我們正在見證全球邁向 5G。國家、移動運營商和手機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。全世界都已制定快速部署 5G 的穩健計劃，特別是在新 5G 頻段提供的帶寬可以為消費者提供明顯更高的數據速率的地區。事實上，正是這種對新無線電 (NR) 頻段的訪問，以及對現有 LTE 頻段的重新分配，對數據速率產生了最大的影響（參見圖 1）。和 3G 過渡到 LTE 不同，底層 5G 規范的更改僅在一定程度上提高數據速率。這就解釋了為促進富有成效的 5G 部署，各個國家迅速在兩個新指定的范圍內分配新頻譜的原因：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十億美元，美國、中國、日本和澳大利亞將在 2019 年進行拍賣和分配。包括美國在內的許多國家的運營商都計劃在 2019 年開始推廣 5G 服務，并且幾家主要手機制造商表示，他們將生產支持這些服務的 5G手機。總的來說，到 2021 年，這些舉措將推動在發達國家廣泛覆蓋 5G。

圖 1 5G 需要增加頻譜，因為規范僅在一定程度上提高數據速率。

然而，全球驅向 5G 并不意味著就會出現全球 5G 手機。與 LTE 的情況不同，生產支持在全球 5G網絡漫游的全球 5G 手機也許不可行，或不符合成本效益。相反，5G可能會將手機市場推向相反的方向——走向更大的區域化。

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，FR2 毫米波分配遵循類似的模式，而使問題倍增。第三，許多運營商最初會部署非獨立 (NSA) 5G，這將在 5G 和區域 LTE 頻段之間引入難以管理的復雜交互。

圖 3 中國和日本計劃使用小部分和不同部分的 n79 頻段。

對以前的事記憶猶新的人可能記得 LTE 時代的曙光，當時頻段 1 和 7 被視為全球性頻段。遺憾的是，這兩個頻段都僅在部分地區采用，在其他地區未采用。被視為全球性頻段的其他頻段（如頻段 41）在部署時具有地區分配差異。例如，美國分配了全部可用的帶寬，而中國僅選擇一個窄子集，實際上使用范圍甚至更窄，因為中國移動只是中國完全部署所分配頻率范圍的三大運營商之一。直到現在，即在推出多年后，才考慮采用更加統一的頻段 41 分配結構，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 也發生了同樣的細分。各國和地區向移動運營商分配頻譜或拍賣頻譜的方式幾乎沒有改變。

手機問題

由此產生的地區分配差異對手機制造商產生了重大影響，他們必須弄清楚如何支持相互沖突的需求。運營商通常希望手機針對在各自地區中使用的頻段的子集進行優化。但是，手機制造商想在全球銷售設備，或至少是進行區域銷售，從而支持其所有目標市場中使用的不同帶寬和載波聚合 (CA) 組合。

此外，領先制造商已經選擇參加全球認證論壇 (GCF) 的互操作性認證，其提供使用 LTE 手機漫游的優勢。GCF 的常見做法是在指定頻段的全部帶寬范圍內驗證操作，這就引出了一個問題：當一個運營商或一組運營商只部署了分配到的頻段的子集時，會發生什么情況？

考慮 n77 的情況，它涵蓋了 3.3 至 4.2 GHz。理論上，單個 n77 解決方案將支持使用此頻段在全球所有地區使用。而實際上，運營商需要解決方案專為其各自地區中分配的頻譜的子集而優化——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，只有少數運營商打算部署 n77 或 n78 的 3.3 至 3.4 GHz 部分。手機制造商是否需要在一個甚至還未部署的頻率范圍內實現操作？競爭最佳操作的運營商當然不需要這樣做。

實施更具區域性的解決方案可以提供性能優勢，這主要是因為手機制造商可以定制濾波，并優化為頻段子集調諧的功率和低噪聲放大器。例如，在最初推出時，即使并非全部，也有大部分 n77 的前端模塊將使用非聲學濾波器，這為非常寬的 900 MHz 頻譜（比現在任何 LTE 頻段都要寬得多）提供良好性能。使用 n78 窄得多的子集時，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，從而改進帶外頻率抑制，降低頻段邊緣的插入損耗。這是手機制造商權衡方案的一個示例。專注于區域解決方案將提高一些目標移動運營商的性能，但失去真正的全球漫游功能，或至少減少服務于全球 5G 市場的 SKU 的數量。

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。支持整個頻段的解決方案將適用于這兩個國家，但不會為任一更窄的分配進行優化。如果您是這兩個國家中的一個國家的運營商，您會選擇全球 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建單獨的 SKU 還是在兩個國家推出同一款手機？這些決策比性能更需要進行權衡。

FR2 頻譜的區域分配使得細分問題變得更具挑戰，且區域之間以及各區域內的運營商之間具有差異（參見圖 4）。考慮到天線，毫米波的手機射頻實施可能比 6 GHz 以下的實施更依賴頻率。如果手機必須支持多個寬間隔毫米波頻率范圍，則可能需要多個天線陣列，或至少是更復雜、有損耗的天線。即使在分配有多個毫米波頻段的區域內，這可能也是一項要求。更大的挑戰是，毫米波前端可能會在手機的多個配置中實現，每個配置都會占用寶貴的空間，而手機本身就面臨著尺寸限制。考慮到手機大小正在接近維護便攜式的實際極限，因此這是一個難題。

圖 4 毫米波 5G 頻段的使用也會按國家進行細分。

NSA、SA 和 LTE

各區域實現 5G 的初始方法各不相同。在全球許多地區，運營商計劃通過采用 NSA 5G 來加速 5G 部署。NSA 利用 LTE 錨頻段進行控制，并使用更寬的 5G 頻段提供更快的數據速率。利用該方法，運營商只需利用其現有的 LTE 網絡即可快速實現 5G，無需構建全新的 5G 核心。但是，一些中國運營商計劃快速從 NSA 過渡到獨立 (SA) 5G，或在一些地區，直接從 LTE 過渡到 SA 5G。SA 無需 LTE 錨點，需要擴建一個全 5G 網絡，但簡化了多頻段 CA 組合的實現，特別是在上行鏈路 (UL) 上。

盡管 NSA 幫助運營商加快實現 5G，但引入了極大的射頻復雜性：需要雙 LTE 和 5G 連接。在很多情況下，運營商會在多個 FDD LTE 頻段的現有區域 CA 組合中添加一個 5G 頻段，并將一個 LTE 頻段用作錨點。NSA 規范要求手機在一個或多個 LTE 頻段中傳輸數據，同時在一個更高頻率的 5G 頻段中接收數據。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 組合來進行說明。在 LTE 頻段傳輸期間產生的諧波頻率落入 n78 頻段，這可能會降低接收靈敏度。為了減少這種可能性，可能對頻段 3 路徑應用額外濾波，而這將增加頻段 3 的損耗。這就給針對全球使用設計的手機帶來了問題，特別是在 5G 尚不可用或運營商沒有 n78 頻譜的地區。在這些地區，頻段 3 將是主要數據路徑，而增加的損耗將導致手機性能降低，對用戶沒有任何好處。

對于一些 5G 頻段來說，全球的情況更加復雜，因為需要支持 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。北美手機將需要同時使用 LTE 頻段 41 和 5G n41 支持雙傳輸 NSA 操作。然而，這種額外的 5G 帶寬也會有損失。由于同時在 LTE 頻段 41 和 n41 上傳輸時產生的反向互調產物，輸出功率必須降低以符合發射屏蔽，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，同時保持運營商在頻段 41 上通過 LTE 實現的覆蓋范圍，并可通過單個功率放大器提供支持，從而減少實施大小和成本。

隨著各地區遷移至 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很快發生。我認為 5G 要存在十年或更長時間，SA 才能成為全球的主要實施。在全球 5G 部署競技中，我們必須接受由 NSA 標準造成的長時間射頻復雜性。

消費者會購買全球 5G 手機嗎？

如果沒有這些挑戰，是否有可能生產全球 5G 手機？可能。但是，全球漫游是否能夠抵消成本和其他權衡問題？

消費者是否已經準備好購買更加昂貴的全球 5G 手機，這是個問題。不管手機是區域性還是全球性的，成本都會增加，因為除了現有的 LTE 費用，制造商還必須支付 5G 技術許可費。后續為提供全球 5G 覆蓋范圍而增加射頻內容（特別是考慮到區域頻段差異時）會增加成本。這可能讓人很難接受，即使對于那些不管在哪里旅行都希望有數據漫游的專業高級商務旅行者群體來說也是如此。

回想 LTE 的早期階段，那時在區域實施 LTE，并使用 GSM 進行漫游。當全球 LTE 手機興起時，大部分手機 LTE 內容通常都處于休眠狀態。增加成本但未使用的內容通常是短暫的，特別是在市場從嬰兒期走向成熟時。

即使采用區域設計，增加單個 5G 頻帶都會增加射頻內容和成本。5G 頻段以及通過日益復雜的天線信號路徑管理信號流都需要額外的組件，這主要是因為運營商請求的 NSA 和各種 CA 組合。為覆蓋用于 LTE 的現有頻率，天線已經不堪負荷；5G 將進一步擴大這個范圍。盡管可以使用天線調諧和天線轉換開關來解決這一挑戰，這會將每根天線的信號連接數量最大化，但這兩種解決方案都會增加手機內容。

圖 5 5G 手機的復雜性決定了手機尺寸會更大。

5G 也將意味著大型手機，至少一開始是這樣（參見圖 5）。額外的射頻內容需要額外的空間，特別是毫米波覆蓋范圍，這將難以適應今天的手機尺寸。制造商不想減少分配給電池和其他直接吸引消費者的功能的空間。要容納附加內容，5G 手機可能需要是加大型設備。即使是區域性 5G 手機，標準尺寸一開始也可能行不通。環顧四周，您會發現并不是所有人都喜歡大型手機，它的銷量一直都是少數。我們可能不得不等待進一步縮小尺寸的技術，然后才能將 5G 裝入可輕松放入口袋的 18:9 小巧手機。

結論

5G 正在推動手機市場進一步區域化。消費者不想為自己不會使用的射頻內容付費，制造商也不能證明增加很少使用的內容的成本是合理的。制造商也可能發現，在把射頻內容擠進手機的同時，很難保持電池續航時間和消費者重視的其他功能。希望將手機成本和復雜性保持在合理范圍內將促使制造商設計區域性 5G 手機，類似于如今許多中端 LTE 智能手機的區域化。

確切地說，這些因素都不會減慢即將進行的 5G 部署。它們只會將市場進行細分。簡言之，全球性 5G 手機不可行。