以技术之名解析iPhone 4信号门的内幕


    iPhone 4刚上市三天销量就突破一百七十万部,但随之而来的就是用户对于产品设计及质量方面的抱怨,特别是真机与用户的期望值相差甚远,像屏幕易碎、漏光、黄斑、自燃等问题也频频曝光,而最让用户诟病的就是信号问题。苹果官方先解释说是软件计算公式不对将立即修改,后来经不住全球各大媒体的炮轰及用户所遭遇种种事实的体现,于是召开了一个关于“信号问题”新闻发布会。


据说是自燃的iPhone 4


  在此次会议上,苹果公司并没有如人们想象中那样进行道歉,反而将这一事实扩大为行业通病,并现场将RIMHTC、诺基亚、摩托罗拉等厂商拉了进来,指责他们的智能手机产品同样也有此类的信号问题。随后,此次会议涉及厂商先后发表声明,指责苹果的行为无耻,试图用这种方法来转移用户视线……双方你来我往,互不相让,此次事件也演变成苹果iPhone 4的“信号门”。


很明显的信号衰减问题

  近日,中国手机类第一专业媒体——手机中国的评测工程师,借鉴乔布斯在会议上进行的信号演示过程,收集了市面上九款最新最热门的手机产品进行了一下关于“信号强度”的实测。从测试的结果上看,iPhone 4确实有很明显的信号衰减问题,同时三星的I8000U也有此类情况,其它评测的七款产品在信号显示上无明显变化。


手机中国的九款手机信号测试

  由这个测试结果,我们清楚的了解到iPhone 4确实存在信号问题,是什么样的原因造成的了?下面我们从技术的层面上来分析一下,究竟乔布斯在iPhone 4上犯了什么样的错误。


  首先,苹果最初对于信号衰减过快的解释是算法错误,他们认为紧握任何一部手机都会导致信号强度下降1格或更多,iPhone 4也不例外。不仅iPhone 4iPhone 3GS、摩托罗拉Droid、诺基亚和RIM的智能手机同样如此。而且iPhone 4计算应该显示几格信号的公式也出现问题,在很多情况下,手机所显示的信号强度要比实际多出2格。例如,当手机显示4格信号时,而实际上只有2格的强度。因此,有些用户所说的用手握紧后信号强度会下降好几格应该是在信号十分弱的地区,而此时手机却错误地显示4格或5格信号。

  为解决该问题,苹果将采用AT&T最新推荐的信号强度计算公式。真正的信号强度不变,而iPhone所显示的信号强度更加准确。此外,代表iPhone信号强度的1格、2格和3格的图标的高度也将有所增加,以便于用户查看。

  而实际的情况是,手机格数与手机接收基站的信号强度有关,目前行业中并没有明确的标准,格数与信号强度关联均为厂商而定,iPhone 4信号强度与格数如下图:


  诺基亚手机和iPhone 4信号强度与格数对比如下:

信号格数

接收电平强度

诺基亚

iPhone 4

5格:

大于-85dBm

大于-91dBm

4格:

-85dBm至-90dBm

-91dBm至-101dBm

3格:

-90dBm至-95dBm

-101dBm至-103dBm

2格:

-95dBm至-100dBm

-103dBm至-107dBm

1格:

-100dBm至-105dBm

-107dBm至-113dBm

脱网:

小于-105 dBm

小于-113dBm

  根据天线设计专家周亚良的介绍,手机在空闲状态下,手机上显示均为BCCH信道功率,在通话状态下显示TCH的功率。由上表可知,假设在同样的接收电平时,当诺基亚手机显示4格信号时,iPhone 4还是5格,当诺基亚脱网时,iPhone 4还会有2格信号,不管格数显示多少,GSM协议中对手机接收灵敏度dBm值的要求都是相同的。

  当用手握住手机时,一般会有515dB的信号衰减(与握的部位、手的大小、手的厚度、天线位置有关)。按道理讲,同时握住诺基亚和iPhone 4时,诺基亚的信号格数下降严重,现在反而暴露出iPhone 4用手握住时,信号格数变少,充分说明iPhone 4问题并非简单软件问题所致,问题根源应该是手机天线、手机内部射频线、手机外壳等问题。



新颖的天线设计成为了问题的关键

  为什么这样的天线信号设计问题现在才暴露?

  我们知道一款产品要上市销售,必须要有监管部门的审批许可,例如美国的监管机构就是联邦通信委员会 FCC(全称美国联邦通讯委员会 Federal Communications Commission)。FCC 严格限制手持设备的发射功率,它使用特殊吸收率(SAR)一值来度量。早期的手机天线位于机身外部,后来越做越短,最终消失不见,集成到了机壳中。为了满足 FCC 的测试要求,现代手机的天线几乎都设计在底部,远离头盖骨的位置。而手的位置在头部之下,人们持机时自然握住手机底部,而非顶部。

  但 FCC 的测试过程存在中,它要求受测手机贴近头部,但却不考虑手持对天线的影响(它假设人手是绝缘体),手机需经过和 FCC 相似的测试,才准许入网,同样不考虑手持影响。因此,天线设计的要义渐渐变得为了满足测试结果,而不大考虑信号收发的效率和人手影响了。

  难道这就是苹果iPhone 4信号门的真正原因?

  几十年来,天线设计都是一个复杂命题。在1998年前,手机天线都设计在顶端,甚至为了增加信号强度,手机天线还能拉出延长。诺基亚是内置天线设计领域的先驱,诺基亚3210是第一个采用内置天线设计的产品(“汉诺佳CH9771”饱有量少)。随着用户对便携性和更好外观的要求,手机产品的天线开始全部内置,而苹果iPhone前三代也是如此。


诺基亚第一款内置天线手机3210

  iPhone 四代出现这样的问题,也跟其追求新奇外形有很大的关系。iPhone 4为了突破传统,在正反面采用了体积相同的玻璃材质外壳,9.3毫米的超薄机身,跻身最薄智能手机行列。但为了这样超薄+玻璃的设计,其中缝采用了不锈钢材质包边,并将天线整合到了金属外框中。设计时天线形成三截,相对应的手机上就有三条缝隙。用户同时握持左下角的两个缝隙时可能会产生“短路”,在信号环境不好的条件下,就出现了“信号衰减”。

  为什么之前的iPhone不会有这样的问题了?因为之前的几代iPhone,天线均处于机身底部,外部有绝缘塑料壳,握住时手弓形成了让天线得以正常工作的空间。我们采访手机产品设计的专家了解到,握紧任何手机都会使信号衰减的说法是正确的。因为人手是导体,当射频能量穿过人手时会减少信号发射和接收的能量,例如一些HTC手机的说明书就写明,用户最好不要接触天线部位。


  那为什么其它智能手机在测试时没有这样的情况了?因为iPhone 4的设计显然放大了这一问题。紧握该手机时,其两侧下端都会有一个非常细小的缝,分开了两个不同作用的天线,同时用户拿手机时也容易压住天线,可能造成“短路”从而造成信号衰减,甚至完全被切断。而其他大部分智能手机的天线要么在最顶部,要么在最底部,平时打电话、发短信时用户一般不会紧握这些部位。

  iPhone 4的信号问题爆发后,乔布斯号称可“免费送手机套”,这是否是最好的选择了?工程师马汀库珀(Martin Cooper)表示,硅胶手机套可隔绝手的作用,基本可以解决天线问题。但是,还是希望苹果找到一种简单方法,在未来的型号中隔离天线,从而在不需要使用手机套的情况下消除这一问题。