深度揭秘:美国5G实测报告

4月3日,美国第一大移动运营商Verizon在芝加哥和明尼阿波利斯两个城市推出首个5G移动服务。随后,在网络上掀起了一波信号测试潮。本文将综合美国各大机构和网站的测试结果,为你揭秘该5G网络真相。

 

 

no.1   基站

 

Verizon 5G站点多为灯杆站形式,即5G NR设备挂在城市路灯上,5G AUU设备主要是爱立信AIR 5121无线产品。

 

 

在建网策略上,Verizon采用了NSA非独立组网方式,即5G NR锚定于现有4G LTE网络。

 

目前Verizon的5G基站大部分是在现有4G灯杆站上添加5G NR设备。

 

no.2   覆盖

 

闪烁的5G标识

 

美国另一大运营商AT&T已用“5GE”取代了手机上显示的4G标识,被指责为虚假营销,用“假5G”刷存在感。

 

与AT&T不同, Verizon似乎在刻意隐藏5G标识。事实上,采用Moto Z3手机(加5G Mod模块)测试时,只有在连接态下,即通过5G传输数据时,才会显示“5G UMB”标识。

 

在空闲态下,即5G未传输数据时,即使位于5G信号强覆盖区域,也不会稳定地显示“5G UMB”标识,只是偶尔会看到“5G UMB”标识闪烁。

 

Verizon表示,该问题后期将通过软件升级解决。

 

脆弱的毫米波

 

Verizon的5G网络采用28GHz毫米波频段,载波带宽为400MHz。

 

毫米波的优点是带宽大,速率高,5G NR在毫米波频段的单载波带宽高达400MHz,而4G LTE的单载波带宽仅为20MHz,如果把网络比作高速公路,这相当于将道路扩宽了20倍。

 

但毫米波的缺点也很突出,传播损耗大,覆盖距离小,信号穿墙能力弱,易受无线环境影响。

 

Verizon的5G毫米波覆盖怎么样?下面几张图来自pcmag的实测数据…

 

 

灰色曲线代表毫米波信号在视距(LOS)环境下传播,即信号无遮挡地在基站与手机之间直线传播。

 

黄色和橙色曲线代表毫米波信号在非视距(NLOS)环境下传播,即基站和手机之间部分范围受建筑物等阻挡,两点视线受阻。

 

测试结果表明:

 

1)在视距(LOS)环境下,手机距离基站约40-50米时,信号最强,相应的下载速率最高;当移动至距离基站约100米时,手机信号强度快速下降,下行速率从500Mbps跌至50Mbps。

2)在非视距(NLOS)环境下,信号衰减尤其严重,仅移动至距离基站约15-40米时,信号强度快速下降,速率也从500-600Mbps陡降至5-10Mbps。

 

综合评估,在室外环境下,Verizon 5G毫米波基站的有效覆盖范围约100-150米。

 

但这仅限于室外环境,对于室内覆盖,目前Verizon的5G毫米波信号几乎无法抵达。

 

▲Verizon 5G室内外测试对比图

 

如上图, 5G下载速率穿墙后迅速下降,尤其是穿透混凝土水泥墙后,从600Mbps陡降至41.5Mbps,而4G下行速率变化并不大,这是由于5G毫米波信号穿墙后的严重穿透损耗导致。

 

根据经验值,28GHz毫米波信号穿透混凝土水泥墙的损耗超过60dB,远远高于4G LTE的sub-3GHz频段。

 

▲不同材质墙壁28GHz毫米波穿透损耗

 

为什么Verizon的5G基站覆盖范围如此之小?穿墙能力如此之弱?

 

原因:目前Verizon未采用基于毫米波的Massvie MIMO和波束赋形技术。

 

Massive MIMO波束赋形技术可通过控制多天线单元传输的相位、幅度等调整,将无线电波集中在更窄的波束上,使信号能量更集中,从而提升基站覆盖范围。

 

Verizon表示,该问题后期将通过软件升级来解决。

 

no.3   速率

 

只有下行

 

如上所述,根据测试地点、信号覆盖强度不同,Verizon 5G速率约在7Mbps至900Mbps之间,室外视距(LOS)环境下平均下行速率约500-700Mbps,峰值速率不超过1Gbps。

 

不过,目前Verizon 5G没有开通5G上行传输,所有数据上传在4G LTE上完成。

 

Verizon表示,该问题后期将通过软件升级解决。

 

离理想差距甚远

 

韩国KT 3.5GHz 5G在100M带宽下可实现1Gbps的峰值速率,同样是爱立信的设备,为什么美国Verizon 28GHz毫米波5G在400MHz带宽下还不能达到1Gbps的峰值速率?

 

理论上,400MHz是100MHz带宽的4倍,道路加宽了4倍,峰值速率也应该提升4倍,是不是?

 

这背后的原因有很多,包括毫米波技术实现起来比3.5GHz中频段更复杂,未引入Massive MIMO技术,QAM调制阶数较低,终端天线数量不支持、耗电严重等。

 

总之,Verizon 5G峰值速率离理想还有不少差距,更别提5G理论峰值速率10-20Gbps了。

 

但考虑5G刚上路,也不必要求太高,毕竟当初4G刚出来时,峰值速率也不过几十Mbps。

 

Verizon表示,后期会将带宽从400MHz提升到800MHz,且将引入Massive MIMO技术,到时峰值速率将进一步提升。

 

别看最高速率

看最低速率

 

其实,只有媒体才关心5G最高或峰值速率,运营商更关心的是----最低速率。

 

4G LTE的最低速率在1Mbps和5Mbps之间,这将严重影响移动视频体验,尤其是低于2Mbps。要让用户获得更好的视频体验,最低速率在5Mbps以上最好。

 

来自pcmag的实测数据显示,Verizon 5G最低速率为6.6Mbps,而4G LTE的最低速率为2.1Mbps,显然,即使是最早期的5G网络,也将大大提升移动视频体验。

 

▲5G最低速率 vs 4G最低速率

 

no.4   时延

 

Verizon 5G时延约在20-30毫秒之间,这与5G 10毫秒以内的端到端网络时延目标相差太大。

 

原因在于----Verizon采用的是NSA非独立组网模式。

 

NSA非独立组网,将5G NR(新无线)锚定于4G网络,依然沿用4G核心网,在端到端网络中,只有无线侧缩短了用户面时延,因此5G端到端网络时延与4G网络相差不会太大。

 

要真正实现5G毫秒级时延,需进入5G第二阶段,采用SA独立组网模式,独立部署5G核心网,并引入移动边缘计算,将核心侧用户面下沉到边缘,让内容更接近用户,从而大幅降低数据传输时延。

 

no.5   问题很多进步很大

 

如上,作为全球首个商用的端到端的毫米波5G,Verizon 5G问题很多:覆盖差,峰值速率离理想差距甚远,不支持数据上传,时延大,5G标识还不停“闪烁“,大部分问题都需要靠”后期软件升级“来解决。

 

但是,我们也应该关注此次商用背后的技术进步。

 

2018年12月21日,美国另一大运营商AT&T推出了“5G+”服务,没有商用5G手机支持,只能用移动路由器来作为热点使用。

 

AT&T的5G+同样采用的是毫米波频段,尽管AT&T在许多城市拥有375MHz带宽的毫米波资源,但当时AT&T的5G载波带宽仅为100MHz,也就是说,基站只能处理100MHz带宽。为此,很多网友吐槽AT&T的5G+速率和4G速率差不多。

 

3个月过后,当Verizon发布5G商用时,载波带宽已从100MHz提升到400MHz,网络速率明显比AT&T的“5G+”高出很多。

 

美国在5G毫米波生态上不仅正在了世界前列,且技术进步也很快。

 

no.6   难以形成规模覆盖

 

尽管美国在5G毫米波上领先,但由于毫米波基站覆盖范围太小,投资太大,难以形成规模覆盖。

 

根据研究公司iGR的评估报告,若按每个毫米波基站覆盖300米距离计算, 5G要实现规模覆盖一座城市,比如洛杉矶,需18000个毫米波基站,每个基站的部署成本为35000美元(包括主设备、电源、回传等成本),合计需耗资6.3亿美元。

 

而这只是室外覆盖,不包含室内覆盖,事实上,毫米波信号几乎无法进入室内。

 

再来看看Verizon的年报,这家运营商2019年的计划资本支出为170亿至180亿美元,略高于2018年的167亿美元支出。

 

显然,至少在2019年,Verizon没有打算用毫米波来实现规模覆盖,哪怕只是覆盖一座城市。此次Verizon商用5G,宣传意义大于实际。