5G的性能、覆盖范围和能效分析

2019年可谓是“5G之年”。在首个5G商用之后的7个月时间里，我们惊喜地发现全球已部署了30多张5G商用网络，并且40多家厂商也在陆续发布5G终端设备。在这一切发展潮流的背后，Qualcomm肩负着重要使命。

随着新一代无线技术在全球的普及，作为5G领域的领导者，我们认为有必要对现实中的5G效益进行检验，并深入研究它的性能。因此，我们委托Signals Research Group（SRG）开展了一项全面的全球研究。凭借在蜂窝网络性能的基准测试方面的专长，SRG是全球最权威的无线分析公司之一。

SRG使用基于高通骁龙移动平台的商用5G终端，通过韩国、英国、瑞士和美国多个城市的移动网络收集了数千GB的测试数据。这项分析耗时数周，涉及数百个参数。

以下是SRG研究的主要结论：

1、相比4G LTE，5G的平均容量翻了一番，峰值速率提高了10倍

通过对亚洲、欧洲和北美洲多个sub-6 GHz和毫米波（mmWave）网络的测试，研究结果得出一个共同结论：与当前网络相比，5G网络在容量和性能方面得到了显著提升。

5G的性能、覆盖范围和能效分析

图1总结了在SKT、EE、Swisscom和Verizon运营商的网络上观察到的数据速率结果。与现有LTE网络相比，观测到的平均容量至少增加了两倍。峰值速率增益超过10倍。

这项研究包含了步行和驾驶测试，并对网络性能进行了表征。例如，SRG在伦敦市中心使用sub-6 GHz 网络进行步行测试时，观察到的平均速率为220 Mbps。与此同时，使用Verizon公司的毫米波网络在明尼阿波利斯（Minneapolis）市中心观测到的5G速率中值为383 Mbps，峰值速率为1.6 Gbps。该结果是基于SRG在Verizon于4月份推出5G网络后立即进行的测试。除了这项研究，近期测试结果表明，5G网络性能有了进一步提升。

5G网络带来了颠覆性的容量增长。这意味着不仅是5G智能手机用户，网络上的所有用户都能享受到更好的体验。容量增加还将导致（每比特）成本降低，即使数据消耗不断增加，运营商也能够提供不限流量数据套餐。

2、毫米波比我们认为的更加灵活

SRG的研究消除了我们对毫米波覆盖范围及性能的各种错误认知。这些错误认知来自于对毫米波复杂传输特性的理解，以及测试人员仅根据他们智能手机和测速应用程序上的5G图标做出的推测性陈述和缺乏依据的观察结果。

这项研究证实了5G 毫米波可在非视距环境（NLOS）下传播。研究结果表明，毫米波信号在遇到建筑物时会产生反射，并提供足够的信号强度来维持移动数据连接。此外，这种反射信号有助于扩大角落周围，甚至横亘在基站与手机之间的建筑物后的覆盖范围。

5G的性能、覆盖范围和能效分析

例如，图2显示了SRG的重大发现，当测试设备向一个毫米波基站相反方向移动时，来自两个街区以外的另一个毫米波基站的反射信号仍然可以实现200 Mbps的数据传输速率——这个结果高于LTE的平均速度。

此外，怀疑论者将5G电话的断连归咎于毫米波的传播问题，但研究结论表明，5G的断连往往是由于诸如LTE等的其他因素造成的。在很多情况下，当智能手机的信号链路试图切换到一个无法识别的新LTE小区站点时，即使5G毫米波信号强大到足以维持连接，5G链路也会丢失。这与毫米波信号传输本身无关，并可通过网络优化来解决。

3、毫米波的室内部署取得了良好效果

最近，Verizon宣布对全美13个NFL（美国职业橄榄球大联盟）体育场进行5G网络覆盖。为大型场馆，如体育场馆、贸易展厅和交通枢纽，提供良好移动连接的难度非常大。一旦人群聚集，大量用户同时连网，提供足够的容量来维持良好的网络性能，对运营商而言是个艰巨的挑战，而5G 毫米波带来的巨大容量恰好可以满足此类密集数据连接的需求。

作为这项研究的一部分，SRG对美国银行体育场——明尼苏达维京人队的主场进行了测试。Verizon只部署了13个5G基站，就能够为几乎所有座位（66，000多个座位）提供堪称优秀的信号覆盖。研究表明，毫米波信号甚至覆盖了体育场座位后面的优惠区——而该区域并不在计划的网络覆盖范围之内。

5G的性能、覆盖范围和能效分析

4.5G提供了卓越的用户体验，尤其是在网络容量受限的场景中

SRG测试了多个个人应用场景，其中包括：

· YouTube流媒体

· Netflix电影下载，供离线观看

· Google Play下载（下载一款手机游戏- 大约400 MB）

· Google Drive下载（下载大型文件）

如图4所示，与LTE智能手机相比，5G终端具有更卓越的性能和用户体验：

5G的性能、覆盖范围和能效分析

使用流媒体时，5G智能手机能够保持1080p的视频分辨率（该服务提供的最大分辨率），而LTE智能手机启动时的分辨率为480p，并在网络加载过程中降至360p。虽然这两款手机在播放视频过程中均未出现画面卡滞，但LTE智能手机播放低分辨率视频所花的时间相当于5G智能手机的2.4倍。

不仅如此，5G还增强了用户使用流行应用程序时的下载体验，如Google Play、Google Drive和Netflix。平均来说，相比LTE智能手机，使用5G智能手机下载游戏、电影或其他内容可以节省5倍的时间。

5.5G比LTE更节能，特别是在使用高带宽应用程序的情况下

有一种观点认为，与LTE相比，5G的数千兆比特速度会导致电池电量更快耗尽；但研究结果表明，这并非事实。在这项研究中，SRG测试了5G网络对电池续航的影响，并与LTE进行了对比。结果显示，尽管两种技术对电池续航的影响非常微妙和复杂，但5G智能手机具备全天的电池续航能力。事实上，在手机上玩30分钟纸牌游戏的耗电，就相当于使用稳定的5G网络下载30 GB以上的数据。

在信号良好的情况下，对于大量数据而言，5G比LTE更节能。尽管5G的电池耗电更高，但数据速率的提升可抵消增加的电量使用率。下面的图5说明了这一原理。

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