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破解5G终端商用三大瓶颈,vivo将打造手机即服务
发布时间:2020-12-30

12月3日,三家运营商获发5G试验频率(Sub 6GHz)许可;面向2019年,相关文件指出,我国将加快5G商用部署,做好标准、研发、试验和安全配套工作,加快产业链成熟,加快应用创新。

从2017年底5G标准Rel-15( NSA)版本冻结,到今年6月SA冻结,再到2019年底Rel-16冻结,直至2020年5G规模商用,相比3G和4G从标准化、产业化到商用,5G通信产业正在加速发展,技术更新换代周期不断缩短。尤其是2018年,面对全球商业环境的不确定性,国内5G研发和产业化进程在不断提速。

2018年9月,中国电信发布Hello 5G行动计划;12月上旬,中国移动发布“智慧5G”、“先机5G”及“绚彩5G”行动计划;12月中旬,中国联通发布5G网络及终端战略计划。三家运营商在5G上动作频频,将在17个城市开展5G规模试验和应用示范,百亿资金拉动5G终端(含泛智能终端)产业发展。

其中,5G对于用户触点最多的是手机行业,需要提速研发进程,以满足高流量存量用户的换机需求(大部分为高ARPU用户)。2019年,面向5G预商用,备受争议的提速降费将继续开展,意味着用户需要更高速率的终端,甚至是5G NR手机以获得突破性的上网体验。

2018年12月,中国移动预估2019年网内换机空间为3.5亿部,其中4G手机为3.2亿部;上年同期预估2018年网内换机为4亿部;2016年底预估2017年销售4G手机为4亿部……近三年口径不同的细微之处体现了市场风向。

5G商用初期,面对逐年递减的4G存量换机市场和用户换机周期的延长,只有做好充分准备,方能捕捉凛冬时期的机遇。

根据中国移动大数据平台,年轻群体更爱使用苹果、vivo、OPPO,三者在31~40岁年龄段所占比例均为27%~28%。通过2018年10月数据对比,华为+荣耀、vivo品牌换机忠诚度高于苹果,OPPO、小米大幅领先三星。其中,24%的三星用户换机选择了华为,vivo与OPPO相互换机率保持均衡,低于三星用户选择华为约8PP。

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 创新,方能稳固换机留存率

6年前的3G时代,X1上市,让vivo从功能机中突围,在智能机市场站稳脚跟。多年来,凭借着主打Hi-Fi这一特性,实现了智能终端与HiFi硬件产业、内容生态圈的深度协同,就像传统唱片通过数字音乐获得新生一般。

6年后,在2018年的最后一个工作日,vivo NEX双屏版首销上市,不止步于全面屏,新增支持ToF 3D+三摄自拍。

漆黑夜晚场景下,对比iPhone XS MAX与双屏NEX人脸解锁,在前者人与机解锁的极限距离下,搭载TOF 镜头的后者成功率远高于前者,甚至,可以进一步拉远解锁距离。

vivo为什么会选择在临近5G预商用的2019年之前上市,发布一款双屏+TOF的4G+手机?笔者认为有三大原因:

(1)NEX双屏版的出现,将满足于后4G时代大流量卡用户的体验升级,不仅仅是支持双卡双VoLTE,在原有支持4X4 MIMO的基础上,通过WiFi-4G双通模式,在Wi-Fi网络较差场景下,自适应补偿机制使得用户实现WiFi+4G顺畅上网。断网、低速率的落差在大流量时代将极度影响用户对品牌的信任度,比如华为+荣耀近期也在不断提升用户WiFi+4G的上网体验。

(2)NEX双屏版搭载的第五代光电屏幕指纹,意味着解锁速度更快。从去年6月MWCS上展示屏下指纹,半年之后在多款手机中不断商用、升级屏幕指纹的体验,虽然只是一个细节的更新,但指纹解锁却是高频应用场景;

(3)面对5G这一单数网络代际的探路,vivo需要通过销量百万台级别的高端全面屏NEX背书,通过NEX平台开发5G智能手机软硬件。同期,NEX衍生出的双屏版,可能希望提升用户行为习惯,使得用户碎片化的时间更加专注。

通过近三年的相似策略,可以发现,不冒进的贴近用户需求,是vivo稳固换机留存率的法宝。比如,几年前,率先于业界发布前置柔光双摄,是因为发现夜晚8点后打开自拍的用户行为很普遍。同样,2018年6月在MWCS上,vivo展示了TOF3D应用,也是半年之后在旗舰机上实现首发,未来半年时间内必然也会普及到中档换机用户群。

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 面向2022年,开启5G长跑模式

当前,与多家国产手机一样,vivo聚焦于Sub 6GHz 5G手机的研发,也是当下为数不多研发测试毫米波的手机厂家之一。或许,面向国内市场,研发测试毫米波的举措现在看来还备受争议,但如果细观vivo近年来在5G的投入就应该明白,这个举措是再正常不过了。

早在2016年,vivo便加入3GPP RAN1、RAN2、RAN4、SA2、CT1等核心技术组,并在北京成立5G研发中心,参与5G核心技术和标准化工作,这意味着vivo面向全球5G市场,拥有前瞻性的预判基础。

2017年,vivo启动天线与射频关键技术的预研,并对毫米波天线阵列进行了相关专利布局。到目前为止,vivo已经向3GPP标准化组织提交了1700多篇技术提案。

2018年,vivo启动5G终端试验样机的研发。近半年来,几乎每隔1~2个月,就能看到vivo手机在5G方面持续的进展,比如:

6月12日,vivo发布全面屏手机NEX,屏占比达91.24%;

8月30日, vivo基于NEX平台,初步完成包括架构规划、主板堆叠、射频和天线设计以及电池空间优化等等工作,支持NSA模式下的LTE和NR双连接;

11月26日,vivo实现了以5G毫米波样机(非工程开发样版)的无线连通;

11月27日,通过综测仪(模拟网络),vivo公开展示了搭载骁龙855平台的NEX 5G样机。在5G sub 6 GHz上进行上网、微信文字及视频通话等业务展示。(在现场,散热的小风扇成为网友围观的亮点,当然这只是每一代移动终端所需经历的阶段之一。)

12月6日,vivo 5G样机实现了高清移动视频通过无线空口的方式实时地传送到手机上,并展示了实现无线连接的NEX 5G毫米波样机。

……

显然,vivo的目标不仅仅是在2019年完成NSA和SA 5G手机的研发和批量生产。或许,vivo考虑的是尽力满足Sub 6GHz和mmWave对于全球市场不同用户的需求。尽管,在国内移动终端上,毫米波产业及配套需要到2021~2022年成熟,但并不意味着创新与机会是等来的。

vivo的5G毫米波手机,也是依托NEX为主架构,搭配无刘海的零界全面屏、伸缩摄像头,及屏下指纹,同时支持2G/3G/4G(4 x 4 MIMO),5G sub-6 GHz(4 x 4 MIMO),双频5G毫米波(两组),双频GNSS,及双频WiFi MIMO等多种天线,以满足用户对于视觉和无线的严苛需求。

此前,vivo公司创始人兼CEO沈炜表示,将在2019年推出5G预商用手机;2020年,配合中国的5G规模商用,正式推出5G商用手机。

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 预商用5G终端面临三大挑战

作为IMT-2020(5G)推进组下设成员之一,vivo参与并推动了5G研发、预标准化、频谱、技术方案评估和技术试验等工作。

当前,vivo正在与系统设备厂家进行5G终端设备的调试,2019年将参与IMT-2020(5G)推进组组织的国测,及运营商组织的终端与试验网测试。

据vivo 5G研发总监秦飞透露,vivo将通过2019年Q1~Q2百台5G终端在多个城市参与外场测试,提升端到端互联互通和软件水平,Q3将通过千台量级终端进一步加大测试力度,在2019年底达到5G终端商用水准。

目前,在5G手机产品化方面,vivo与电信运营商以及芯片方案厂商紧密合作,共同推进5G原型机、商用手机的研发进程。2018年9月,vivo成为中国电信5G终端研发联盟的一员;12月上旬,作为中国移动“5G终端先行者计划”合作伙伴之一,vivo发布了5G试验型终端产品计划;12月中旬,vivo以首批合作伙伴身份加入中国联通5G行业终端联合创新实验室。

作为5G终端先行者之一,vivo聚焦终端相关特性标准化、终端自干扰、终端省电、5G多天线、低时延高可靠、高层协议设计、物理层协议设计、AI+IoT等进行技术研发与储备。

包括主流运营商、芯片、终端产业链等业内人士均指出,当前5G终端面临技术路径权衡、产业成熟度与规模、业务应用三大挑战。面向2020年5G规模商用,5G终端自身目前存在几个瓶颈:从标准化到产品开发与优化的时间有限;5G初期可选元器件有限,成本控制和产品设计方面受限;5G组网模式将影响元器件的选件和系统设计。

vivo射频总监崔献博士认为:“5G对于手机终端可选择的方案和器件,带来很大变化。5G本身的特性采用的新频段——更高频率、大带宽、更高功率、更高的上行信号峰均比和更高阶调制等等,将需要全新的5G NR射频器件诸如功放、开关和滤波器等, 对于refarming频段也要做升级。系统级设计角度也会涉及多模多频、射频和天线架构优化,以及功耗/热设计、共存/干扰和PCB堆叠等方面,对于以上技术难点,vivo都展开了深入研究,准备了应对方案。”

在Sub 6GHz中,5G引入了2.6GHz、3.5GHz和4.8GHz多个国际主流频段,高频段带来更高的插入损耗和失配损耗,以及更高速率接口对板基走线的挑战,需要保证相应频点的天线效率和频点之间的天线隔离,同时,也对射频功率放大器、滤波器、开关及电源等射频前端器件带来挑战。

国际主流运营商希望5G终端能够做到全网通,多模多频将使得5G手机内部的电磁兼容环境更为复杂,移动通信频段和WLAN及GPS的共存,手机其他功能模块如LCM,摄像头工作时对接收频段的干扰等,都属于终端自干扰的范畴。随着5G手机基带处理能力的提升和功能的增加,自干扰问题会更恶劣。NSA涉及双连接,LTE和NR同时在发射的状态下,会产生谐波、交调,带来相关干扰。

在功耗方面,参考4G终端测试结果,每增加一倍带宽,终端传输数据所需的功耗增加10%,5G带宽更宽、频率更高,相关要求5G频段输出功率等级比传统4G高3dB,意味着要提供更多的DC供电来支撑相关升高的射频功率。SA模式下,上行MIMO如支持两路同时发射,相对单路发射的LTE终端,功耗方面提出了更高的要求。NSA模式下,LTE和NR同时工作,保证各自上下行的链路,因此,同时发射功耗相对较高,且FDD功耗会比TDD更高一些。假设5G射频前端效率约等同于4G射频前端,由于输出功率升高,意味着耗电、发热比原来更多。5G终端发热可能会带来一些额外挑战。

在终端设计的空间问题上,现有手机PCB空间有限,4G方案已经占据很大比例空间,尤其是全面屏普及的当下。5G时代,射频前端可用的PCB面积会被进一步的压缩。一方面是PCB可用面积的减少,另一方面是多模多频带来的PCB占用面积需求的提升。(详见:步步为营,国产手机能否实现5G先行

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 天线设计,是一门艺术

基于全面屏时代和5G手机天线的相关性,vivo首席天线专家、天线总监黄奂衢博士曾提出“天线在屏,屏载天线”的前瞻性设计理念。

在去年下半年公开场合,黄奂衢曾提到,5G发力,天线先行。一直以来,包括华为、高通、小米等终端(芯片)企业相关产品线研发人士非常看重天线在整机设计中的地位,只是在4G时代强调多模多频时方才在整机设计中被逐步重视。

5G频段分为FR1(Sub 6GHz)和FR2(mmW)两大区块,此两区块的电磁特性有明显差异,故对相应的天线设计与性能指标也截然不同。黄奂衢认为,5G开启了全新的无线通信时代,天线肩负无线接收链路的第一棒,也是无线发射链路的最后一棒,5G对天线性能提出了新的需求。

在5G sub-6 GHz频段的手机天线设计,主要的设计需求来自是量(quantity)的增长,其本质是对现今天线设计在战术上进一步的细化与优化,故可视为是天线的演进。如多频、多天线、多场景之下,合格的天线效率、隔离度、封包相关性,以及与系统的共存性;毫米波天线设计因为是采用阵列设计,而非独立(stand-alone)天线设计,以补偿毫米波所致的高路损,且是可做波束成形(beamforming)的天线阵列,以达较宽广的空间覆盖,故其设计本质相较于现今手机天线设计是战略上质的跳跃,存在峰值增益、双极化性、系统共存、散热等挑战。

除了天线OTA设计考量之外,减轻Sub6GHz、毫米波天线,WiFi和蓝牙的同时、多重发射对人体辐射的影响,达到符合人体安全规范的国际标准,也是手机天线设计极为重要的课题。

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 5G+AI+IoT,智慧手机新生态

5G与人工智能的深度融合,将成为5G手机时代的重要趋势。

2017年6月,vivo成立AI研发中心,启动人工智能研究,并于次年3月发布人工智能子品牌Jovi。

vivo人工智能全球研究院院长周围认为,未来的智慧手机将是“自学习、自索引、自推荐”的智慧手机。人工智能赋予了手机学习和思考能力,5G赋予手机更强大的连接通信能力,二者结合,5G和AI的发展将衍生出很多新的场景和应用,将支撑手机智慧化演进的诉求。

人工智能并不简单的指语音、NLP、机器视觉、强化学习等,而是基于这些技术之上,为人们提供新产品与服务的一种架构。目前,vivo正在主动建设基于手机终端的服务网络,将手机作为智慧互联连接中心,构建一个平等、互惠、开放的平台,将消费者提供便捷的服务。

2018年7月,vivo联合众多IoT代表企业,成立了IoT开放生态联盟。在此生态下,即使是不同品牌的设备和设备之间也能够实现互联互通,开发者一次开发就能在各个控制中心上提供良好的用户体验,9月,vivo发布了全新的Jovi物联,以此平台为基础,vivo正在构建“5G智慧手机”生态。


comobs对5G和M-IoT保持长期关注