Какво е mmWave? Обяснение за високочестотния 5G

Разгръщането на 5G технология по целия свят е значително по-сложен от безжичните стандарти, които дойдоха преди. Тъй като 5G изисква безпрецедентни нива на производителност, операторите трябва да се ориентират в сложно море от радиочестоти, за да гарантират, че могат да доставят възможно най-добрите скорости и покритие.

По-старите GSM, 3G и 4G/LTE технологии работеха в сравнително тясна лента от честоти, оставяйки на операторите малко ограничен избор при разгръщането на техните мрежи. За сравнение, 5G покрива целия спектър, от нискочестотните 600MHz до изключително високите 47GHz честоти.

Резултатът е, че 5G предоставя на операторите богатство от възможности за това как най-добре да разгърнат своите 5G мрежи, което им позволява да опитат за идеален баланс между покритие и производителност. При идеални обстоятелства това ще осигури най-доброто 5G за всички. В реалния свят обаче нещата са значително по-сложни.

Какво е mmWave?

В горния край на този обхват на 5G спектъра се намират честотите mmWave, или „милиметрови вълни“, вариращи от 24GHz до 47GHz. Технически казано, милиметър вълната се дефинира като диапазона на изключително високата честота (EHF) от 30 GHz до 300 GHz, наречен така, защото това са честотите, при които дължините на вълните стават толкова къси, колкото една милиметър.

Въпреки това, както при спектърът на C-лентата, Федералната комисия по комуникациите (FCC) предефинира долния край на диапазона mmWave в САЩ, за да започне в горния диапазон на Super High Честотна (SHF) зона, започваща от 24 GHz, преминаваща в EHF по пътя към 47 GHz, която в момента е горният край на спектъра, разпределен за 5G.

FCC планира да лицензира дори по-висок mmWave спектър в крайна сметка - разглежда диапазона 57–64GHz, който в момента не е лицензиран, и слабо използваните честоти 71GHz, 81GHz и 92GHz. Въпреки това, това все още вероятно е след няколко години, особено след като операторите все още не са използвали напълно mmWave спектъра, който вече имат.

Обхват срещу скорост

Както всеки, който е работил с домашни Wi-Fi рутери знае, че по-високите честоти осигуряват повече честотна лента за по-високи скорости, но това е за сметка на обхвата и покритието. Сигналът от 2,4 GHz от вашия рутер вероятно ще покрие целия ви дом, но при сравнително ниски скорости, докато 5 GHz честотите предлагат отлична производителност за игри и стрийминг, но може да не стигнат до вашето мазе или обратно стая.

Точно така действат законите на физиката, когато става дума за радиовълни. По-високите честоти са по-бързи, но не могат да достигнат толкова далеч, колкото по-ниските и по-бавни честоти.

Мобилните оператори са изправени пред същите предизвикателства при предоставянето на силни и бързи сигнали на клиентите си, както бихте намерили идеалното място за вашия Wi-Fi рутер. Просто превозвачите трябва да се справят с това в много по-голям мащаб.

Използването на по-високи честоти позволява на операторите да доставят по-високи скорости, но компромисът е, че те трябва изградете повече кули и ги поставете по-близо една до друга, за да осигурите същото покритие като по-нискочестотен сигнал би се.

Феноменални космически скорости, малък обхват

По едно време високочестотната mmWave 5G лента беше това, което мнозина вярваха, че ще бъде бъдещето на 5G технологията. В крайна сметка може да достави абсурдно впечатляващи скорости които надхвърлят това, на което са способни повечето кабелни широколентови услуги.

При идеални условия скоростите на 5G на mmWave честотите могат да достигнат 4Gbps, въпреки че е по-типично е да намерите устройства, които се движат в зоната 500Mbps–1Gbps. Но дори и най-бавните скорости на mmWave са 3–4 пъти по-бързи от средната налична 5G производителност при използване на по-ниски честоти.

Както някои носители бързо откриха, проблемът е, че тези изключително високи честоти имат потискащо кратък обхват; единичен mmWave трансивър едва ли ще осигури солидно покритие за нещо много по-голямо от градски блок.

Това не би трябвало да е изненадващо, като вземете предвид, че mmWave сигналите започват от 24GHz - порядък над честотите, които обикновено се използват за Wi-Fi и клетъчни комуникации.

Това обаче ги поставя извън обхвата на всичко, което обикновено би причинило смущения, особено след като всичко на тези честоти също има подобен кратък обхват. Обикновено ще намерите EHF спектъра, използван от сателитни метеорологични системи, радари за военни оръжия, полицейски радари за скорост и системи за проверка на сигурността на контролно-пропускателните пунктове на летищата.

Пейзажът mmWave

Имайки предвид всичко това, не е изненадващо, че повечето оператори не са направили много с технологията mmWave.

Сред операторите в САЩ само Verizon залага много на mmWave в ранните си внедрявания на 5G. AT&T се занимаваше с него, докато T-Mobile основно избягваше този спектър.

Хазартът на Verizon му позволи да се похвали със зашеметяващо бързи 5G скорости в началото. Доклад от 2020 г OpenSignal показа на Verizon огромна световна преднина, със средна скорост на изтегляне повече от два пъти по-бърза от следващия си най-близък съперник, южнокорейския LG U+.

Трикът за тези високи скорости обаче беше, че Verizon използваше mmWave спектър изключително за своята 5G мрежа. Превозвачът нямаше по-бавни средночестотни или нискочестотни 5G мрежи, които да намаляват номерата му. Това беше 5G Ultra Wideband мрежата на Verizon, както първоначално съществуваше. Работеше почти изцяло на 28GHz спектър.

Освен това скоростите от 506 Mbps на Verizon трябваше да идват с доста голям квалификатор - те не бяха достъпни за 99% от клиентите на оператора. Изключително краткият обхват на mmWave означаваше, че Verizon не го е внедрил отвъд него няколко големи градски центъра, и OpenSignal отбеляза, че клиентите на Verizon са имали достъп до неговата mmWave 5G мрежа само около 0,4% от времето. Тази фигура се удвои до 0,8% до 2021 г, но това все пак означаваше, че клиентите на Verizon прекарват повече от 99% от времето си в 4G/LTE връзка.

AT&T избра по-стратегическо използване на mmWave. Той беше лицензирал част от 24GHz 5G спектър в началото, предимно разгърнат за бизнес употреба в няколко града. По-късно той намали $1,2 милиарда, за да придобие значителна част от 39GHz спектър, който по-активно внедрява на своите клиенти. AT&T нарича това своя 5G+ услуга.

От техническа гледна точка, T-Mobile наистина има внедряване на mmWave в няколко града, но операторът не говори много за това. T-Mobile разполагаше с хубава част от бързия средночестотен спектър, с който да играе много преди съперниците му да успеят да се доберат до него желания спектър на С-лента, така че mmWave не е толкова важен за плановете на превозвача.

Предимства на mmWave

Вместо да базира цялата си 5G мрежа на mmWave, както направи Verizon, AT&T се фокусира върху разширяването на своите нискочестотни 5G с mmWave клетки в изключително гъсто населени райони като стадиони и летища.

Това се възползва от едно от най-значимите предимства на mmWave. Изключително високите честоти не само предлагат по-висока честотна лента за отделни потребители; цялата тази допълнителна честотна лента му позволява да се справя много по-ефективно със задръстванията.

За да използваме малко опростена математика, ако приемо-предавател mmWave може да предложи до 4Gbps пропускателна способност на едно устройство, 40 устройства могат лесно да получат стабилни 100Mbps връзки, без да се забавят взаимно.

Освен това по-късият обхват на mmWave означава, че превозвачите трябва да разположат много повече приемо-предаватели. Докато AT&T постави достатъчно приемо-предаватели за покриване на футболен стадион, той може ефективно да достави високопроизводителни 5G на хиляди хора, посещаващи игра или събитие.

По същия начин mmWave е идеален за летища, не само поради големия брой преминаващи пътници но и защото тези честоти са толкова далеч от всичко, което се използва в авиацията има няма противоречия около тях.

T-Mobile също тихо каза, че ще продължи да изгражда mmWave там, където има смисъл да го прави, но за разлика от AT&T и Verizon, не планира да диференцира своята mmWave мрежа. Клиентите на T-Mobile няма да виждат символ „5G+“ или „5G UW“ на телефоните си, когато са свързани към mmWave. Вместо това, хората в T-Mobile ще получат солидно покритие и представяне, независимо дали седят вкъщи или посещават Super Bowl.

Ключови mmWave честоти

Някои оператори са лицензирали и други части от mmWave спектъра, въпреки че по-голямата част от него вероятно няма да бъде достъпна за използване скоро.

Например T-Mobile и Dish притежават лицензи, които представляват 99% от 47GHz спектър. Не е ясно какво тези оператори планират да направят с това, особено след като ще осигури още по-лошо покритие спрямо 28GHz на Verizon и 39GHz на AT&T.

По-важното е, че никой потребителски смартфон не може дори да достигне честотите от 47 GHz в момента. на Apple Гама iPhone 13 и Моделите Galaxy S22 на Samsung поддържат само няколко ленти mmWave 5G, които са обозначени като n257 (28GHz), n258 (26GHz), n260 (39GHz) и n261 (28GHz). От тях само n260 и n261 се използват от превозвачите в САЩ; другите са за съвместимост с mmWave 5G услуги в световен мащаб.

Бъдещето е в C-обхвата

Колкото и вълнуващо да звучеше mmWave спектърът в първите дни на 5G, операторите осъзнаха, че не там е бъдещето на 5G технологията.

Verizon трябваше да научи този урок най-трудно от всички, с ранна 5G мрежа, която не съществуваше за 99% от клиентите. Verizon последва това с по-нискочестотна „Национална 5G мрежа“, която споделя пространство със своите 4G/LTE сигнали. Това даде на клиентите индикатора „5G“ на техните телефони, но като цяло осигури скорости, които не бяха по-добри от 4G.

Едва когато Verizon успя да разположи своя C-лентов спектър че нейното 5G състояние наистина започна да се променя. Това не беше изцяло по вина на Verizon; първо трябваше да пусне 45 милиарда долара, за да лицензира спектъра на С-обхвата, а след това битка с авиационна индустрия че опасяваше се, че ще причини проблеми с инструментите на самолета.

Въпреки това, когато Verizon най-накрая обърна ключа към новата си C-лента в началото на 2022 г., много повече клиенти започна да вижда истински 5G скорости. Беше такъв скок в производителността, че Verizon направи новата C-band мрежа част от своята Ultra Wideband 5G услуга.

Докато AT&T беше по-постепенно пускане на своята услуга в C-обхвата, клиентите в малкото градове, където това е налично, също са открили впечатляващ тласък в своите 5G скорости.

Дори T-Mobile, който вече има своя силна 2,5GHz Ultra Capacity 5G мрежа, планира да използва по-високочестотния спектър на C-обхвата, за да даде на своите клиенти необходимия тласък в онези области, където е необходим повече капацитет.

В крайна сметка ролята на mmWave в публичната 5G технология е да разширява съществуващите мрежи, а не да ги заменя. Огромният капацитет на mmWave спектъра го прави идеален за предоставяне на надеждни 5G в изключително гъсто населени центрове. Късият обсег обаче означава, че никога няма да може да стои сам. mmWave винаги ще бъде най-подходящ, когато се използва като „захранване“ за укрепване на 5G в определени области.

Препоръки на редакторите

• Огромната преднина на T-Mobile в скоростите на 5G не отива никъде
• Новият рутер M6 Pro на Netgear ви позволява да използвате бърз 5G навсякъде, където отидете
• 5G на T-Mobile все още е несравним – но дали скоростите са стабилни?
• Ето колко бърз е всъщност 5G на вашия Samsung Galaxy S23
• Snapdragon X75 на Qualcomm въвежда следващата ера на 5G свързаност