曾几何时全网通是一个“高贵”概念,是中高端智能手机才具备的特征,价格也比普通版本贵上数百元。可如今全网通近乎成为国民配置,从百元入门机到旗舰均已具备。那智能手机在连接技术上还能玩出什么新花样呢?事实上,高通(Qualcomm)骁龙处理器在这方面的花样多着呢,想跟你谈谈手机的先进连接性能。
全网通2.0时代
在3G时代,中国智能手机市场TD-SDCMA、WCDMA、CDMA三足鼎立,中国移动、中国联通、中国电信采用了不同的3G制式、互不兼容。假若你使用的是一台中国移动TD-SDCMA 3G手机,别指望用上联通和电信的3G网络,反之亦然。手机型号与网络制式牢牢地绑定在一起,这种体验对用户非常不友好。在进入4G时代后,主流制式缩减到FDD-LTE和TDD-LTE,一款支持移动4G的手机基本都能够兼容联通4G,三家运营商4G网络通吃的,则被称之为“全网通”,现在将其称之为全网通1.0时代。

到了4G+时代,得益于移动处理器进步,智能手机支持FDD、TDD双制式,通吃三家4G+网络已是主流配置。进入了全网通2.0时代,全网通向更深方向发展——支持所有运营商网络制式,即“全7模”(包括LTE、TDD、TD-SCDMA、WCDMA、EV-DO、CDMA 1X,、GSM);支持“盲插”的各种双卡双待组合如L+G,L+C,L+W等等;一个SKU(单一型号处理器)支持中国运营商所有载波聚合频段组合;支持“全模语音”,包含VoLTE在内的17种语音模式以及LTE数据和语音融合。对于高通,骁龙430即可实现上述所有特性,更逞论旗舰骁龙820。不过在市场上,我们依然能看见双网通与全网通手机同时销售,比如搭载骁龙650的红米Note3,出现这种情况是由于手机OEM制造商为了控制成本或是照顾不同营运商利益造成的,与处理器所支持的技术无关。

随着手机使用方式从电话+短信转型为以APP为主导,现在人们更多关注是套餐内流量多少,而不再是语音通话时间长短,但这并不阻碍通话技术的发展。VoLTE(Voice Over LTE)是4G时代发展起来的技术,目前国内三大运营商均在大力推广的高清语音技术。VoLTE是一种IP数据传输技术,无需2G/3G网络支持,全部业务承载于4G网络之上,实现了数据与语音业务在同一网络下。相较2G、3G语音通话,VoLTE通话质量提高了40%左右,拨号后的等待时间更短,比3G降低了50%,掉线几率也更低。而随着VoLTE推广,运营商还可以释放手中的2G、3G频段资源,投入载波聚合,从而提高用户的上网体验。

载波聚合加速连接
载波聚合(Carrier Aggregation)技术出现可追溯到3GPP在制定LTE-Advanced标准之时。运营商的频谱资源是非常零碎的,散落在2G/3G/4G不同频段之上,要将这些资源整合成100MHz频宽,并实现1Gbps下行速度就必须采用载波聚合,因为它能将多个连续或者非连续的分量载波聚合获取更大的传输带宽,从而获取更高的峰值速率和吞吐量,在3GPP Rel-12版本载波聚合还支持FDD+TDD组网。

在4G+时代载波聚合(Carrier Aggregation)是每一款移动处理器的必备素质,但同是载波聚合却有大不同。自骁龙435起,高通骁龙处理器全系列支持2×20MHz载波聚合技术,最高级别的骁龙X16 LTE 调制解调器甚至具备了4×20MHz载波聚合。

骁龙X16 LTE调制解调器采用了支持4×20MHz载波聚合的2个4×4 MIMO + 2个2×2 MIMO天线配置方式,在传输下行数据时,2个4×4 MIMO提供8个串流、其中1个2×2 MIMO提供2个串流,仅需利用60MHz频宽即可实现10条串流,在所有载波采用FDD制式时,每个串流的带宽为100Mbps,总带宽达到了1Gbps,是当前移动调制解调器应用载波聚合技术的代表作。

骁龙X16 LTE调制解调器频宽要求虽比LTE-Advanced要求降低了40%,但不代表营运商随时随地拿出足够频宽,这时是就需要应用到LTE-U或LAA技术了。LTE-U、LAA都是利用非授权频道(5G下)的技术,前者次采用CAST(Carrier-Sensing Adaptive Transmission ,载波侦听自适应传输)机制,在非授权频段下进行间接性连接;后者是LAA是LTE-U与LBT(Listen Before Talk,先侦听后传输)机制结合的产物,在连网时会先对非授权频道进行侦听,确认无其它设备占用时才会连接,连接更为可靠、稳定。由于现有规范对5GHz频段发射功率限制,在实现LTE-U、LAA时,往往需要运营商部署小型、简单的蜂窝基站,即“小型基站

双4G双卡双待在4G+时代普及也是载波聚合带来的福利之一,以骁龙652为例,它拥有2×20MHz上行载波 + 2×20MHz下行载波,在插入双卡时拆分载波,每一张能获得一组20MHz上行载波 + 20MHz下行载波,对双卡用户非常友好。

载波聚合是一项双赢的技术,消费者从中获得了更高的速度、双4G支持,运营商则是借此高效利用频谱资源。载波聚合可以聚合不同频段,它不介意是4G频段+4G频段实现20MHz,也不介意2G频段+4G频段实现20MHz,在营运商普及VoLTE之后,可以腾出2G、3G频段资源,投入到4G+运营之中。
WiFi的革新
也许WiFi覆盖范围有限,公共免费WiFi甚至存在泄露隐私的可能,但依然无碍人们对无需流量费的WiFi热爱,WiFi技术的进步对智能手机体验同样至关重要,高通自骁龙430级别起全产品普及了IEEE 802.11ac技术,中高端产品甚至具备了Qualcomm VIVE 802.11ac(Qualcomm MU | EFX Multi-User MIMO)与IEEE 802.11ad。

与IEEE 802.11n快速普及不一样,采用了OFDM、波束成型、256-QAM、MU-MIMO众多新技术的IEEE 802.11ac从标准制定到普及要艰辛得多,先是经历起草阶段,确认标准后分WAVE1、WAVE2、完整版多步走完善技术、普及之路。华为、MTK今天已在其旗舰移动处理器上部署了802.11ac技术(三星猎户座一直采用外置WiFi芯片方案),但仅为WAVE1级别,也就是相当于骁龙400系列上的Qualcomm VIVE 802.11ac级别,高通在骁龙600、骁龙800已用上了WAVE2的802.11ac,也就是高通所说的Qualcomm VIVE 802.11ac(Qualcomm MU | EFX Multi-User MIMO),其中最高端的骁龙820支持2×2 MU-MIMO。

(以高通芯片实现802.11ac WAVE2的终端与路由器)
为了实现2.26Gpbs高带宽,802.11ac WAVE2有了不少新改进,放弃拥挤的2.4GHz频段,仅运行在5GHz频段之上,频宽最高可达160MHz,以及正式纳入了MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output,多用户多重输入输出)技术。在MU-MIMO出现之前,WiFi路由器都是基于SU-MIMO(Single-User,单用户)技术,在同一时间WiFi路由器只能服务一个终端,路由器能“同时”连接多个终端不过是因为是路由器根据时间顺序服务不同终端而已。

而MU-MIMO采用了波束成形技术(Beamforming)和多用户分集技术,将信号在时域、频域、空域三个维度上分成三部分,射向不同终端,实现多用户同时连接。由于三个信号互不干扰,因此每台设备得到的资源是相等的,而且数据传输能同时进行,从路由器角度衡量,数据传输速率提高了2.5~3倍,进而增加了每台终端实际带宽,带来更快的多用户多终端的上网体验。目前在移动处理器平台上,仅有高通一家有能力支持802.11ac WAVE2技术,别无分店。

在骁龙820身上还有一先进的WiFi技术,IEEE802.11ad(Qualcomm VIVE 802.11ad)。802.11ad运行在全新的60GHz频段之上,不用饱受大量同频设备干扰之苦,采用毫米波传输,穿墙能力较早前削弱不少,但胜在能缩短延迟、提高带宽,在Qualcomm芯片上已经实现了4.6Gbps带宽,是802.11ac WAVE2的两倍。
连接未来
要让手机拥有更新的连接特性,仅在全网通、载波聚合、802.11ac、802.11ad等技术上领先对手是不够的,还必须储备技术为未来做准备,比如高通现在于中国试验的LTE-D,面向未来的IEEE802.11ax、5G。
LTE-D(LTE Direct)是一项端到端的近距离发现技术,利用已有的LTE网络下的授权频段,每隔20秒进行1次短暂(仅有64毫米)的周边信息搜索,探测500米范围内是否有同样支持LTE-D的设备,单次搜索设备可达数千个,现已是3GPP Release 12的中的一部分,是一项服务于LBS(基于位置的服务)的技术。

相比A-GPS、低功耗蓝牙等技术,LTE-D有不少优势,首先是它是基于已有LTE的网络,采用其上下行链路进行工作,不需要建设新的网络,而且占用资源极少——根据德国电信在德国波恩开展的首个系统试验显示,实现LTE-D发现使用约4.1%的上行资源,小区下行吞吐量减少不到1.2%。其次LTE-D的覆盖范围达到了500米,搜索设备达到了数千个。LTE-D距离上虽不如A-GPS范围广,但却不会暴露自己的身份与位置,最大限度保护了隐私。而且LTE-D时间与系统同步,能通过底层检测来避免网络延迟保证电池续航,耗电量大幅度低A-GPS。

相对于802.11ac、802.11ad,802.11ax知名度要低不少,因为它尚在标准制定之中,而高通参与其中,预计在今年内标准制定完成。802.11ax是基于802.11ac发展而来的,运行在5GHz频段之上,加入了OFDMA(Orthogonal frequency-division multiple access,正交频分多址接入)、1024-QAM高阶调制技术,单个串流带宽最高能到1Gbps,用于弥补802.11ad传输距离近、802.11ac带宽无法满足未来需求之用。

与802.11ax一样,5G也是一个尚在制定中的标准,为了增加在标准制定中的话语权,高通及其子公司Qualcomm Technologies在6月份亮相了5G新空口(NR)原型系统和试验平台。该系统运行在6GHz以下频段,支持超过100MHz大射频宽带,采用大规模天线阵列技术,拥有128根天线,即使是终端天线数量也达到了16根,同样采用OFDM、波束成形技术,优化非视距场景的传输表现。

结语
与竞争对手尚在把802.11ac作为旗舰处理器卖点之时,高通已经在骁龙处理器、骁龙LTE调制解调器上普及了802.11ac,还带来了一系列先进特性,诸如高达1Gbps下速度、802.11ad、802.11ac WAVE2,以LTE-D、802.11ax、5G等作为对未来连接技术的探索,这一方面是高通在连接技术上的领先表现,也是加速了消费者享受先进连接技术。
