早在去年高通发布骁龙855处理器的时候，谈到5G网络之时，不少业内人士都指出功耗问题。并且，在了解到骁龙855处理器需要外挂骁龙X50基带的时候，对于功耗的讨论更甚。那么，为什么5G手机会更费电呢？

什么是5G：

5G网络是指下一代无线网络，是4G网络的真正升级版，但它的基本要求并不同于无线网络。目前，5G网络已成功在28千兆赫(GHz)波段下达到了1Gbps，相比之下，当前的第四代长期演进(4G LTE)服务的传输速率仅为75Mbps，而且未来5G网络的传输速率甚至可达10Gbps，这意味着手机用户在不到一秒时间内即可完成一部高清电影的下载。

2013年5月13日，三星电子宣布，其已率先开发出了首个基于5G核心技术的移动传输网络，并表示将全面研发5G移动通信核心技术，计划于2020年实现该技术的商用化。随着三星电子研发出这一技术，世界各国的第五代移动通信技术的研究更加活跃，其国际标准的出台和商用化也得到提速。

三星电子通过研究和试验表明，成功的在28GHz的超高频段下，以每秒1Gb以上的速度，实现了传送距离在2Km范围内的数据传输。此前，世界上没有一个企业或机构开发出在6GHz以上的超高频段实现每秒Gb级以上的数据传输技术，这是因为难以解决超高频波长段带来的数据损失大、传送距离短等难题。而三星电子利用64个天线单元的自适应阵列传输技术，使电波的远距离输送成为可能，并能实时追踪使用者终端的位置，实现数据的上下载交换。超高频段数据传输技术的成功，不仅保证了更高的数据传输速度，也有效解决了移动通信波段资源几近枯竭的问题。

2017年8月22日德国电信联合华为在商用网络中成功部署基于最新3GPP标准的5G新空口连接，该5G新空口承载在Sub 6GHz（3.7GHz），可支持移动性、广覆盖以及室内覆盖等场景，速率直达Gbps级，时延低至毫秒级；同时采用5G新空口与4GLTE非独立组网架构，实现无处不在、实时在线的用户体验。2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式发布，这是全球第一个可商用部署的5G标准。2018年6月14日，3GPP全会（TSG#80）批准了第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网功能冻结。加之2017年12月完成的非独立组网NR标准，5G 已经完成第一阶段全功能标准化工作，进入了产业全面冲刺新阶段。此次SA功能冻结，不仅使5G NR具备了独立部署的能力，也带来全新的端到端新架构，赋能企业级客户和垂直行业的智慧化发展，为运营商和产业合作伙伴带来新的商业模式，开启一个全连接的新时代。

总之，5G网络的主要目标是让终端用户始终处于联网状态。科学家设计的目标便是在一个给定的区域内支持无数台设备，在未来，每个人将需要拥有10~100台设备为其服务，不过科学家很难弄清楚支持所有这些设备到底需要多大的数据容量。当然，5G网络不仅要支持更多的数据，而且要支持更多的使用率。另外，改善端到端性能将是另一个重大的课题，端到端性能是指智能手机的无线网络与搜索信息的服务器之间保持连接的状况。例如在发送短信或浏览网页的时候，在观看网络视频时，如果发现视频播放不流畅甚至停滞，这很可能就是因为端到端网络连接较差的缘故。当然，5G网络将来支持的终端设备远远不止是智能手机——它还要支持智能手表、健身腕带、智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等。

问题原因：

了解了什么是5G之后，我们就可以来谈谈为何5G手机会存在功耗问题。

毫米波频段功耗大：

根据3GPP 38.101协议的规定，5G NR主要使用两段频率：FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz——6GHz，又叫sub 6GHz频段；FR2频段的频率范围是24.25GHz——52.6GHz，人们通常叫它毫米波（mmWave）。而对于5G的发展来说，由于sub-6GHZ频段的资源匮乏（我国目前发布的5G牌照都在这一频段），FR2频段也就是毫米波必然是使用的主力。而对于毫米波的使用来说，首先便需要面对的是毫米波频段的功耗问题。来自英特尔(Intel)、联发科技(MediaTek)以及三星(Samsung)的工程师在国际固态电路会议(ISSCC)专题演讲中揭露5G面对的最新挑战——特别是毫米波(mmWave)频段的功耗问题。英特尔(Intel)的一位蜂窝射频(RF)工程师Benjamin Jann在发表关于该公司的首款5G收发器进展后告诉《EE Times》说：“毫米波前端目前还存在功耗挑战 —— 我并不考虑购买首批5G毫米波相控数组手机”。联发科技(MediaTek)资深蜂窝RF工程师Chih-Chun Tang在发表其先进LTE收发器后表示，“Sub-6 RFIC部份将不会有太大的区别，但是mmWaves所需的散热和典型的1W功耗都会是问题”，英特尔和联发科技的两位发言人分别提出了对于其设计的顾虑，即毫米波蜂窝射频的功耗问题。而其竞争对手高通公司(Qualcomm)则为12月展示的三星手机原型提供了基频芯片和mmWave模块（因为三星的5G收发器目前仅能处理sub-6-GHz频段）。三星则描述了针对5G和传统蜂窝网络的14nm商用收发器。它可提供高达3.15Gbits/s的速率和1.27Gbits/s的速率，但仅支持sub-6 GHz以下频段，尚未支持mmWave频段。当然，由于目前我国使用的频段为sub-6GHZ，所以国内目前尚不用担心这个问题。

手机负担变大：

5G手机就好比一个干很多体力活儿的人。干活儿越多，能量消耗越大。在5G网络下，5G手机需要处理的任务更多，例如有很多较小的任务需要应用程序不停歇地运行，电子邮件应用程序会反反复复向服务器发送请求信息，查核是否有新的电子邮件到来。还有很多其它的应用程序也会不断地发送些短小的信息，请求信息虽然短小，但是它们会随着时间的推移不断地蚕食手机的电池电量。在贝尔实验室的团队有一项任务就是找出处理这些请求信息的更好的办法。如果能够处理好这些信息，那么我们就能极大地提升平板电脑的电池寿命。

其次，想要5G手机拥有更快的网速和更高的频谱利用率，牺牲手机耗电量是必然的。这体现在以下方面：5G终端设备采用Massive MIMO（大规模多入多出）天线技术，则需要在手机里内置至少8根天线，而且每根天线都有自己的功率放大器。并且，屏幕耗费电量也是一个重要方面。屏幕分辨率高，对CPU 和GPU的处理能力要求也高；屏幕大，所需的背光灯更多，这两方面都会导致耗电增加。另外，在5G覆盖率低的情况下，首选5G网络就会造成手机频繁搜索信号，这本身也就是加重手机处理信息的任务，搜索信号本身也带来功耗压力。当然这只会出现在5G网络建设的初期。

外挂基带问题：

最后便是文章开头所提到的外挂基带问题。目前，各大芯片厂商都暂未推出内置5G调制解调器的SoC（Service Operation Center）解决方案。无论是骁龙855、Exynos 9820、麒麟980均没有内置对5G网络的支持功能，这就需要单独外挂自家的骁龙X50、Exynos 5100、巴龙5000来实现5G功能。外挂基带说的就是手机仅支持部分网络制式，但又需要支持更全面的网络制式，所以需要独立的基带芯片去支持剩余的网络制式。而集成基带则是基带芯片和其他如CPU、GPU等芯片都在一个SOC里面而无须额外的独立基带芯片。顺带说一句，需要外挂基带多数都是因为高通CDMA专利问题导致（苹果手机信号差就是因为外挂基带造成）。那么外挂5G基带就像上边说的那般，因为SOC的内置基带不支持5G网络制式而需要在手机的主板上嵌入专门用于5G网络通讯的基带芯片。目前已有两家厂商展示了5G基带芯片，分别是高通的X50和华为的巴龙5000。X50将会应用在高通下一代芯片骁龙855上实现5G网络支持。巴龙5000则会在华为下一代麒麟980上实现5G网络支持。此外，5G基带还会有三星Exynos Modem 5100，英特尔XMM 7560，联发科M70。据闻，新一批的处理器在5G支持上基本都会采用外挂的方式而非内置。主要原因有以下几点：1，抢跑5G；2，SOC整合研发时间长预留5G基带位置方案不成熟；3，现有技术还难以整合5G基带。

外挂基带相对于集成基带有着占用手机黄金空间、发热、耗电、信号或受影响的缺点。这无疑增加了手机的功耗。而通过外挂基带的方式，也会增加手机的功耗。例如，骁龙855采用了7纳米工艺，而外挂的X50调制解调器却为28纳米工艺，显然会影响手机功耗，甚至对手机的发热控制能力提出新挑战。同样，Exynos 5100采用了10纳米工艺，比Exynos 9820的8纳米工艺也落后一代。

总结：

实际上，无论是3G手机、4G手机还是5G手机，在设计初期都会遇到这样的情况。通过有效管理可缓解5G手机耗电大的问题。以多核心CPU为例，每个核心之间完全独立，都拥有自己的前端总线，不会造成冲突。需要处理比较多的数据或运行较多的任务时，就唤醒多个核心。不需要的时候，可以减少一些核心，从而降低能耗。5G手机也可以通过这种方式降低耗电量。打电话时不需要其他功能，只让1个核心工作，就不会消耗太多电量。不过与3G手机和4G手机相比，5G手机的管理难度更大。因为不同频段对应着不同制式的网络。除了LTE之外，还有GSM、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等多种制式的网络都集中在5G手机中，加大了手机的管理难度。把不同制式的网络比作车道，当1个车道变成8个车道，能跑的车确实更多，但总体耗油量也增大，对车道进行管理的难度也随之增加。5G手机考验着芯片商和手机厂商的优化能力。

此外，技术改进也可促进能耗降低，如使用新材料、手机内置更好的芯片、采用AMOLED屏幕等低能耗的配件、增加电池容量或增强CPU处理能力等等。例如英特尔的Jann在国际固态电路会议(ISSCC)专题演讲中描述他的团队在3GPP完成5G NR规范之前，即设计了sub-6GHz和mmWave RF收发器原型，并已应用于2018年奥运会(2018 Olympics)和其他场所的试验。英特尔将20%专用于授权MIPI M-PHY核心的28nm工艺 27.7mm2芯片用于链接收发器与基频。Jann说，当全部的8通道均以全速运转时，仅消耗“几瓦”功耗。所以降低能耗是手机永恒的话题。

在现阶段，与功耗大相比，目前5G手机的主要问题还是贵。今年所有支持5G网络的手机基本都是旗舰机。Galaxy S10 X可能会卖到万元以上。与同等配置的4G手机相比，5G手机可能贵1000元以上。总之，目前5G网络覆盖不足、终端售价高，同时一些技术瓶颈问题尚未被攻克，在此背景下，对普通用户而言，入手5G手机还为时尚早。