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5G芯片三巨头深度解读 一定要选支持NSA和SA的吗

2019-11-01 09:04:56 阅读量:1700
  

 

来源:雷锋网作者:鲍永刚

2019年4月,韩国成为世界上第一个商业化使用5g的国家。随后,美国、英国、瑞士等国家的运营商也相继推出5g服务。中国三大运营商也在6月份获得了5g许可证,5g服务将很快推出。这标志着5g已经进入商业应用的第一年。对于普通消费者来说,最关心的问题是是否更换5g手机以及如何选择5g手机。

这时,一些网民称nsa(非独立网络)为假5g手机。此外,中国移动董事长杨洁在上海移动期间表示,从2020年1月1日起,国安局的手机将无法接入网络。当时,关于5g手机是否应该支持nsa和sa的讨论突然增加。

虽然有很多关于nsa和sa的讨论,但大部分都是简单讨论过的。为此,雷锋网(公开号码:雷锋网)采访了世界上仅有的四家提供5g调制解调器的公司中的三家。高通、联发科技(联发科技)和紫光展锐,三位专家,将深深理解你最关心的是什么:

5g为什么有nsa和sa网络模式?

你必须选择支持nsa和sa的5g手机吗?

5g手机的高功耗问题何时能得到解决?

网络或毫米波是增强5g体验的最重要方式吗?

当然,从这些问题的解读中,你也可以了解5g发展的现状以及5g技术和行业未来的发展趋势,从而帮助大家更好地深入了解最新的移动通信技术。

简而言之,5g有三个特点:超高速、超大连接和超低延迟。然而,与前几代移动通信技术不同,第五代通信技术不仅将应用于手机,给消费者带来超流畅的升级应用体验,还将应用于更多行业和领域,给社会生产模式带来巨大变化。

5g与更多行业相结合的潜力让运营商对5g充满热情。根据全球移动设备供应商协会(GSA Global Association of Mobile Equipment Suppliers)发布的《2019年8月5g生态系统报告》,5g的第一年,全球32个国家的56家运营商宣布部署5g技术,41家供应商宣布引入或即将引入5g终端设备。相比之下,在4g的第一年,世界上只有4家移动运营商和3家oem制造商推出网络和终端。

但是,不同的运营商会根据自己的情况考虑频带和业务模式等因素,在切换到5g时会有自己的策略,这就导致了nsa(非独立非独立网络)和sa(独立网络)的组网方式。高通技术标准高级总监李燕在接受雷锋网独家采访时表示:“5g标准需要讨论8种不同组网方式的核心原因是不同运营商在向5g过渡的过程中有不同的策略,所以5g标准讨论了所有的可能性。”

这张照片来自无线深海。

具体来说,3gpp在2016年6月列出了总共8个5g架构系列选项,即选项1、选项2、选项3/3a、选项4/4a、选项5、选项6、选项7/7a、选项8/8a,然后优化为5个系列,即sa 2系列(选项2、选项5)和nsa 3系列(选项3、选项4、选项7)。

这幅画来自鲜枣班。

联发科技无线通信部门副总经理林志鸿指出,nsa和sa的区别在于nsa的核心网络是4g,sa的核心网络是5g。目前,国家安全局的主流是选项3,其中大多数是3倍。sa主要是选项2。其他选项现在相对较少有人会讨论5g商业选项。

请补充一点,核心网络是整个通信网络逻辑架构的一部分。从1g到5g,逻辑架构为手机→接入网→承载网→核心网→承载网→接入网→手机。通过下图所示的简化移动通信架构,可以清楚地看到核心网络的位置和功能。

这幅画来自鲜枣班。

到目前为止,已经很清楚,nsa和sa都是5g,而虚假5g是无稽之谈。国家安全局和安全局的网络有什么特点?

紫光展锐高级副总裁周晨在采访中指出:“容量、延迟和可靠性都是移动网络的痛点。例如,稳定性,一些行业不希望网络时间延迟为数百毫秒,有时为几毫秒,而是希望确保在预期的时间范围内有稳定的时间延迟。因此,如果要将整个移动网络改造成新的基础设施,这些问题需要解决。”

李燕进一步指出,为了将移动通信技术与不同行业相结合,有必要满足许多行业提出的对时延、可靠性和带宽的苛刻要求。有些在4g架构下确实不容易做到,这就是为什么需要5g新的网络架构和新的核心网络。如果5g将来要在行业中使用,sa是非常必要的。核心问题是转换时间和如何使用sa。

“如果南非希望在整个网络中实现广泛覆盖,投资将相对较大,建设周期也相对较长。这也是许多国家选择国安局开始的原因。”李燕同时说道。

具体情况如何?林志鸿指出,欧洲目前由选项3或nsa主导,nsa标准和整个产业链的准备与sa(选项2)相比相对较快。为了实现5g的广泛覆盖,需要对基础网络进行足够的投资。

韩国政府计划明年投资6500亿韩元,比今年增长86%。美国也提出了刺激5g投资的政策。美国无线通信行业预计未来在5g网络上投资高达2750亿美元。葛兰素史克公司预测,到2025年,仅中国一国就将投资1840亿美元。

巨额投资使得大多数运营商选择以更低的经济风险构建5g网络。数据显示5g的全球商业网络是nsa。在此背景下,中国移动董事长杨洁表示,中国将尽快向sa转型,中国电信也表示,力争到2020年推出5g独立网络有些激进。

对此,林志鸿表示,从运营商的角度来看,选择sa联网主要是为了推广一些新服务,包括一些低延迟应用。因为5g投资巨大,所以5g在中国的目标应该是通过5g真正推动一些新的形式或服务。

周晨表示,在5g投资过程中,sa的部署成本相对较高,尤其是在初期阶段。然而,如果sa可以直接部署,就没有必要从nsa过渡到sa。然而,这仍然取决于运营商的商业判断。中国迅速向sa转型的决定无疑将在整个5g行业和中国5g领导层中发挥积极作用,也将推动sa整个产业链的发展。

对未来5g网络部署的期望。李燕认为5g的最初部署是针对r15版本,也称为embb(增强型移动宽带),这是整个宽带互联网的应用。将来,sa肯定会被部署,但是sa的部署主要针对垂直行业,垂直行业的一种可能性是进行区域部署,而不是在整个网络中完全实施sa部署。

周晨还指出:“5g网络的部署必须朝着城市人口密集地区的sa方向,但nsa更适合偏远地区。当然,这仍取决于运营商如何衡量它。”

因此,从网络部署的角度来看,运营商目前使用的5g网络是nsa,sa标准和产业链的成熟至少需要几年时间。因此,即使支持sa,5g移动电话也没有可用的商业网络。此外,从经验角度来看,受访的三位专家表示,如果使用现有的绝大多数应用,如上网或观看视频,无论是nsa还是sa网络,消费者都不会感觉到明显的差异。

可以看出,目前世界市场上绝大多数5g手机只支持nsa。因此,对于希望在5g体验中处于领先地位并具有相对较高切换频率的消费者来说,没有必要考虑移动电话是否同时支持nsa和sa。

然而,已经指出,运营商的目标都是sa,sa的网络肯定会被部署。5g技术还会带来对网络要求更高的意外应用。业界目前看到的5g应用包括xr(ar,vr,mr)、云游戏、智能汽车和工业互联网。

周晨说:“根据我从2g到4g的经验,大多数时候我们都想不出最终的应用。然而,在基本能力得到提高后,许多新的应用程序将逐渐出现并习惯于它们。”林志鸿还说,很难预测5g时代会出现什么新的服务形式,但是移动通信必须是快速的,并且会产生一些新的服务。

显然,未来的5g手机必须支持nsa和sa。然而,由于运营商对5g网络建设有不同的考虑,高通、联发科技和詹瑞的产品也有不同的策略来支持nsa和sa。

高通公司于2016年10月发布了全球首款5g调制解调器小龙x50,该产品仅支持nsa。在2019年2月mwc的前夕,高通公司发布了另一款小龙x55支持nsa和sa。目前,高通公司集成5g基带的7系列5g SoC已经通过客户测试。

这是基于什么样的考虑?李燕说:“高通早在2016年就首次推出了支持nsa的5g调制解调器。它更多的是基于我们对全球5g技术发展的理解。许多运营商选择国安局作为他们的起点。当然,我们的第二代x55也可以积极配合国内运营商的sa网络部署,基于x55的手机将在今年年底和明年年初陆续上市。”

与高通公司的渐进式迭代方法不同,詹锐今年在mwc期间推出的首款5g调制解调器跳板510支持nsa和sa。周晨表示,我们的5g调制解调器同时支持nsa和sa,确保它可以在5g网络下使用,无论任何网络模式。但是,我们把sa放在了更高的优先地位,因为我们认为中国市场是5g的主要市场,国内运营商应该从今年下半年开始主要部署sa网络,所以sa有更高的优先地位。

周晨告诉雷Feng.com,紫光展锐将在年底发布春腾510产品的具体信息。

联发科技也没有选择步进迭代,让ap(应用处理器)和5g调制解调器交替前进,而是迅速引入了5g soc。2018年6月,联发科推出了首款支持nsa和sa的5g调制解调器helio m70。在今年的computex 2019上,联发科技宣布推出5g soc。联发科技称,首款搭载5g soc的5g终端最早将于明年第一季度上市。

当时,联发科技执行副总经理兼首席财务官顾大伟在接受采访时说:“这是战略选择。联发科技已经在5g的研发上投资了四年。我们对我们的产品没有说太多,我们的产品经历了几代人。我们担心产品是否在市场上销售。”

林志鸿表示,是否同时支持nsa和sa,在技术上没有太大区别。物理层是相同的,在开始时需要考虑架构。Nsa和sa支持是在软件级别,稍后可以调整。nsa和sa支持第一代产品的原因是因为我们判断nsa和sa将在未来几年共存。此外,直接引入5g soc,而不是使用联发科技ap插件helio m70,这也是我们对行业做出更大贡献的希望。从4g的经验来看,插入式调制解调器的方式最终会过渡到soc,这更有利于5g手机的普及,但5g本身也有一些功耗方面的挑战。

5g芯片的功耗确实是5g普及需要解决的首要问题。周晨说,第一批5g手机的功耗可能会带来体验上的倒退。5g的高功耗问题从何而来?从技术角度来看,李燕指出,5g信号的带宽是4g的5倍,时钟频率是4g的4倍。理论上,如果过程不变,时钟频率加倍,功耗将增加到四倍,而不进行任何优化,这自然会导致更高的功耗。

周晨表示,5g的大带宽带来的大量数据需要由相应的逻辑单元处理,但手机的soc几乎总是不加不减。因此,要解决5g芯片的高功耗问题,需要更先进的半导体技术,并且也可以从架构设计上进行优化。

林志鸿从另一个角度解释了5g的功耗。他说5g的每比特能量效率相对较高,但是如果5g的带宽达到100兆字节,当传输的数据没有100兆字节的带宽要求时,功耗就会显得相对较大。针对这个问题,联发科长期以来一直在研究动态带宽调整技术。当数据传输量相对较小时,联发科技会降低带宽,这也可以降低功耗。背后的标准是BWP。当然,动态带宽的调整不需要与网络协调。

高通在这方面也有相应的技术,他们称之为5g powersave。这项技术还根据从网络传来的流量来调整接收机的开和关,这样5g设备就不必一直监听5g,从而大大降低了低速工作时的电流,达到了降低功耗的效果。

综上所述,李燕表示:“5g功耗可以在很多方面进行优化,比如过程技术、硬件设计架构、通信本身的技术优化、标准级设计等。在标准设计层面上,基于r15,如果您有意进行一些优化并与终端达成一些协议,您可以看到一些效果,但仍有一些地方需要完成。R15只是开始,r16会做得更好。”

反映在5g终端中,在当前r15标准下,更加强调更大的带宽和5g基本能力。因此,5g终端在上市初期有很强的5g能力,但成本也很高。为了实现5g的广泛部署,5g终端的价格必须降低。因此,讨论中的r16将引入许多新概念,例如优化处理功耗、放宽对移动电话的支持以获得最大带宽等。这样,可以设计出稍微便宜一点的5g终端。目前,r17也在讨论中,并将有更多相关讨论。

3gpp 5g标准时间表

当然,毫米波是增强5g手机体验的另一项关键技术。毫米波是波长为1-10毫米的电磁波,指24ghz以上的频带。以前,移动通信使用低于6ghz的频率,波长大于毫米。5g使用波长更长的毫米波有两个原因。一方面,随着移动通信技术发展到第五代,6ghz以下的大部分频率已经被占用,5g只剩下很少的低频频率。重新移植这些频率需要时间。

另一方面,高频电磁波意味着更高的速度,这也符合移动通信发展的需要。因此,5g需要毫米波来提供超高速,以满足更多场景和应用,此外还需要覆盖6ghz以下频段的安全网络。

毫米波虽然具有速度更快、带宽更大的特点,但它可以解决音乐会、大型体育赛事等拥挤地区网络速度慢的问题,也可以应用于更多场景。然而,由于毫米波频率较高、波长较短,毫米波信号容易被建筑物、人体甚至雨滴阻挡,毫米波的部署需要大量小基站,不适合大规模部署。

然而,毫米波可以极大地改善5g体验。李燕指出,毫米波的带宽很容易达到800mhz甚至1ghz。与6ghz以下的带宽相比,毫米波带来了速度的提高,具有大容量、低延迟的特点,可以实现全新的、增强的业务。

林志鸿补充说,从运营商大规模组件网络的成本来看,Sub-6千兆赫可能是一个可行的方案,但Sub-6千兆赫的频谱相对珍贵,毫米波目前是一个相对热门的补充。从目前的情况来看,使用nsa作为毫米波载波网络来增强体验更为现实。如果sa要用作运营商网络,仍然需要高覆盖率。

当然,无论运营商的5g网络是nsa还是sa,频谱是毫米波还是低于6ghz,但消费者体验的核心是能够在手机支持所有频段和不同组网方式的前提下进行互联。这也是5g手机芯片面临的一大挑战。

李燕说:“当我们开发通信移动通信产品时,我们花费大量时间测试连通性,因为终端必须面对全球数百家运营商,并且有六家主要的网络设备制造商。它们在不同地区有不同的配置,并在不同制造商之间进行漫游切换。”

周晨还指出,为了支持国安局和国安局,芯片的物理层没有太大区别。其复杂性主要在于网络侧的互连测试,尤其是nsa和sa同时进行的测试压力更大。该测试分为几个级别。首先,是与仪器的互连测试。其中,由于5g的发展速度比预期的要快得多,同一台仪器无法完成所有的测试。此外,有必要与设备制造商一起进行测试。经过这些测试,人们可以基本上知道自己的设备与其他设备具有良好的互操作性。就运营商而言,由于配置不同,还会出现连接问题,这需要持续测试和解决连接问题。

至于互连测试的进展,由于sa网络最早要到明年下半年才能完成,sa相应的真实网络测试也将比nsa进展缓慢。林志鸿说:“运营商将发挥主导作用。他们会告诉我们使用哪个版本的标准,我们会更加关注那个版本。”

因此,为了获得更好的5g体验,有必要等到运营商部署完整的sa网络并与移动电话芯片进行完整的互连测试。同时,为了实现5g手机的漫游,手机芯片必须支持nsa和sa在不同区域的组网模式,同时也支持完整的频段,包括4g、6ghz以下频段和毫米波频段。

好消息是全球运营商的nsa主要选择选项3x,sa选择选项2,频段3.5ghz也是主流,有利于5g手机更方便地实现全球漫游。

尽管5g带来了许多新功能,但它也给5g芯片的设计增加了许多困难。除了技术进步带来的技术复杂性增加之外,更重要的是,手机soc和手机射频前端芯片应该尽量保持芯片的功耗和体积不变,但随着通信技术的进步,性能会更高。包括调制解调器、射频和天线在内的系统级5g解决方案对于5g移动电话的设计和开发尤为重要。

nsa和sa作为5g网络的两种组网方式,差别在于核心网,出现两种组网方式也是为了满足不同运营商转向5g的策略。至于5g手机芯片最开始是否同时支持两种组网方式,对于芯片厂商来说,并不是技术的难点,而是策略的选择。5g手机调制解调器设计出来之后,难点在于与网络的互联互通测试,这其中运营商起到了主导作用。