5G的性能、覆蓋范圍和能效分析

2019年可謂是“5G之年”。在首個5G商用之后的7個月時間里，我們驚喜地發現全球已部署了30多張5G商用網絡，并且40多家廠商也在陸續發布5G終端設備。在這一切發展潮流的背后，Qualcomm肩負著重要使命。

隨著新一代無線技術在全球的普及，作為5G領域的領導者，我們認為有必要對現實中的5G效益進行檢驗，并深入研究它的性能。因此，我們委托Signals Research Group（SRG）開展了一項全面的全球研究。憑借在蜂窩網絡性能的基準測試方面的專長，SRG是全球最權威的無線分析公司之一。

SRG使用基于高通驍龍移動平臺的商用5G終端，通過韓國、英國、瑞士和美國多個城市的移動網絡收集了數千GB的測試數據。這項分析耗時數周，涉及數百個參數。

以下是SRG研究的主要結論：

1、相比4G LTE，5G的平均容量翻了一番，峰值速率提高了10倍

通過對亞洲、歐洲和北美洲多個sub-6 GHz和毫米波（mmWave）網絡的測試，研究結果得出一個共同結論：與當前網絡相比，5G網絡在容量和性能方面得到了顯著提升。

5G的性能、覆蓋范圍和能效分析

圖1總結了在SKT、EE、Swisscom和Verizon運營商的網絡上觀察到的數據速率結果。與現有LTE網絡相比，觀測到的平均容量至少增加了兩倍。峰值速率增益超過10倍。

這項研究包含了步行和駕駛測試，并對網絡性能進行了表征。例如，SRG在倫敦市中心使用sub-6 GHz 網絡進行步行測試時，觀察到的平均速率為220 Mbps。與此同時，使用Verizon公司的毫米波網絡在明尼阿波利斯（Minneapolis）市中心觀測到的5G速率中值為383 Mbps，峰值速率為1.6 Gbps。該結果是基于SRG在Verizon于4月份推出5G網絡后立即進行的測試。除了這項研究，近期測試結果表明，5G網絡性能有了進一步提升。

5G網絡帶來了顛覆性的容量增長。這意味著不僅是5G智能手機用戶，網絡上的所有用戶都能享受到更好的體驗。容量增加還將導致（每比特）成本降低，即使數據消耗不斷增加，運營商也能夠提供不限流量數據套餐。

2、毫米波比我們認為的更加靈活

SRG的研究消除了我們對毫米波覆蓋范圍及性能的各種錯誤認知。這些錯誤認知來自于對毫米波復雜傳輸特性的理解，以及測試人員僅根據他們智能手機和測速應用程序上的5G圖標做出的推測性陳述和缺乏依據的觀察結果。

這項研究證實了5G 毫米波可在非視距環境（NLOS）下傳播。研究結果表明，毫米波信號在遇到建筑物時會產生反射，并提供足夠的信號強度來維持移動數據連接。此外，這種反射信號有助于擴大角落周圍，甚至橫亙在基站與手機之間的建筑物后的覆蓋范圍。

5G的性能、覆蓋范圍和能效分析

例如，圖2顯示了SRG的重大發現，當測試設備向一個毫米波基站相反方向移動時，來自兩個街區以外的另一個毫米波基站的反射信號仍然可以實現200 Mbps的數據傳輸速率——這個結果高于LTE的平均速度。

此外，懷疑論者將5G電話的斷連歸咎于毫米波的傳播問題，但研究結論表明，5G的斷連往往是由于諸如LTE等的其他因素造成的。在很多情況下，當智能手機的信號鏈路試圖切換到一個無法識別的新LTE小區站點時，即使5G毫米波信號強大到足以維持連接，5G鏈路也會丟失。這與毫米波信號傳輸本身無關，并可通過網絡優化來解決。

3、毫米波的室內部署取得了良好效果

最近，Verizon宣布對全美13個NFL（美國職業橄欖球大聯盟）體育場進行5G網絡覆蓋。為大型場館，如體育場館、貿易展廳和交通樞紐，提供良好移動連接的難度非常大。一旦人群聚集，大量用戶同時連網，提供足夠的容量來維持良好的網絡性能，對運營商而言是個艱巨的挑戰，而5G 毫米波帶來的巨大容量恰好可以滿足此類密集數據連接的需求。

作為這項研究的一部分，SRG對美國銀行體育場——明尼蘇達維京人隊的主場進行了測試。Verizon只部署了13個5G基站，就能夠為幾乎所有座位（66，000多個座位）提供堪稱優秀的信號覆蓋。研究表明，毫米波信號甚至覆蓋了體育場座位后面的優惠區——而該區域并不在計劃的網絡覆蓋范圍之內。

5G的性能、覆蓋范圍和能效分析

4.5G提供了卓越的用戶體驗，尤其是在網絡容量受限的場景中

SRG測試了多個個人應用場景，其中包括：

· YouTube流媒體

· Netflix電影下載，供離線觀看

· Google Play下載（下載一款手機游戲- 大約400 MB）

· Google Drive下載（下載大型文件）

如圖4所示，與LTE智能手機相比，5G終端具有更卓越的性能和用戶體驗：

5G的性能、覆蓋范圍和能效分析

使用流媒體時，5G智能手機能夠保持1080p的視頻分辨率（該服務提供的最大分辨率），而LTE智能手機啟動時的分辨率為480p，并在網絡加載過程中降至360p。雖然這兩款手機在播放視頻過程中均未出現畫面卡滯，但LTE智能手機播放低分辨率視頻所花的時間相當于5G智能手機的2.4倍。

不僅如此，5G還增強了用戶使用流行應用程序時的下載體驗，如Google Play、Google Drive和Netflix。平均來說，相比LTE智能手機，使用5G智能手機下載游戲、電影或其他內容可以節省5倍的時間。

5.5G比LTE更節能，特別是在使用高帶寬應用程序的情況下

有一種觀點認為，與LTE相比，5G的數千兆比特速度會導致電池電量更快耗盡；但研究結果表明，這并非事實。在這項研究中，SRG測試了5G網絡對電池續航的影響，并與LTE進行了對比。結果顯示，盡管兩種技術對電池續航的影響非常微妙和復雜，但5G智能手機具備全天的電池續航能力。事實上，在手機上玩30分鐘紙牌游戲的耗電，就相當于使用穩定的5G網絡下載30 GB以上的數據。

在信號良好的情況下，對于大量數據而言，5G比LTE更節能。盡管5G的電池耗電更高，但數據速率的提升可抵消增加的電量使用率。下面的圖5說明了這一原理。

5G的性能、覆蓋范圍和能效分析