ما هو mmWave؟ وأوضح 5G عالية النطاق

طرح تقنية 5G حول العالم أكثر تعقيدًا بكثير من المعايير اللاسلكية التي جاءت من قبل. نظرًا لأن 5G تتطلب مستويات غير مسبوقة من الأداء ، يتعين على شركات الاتصالات التنقل في بحر صعب من الترددات اللاسلكية لضمان قدرتها على تقديم أفضل السرعات والتغطية الممكنة.

تعمل تقنيات GSM و 3G و 4G / LTE الأقدم ضمن نطاق ضيق نسبيًا من الترددات ، مما يترك لشركات الاتصالات خيارات محدودة إلى حد ما في نشر شبكاتها. بالمقارنة، شبكة الجيل الخامس يغطي النطاق الكامل ، من النطاق المنخفض 600 ميجا هرتز إلى الترددات العالية للغاية 47 جيجا هرتز.

والنتيجة هي أن 5G تمنح شركات الاتصالات مجموعة كبيرة من الخيارات حول أفضل طريقة لطرح شبكات 5G الخاصة بهم ، مما يسمح لهم بمحاولة تحقيق توازن مثالي بين التغطية والأداء. في ظل الظروف المثالية ، سيوفر هذا أفضل 5G للجميع. ومع ذلك ، في العالم الحقيقي ، الأمور أكثر تعقيدًا بشكل كبير.

ما هو mmWave؟

في الطرف العلوي من هذا النطاق من طيف 5G هو المكان الذي تعيش فيه ترددات mmWave ، أو "الموجة المليمترية" ، والتي تعمل من 24 جيجاهرتز إلى 47 جيجاهرتز. من الناحية الفنية ، ملليمتر يتم تعريف الموجة على أنها نطاق التردد العالي للغاية (EHF) من 30 جيجاهرتز إلى 300 جيجاهرتز ، وهذا ما سمي لأن هذه هي الترددات التي تكون فيها الأطوال الموجية قصيرة مثل واحد ملليمتر.

ومع ذلك ، كما هو الحال مع طيف النطاق C، أعادت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) تحديد الطرف السفلي من نطاق mmWave في الولايات المتحدة ليبدأ في النطاق الأعلى من Super High منطقة التردد (SHF) ، بدءًا من 24 جيجاهرتز ، تعبر إلى EHF في الطريق إلى 47 جيجاهرتز ، والتي تعد حاليًا الطرف العلوي من الطيف المخصص لـ شبكة الجيل الخامس.

تخطط لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) لترخيص طيف mmWave الأعلى في النهاية - إنها تبحث في النطاق 57-64 جيجا هرتز غير المرخص حاليًا والترددات 71 جيجا هرتز و 81 جيجا هرتز و 92 جيجا هرتز المستخدمة بشكل خفيف. ومع ذلك ، لا يزال هذا على الأرجح بعد بضع سنوات ، خاصة وأن شركات النقل لم تستخدم بعد طيف mmWave الذي تمتلكه بالفعل.

النطاق مقابل. سرعة

مثل أي شخص عمل مع أجهزة توجيه Wi-Fi منزلية يعلم أن الترددات الأعلى توفر نطاقًا تردديًا أكبر لسرعات أعلى ، لكن هذا يأتي على حساب النطاق والتغطية. من المحتمل أن تغطي إشارة 2.4 جيجا هرتز من جهاز التوجيه منزلك بالكامل ولكن بسرعات رديئة نسبيًا ، في حين أن 5 جيجا هرتز توفر الترددات أداءً ممتازًا للألعاب والبث المباشر ولكنها قد لا تصل إلى الطابق السفلي أو الخلفي غرفة.

هذه هي الطريقة التي تعمل بها قوانين الفيزياء عندما يتعلق الأمر بموجات الراديو. تكون الترددات الأعلى أسرع ولكنها لا تستطيع السفر تقريبًا مثل الترددات المنخفضة والأبطأ.

تواجه شركات الاتصالات الخلوية نفس التحديات في تقديم إشارات قوية وسريعة لعملائها كما لو كنت تجد مكانًا مثاليًا لجهاز توجيه Wi-Fi الخاص بك. كل ما في الأمر أن شركات النقل يجب أن تتعامل مع هذا على نطاق أوسع بكثير.

يسمح استخدام ترددات أعلى لشركات الاتصالات بتقديم سرعات أعلى ، ولكن المفاضلة هي أنها بحاجة إلى ذلك بناء المزيد من الأبراج ووضعها بالقرب من بعضها البعض لتوفير نفس التغطية التي توفرها إشارة التردد المنخفض كان.

سرعات كونية هائلة ، نطاق إيتي بيتي

في وقت من الأوقات ، كان نطاق mmWave 5G عالي التردد هو ما اعتقده الكثيرون أنه سيكون مستقبل تقنية 5G. بعد كل شيء ، يمكن أن تحقق سرعات مثيرة للسخرية التي تتجاوز بكثير ما تستطيع حتى معظم خدمات النطاق العريض السلكية.

في ظل الظروف المثالية ، يمكن أن تصل سرعات 5G التي تزيد عن ترددات الموجة ملمتر إلى 4 جيجابت في الثانية ، على الرغم من أنها كذلك أكثر نموذجية للعثور على الأجهزة التي تحوم في منطقة 500Mbps – 1Gbps. ومع ذلك ، حتى أبطأ سرعات mmWave تكون 3 إلى 4 مرات أسرع من متوسط ​​أداء 5G المتاح عند استخدام ترددات أقل.

كما اكتشفت بعض شركات النقل بسرعة ، فإن المشكلة تكمن في أن هذه الترددات العالية للغاية لها مدى قصير محبط ؛ من غير المحتمل أن يوفر جهاز الإرسال والاستقبال بموجة مم واحدة تغطية قوية لأي شيء أكبر بكثير من مبنى في المدينة.

لا ينبغي أن يكون ذلك مفاجئًا عندما تفكر في أن إشارات mmWave تبدأ من 24 جيجا هرتز - وهو ترتيب أعلى من الترددات المستخدمة عادةً لشبكات Wi-Fi والاتصالات الخلوية.

ومع ذلك ، فإن هذا يضعهم خارج نطاق أي شيء قد يتسبب عادةً في حدوث تداخل ، خاصة وأن كل شيء على هذه الترددات له أيضًا نطاق قصير مماثل. عادة ، ستجد طيف الترددات المترية (EHF) الذي تستخدمه أنظمة الطقس عبر الأقمار الصناعية ، ورادار الأسلحة العسكرية ، ورادار سرعة الشرطة ، وأنظمة الفحص الأمني ​​في نقاط التفتيش بالمطار.

المشهد mmWave

مع وضع كل ذلك في الاعتبار ، فليس من المستغرب أن معظم شركات النقل لم تفعل الكثير باستخدام تقنية mmWave.

من بين شركات الطيران الأمريكية ، فقط فيريزون راهن بشدة على mmWave في عمليات نشر 5G المبكرة. انخرطت AT&T فيه بينما ابتعدت T-Mobile بشكل أساسي عن هذا الطيف.

سمحت مقامرة Verizon لها بالتباهي بسرعات 5G السريعة بشكل مذهل في وقت مبكر. تقرير 2020 من OpenSignal عرضت شركة Verizon موقعًا رائدًا عالميًا ، حيث بلغ متوسط ​​سرعات التنزيل أكثر من ضعف سرعة أقرب منافس لها ، LG U + في كوريا الجنوبية.

ومع ذلك ، كانت الحيلة لهذه السرعات العالية هي أن Verizon كانت تستخدم طيف mmWave حصريًا لشبكة 5G الخاصة بها. لم يكن لدى شركة الاتصالات شبكات 5G ذات نطاق أبطأ أو شبكات 5G منخفضة النطاق لسحب أرقامها لأسفل. كانت هذه شبكة 5G فائقة الاتساع من Verizon كما كانت موجودة في الأصل. تم تشغيله بالكامل تقريبًا على طيف 28 جيجاهرتز.

علاوة على ذلك ، يجب أن تأتي سرعات Verizon البالغة 506 ميجابت في الثانية بمؤهل كبير جدًا - لم تكن متاحة لـ 99٪ من عملاء شركة النقل. المدى القصير للغاية من mmWave يعني أن Verizon لم تنشرها بعد ذلك عدد قليل من المراكز الحضرية الكبرى، و OpenSignal أشار إلى أن عملاء Verizon وصلوا فقط إلى شبكة mmWave 5G الخاصة بها حوالي 0.4 ٪ من الوقت. هذا الرقم تضاعف إلى 0.8٪ بحلول عام 2021، ولكن هذا لا يزال يعني أن عملاء Verizon يقضون أكثر من 99٪ من وقتهم على اتصال 4G / LTE.

AT&T اختارت المزيد من الاستخدام الاستراتيجي لموجات mmWave. لقد رخصت قطعة من طيف 5G بسرعة 24 جيجاهرتز في وقت مبكر ، تم نشرها بشكل أساسي للاستخدام التجاري في عدد قليل من المدن. في وقت لاحق ، خسرت 1.2 مليار دولار للحصول على جزء كبير من طيف 39 جيجاهرتز ، والذي كانت تنشره بنشاط أكبر لعملائها. تسمي AT&T هذه الخدمة 5G +.

من الناحية الفنية ، تمتلك T-Mobile بعض عمليات نشر mmWave في عدد قليل من المدن ، لكن شركة النقل لا تتحدث عن ذلك كثيرًا. كان لدى T-Mobile مجموعة رائعة من طيف النطاق المتوسط ​​السريع للعب بها قبل وقت طويل من تمكن منافسيها من الحصول على أيديهم الطيف C المطلوب، لذلك لم تكن mmWave مهمة تقريبًا لخطط شركة النقل.

فوائد mmWave

بدلاً من تأسيس شبكة 5G بالكامل على mmWave كما فعلت Verizon ، ركزت AT&T على زيادة ترددها المنخفض 5G بخلايا mmWave في مناطق شديدة الكثافة مثل الملاعب والمطارات.

هذا يستفيد من واحدة من أهم فوائد mmWave. لا تقدم الترددات العالية للغاية فقط نطاقًا تردديًا أعلى للمستخدمين الفرديين ؛ كل هذا النطاق الترددي الإضافي يتيح لها أيضًا التعامل مع الازدحام بشكل أكثر فاعلية.

لاستخدام بعض الرياضيات المبسطة ، إذا كان بإمكان جهاز الإرسال والاستقبال mmWave أن يقدم ما يصل إلى 4 جيجابت في الثانية من الإنتاجية إلى جهاز واحد ، فيمكن لـ 40 جهازًا الحصول بسهولة على اتصالات ثابتة بسرعة 100 ميجابت في الثانية دون إبطاء بعضها البعض.

علاوة على ذلك ، فإن المدى الأقصر من mmWave يعني أنه يتعين على شركات النقل نشر عدد أكبر من أجهزة الإرسال والاستقبال. بحلول الوقت الذي وضعت فيه AT&T أجهزة إرسال واستقبال كافية لتغطية ملعب كرة قدم ، يمكنها تقديم 5G عالية الأداء بكفاءة يحضر آلاف الأشخاص لعبة أو حدث.

وبالمثل ، فإن mmWave مثالي في المطارات ، ليس فقط بسبب العدد الكبير من الركاب العابرين من خلال ولكن أيضًا لأن هذه الترددات تمت إزالتها حتى الآن من أي شيء يستخدم في الطيران هناك لا جدال حولهم.

قالت T-Mobile أيضًا بهدوء إنها ستستمر في بناء mmWave حيث يكون من المنطقي القيام بذلك ، ولكن على عكس AT&T و Verizon ، فإنها لا تخطط للتمييز بين شبكة mmWave الخاصة بها. لن يرى عملاء T-Mobile رمز "5G +" أو "5G UW" على هواتفهم عند الاتصال بـ mmWave. بدلاً من ذلك ، سيحصل الأشخاص على T-Mobile على تغطية وأداء قويين سواء كانوا يجلسون في المنزل أو يحضرون Super Bowl.

ترددات mmWave الرئيسية

قامت بعض شركات الاتصالات بترخيص قطع أخرى من طيف mmWave أيضًا ، على الرغم من أن معظمها لن يكون متاحًا على الأرجح للاستخدام في أي وقت قريبًا.

على سبيل المثال ، تمتلك T-Mobile و Dish تراخيص تمثل 99 ٪ من طيف 47 جيجا هرتز. من غير الواضح ما الذي تخطط له تلك الشركات لفعل ذلك ، لا سيما أنها ستوفر تغطية أسوأ ضد فيريزون بتردد 28 جيجاهرتز و 39 جيجاهرتز من AT & T.

والأهم من ذلك ، أنه لا توجد هواتف ذكية للمستهلكين يمكنها حتى الوصول إلى ترددات 47 جيجاهرتز في الوقت الحالي. تفاح تشكيلة iPhone 13 و طرازات Samsung Galaxy S22 لا تدعم سوى عدد قليل من نطاقات mmWave 5G ، والتي تم تحديدها على أنها n257 (28 جيجا هرتز) و n258 (26 جيجا هرتز) و n260 (39 جيجا هرتز) و n261 (28 جيجا هرتز). من بين هؤلاء ، تستخدم شركات النقل الأمريكية فقط n260 و n261 ؛ والبعض الآخر للتوافق مع خدمات mmWave 5G على مستوى العالم.

المستقبل هو النطاق C

على الرغم من إثارة طيف mmWave الذي بدا في الأيام الأولى من 5G ، فقد أدركت شركات الاتصالات أن مستقبل تقنية 5G لا يكمن.

كان على Verizon تعلم هذا الدرس الأصعب على الإطلاق ، مع وجود شبكة 5G مبكرة لم تكن موجودة لـ 99٪ من عملائها. اتبعت شركة Verizon ذلك من خلال "شبكة 5G على الصعيد الوطني" ذات التردد المنخفض والتي تشترك في المساحة مع إشارات 4G / LTE. أعطى هذا للعملاء مؤشر "5G" على هواتفهم ولكنه قدم بشكل عام سرعات لم تكن أفضل من 4G.

لم يكن الأمر كذلك حتى تمكنت Verizon من نشر طيف النطاق C أن ثروات 5G بدأت تتغير حقًا. لم يكن هذا خطأ فيريزون بالكامل. كان عليها أولاً إنفاق 45 مليار دولار لترخيص طيف النطاق C ، ثم معركة صناعة الطيران الذي - التي خشيت أن يتسبب ذلك في مشاكل مع أجهزة الطائرات.

ومع ذلك ، عندما قامت Verizon أخيرًا بتشغيل المفتاح على النطاق C الجديد في أوائل عام 2022 ، العديد من عملائها بدأ في رؤية سرعات 5G حقيقية. لقد كانت قفزة في الأداء أن Verizon جعلت شبكة C-band الجديدة جزءًا من خدمة Ultra Wideband 5G.

بينما كانت AT&T طرح خدمة النطاق C بشكل تدريجي، اكتشف العملاء في المدن القليلة التي يتوفر بها ذلك أيضًا زيادة رائعة في سرعات 5G.

حتى T-Mobile ، التي لديها بالفعل شبكة 5G قوية 2.5 جيجا هرتز فائقة السعة، تخطط لاستخدام طيف النطاق C ذي التردد العالي لمنح عملائها دفعة ضرورية في تلك المجالات التي تتطلب المزيد من السعة.

في النهاية ، يتمثل دور mmWave في تقنية 5G العامة في زيادة الشبكات الحالية ، وليس استبدالها. إن السعة الهائلة لطيف mmWave تجعله مثاليًا لتقديم 5G موثوقة في مراكز سكانية كثيفة للغاية. ومع ذلك ، فإن المدى القصير يعني أنها لن تكون قادرة على الوقوف بمفردها. ستكون mmWave دائمًا أكثر ملاءمة عند استخدامها "كقوة متابعة" لدعم 5G في مناطق معينة.

توصيات المحررين

• إن الريادة الهائلة لشركة T-Mobile في سرعات 5G لن تذهب إلى أي مكان
• يتيح لك جهاز التوجيه M6 Pro الجديد من Netgear استخدام شبكة 5G السريعة في أي مكان تذهب إليه
• لا يزال 5G من T-Mobile لا مثيل له - ولكن هل توقفت السرعات؟
• إليك مدى سرعة 5G على هاتف Samsung Galaxy S23 حقًا
• يبشر Snapdragon X75 من Qualcomm بدخول العصر التالي لاتصال 5G