12月3日,三家運營商獲發5G試驗頻率(Sub 6GHz)許可;面向2019年,相關文件指出,我國將加快5G商用部署,做好標準、研發、試驗和安全配套工作,加快產業鏈成熟,加快應用創新。

從2017年底5G標準Rel-15( NSA)版本凍結,到今年6月SA凍結,再到2019年底Rel-16凍結,直至2020年5G規模商用,相比3G和4G從標準化、產業化到商用,5G通信產業正在加速發展,技術更新換代週期不斷縮短。尤其是2018年,面對全球商業環境的不確定性,國內5G研發和產業化進程在不斷提速。

2018年9月,中國電信發布Hello 5G行動計劃;12月上旬,中國移動發布“智慧5G”、“先機5G”及“絢彩5G”行動計劃;12月中旬,中國聯通發布5G網絡及終端戰略計劃。三家運營商在5G上動作頻頻,將在17個城市開展5G規模試驗和應用示範,百億資金拉動5G終端(含泛智能終端)產業發展。

其中,5G對於用戶觸點最多的是手機行業,需要提速研發進程,以滿足高流量存量用戶的換機需求(大部分為高ARPU用戶)。2019年,面向5G預商用,備受爭議的提速降費將繼續開展,意味着用戶需要更高速率的終端,甚至是5G NR手機以獲得突破性的上網體驗。

2018年12月,中國移動預估2019年網內換機空間為3.5億部,其中4G手機為3.2億部;上年同期預估2018年網內換機為4億部;2016年底預估2017年銷售4G手機為4億部……近三年口徑不同的細微之處體現了市場風向。

5G商用初期,面對逐年遞減的4G存量換機市場和用戶換機週期的延長,只有做好充分準備,方能捕捉凜冬時期的機遇。

根據中國移動大數據平臺,年輕羣體更愛使用蘋果、vivo、OPPO,三者在31~40歲年齡段所佔比例均為27%~28%。通過2018年10月數據對比,華為+榮耀、vivo品牌換機忠誠度高於蘋果,OPPO、小米大幅領先三星。其中,24%的三星用戶換機選擇了華為,vivo與OPPO相互換機率保持均衡,低於三星用戶選擇華為約8PP。

創新,方能穩固換機留存率

6年前的3G時代,X1上市,讓vivo從功能機中突圍,在智能機市場站穩腳跟。多年來,憑藉著主打Hi-Fi這一特性,實現了智能終端與HiFi硬件產業、內容生態圈的深度協同,就像傳統唱片通過數字音樂獲得新生一般。

6年後,在2018年的最後一個工作日,vivo NEX雙屏版首銷上市,不止步於全面屏,新增支持ToF 3D+三攝自拍。

漆黑夜晚場景下,對比iPhone XS MAX與雙屏NEX人臉解鎖,在前者人與機解鎖的極限距離下,搭載TOF 鏡頭的後者成功率遠高於前者,甚至,可以進一步拉遠解鎖距離。

vivo為什麼會選擇在臨近5G預商用的2019年之前上市,發布一款雙屏+TOF的4G+手機?筆者認為有三大原因:

(1)NEX雙屏版的出現,將滿足於後4G時代大流量卡用戶的體驗升級,不僅僅是支持雙卡雙VoLTE,在原有支持4X4 MIMO的基礎上,通過WiFi-4G雙通模式,在Wi-Fi網絡較差場景下,自適應補償機制使得用戶實現WiFi+4G順暢上網。斷網、低速率的落差在大流量時代將極度影響用戶對品牌的信任度,比如華為+榮耀近期也在不斷提升用戶WiFi+4G的上網體驗。

(2)NEX雙屏版搭載的第五代光電屏幕指紋,意味着解鎖速度更快。從去年6月MWCS上展示屏下指紋,半年之後在多款手機中不斷商用、升級屏幕指紋的體驗,雖然只是一個細節的更新,但指紋解鎖卻是高頻應用場景;

(3)面對5G這一單數網絡代際的探路,vivo需要通過銷量百萬臺級別的高端全面屏NEX背書,通過NEX平臺開發5G智能手機軟硬件。同期,NEX衍生出的雙屏版,可能希望提升用戶行為習慣,使得用戶碎片化的時間更加專注。

通過近三年的相似策略,可以發現,不冒進的貼近用戶需求,是vivo穩固換機留存率的法寶。比如,幾年前,率先於業界發布前置柔光雙攝,是因為發現夜晚8點後打開自拍的用戶行為很普遍。同樣,2018年6月在MWCS上,vivo展示了TOF3D應用,也是半年之後在旗艦機上實現首發,未來半年時間內必然也會普及到中檔換機用戶羣。

面向2022年,開啟5G長跑模式

當前,與多家國產手機一樣,vivo聚焦於Sub 6GHz 5G手機的研發,也是當下為數不多研發測試毫米波的手機廠家之一。或許,面向國內市場,研發測試毫米波的舉措現在看來還備受爭議,但如果細觀vivo近年來在5G的投入就應該明白,這個舉措是再正常不過了。

早在2016年,vivo便加入3GPP RAN1、RAN2、RAN4、SA2、CT1等核心技術組,並在北京成立5G研發中心,參與5G核心技術和標準化工作,這意味着vivo面向全球5G市場,擁有前瞻性的預判基礎。

2017年,vivo啟動天線與射頻關鍵技術的預研,並對毫米波天線陣列進行了相關專利佈局。到目前為止,vivo已經向3GPP標準化組織提交了1700多篇技術提案。

2018年,vivo啟動5G終端試驗樣機的研發。近半年來,幾乎每隔1~2個月,就能看到vivo手機在5G方面持續的進展,比如:

6月12日,vivo發布全面屏手機NEX,屏佔比達91.24%;

8月30日, vivo基於NEX平臺,初步完成包括架構規劃、主板堆疊、射頻和天線設計以及電池空間優化等等工作,支持NSA模式下的LTE和NR雙連接;

11月26日,vivo實現了以5G毫米波樣機(非工程開發樣版)的無線連通;

11月27日,通過綜測儀(模擬網絡),vivo公開展示了搭載驍龍855平臺的NEX 5G樣機。在5G sub 6 GHz上進行上網、微信文字及視頻通話等業務展示。(在現場,散熱的小風扇成為網友圍觀的亮點,當然這只是每一代移動終端所需經歷的階段之一。)

vivo開啟5G長跑模式 2019年底量產NSA/SA手機 科技 第1張

12月6日,vivo 5G樣機實現了高清移動視頻通過無線空口的方式實時地傳送到手機上,並展示了實現無線連接的NEX 5G毫米波樣機。

……

顯然,vivo的目標不僅僅是在2019年完成NSA和SA 5G手機的研發和批量生產。或許,vivo考慮的是盡力滿足Sub 6GHz和mmWave對於全球市場不同用戶的需求。盡管,在國內移動終端上,毫米波產業及配套需要到2021~2022年成熟,但並不意味着創新與機會是等來的。

vivo的5G毫米波手機,也是依託NEX為主架構,搭配無劉海的零界全面屏、伸縮攝像頭,及屏下指紋,同時支持2G/3G/4G(4 x 4 MIMO),5G sub-6 GHz(4 x 4 MIMO),雙頻5G毫米波(兩組),雙頻GNSS,及雙頻WiFi MIMO等多種天線,以滿足用戶對於視覺和無線的嚴苛需求。

此前,vivo公司創始人兼CEO沈煒表示,將在2019年推出5G預商用手機;2020年,配合中國的5G規模商用,正式推出5G商用手機。

預商用5G終端面臨三大挑戰

作為IMT-2020(5G)推進組下設成員之一,vivo參與並推動了5G研發、預標準化、頻譜、技術方案評估和技術試驗等工作。

當前,vivo正在與系統設備廠家進行5G終端設備的調試,2019年將參與IMT-2020(5G)推進組組織的國測,及運營商組織的終端與試驗網測試。

據vivo 5G研發總監秦飛透露,vivo將通過2019年Q1~Q2百臺5G終端在多個城市參與外場測試,提升端到端互聯互通和軟件水平,Q3將通過千臺量級終端進一步加大測試力度,在2019年底達到5G終端商用水準。

目前,在5G手機產品化方面,vivo與電信運營商以及芯片方案廠商緊密合作,共同推進5G原型機、商用手機的研發進程。2018年9月,vivo成為中國電信5G終端研發聯盟的一員;12月上旬,作為中國移動“5G終端先行者計劃”合作夥伴之一,vivo發布了5G試驗型終端產品計劃;12月中旬,vivo以首批合作夥伴身份加入中國聯通5G行業終端聯合創新實驗室。

作為5G終端先行者之一,vivo聚焦終端相關特性標準化、終端自幹擾、終端省電、5G多天線、低時延高可靠、高層協議設計、物理層協議設計、AI+IoT等進行技術研發與儲備。

包括主流運營商、芯片、終端產業鏈等業內人士均指出,當前5G終端面臨技術路徑權衡、產業成熟度與規模、業務應用三大挑戰。面向2020年5G規模商用,5G終端自身目前存在幾個瓶頸:從標準化到產品開發與優化的時間有限;5G初期可選元器件有限,成本控制和產品設計方面受限;5G組網模式將影響元器件的選件和系統設計。

vivo射頻總監崔獻博士認為:“5G對於手機終端可選擇的方案和器件,帶來很大變化。5G本身的特性採用的新頻段——更高頻率、大帶寬、更高功率、更高的上行信號峯均比和更高階調制等等,將需要全新的5G NR射頻器件諸如功放、開關和濾波器等, 對於refarming頻段也要做升級。系統級設計角度也會涉及多模多頻、射頻和天線架構優化,以及功耗/熱設計、共存/幹擾和PCB堆疊等方面,對於以上技術難點,vivo都展開了深入研究,準備了應對方案。”

在Sub 6GHz中,5G引入了2.6GHz、3.5GHz和4.8GHz多個國際主流頻段,高頻段帶來更高的插入損耗和失配損耗,以及更高速率接口對板基走線的挑戰,需要保證相應頻點的天線效率和頻點之間的天線隔離,同時,也對射頻功率放大器、濾波器、開關及電源等射頻前端器件帶來挑戰。

國際主流運營商希望5G終端能夠做到全網通,多模多頻將使得5G手機內部的電磁兼容環境更為復雜,移動通信頻段和WLAN及GPS的共存,手機其他功能模塊如LCM,攝像頭工作時對接收頻段的幹擾等,都屬於終端自幹擾的範疇。隨着5G手機基帶處理能力的提升和功能的增加,自幹擾問題會更惡劣。NSA涉及雙連接,LTE和NR同時在發射的狀態下,會產生諧波、交調,帶來相關幹擾。

在功耗方面,參考4G終端測試結果,每增加一倍帶寬,終端傳輸數據所需的功耗增加10%,5G帶寬更寬、頻率更高,相關要求5G頻段輸出功率等級比傳統4G高3dB,意味着要提供更多的DC供電來支撐相關升高的射頻功率。SA模式下,上行MIMO如支持兩路同時發射,相對單路發射的LTE終端,功耗方面提出了更高的要求。NSA模式下,LTE和NR同時工作,保證各自上下行的鏈路,因此,同時發射功耗相對較高,且FDD功耗會比TDD更高一些。假設5G射頻前端效率約等同於4G射頻前端,由於輸出功率升高,意味着耗電、發熱比原來更多。5G終端發熱可能會帶來一些額外挑戰。

在終端設計的空間問題上,現有手機PCB空間有限,4G方案已經佔據很大比例空間,尤其是全面屏普及的當下。5G時代,射頻前端可用的PCB面積會被進一步的壓縮。一方面是PCB可用面積的減少,另一方面是多模多頻帶來的PCB佔用面積需求的提升。

天線設計,是一門藝術

基於全面屏時代和5G手機天線的相關性,vivo首席天線專家、天線總監黃奐衢博士曾提出“天線在屏,屏載天線”的前瞻性設計理念。

在去年下半年公開場合,黃奐衢曾提到,5G發力,天線先行。一直以來,包括華為、高通、小米等終端(芯片)企業相關產品線研發人士非常看重天線在整機設計中的地位,只是在4G時代強調多模多頻時方纔在整機設計中被逐步重視。

5G頻段分為FR1(Sub 6GHz)和FR2(mmW)兩大區塊,此兩區塊的電磁特性有明顯差異,故對相應的天線設計與性能指標也截然不同。黃奐衢認為,5G開啟了全新的無線通信時代,天線肩負無線接收鏈路的第一棒,也是無線發射鏈路的最後一棒,5G對天線性能提出了新的需求。

在5G sub-6 GHz頻段的手機天線設計,主要的設計需求來自是量(quantity)的增長,其本質是對現今天線設計在戰術上進一步的細化與優化,故可視為是天線的演進。如多頻、多天線、多場景之下,合格的天線效率、隔離度、封包相關性,以及與系統的共存性;毫米波天線設計因為是採用陣列設計,而非獨立(stand-alone)天線設計,以補償毫米波所致的高路損,且是可做波束成形(beamforming)的天線陣列,以達較寬廣的空間覆蓋,故其設計本質相較於現今手機天線設計是戰略上質的跳躍,存在峯值增益、雙極化性、系統共存、散熱等挑戰。

除了天線OTA設計考量之外,減輕Sub6GHz、毫米波天線,WiFi和藍牙的同時、多重發射對人體輻射的影響,達到符合人體安全規範的國際標準,也是手機天線設計極為重要的課題。

5G+AI+IoT,智慧手機新生態

5G與人工智能的深度融合,將成為5G手機時代的重要趨勢。

2017年6月,vivo成立AI研發中心,啟動人工智能研究,並於次年3月發布人工智能子品牌Jovi。

vivo人工智能全球研究院院長周圍認為,未來的智慧手機將是“自學習、自索引、自推薦”的智慧手機。人工智能賦予了手機學習和思考能力,5G賦予手機更強大的連接通信能力,二者結合,5G和AI的發展將衍生出很多新的場景和應用,將支撐手機智慧化演進的訴求。

人工智能並不簡單的指語音、NLP、機器視覺、強化學習等,而是基於這些技術之上,為人們提供新產品與服務的一種架構。目前,vivo正在主動建設基於手機終端的服務網絡,將手機作為智慧互聯連接中心,構建一個平等、互惠、開放的平臺,將消費者提供便捷的服務。

2018年7月,vivo聯合眾多IoT代表企業,成立了IoT開放生態聯盟。在此生態下,即使是不同品牌的設備和設備之間也能夠實現互聯互通,開發者一次開發就能在各個控制中心上提供良好的用戶體驗,9月,vivo發布了全新的Jovi物聯,以此平臺為基礎,vivo正在構建“5G智慧手機”生態。

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