澄清“天線和射頻性能”與“4G手機極速”的認識誤區(qū)

2017-02-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

問題一:“哪款手機的速度快?”——這是今天在北上廣用手機天天搶單的出租車師傅們最關心的問題之一;

問題二:“xx手機的信號比yy手機信號好!”——有不少互聯(lián)網評測團隊或個人,通過在同一地點對比兩個手機信號格的顯示強度,很篤定地對手機“信號”的優(yōu)劣做過一番評價,卻完全不自知這里面的槽點實在太多...沒人能回答:“好”多少,“好”在哪???

【引子】
大部分普通用戶或發(fā)燒友,對上面說的兩個問題常常誤以為是同一件事情——這讓我覺得有必要對手機或WiFi等設備的無線性能評價做一個修正或科普。
另外,本帖屬于科普帖,不屬于撕逼帖,文字多,沒興致慢慢看的,只需要看粗體或標色的就行了——在這個快餐化口味濃重的時代,我也是醉了。

【正文】
1.“信號好”與“手機快”是什么關系?
A. 在2G/3G時代,信號好是王道,通話掉不掉線基本全看信號。就如同快刀斬亂麻,刀越鋒利,斬的越快。
——對2G/3G手機側來說,信號好壞主要取決于整機的射頻設計和天線匹配、效率等。

B. 但在4G時代還停留在比賽信號強弱,就如同武林高手們見面不切磋武藝,而比誰的刀切菜快一樣——但一個廚子就算手握削鐵如泥的寶刀,切肉是快了,但想要比武勝過熟諳獨孤九劍的令狐沖,就猶如天方夜譚了。
——對4G手機來說,如果說天線和射頻設計是“劍”,芯片的基帶算法則是上乘“劍法”,所以高通的芯片和MTK的芯片“劍法”一定有上下之分!

結論一:信號好的手機,不一定速度快。刀鋒利,廚子剁肉快,但論武功,不僅僅是用蠻力,還要看算法!

當今無線通信最熱門的技術之一是多天線理論(多入多出:MIMO),這是最新的802.11ac WiFi能將理論速率提升到1Gbps的原因,也是4G區(qū)別與2G/3G時代的一個主要特點:無論是高大上的iphone6 plus,還是699元的4G魅藍/紅米,只要號稱是4G,都使用了MIMO——只不過,研發(fā)過程中,蘋果是屬于玩“劍法”的,其他廠家可能還在研究“剁肉,刀快不快!”

2. 是不是天線越多越好?
談到MIMO,其本質是以矩陣等數(shù)學工具為基礎的信號處理算法,科普意義上很難準確、清晰的描述,可以大膽比喻為:多天線,就相當于周伯通的“左右互搏”之術,其核心在于左手畫圓的同時,右手畫方,用數(shù)學的說法,就是一個人左右手同時使用互不相關的兩套劍法,就相當于兩個人打一個人了——如果做不到左手畫圓右手畫方,就算是有10根天線但只打同一套拳,“左右互搏”是練不成的,這樣的MIMO無法提高下載速率的效果!

結論二:并不是天線越多越好,MIMO的效果同時取決于芯片算法和天線設計(以及信道環(huán)境)。

在MIMO當中能不能練成“左右互搏”,與芯片算法無關,而與信道環(huán)境直接有關!
而MIMO能不能發(fā)揮其最大威力,就同時取決于芯片算法、天線、信道環(huán)境——如同劍法,劍,人三者合一,則威力無窮!
這意味著,三星、蘋果、小米、魅族、努比亞、一加、錘子、中興、華為、聯(lián)想,就算是使用同一款高通的基帶芯片,各自的無線性能的優(yōu)化程度卻不一樣,最接近“人劍合一”的手機性能才會最優(yōu)。
科普就到此為止,下面一點稍微偏技術細節(jié),僅供發(fā)燒友或評測團隊參考!

3. 應該怎么認識、對比不同4G手機的無線性能?
如前所述,MIMO基帶算法要利用信道環(huán)境(多徑)來提高下載速度(系統(tǒng)容量)。做一個比喻,令狐沖最厲害的地方是無招勝有招:看到對方的破綻,然后加以**。
所以要考慮整機的無線性能,必須在同一個信道環(huán)境下進行——對手給定一招,不同的令狐大俠就可以用不同的**方法,最后評估哪個方法最有效。

換句話說,要對比不同手機的無線性能,就是要在“同一條件”下,對比手機的下載速率

——這里的“同一條件”,絕不是在同一個地點放上兩個手機這么簡單,應該包括:
A. 同一基站側設置,比如:
a. 調制階數(shù):QPSK, 16QAM,64QAM還是其他?
b. 帶寬:美國用10MHz帶寬,國內20MHz帶寬,也有5MHz的;
c. TDD還是FDD?
e. 傳輸模式: TM2還是TM3?
f. TX 功率控制設置
g. PDSCH對RS-EPRE的功率偏置
h...........
請注意,在實際網絡當中,以上參數(shù)很多是自適應變化的——不但手機側會自適應變化,基站側也會根據(jù)實際網絡負載而變化,請自行判斷當兩側都在變化的過程中,要用測出來的結果說明手機側的性能,是有多靠譜……

B. 同一鏈路,比如用speedtest,連網絡上某一個FTP之類的就很不靠譜,大家可能走過的固網鏈路都不一樣,統(tǒng)計起來肯定會有偏差;

C. 同一信道模型:在談“信號強弱”的人眼中,信號只有一個維度:就是跟信號格一樣,3格比2格強,2格比1格強,所以推論就是:兩個對比的手機放在同一個位置,信號就一致了.......

但是在基帶處理過程中,信號的維度可遠非如此簡單,尤其是MIMO涉及到的相關性等問題。

這個比較專業(yè),我做個專題,下次來講吧!提供一個上述測試方法的簡介鏈接,供感興趣的朋友參考:http://vdisk.weibo.com/s/zbejfhefiBsH6

【結束】
最后,附上一張圖,這是在上述嚴格“同一條件”下測出的一款4G手機的性能,如果有多款手機,這張圖上將出現(xiàn)多根曲線。對比的方法,可以是在同一功率條件下(橫坐標)對比各手機的下載速率(橫坐標)。
“同一條件”下測出的一款4G手機的性能