHz。如果 n77 不能作为全球解决方案，那么具有 3.3 至 3.8 GHz 更窄分配的 n78 呢？请三思。迄今为止，只有少数运营商打算部署 n77 或 n78 的 3.3 至 3.4 GHz 部分。手机制造商是否需要在一个甚至还未部署的频率范围内实现操作？竞争最佳操作的运营商当然不需要这样做。

实施更具区域性的解决方案可以提供性能优势，这主要是因为手机制造商可以定制滤波，并优化为频段子集调谐的功率和低噪声放大器。例如，在最初推出时，即使并非全部，也有大部分 n77 的前端模块将使用非声学滤波器，这为非常宽的 900 MHz 频谱（比现在任何 LTE 频段都要宽得多）提供良好性能。使用 n78 窄得多的子集时，比如 400 MHz，具有陡峭滤波器裙边的体声波 (BAW) 滤波器提供更好的性能，从而改进带外频率抑制，降低频段边缘的插入损耗。这是手机制造商权衡方案的一个示例。专注于区域解决方案将提高一些目标移动运营商的性能，但失去真正的全球漫游功能，或至少减少服务于全球 5G 市场的 SKU 的数量。

频段 n79（4.4 至 5 GHz）也存在同样的窘境。中国倾向于该频段的 4.8 至 4.9 GHz 部分，而日本则考虑 4.5 至 4.6 GHz。支持整个频段的解决方案将适用于这两个国家，但不会为任一更窄的分配进行优化。如果您是这两个国家中的一个国家的运营商，您会选择全球 n79 解决方案还是为您所在国家用户提供更高性能的解决方案？另一方面，作为制造商，您是希望为中国和日本构建单独的 SKU 还是在两个国家推出同一款手机？这些决策比性能更需要进行权衡。

FR2 频谱的区域分配使得细分问题变得更具挑战，且区域之间以及各区域内的运营商之间具有差异（参见图 4）。考虑到天线，毫米波的手机射频实施可能比 6 GHz 以下的实施更依赖频率。如果手机必须支持多个宽间隔毫米波频率范围，则可能需要多个天线阵列，或至少是更复杂、有损耗的天线。即使在分配有多个毫米波频段的区域内，这可能也是一项要求。更大的挑战是，毫米波前端可能会在手机的多个配置中实现，每个配置都会占用宝贵的空间，而手机本身就面临着尺寸限制。考虑到手机大小正在接近维护便携式的实际极限，因此这是一个难题。

图 4 毫米波 5G 频段的使用也会按国家进行细分。

NSA、SA 和 LTE

各区域实现 5G 的初始方法各不相同。在全球许多地区，运营商计划通过采用 NSA 5G 来加速 5G 部署。NSA 利用 LTE 锚频段进行控制，并使用更宽的 5G 频段提供更快的数据速率。利用该方法，运营商只需利用其现有的 LTE 网络即可快速实现 5G，无需构建全新的 5G 核心。但是，一些中国运营商计划快速从 NSA 过渡到独立 (SA) 5G，或在一些地区，直接从 LTE 过渡到 SA 5G。SA 无需 LTE 锚点，需要扩建一个全 5G 网络，但简化了多频段 CA 组合的实现，特别是在上行链路 (UL) 上。

尽管 NSA 帮助运营商加快实现 5G，但引入了极大的射频复杂性：需要双 LTE 和 5G 连接。在很多情况下，运营商会在多个 FDD LTE 频段的现有区域 CA 组合中添加一个 5G 频段，并将一个 LTE 频段用作锚点。NSA 规范要求手机在一个或多个 LTE 频段中传输数据，同时在一个更高频率的 5G 频段中接收数据。这就增加了 LTE 和 5G 频段之间交互的可能性，且 LTE 传输频率谐波可能劣化 5G 接收器。

考虑 5G 频段 n78 和 LTE 锚频段 3 或 66 的 NSA 组合来进行说明。在 LTE 频段传输期间产生的谐波频率落入 n78 频段，这可能会降低接收灵敏度。为了减少这种可能性，可能对频段 3 路径应用额外滤波，而这将增加频段 3 的损耗。这就给针对全球使用设计的手机带来了问题，特别是在 5G 尚不可用或运营商没有 n78 频谱的地区。在这些地区，频段 3 将是主要数据路径，而增加的损耗将导致手机性能降低，对用户没有任何好处。

对于一些 5G 频段来说，全球的情况更加复杂，因为需要支持 SA 和 NSA 操作。例如，LTE 频段 41 将被重新分配为 5G 频段 n41，其提供的单通道带宽比 60 MHz LTE 限值大得多。北美手机将需要同时使用 LTE 频段 41 和 5G n41 支持双传输 NSA 操作。然而，这种额外的 5G 带宽也会有损失。由于同时在 LTE 频段 41 和 n41 上传输时产生的反向互调产物，输出功率必须降低以符合发射屏蔽，这可能减小覆盖范围。然而，在中国，n41 可用于宽带 SA 模式，无需支持双传输。在 SA 模式中使用 n41 允许更宽的带宽 UL，同时保持运营商在频段 41 上通过 LTE 实现的覆盖范围，并可通过单个功率放大器提供支持，从而减少实施大小和成本。

随着各地区迁移至 SA 5G，其中许多问题将变得更简单。但是，这种情况不太可能会很快发生。我认为 5G 要存在十年或更长时间，SA 才能成为全球的主要实施。在全球 5G 部署竞技中，我们必须接受由 NSA 标准造成的长时间射频复杂性。

消费者会购买全球 5G 手机吗？

如果没有这些挑战，是否有可能生产全球 5G 手机？可能。但是，全球漫游是否能够抵消成本和其他权衡问题？

消费者是否已经准备好购买更加昂贵的全球 5G 手机，这是个问题。不管手机是区域性还是全球性的，成本都会增加，因为除了现有的 LTE 费用，制造商还必须支付 5G 技术许可费。后续为提供全球 5G 覆盖范围而增加射频内容（特别是考虑到区域频段差异时）会增加成本。这可能让人很难接受，即使对于那些不管在哪里旅行都希望有数据漫游的专业高级商务旅行者群体来说也是如此。

回想 LTE 的早期阶段，那时在区域实施 LTE，并使用 GSM 进行漫游。当全球 LTE 手机兴起时，大部分手机 LTE 内容通常都处于休眠状态。增加成本但未使用的内容通常是短暂的，特别是在市场从婴儿期走向成熟时。

即使采用区域设计，增加单个 5G 频带都会增加射频内容和成本。5G 频段以及通过日益复杂的天线信号路径管理信号流都需要额外的组件，这主要是因为运营商请求的 NSA 和各种 CA 组合。为覆盖用于 LTE 的现有频率，天线已经不堪负荷；5G 将进一步扩大这个范围。尽管可以使用天线调谐和天线转换开关来解决这一挑战，这会将每根天线的信号连接数量最大化，但这两种解决方案都会增加手机内容。

图 5 5G 手机的复杂性决定了手机尺寸会更大。

5G 也将意味着大型手机，至少一开始是这样（参见图 5）。额外的射频内容需要额外的空间，特别是毫米波覆盖范围，这将难以适应今天的手机尺寸。制造商不想减少分配给电池和其他直接吸引消费者的功能的空间。要容纳附加内容，5G 手机可能需要是加大型设备。即使是区域性 5G 手机，标准尺寸一开始也可能行不通。环顾四周，您会发现并不是所有人都喜欢大型手机，它的销量一直都是少数。我们可能不得不等待进一步缩小尺寸的技术，然后才能将 5G 装入可轻松放入口袋的 18:9 小巧手机。

结论

5G 正在推动手机市场进一步区域化。消费者不想为自己不会使用的射频内容付费，制造商也不能证明增加很少使用的内容的成本是合理的。制造商也可能发现，在把射频内容挤进手机的同时，很难保持电池续航时间和消费者重视的其他功能。希望将手机成本和复杂性保持在合理范围内将促使制造商设计区域性 5G 手机，类似于如今许多中端 LTE 智能手机的区域化。

确切地说，这些因素都不会减慢即将进行的 5G 部署。它们只会将市场进行细分。简言之，全球性 5G 手机不可行。