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從 iPhone 12 版本說起,再聊 5G 頻段與手機設計

由 少數派 發表于 攝影2021-09-05
簡介也就是說,在美國境外銷售的每一部 iPhone 12 行貨都是沒有這一額外的天線模組設計的,同時自然也都不支援 mmWave 5G 網路,這樣外觀上的設計區別,在 iPhone 設計歷史上非常少見,但在 5G 時代 mmWave 與 Sub

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在之前的 Update 第八週文章中,Alan 其實是已經有介紹過關於 5G 網路發展當下的兩大網路制式 —— Sub-6G 與 mmWave(毫米波)的區別,同時也有介紹在 2020 年,5G 頻段的這一重要區別,將對智慧手機的設計造成怎樣的影響。

從 iPhone 12 版本說起,再聊 5G 頻段與手機設計

在本週釋出的 iPhone 12 系列中,蘋果為了保證 mmWave 5G 訊號接收,在美版的 iPhone 12 機身的鋁金屬邊框上加入了一個極具辨識度的特殊「補丁」:之前在曝光中甚至還有人據此推斷這是一個 Smart Connect 介面,或是一個側置指紋識別模組,實際上在釋出會上才正式揭曉謎底 —— 這其實是一個 mmWave 天線模組。

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也就是說,在美國境外銷售的每一部 iPhone 12 行貨都是沒有這一額外的天線模組設計的,同時自然也都不支援 mmWave 5G 網路,這樣外觀上的設計區別,在 iPhone 設計歷史上非常少見,但在 5G 時代 mmWave 與 Sub-6G 兩種 5G 網路頻段已經並行發展的現在,這種「同款手機天線設計上的差異」會越來越多的出現在 5G 旗艦手機上。

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要分析這種特殊 5G 頻段給智慧手機天線設計帶來的區別,還需要從 mmWave 與 Sub-6G 這兩大 5G 網路頻段上的區別講起。

mmWave 與 Sub-6G 的區別

在 iPhone 12 釋出之後,得益於蘋果話題自帶的超高流量,本次 iPhone 12 系列地區版本上最大的區別 —— 支援 mmWave 與 Sub-6G 的版本以及僅支援 Sub-6G 的版本在實際使用上哪個「更好」的討論又開始進入主流平臺上,甚至還有「美版比國行版更實用」的論調出現。

在 5G 頻段中,mmWave 毫米波與 Sub-6G 的實際區別在於:Sub-6GHz 基於現有的 6GHz 以下的頻段發展而來,而毫米波則是基於 24~100GHz 的高頻頻段,屬於 5G 發展中異軍突起的新戰場。

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目前,世界上主要的 5G 發展國家地區對於這兩大技術流派的支援卻大相徑庭:其中,包括中日韓與歐洲在內的 5G 商用第一梯隊,都選擇了使用 Sub-6G 作為早期組網方案,只有美國,一開始選擇了 mmWave 作為自家 5G 佈網的基礎。其中 Verizon 又是一直在力推 mmWave 的運營商。甚至說是本次 iPhone 推出 mmWave 版本最大的受益者也不為過。

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可能也的確是考慮到這一點,蘋果甚至還在釋出會上讓 Verizon 的 CEO Hans Vestberg 上臺介紹了 4 分鐘自家業務,同時,Vestberg 在釋出會中提到的「5G 超寬頻網路」,本質上就是基於 Verizon 在美國主要城市中採用 mmWave 5G 佈網模式,實現的超高速網路體驗。

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但毫米波之所以在 5G 時代異軍突起,實際上是因為主流的釐米波頻段在 4G LTE 乃至之前的行動網路發展中,優質的頻段已經被基本消耗殆盡;而且毫米波在傳輸速率與可用頻寬上有先天優勢,能實現更多我們設想中的未來 5G 使用場景:比如蘋果釋出會上 Verizon 重點介紹的在舉辦賽事的體育場、機場/火車站乃至商業區這些人口密集聯網裝置眾多的區域,的確是 mmWave 能大顯身手的應用場景。

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同時,理論上來講,mmWave 的確是 5G 網路中最理想化的應用場景:5G 區別於 4G 的大部分使用場景:比如 4K 傳輸 AR 建模以及要求更高的 VR 直播內容,甚至是工業級的應用場景以及 L4 以及更高等級的自動駕駛,都要依賴大頻寬低延遲的網路環境才能實現,這也是 mmWave 網路區別與 Sub-6G 的主要優勢。

但目前,美國運營商力推 mmWave,一大原因在於美國 Sub-6G 受到軍用頻段的限制。頻段清理尚需時日,而且 mmWave 在技術上尚處於發展初期,高頻段的先天弊病:傳輸距離短、易干擾實際上目前都沒有得到根本解決:惡劣天氣甚至是霧霾就能對 mmWave 訊號傳輸造成影響,也不僅僅只是一句玩笑話那麼簡單。甚至包括英特爾在內的不少廠商都認為當前推出 mmWave 的智慧手機並不實用。

但這並不代表當前基於 mmWave 頻段實現的佈網方式就完全不現實:嚴格來講,上述毫米波的缺陷,都可以透過大規模成倍的部署基站來緩解:這種解決方法雖然簡單粗暴,但同時也讓目前的商用 5G 佈網成本飆升,即使是這樣,mmWave 組網方式的種種弊端目前仍然明顯,即使是 Verizon 已經投入商用的 mmWave 5G 網路也是如此。

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這也是目前包括歐洲與中國在內的大部分 5G 商用地區都還是採用了以 Sub-6G 為主的組網方式的原因,但目前 mmWave 仍然被認為是未來 5G 網路的重要組成部分之一:在未來理想的 5G 網路覆蓋規劃中,運營商可以透過低、中、高三層頻段實現協同組網:1GHz 以下頻段做覆蓋層,Sub-6G 做主流層,覆蓋大部分連結 5G 的智慧裝置,而 mmWave 毫米波則是覆蓋熱點高容量需求,組合建成廣覆蓋、同時滿足各種需求的5G網路。

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早年,還有包括華為以及高通針對對方產品不支援 mmWave 相互開炮暗諷對方是假 5G 的宣傳手段,這樣的情況在近年已經絕跡了,因為無論是 mmWave 毫米波還是 Sub-6G 釐米波,都能在未來 5G 網路中發揮特定的優勢。

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「真 5G」| 圖源:FierceWireless

智慧手機的設計影響

回到智慧手機上,雖然 5G 網路頻段並不是讓智慧手機內部結構發生變化的直接原因,但兩種主流頻段巨大的使用差異,也導致了手機要在基帶天線設計乃至手機內部設計上做出巨大的改變。

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在之前的 介紹文章 中,當時其實已經有一個 5G 頻段導致手機內部設計「分化」的典型案例:根據 iFixit 與 JerryRigEverything 對 Galaxy Note 20 系列的拆解發現,三星為不同版本的 Galaxy Note 20 Ultra 設計了兩套不同的散熱結構:分別是和之前 Galaxy 系列旗艦手機類似的銅蒸氣室散熱結構,以及另一個採用了石墨烯散熱結構的新版本。 這樣的散熱差異就是為了容納不同頻段的 5G 天線與射頻模組做出的設計調整。

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圖片來源:iFixit

由於 mmWave 的調節器與射頻系統與 Sub-6G 有著極大的不同:毫米波的高頻特性會限制手機搭載的接收天線尺寸,所以為了彌補尺寸的不足,上游供應商在提供整合方案時,會透過加入更多毫米波天線的方式,來彌補訊號傳輸時的損耗。這也是 Galaxy Note 20 會出現兩種散熱結構的原因。即使在供應鏈呼風喚雨的蘋果也不能避免,於是就有了文章開頭提到的 iPhone 12 外觀設計。 雖然

美版

目前相比於其他國家的 iPhone 12 系列的確是多了對 mmWave 頻段的支援,但這並不意味著這就完全是蘋果的刀工,讓 iPhone 12 多出了數種不同的規格版本,很可能是蘋果希望在其他國家行貨版本的 iPhone 上透過捨棄無用的 mmWave 天線,來降低手機機身的同時,增加其他手機硬體模組的規格(比如電池)。

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圖源:wccftech

雖然美版機型是否在電池容量上會比其他版本略低尚且不得而知,但從官網上的資料來看,少了mmWave 天線,的確讓其他版本的 iPhone 12 系列比美版機型輕了 2g,雖然這算不上什麼感知太強的區別,但的確也在暗示著其他手機硬體可能也有所不同。

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iPhone 12 美版官網介紹介面(上圖)與國行介紹介面(下圖)資訊對比

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雖然 Alan 對於 mmWave 版本的 iPhone 12 內部設計上會有何變化相當好奇,但目前 iPhone 12 系列的拆解還尚未公佈,可以預見的是,不同版本的 iPhone 12 系列會在內部設計上有較大的區別。對於寸土寸金的 iPhone 機身內部結構來講,這當然尤為重要,所以我們完全沒必要去追求美版機型所謂的「全頻段」優勢 —— 畢竟即使買到的是 iPhone 12 水貨,在接下來幾年中你仍然在大部分國家與地區無法使用到 mmWave 組網的 5G 網路,算得上是真正的「徒增功耗」。

但是,mmWave 作為未來 5G 面向更多使用場景拓展可能性必不可少的領域之一,我們最終仍然會看到,越來越多支援 mmWave 的 5G 終端滲透到我們的生活中,在我們設想過甚至想象不到的使用場景中發揮優勢。

Because one day, we'll be safely back in those places.(因為總有一天,我們會安全地回到這些地方聚集。)

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圖源:ultimatepocket