Modem差距遠超你的想像 iPhone XS信號問題復盤

苦等多年，今年的新iPhone終於加入了雙卡雙待，而且也終於迎來了4x4 MIMO支持。但萬萬沒想到，新iPhone卻爆出了新的信號門，一時間國內外鬧得沸沸揚揚，嚴重程度直逼當年iPhone 4的天線門。

雖然速度經常被吐槽，但全地球質量最好的2G網路、最不計工本的4G網路覆蓋都在中國大陸，如果連國內用戶都遇上問題，那世界各地的人民就真的身處水深火熱之中了。

究竟是發生什麼事呢？大家對新iPhone信號翻車的成因眾說紛紜。萬元手機為何淪為打不了電話的MP4？死亡一握是否依舊存在？為何還有兩格信號就無法通話？這一切的背後，究竟是基帶翻車？還是天線的淪陷？我們現在就來系統地復盤一下。

信號是個系統工程

雖然現在還未有定論，但影響手機信號最重要因素，不外乎就包括Modem、射頻發射器和天線等等。最早被大家懷疑的，毫無疑問就是對信號影響最大的基帶晶元。國內常說的基帶，一般是指基帶數據機（Baseband Modem），為準確和方便起見，下文統一使用Modem代稱。

Modem的功能說白了就是負責合成和處理接收到的信號，手機所有信號的信道編解碼，信源編解碼、信道均衡、語音編解碼、解擾、解擴和調製解調等都是由它負責。 它從最底層決定了手機支持的網路制式、信號好壞、通話質量、網路速度、延遲等實際表現，決定一台手機「身而為手機」的尊嚴。

但它又是手機上技術門檻最高的部分之一，而且廠商之間的技術高度獨立。10年前，德儀、博通、ADI、NXP、英飛凌、Skyworks、飛思卡爾、飛利浦、諾基亞都有涉足Modem產品，但現在喊得上名號的就只剩下高通、MTK、海思、三星和英特爾幾家了。當中佔比和技術水平最高的都是高通，其單家就佔據了Modem領域50%以上的份額。

英特爾Modem產品的前身是英飛凌，很多人對其的印象都源自於前兩年iPhone的Modem混用事件。正常大廠都會準備多個零部件供應商以降低供貨風險，但產品間差距過於明顯就會引發各種問題。除了以前混用三星和台積電工藝的著名事件外，在iPhone 7、iPhone 8和iPhone X系列上，蘋果也混用高通和英特爾的Modem。

但無論是用戶反饋還是第三方機構測試，高通版都要比英特爾版本的好，差幅從30%-75%不等，而且信號越差差距越大。而更加可怕的是，蘋果都把規格向下統一，把更強的高通Modem 「控制」得和英特爾產品差不多。畢竟是商業產品，性能一致性可以省卻很多宣傳、成本和售後的麻煩。

例如上一年的高通Modem中就已經集成4×4 MIMO和LAA，而且已經是千兆LTE了，但最後為了「適應」英特爾版本，這些先進特性都被閹割屏蔽掉了。這也難怪為什麼大家第一時間都覺得是英特爾Modem的鍋。而且以前混用Modem只會影響部分用戶，但這一代英特爾Modem的用戶基數暴漲太多，更加惡化了輿論風向。

主因會是射頻嗎？

英特爾射頻收發晶元 PMB5762

隨後拆機網站ifixit和TechInsights都亮出了新iPhone的晶元圖，大家的疑點延伸到了射頻晶元。射頻收發晶元（RF transceiver）是Modem的數據進出口，是繼基帶之後最重要的信號部件。它的工作重點是調製信號的上下變頻，涉及到了頻率合成、功率放大和射頻收發等工作。籠統概括就是射頻管收發，基帶管數據處理。

新iPhone的射頻前端由博通、Skyworks、Qorvo、Murata等幾家廠商負責，但射頻前端本身的雜訊因素非常接近，技術也非常成熟，而且供應商眾多，射頻前端導致信號翻車的幾率很低。而工作緊密結合的射頻收發晶元和Modem，一般都會採用同一個廠家的產品，所以疑點都落在了英特爾的射頻收發晶元上了。

手機通訊的過程，是從基站發出的信號開始，天線接收後由射頻前端選擇、濾波並放大，經由射頻收發器完成降頻、放大、模擬信號轉數字信號等過程，最後交給基帶處理，而信號發射則是相反對稱的過程。

這個過程經過的部件和影響因素都很多，通過調整天線增益和射頻功率是可以一定程度上彌補Modem的短板，並最終達到一樣的信號/信噪比效果。當然，功耗未必會一樣。但蘋果在射頻上翻車的幾率同樣很低，因為蘋果的射頻構架，多年來都是手機廠中最頂尖的，可能沒有之一。

嫌疑最大的天線設計

iPhone XS射頻輸出功率（via：WiWavelength）

iPhone XS Max射頻輸出功率（via：WiWavelength）

隨後，國外網站WiWavelength放出了新iPhone的射頻數據和分析，顯示iPhone XS系列的信號發射功率明顯低於iPhone 8和前代iPhone X，多數頻段的射頻輸出都沒能跨過200mW的標準線，天線增益偏低的問題非常明顯。

手機天線負責各種信號的接收和發送，從最早的外置天線（5、6年前的韓版智能手機甚至還有線收音機一樣的伸縮天線），到1999年首次引入的內置天線，到後來的FPC天線和LDS天線，再到iPhone 4的金屬中框天線和後來的納米注塑天線，已經經過了N代的演變。

2G通話、4G通訊、Wi-Fi、藍牙、GPS之外， MST、NFC和無線充電的線圈其實都是天線。當年iPhone 4激進地把不鏽鋼中框拆分成兩段，分管通訊和其他信號的，但卻因為沒有表面絕緣層，導致持握姿勢會直接影響信號強度。

iPhone XS Max天線增益（via：WiWavelength）

而今年的iPhone對天線設計進行了升級，側邊原有的4條天線隔斷槽之外，上下邊框都新增了天線槽，終於用上了驍龍835上就已經集成的4×4 MIMO了。但新iPhone天線變多的同時，每條天線的體積因此縮短，且接近頻率的信號如何隔離？天線也是個非常複雜的工程，天線的長度、體積、方向性、隔離帶的寬度等都會影響效果，而且不但會影響上網和通話，GPS、WiFi、藍牙等天線也會受到影響。

被大家忽略的誤區與爭議點

在找iPhone信號翻車原因的過程中，有不少誤區，我們這裡亂序盤點一下。

1.無論是4G還是WiFi，都需要和基站或路由器交互，信號接收和發射，任意一個出問題都會導致通訊受阻。iPhone歷年都是發射功率信號弱於安卓同行的（還沒開賣的iPhone XR例外），這裡有一部分是蘋果射頻增益策略的問題，同時也有高通平台那邊的映襯對比，畢竟使用高通方案的廠商很少會出問題。

重點修複信號問題的系統更新

2.Modem不但會影響電話信號強弱和速度，而且也會直接影響WiFi性能。新iPhone 早期 5GHz WiFi選擇問題，也有一部分是Modem調試和天線的鍋，在最新的iOS 12.0.1中果不其然地升級了基帶固件。

3.很多人覺得這次蘋果全線使用英特爾Modem是因為成本原因，甚至網友戲言「給萬元手機配5V/1A充電頭的廠家，還有什麼做不出來？」。但實際上，英特爾Modem的價格可能比高通還高。

首先，通訊技術更弱的英特爾，要做到和高通同水平，很可能需要類似CPU和GPU那樣，通過更多的晶體管去完成同樣的事情，從而導致晶元面積和成本上升。另外，英特爾要追上和高通之間的巨大差距，得投入大量的研發經費，這些都會均攤到成本里。

再者，英特爾的14nm工藝本來就已經非常吃緊了，進一步推高了XMM7560這顆新基帶的價格。所以我們才會看到TechInsights的成本分析上看到，今年英特爾的Modem成本比上一年貴了4美金。

4.新iPhone信號差，還有一個鍋是要全面屏和劉海來背的。留心的用戶可以發現，就算是同代同配件的iPhone 8和iPhone X，也是有明顯的信號差別的，它們是考察劉海屏對信號影響的特徵樣本。

因為天線一般都在金屬邊框上，而越來越高速高頻網路，對金屬阻斷的損耗非常敏感。手機換成全面屏之後，屏幕幾乎貼著邊框跑，屏幕背面又是會阻擋信號的金屬，留給天線的凈空區比以前的手機小了幾個量級。

Liquid Crystal Polymer天線

即便蘋果在iPhone X就使用了介質和導體損耗更小，但設計和製作難度都非常高的多層Liquid Crystal Polymer天線。但信號水平還是不如傳統設計的iPhone 8。即便到了iPhone XS，貌似這個問題依舊沒有解決，並因為處理不好新增的兩條天線而出現了更加嚴重的倒退。

5.新iPhone在良好信號環境下，其實網路速度是有了大幅躍升的，其主因是4x4 MIMO的引入。但在信號干擾或信號阻擋嚴重的很多地方，考驗的更多是射頻和Modem的糾錯和容錯能力。在信號良好時測出的速度，就如實驗室數據不能完全代表實際使用一樣，不能作為日常信號提升或者不及格的依據。

Modem間的差距遠比我們想像中的大

正因為移動通訊是系統工程，Modem的位置太底層，除了最基本的規格和功能實現，很難確定它們的高下。但實際是除了上面提到的內容，Modem間的差距遠比我們想像中大。

今年英特爾 XMM 7560終於追上了上一年的高通X16 LTE Modem（雖然後者已經是高通在2016年發布的產品），而這個英特爾最強Modem新增的全網通雙卡支持，依舊是以前熟悉的雙卡，雙VOLTE還得等後續OTA，用戶使用中的各種雙卡切換、通話丟失信號，這種問題都是歸根於基帶本身的。

比起這些功能實現上的差距，信號環境兼容性，是英特爾更加難以追趕的地方。對於絕大多數用戶來說，所有糟糕體驗都源自於弱信號或強幹擾環境。而強大的Modem不但要有多種制式、LTE雙通等新功能，而且也得在遇到五花八門的阻擋和干擾、甚至各種工況異常的基站時，能提供更強的信號處理能力和糾錯能力，從而提升弱信號下的連接成功率和吞吐量。

在Modem產品在設計和改進的過程中，需要海量的實驗數據、用戶案例、實際的測試和路試才能對各種弱信號、強幹擾場景進行「適配」，沒有足夠的用戶數目和時間累計都不可能完成。

高通Modem的優勢，有一部分是源自於其在移動平台的佔有率和歷史，其在弱信號場景的優化，是時間和實際用戶支撐起來的，是高通的護城河，也是英特爾、MTK追趕的最大障礙之一。在這裡摩爾定律和逆向複製都無法生效，要求和期待英特爾Modem在幾年內完成這些大躍進，是非常不現實的。

其次，從 Modem晶元到實際產品之間，射頻和天線構架等眾多細節的處理、調試，都需要廠商完成，成熟的調試工具和工程文檔支持必不可少。高通的調試工具名聲和歷史之悠長，以至於很多搞機用戶都可能會聽過QXDM、QPST和DFS這經典的「高通三件套」，工程師甚至普通用戶，可以通過這些工具自行調整和優化信號和網路表現。

而硬體上，高通Modem的歷史和地位都已經是深深地印在我們這一代人的腦海中了。高通作為CDMA奠基人，在2007年推出初代驍龍晶元，在連GPU都沒有的年代，高通Modem就支持3G了。

2011年的初代Gobi首發支持3G和LTE、2012年底的第三代Gobi首發了LTE-A（4G+）和全網通。高通在2014年把Gobi更名為現在大家熟知的驍龍X系列，初代產品X10 LTE Modem首發了三載波聚合，並達到了現在國內運營商都還沒能突破的Cat.9（450Mbps）。

隨後的歷史大家就很熟悉了，驍龍820上的驍龍X12 LTE數據機首發了上行載波聚合併引入雙卡雙VoLTE支持，驍龍835上的X16 LTE數據機是首個商用的千兆Modem，驍龍845上的X20 LTE數據機又接著首發Cat.18（1.2Gbps）。還有一個細節上，高通早在2016年就首發了首個5G Modem - 驍龍X50 5G數據機了，該數據機支持在6 GHz以下和多頻段毫米波頻譜運行，旨在為所有主要頻譜類型和頻段提供一個統一的5G設計，同時應對廣泛的使用場景和部署場景。

可能是因為高通最近兩年花了大量精力在5G上，給了三星、英特爾等廠商在4G上追趕的時間，讓大家產生了差距已經拉近的錯覺（雖然今年的英特爾才追上高通當年的驍龍X16 LTE數據機）。但今年年初，驍龍X24 LTE數據機「無情」地發布了，不但刷新了LTE Modem的記錄，還一口氣把數值從1.2Gbps提升到了2Gbps（Cat 20），Cat 7載波聚合、同步20個LTE層這些規格，可謂是高通Modem「肌肉」的一次展示。

高通驍龍X50 5G數據機晶元

在更難啃的5G上，高通驍龍X50 5G數據機晶元組在2017年10月完成了人類首個5G數據連接，在年初的測試速度已經達到4.51Gbps。在今年8月22日，高通宣布下一代旗艦驍龍移動平台將會使用7nm製程，並能與驍龍X50 5G數據機搭配。驍龍X50 5G數據機成為首款移動端的5G Modem，已經是板上釘釘的事了。

現在是4G轉5G的節點，從2016年發布驍龍5G X50數據機，到今年SoC出樣，本就在Modem技術上領先的高通穩紮穩打，用了約2年時間。5G規範之前還沒定下來是其中一個原因，但其技術難度可想而知。 考慮到現在各家5G外掛 Modem功耗嚴重的問題，預計除了高通，其他家的移動5G產品還要等上一段時間並可能會出現大量跳票。所以如果把5G也連在一起看的話，其他廠商和高通Modem的差距，很可能根本沒有縮小，反而還在擴大。

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