吴醒峰博士：关于iPhoneXS、XS Max信号门的分析和看法

先来回顾一下iPhone XS、XS Max的信号门事件。

一、WIWavelength的数据分析

国内不少媒体都是喜欢翻墙去找国外的一些材料进行炒作和分析，被引用比较多的是WiWavelength这个网站的工程师blog（链接：https://www.wiwavelength.com/2018/09/iphone-xs-and-xs-max-mostly-fail-to.html）：

文章本身写的比较全面，客观的说，能够引用FCC的数据，也算比较专业。

建议学有余力的同学，直接去看FCC的报告，我给出Max和XS的报告原文两个链接：（看完你 会知道一台手机上市之前要做多少测试）

· https://apps.fcc.gov/oetcf/eas/reports/ViewExhibitReport.cfm?mode=Exhibits&RequestTimeout=500&calledFromFrame=N&application_id=ZHPgs4IJV%2Fjmw%2BBctAimUw%3D%3D&fcc_id=BCG-E3219A

· https://apps.fcc.gov/oetcf/eas/reports/ViewExhibitReport.cfm?mode=Exhibits&RequestTimeout=500&calledFromFrame=N&application_id=06L8pZ5HOG0gkQw1Jf96aQ%3D%3D&fcc_id=BCG-E3218A

但显然，作者Andrew J Shepherd，并不是做天线/性能测试工程师出身，因为他使用的主要是EIRP这个值进行论述，而不是OTA，更不用说MIMO OTA... ...（不要一脸懵逼啊喂~，听我慢慢说）

Andrew J主要通过对比以前iPhone X、iPhone8，以及这次的XS、XS Max，最后得出这样一句话的结论：“The takeaway is that iPhone EIRP in the lab has not always been so compromised as it appears to be this year.  Real world RF performance comparisons when some users switch from the iPhone X and 8 generation to the iPhone XS generation, no doubt, will be interesting.”

我翻译过来是这样：历代iPhone在实验室里面测的EIRP值从来没有像今年这样糙，从上一代iPhone8/X换到这一代iPhoneXS的用户，等着你们体验的“好消息”哦*_^

这篇文章的主要问题在于：使用了FCC的EIRP作为无线性能优劣的对比依据

1、FCC对EIRP的要求其实是限定手机的最大发射危害，而不是去量化表征手机的通信质量

2、EIRP = 传导发射功率+ 天线增益，而这里的天线增益，是使用天线在最好方向的值——这一点有一些工程师也会忽略——对于一台位置和姿态随时变化的手持移动的手机来说，仅仅凭最好方向的EIRP，很难全面了解天线性能

3、最后，你们可能注意到了，EIRP一直说的是“发射”特性，而你们最关心的是“接收”性能，这一点，AJ本人在原帖10月31日的一个回复中也强调了一下：

综上，WiWavelength上面的帖子关于iPhone XS/XS Max信号问题的参考意义其实并不大。那么我们应该通过什么样的测试和数据，能够去了解一下一台手机的天线或者信号问题呢？

——要做OTA（Over The Air）测试，而不是传导（Conductive Testing），

二、传导测试、常规OTA测试与最先进的MIMO OTA测试：

· 左边红框里面是传导测试：把天线旁路掉，测信号进入天线之前的强度——这也是EIRP公式当中的“传导发射功率”的测试方法——FCC用的是这种测试方法，从最早的射频测试就开始，方法存在了应该有一个世纪了

· 右边绿框当中是常规OTA的测试方法：把手机整个放到一个无电磁波发射的“微波暗室”当中，以便精确地测量包含天线在内的手机整机的接收性能和发射性能，通过测量球面每一个点的功率值，再进行球面的加权平均，可以得到TRP、TIS两个指标，前者代表发射性能，后者代表接收灵敏度，还能得到手机在不同方向的完整的3D性能示意图（见图中右下角六个小图）——ZEALER用的是这种测试方法，从2G时代，已经存在了近二十年

这些常规OTA测试是苹果、三星、华为、oppo、vivo、小米等等厂商天线工程师必做的，然而由于4G开始的多天线MIMO（多入多出）系统的出现，原有这两种测试方法均无法很好地对4G手机整体性能做评估：因为不仅仅要考虑天线和手机整机，还要考虑由于外界环境带来的信道衰落的影响，考察基带芯片对多天线得到的多路信号的处理能力——这种更接近模拟真实环境的测试，被称为MIMO OTA测试，是最近5年来才开始出现并标准化的

最新的MIMO OTA测试，可以完成在规定信道环境下的下行吞吐量的测试，通俗点说，就是在实验室里面模拟一点点降低手机所在场地的信号强度，观察下载速率有没有变慢，或者说谁在更低的信号强度下，能够维持住更高的下载速率。MIMO OTA的暗室被设计成这样：

在这个场地上，我们此次针对三星Galaxy note9、小米8、华为P20pro、iPhone X，iPhone XS，iPhoneXS Max这几款有代表性产品，进行了无线性能比对测试。

三、MIMO OTA实验室测试结果

第一次测试：

在最新的iOS 12.1升级之前完成，六款终端分别是：三星Galaxy note9、小米8、华为P20pro、iPhone X，iPhone XS，iPhoneXS Max。

由于时间所限，仅针对FDD Band3（工作频率：1800MHz附近）, TDD Band39（工作频率：1900MHz附近）, TDD Band41（工作频率：2500MHz附近）三个典型频段进行测试（依据工信部的行业标准YD/T 2869.1-2015）

因为在Band 41观察到了iPhone XS/XS Max建立连接困难的情况，没有完成比对。

第一次测试的结论：

· 从Band3和Band39的情况看，最新这代iPhoneXS和XS Max的性能比去年的iPhone X是有显著提升的，这应该得益于他们最新的4X4 多天线设计；

· XS和XS Max在Band41发生建链困难，复测如故，原因不明；

PS:后来经过反复调测，Max一旦建立链接之后，所得测试曲线显示性能并不差；

2. 第二次测试：

虽然苹果公司没有官方回应XS和XS Max的信号门，但是在最新的iOS12.1版本升级中有如下描述：

因此我们第二次对升级前后的XS Max做了复测，参与测试的样机有5台：iPhone X，XR, XS, 以及两台Max，记录为Max-1，Max-2。

现象：升级之前，在Band41上，XS和两台Max依然有建链困难的现象，但一旦建立链接，性能曲线保持比较好的状态——而升级之后，在Band41建链困难的现象消失了！

以下贴出升级完成后的MIMO OTA测试图线：

第二次测试结论：

· 升级iOS12.1之后，对XS和XS Max的建链能力有所改善；

· 但XR在Band3上出现了异常情况，原因不详；

四. 个人分析与结论：

iPhone的射频与天线设计能力在业界是比较领先的，自从iPhone X开创苹果的全面屏以来，天线性能要保持不退化太多，对天线工程师来说的难度就已经加倍，此次iPhone XS/Max初次推出4x4 MIMO，就一步达成了在数个频段都支持四天线，整个跨越了1700MHz~2500MHz如此大的频宽范围——相比之下，另外两家竞争者基本只在某几个高频频段支持4x4，二者的设计难度有本质的不同——以下数据来源于FCC报告，可以推断XS和Max第3、4根天线分别支持的频段：

· 红色方框部分是1GHz以下频段，很难做出4根能起到作用的天线，目前尚无任何支持4x4的商用手机产品；

· 蓝色方框部分是2.5GHz以上频段，三星、华为、苹果都已有商用产品支持4x4；

· 绿色部分从1.7GHz-2.5GHz，同时能够覆盖蓝色+绿色这两个频域内各频段的4x4，目前应该只有iPhoneXS和XS Max，其他厂商通常是支持其中某一个或某几个频段；

结论一：苹果虽然不是第一家将4天线应用到手机当中的厂商，但是能够将4天线覆盖如此宽的频域范围，这种设计能力，当今武林，唯有iPhone——犹如一个厚积薄发的武林高手，一次打通任督二脉；

结论二：从技术优势应用到产品性能提升：从这次MIMO OTA实验室的吞吐量测试结果看，相比于上一代iPhone X，新一代iPhone性能提升的效果已经达成

2. 再说点可能需要注意的：

但与此同时，在狭小空间额外增加了两路天线，对四路天线之间的不平衡、匹配电路设计等等提出了更大的挑战，而为了覆盖如此众多频段，部分频段上的性能折中也是不可避免的。多天线技术就像金庸先生笔下周伯通的左右互搏绝技：要一手画方，另一首画圆，互不相关，才能发挥出奇效。——天线挤在一个狭小空间，4x4比2x2更难做到互不相干。

对于我们此次在测试过程中观察到的建链困难的现象，我个人的猜测是：如同此前各家在金属外壳下惯例使用的TAS（Transmit Antenna Switch，发射天线切换策略）技术类似，4个接收/反射天线的复用、选择与切换，内部执行的判别机制和选择策略，复杂度也变得比以往更高，这可能是造成在某些场景下内部天线切换失效，再重启一下又能恢复正常的原因——而光看看EIRP，或者看单根天线增益，是看不出所以然的。

推测一：虽然与基站建立链接后数据下载方面iPhone XS和Max都有提升，但是由于内部射频通路或多天线之间的智能切换机制复杂，可能导致建链失败，需要内部重置——反而不如单天线或2x2来的简单、有效

推测二：iOS12.1通过软件升级是无法改善硬件性能的，能够修改的是一些切换机制和算法——事实上硬件本身已经很强大，就好像既有丈八蛇矛，又有倚天剑、屠龙刀，但什么时候选哪件兵刃应敌——这是个令人头疼的问题

推测三：如果以上推测成立，我不认为intel的基带要为iPhone XS/Max的信号门买单，这部分应该不是intel目前承接的范畴——未来会不会集成进去？难说

手机发展到今天，软件上在说人工智能，而硬件上也在引入各种复杂的自适应策略，以便一边保障用户体验，另一边还要严格遵守各国的射频法规要求——天线工程师们变成了一群游走在市井江湖中的玄学先生：摸着电路，掐指算卦，终日无休。

五、鸣谢：

此次测试全过程，得到了爱否科技与中科国技的全力协助与支持，还有其他不愿具名的业界朋友分享的重要信息，本人必须在此一一鸣谢：

· 爱否科技：新浪微博@爱否科技

    ——吴博士评语：爱否是一家想“站着也把钱赚了”的科技新媒体，且站且珍惜，遥祝！

· 中科国技：http://www.hwa-tech.com/

   ——吴博士评语：与中科国技合作时间越长，就越体会得到创业者的艰辛和坚持的可贵，遥祝！

· 来自芯片厂商、认证实验室、运营商、手机厂商的不愿具名的业界朋友

   ——吴博士评语：因为有你们，我不是一个人在战斗！我不是一个好下属，也不是一个好leader，但绝逼算是一个好朋友！

· 我的太太，女儿和小宝

   ——吴博士评语：往后余生，家庭才是主航道，带娃才是主业。看评测和做评测的年轻娃子们，你们都不懂我说的是什么，就说我来蹭热度...其实我只是一时技痒...

来源：新浪微博@吴醒峰     

文章已获吴醒峰博士授权

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