澄清“天线和射频性能”与“4G手机极速”的认识误区

2017-02-26 by:CAE仿真在线来源:互联网

问题一:“哪款手机的速度快?”——这是今天在北上广用手机天天抢单的出租车师傅们最关心的问题之一;

问题二:“xx手机的信号比yy手机信号好!”——有不少互联网评测团队或个人,通过在同一地点对比两个手机信号格的显示强度,很笃定地对手机“信号”的优劣做过一番评价,却完全不自知这里面的槽点实在太多...没人能回答:“好”多少,“好”在哪???

【引子】
大部分普通用户或发烧友,对上面说的两个问题常常误以为是同一件事情——这让我觉得有必要对手机或WiFi等设备的无线性能评价做一个修正或科普。
另外,本帖属于科普帖,不属于撕逼帖,文字多,没兴致慢慢看的,只需要看粗体或标色的就行了——在这个快餐化口味浓重的时代,我也是醉了。

【正文】
1.“信号好”与“手机快”是什么关系?
A. 在2G/3G时代,信号好是王道,通话掉不掉线基本全看信号。就如同快刀斩乱麻,刀越锋利,斩的越快。
——对2G/3G手机侧来说,信号好坏主要取决于整机的射频设计和天线匹配、效率等。

B. 但在4G时代还停留在比赛信号强弱,就如同武林高手们见面不切磋武艺,而比谁的刀切菜快一样——但一个厨子就算手握削铁如泥的宝刀,切肉是快了,但想要比武胜过熟谙独孤九剑的令狐冲,就犹如天方夜谭了。
——对4G手机来说,如果说天线和射频设计是“剑”,芯片的基带算法则是上乘“剑法”,所以高通的芯片和MTK的芯片“剑法”一定有上下之分!

结论一:信号好的手机,不一定速度快。刀锋利,厨子剁肉快,但论武功,不仅仅是用蛮力,还要看算法!

当今无线通信最热门的技术之一是多天线理论(多入多出:MIMO),这是最新的802.11ac WiFi能将理论速率提升到1Gbps的原因,也是4G区别与2G/3G时代的一个主要特点:无论是高大上的iphone6 plus,还是699元的4G魅蓝/红米,只要号称是4G,都使用了MIMO——只不过,研发过程中,苹果是属于玩“剑法”的,其他厂家可能还在研究“剁肉,刀快不快!”

2. 是不是天线越多越好?
谈到MIMO,其本质是以矩阵等数学工具为基础的信号处理算法,科普意义上很难准确、清晰的描述,可以大胆比喻为:多天线,就相当于周伯通的“左右互搏”之术,其核心在于左手画圆的同时,右手画方,用数学的说法,就是一个人左右手同时使用互不相关的两套剑法,就相当于两个人打一个人了——如果做不到左手画圆右手画方,就算是有10根天线但只打同一套拳,“左右互搏”是练不成的,这样的MIMO无法提高下载速率的效果!

结论二:并不是天线越多越好,MIMO的效果同时取决于芯片算法和天线设计(以及信道环境)。

在MIMO当中能不能练成“左右互搏”,与芯片算法无关,而与信道环境直接有关!
而MIMO能不能发挥其最大威力,就同时取决于芯片算法、天线、信道环境——如同剑法,剑,人三者合一,则威力无穷!
这意味着,三星、苹果、小米、魅族、努比亚、一加、锤子、中兴、华为、联想,就算是使用同一款高通的基带芯片,各自的无线性能的优化程度却不一样,最接近“人剑合一”的手机性能才会最优。
科普就到此为止,下面一点稍微偏技术细节,仅供发烧友或评测团队参考!

3. 应该怎么认识、对比不同4G手机的无线性能?
如前所述,MIMO基带算法要利用信道环境(多径)来提高下载速度(系统容量)。做一个比喻,令狐冲最厉害的地方是无招胜有招:看到对方的破绽,然后加以**。
所以要考虑整机的无线性能,必须在同一个信道环境下进行——对手给定一招,不同的令狐大侠就可以用不同的**方法,最后评估哪个方法最有效。

换句话说,要对比不同手机的无线性能,就是要在“同一条件”下,对比手机的下载速率

——这里的“同一条件”,绝不是在同一个地点放上两个手机这么简单,应该包括:
A. 同一基站侧设置,比如:
a. 调制阶数:QPSK, 16QAM,64QAM还是其他?
b. 带宽:美国用10MHz带宽,国内20MHz带宽,也有5MHz的;
c. TDD还是FDD?
e. 传输模式: TM2还是TM3?
f. TX 功率控制设置
g. PDSCH对RS-EPRE的功率偏置
h...........
请注意,在实际网络当中,以上参数很多是自适应变化的——不但手机侧会自适应变化,基站侧也会根据实际网络负载而变化,请自行判断当两侧都在变化的过程中,要用测出来的结果说明手机侧的性能,是有多靠谱……

B. 同一链路,比如用speedtest,连网络上某一个FTP之类的就很不靠谱,大家可能走过的固网链路都不一样,统计起来肯定会有偏差;

C. 同一信道模型:在谈“信号强弱”的人眼中,信号只有一个维度:就是跟信号格一样,3格比2格强,2格比1格强,所以推论就是:两个对比的手机放在同一个位置,信号就一致了.......

但是在基带处理过程中,信号的维度可远非如此简单,尤其是MIMO涉及到的相关性等问题。

这个比较专业,我做个专题,下次来讲吧!提供一个上述测试方法的简介链接,供感兴趣的朋友参考:http://vdisk.weibo.com/s/zbejfhefiBsH6

【结束】
最后,附上一张图,这是在上述严格“同一条件”下测出的一款4G手机的性能,如果有多款手机,这张图上将出现多根曲线。对比的方法,可以是在同一功率条件下(横坐标)对比各手机的下载速率(横坐标)。
“同一条件”下测出的一款4G手机的性能