Co je mmWave? Vysvětlení vysokopásmového 5G

Zavedení technologie 5G na celém světě byl podstatně složitější než bezdrátové standardy, které byly dříve. Vzhledem k tomu, že 5G vyžaduje bezprecedentní úroveň výkonu, musí se operátoři pohybovat ve složitém moři rádiových frekvencí, aby zajistili, že budou moci poskytovat nejlepší možné rychlosti a pokrytí.

Starší technologie GSM, 3G a 4G/LTE běžely v relativně úzkém frekvenčním pásmu, což ponechalo operátorům poněkud omezené možnosti při zavádění svých sítí. Ve srovnání, 5G pokrývá celé spektrum, od nízkopásmových 600 MHz až po extrémně vysoké frekvence 47 GHz.

Výsledkem je, že 5G poskytuje operátorům nepřeberné množství možností, jak nejlépe zavést své 5G sítě, což jim umožňuje pokusit se o ideální rovnováhu mezi pokrytím a výkonem. Za ideálních okolností by to poskytovalo nejlepší 5G pro každého. Ve skutečném světě jsou však věci podstatně složitější.

Co je mmWave?

Na horním konci tohoto rozsahu spektra 5G jsou frekvence mmWave neboli „milimetrové vlny“, které se pohybují od 24 GHz do 47 GHz. Technicky vzato, milimetr vlna je definována jako extrémně vysokofrekvenční (EHF) rozsah od 30 GHz do 300 GHz, pojmenované proto, že to jsou frekvence, kde jsou vlnové délky kratší než jedna. milimetr.

Nicméně, stejně jako s spektrum C-pásmaFederální komise pro komunikace (FCC) předefinovala spodní hranici rozsahu mmWave v USA tak, aby začínala v horním rozsahu Super High Frekvenční zóna (SHF), začínající na 24 GHz, přecházející do EHF na cestě k 47 GHz, což je v současnosti horní konec spektra přiděleného pro 5G.

FCC plánuje nakonec licencovat ještě vyšší spektrum mmWave – zaměřuje se na rozsah 57–64 GHz, který je v současné době nelicencovaný, a na málo používané frekvence 71 GHz, 81 GHz a 92 GHz. To je však pravděpodobně ještě několik let pryč, zejména proto, že dopravci ještě plně nevyužili spektrum mmWave, které již mají.

Rozsah vs. Rychlost

Jako každý, s kým spolupracoval domácí Wi-Fi routery ví, že vyšší frekvence poskytují větší šířku pásma pro vyšší rychlosti, ale jde to na úkor dosahu a pokrytí. Signál 2,4 GHz z vašeho routeru pravděpodobně pokryje celý váš domov, ale při relativně nízké rychlosti, zatímco 5 GHz frekvence nabízejí vynikající výkon pro hraní her a streamování, ale nemusí se dostat do vašeho sklepa nebo zpět pokoj, místnost.

Přesně tak fungují fyzikální zákony, pokud jde o rádiové vlny. Vyšší frekvence jsou rychlejší, ale nemohou se dostat tak daleko jako nižší a pomalejší frekvence.

Mobilní operátoři čelí stejným výzvám s poskytováním silných a rychlých signálů svým zákazníkům, jako byste našli ideální místo pro svůj Wi-Fi router. Je to tak, že dopravci se s tím musí vypořádat v mnohem větším měřítku.

Použití vyšších frekvencí umožňuje operátorům poskytovat vyšší rychlosti, ale kompromisem je, že to potřebují postavte více věží a umístěte je blíže k sobě, abyste zajistili stejné pokrytí jako signál s nižší frekvencí bych.

Fenomenální kosmické rychlosti, velmi malý dosah

Svého času bylo vysokofrekvenční pásmo mmWave 5G to, o čem mnozí věřili, že bude budoucností technologie 5G. Koneckonců, může dodat směšně působivé rychlosti které jdou daleko nad rámec toho, čeho je schopna většina kabelových širokopásmových služeb.

Za ideálních podmínek může rychlost 5G přes frekvence mmWave dosáhnout 4 Gb/s, i když typičtější najít zařízení vznášející se v zóně 500 Mbps–1 Gbps. I ty nejpomalejší rychlosti mmWave jsou však 3–4krát vyšší než průměrný výkon 5G dostupný při použití nižších frekvencí.

Jak někteří dopravci rychle zjistili, problémem je, že tyto extrémně vysoké frekvence mají depresivně krátký dosah; jediný mmWave transceiver pravděpodobně neposkytuje solidní pokrytí pro něco mnohem většího, než je městský blok.

To by nemělo být překvapivé, když uvážíte, že signály mmWave začínají na 24 GHz – řádově nad frekvencemi běžně používanými pro Wi-Fi a mobilní komunikaci.

To je však staví mimo dosah čehokoli, co by obvykle způsobovalo rušení, zejména proto, že vše na těchto frekvencích má také podobně krátký dosah. Obvykle najdete spektrum EHF používané satelitními meteorologickými systémy, vojenskými zbraňovými radary, policejními rychlostními radary a bezpečnostními detekčními systémy na letištních kontrolních stanovištích.

Krajina mmWave

Vzhledem k tomu všemu není divu, že většina dopravců toho s technologií mmWave moc neudělala.

Mezi americkými dopravci pouze Verizon ve svých raných nasazeních 5G silně vsadil na mmWave. AT&T do toho fušoval, zatímco T-Mobile se tomuto spektru hlavně vyhýbal.

Hazard společnosti Verizon jí umožnil chlubit se úžasně vysokou rychlostí 5G hned na začátku. Zpráva z roku 2020 od OpenSignal ukázal Verizon s masivním globálním náskokem s průměrnou rychlostí stahování více než dvakrát rychlejší než jeho nejbližší rival, jihokorejský LG U+.

Trik těchto vysokých rychlostí však spočíval v tom, že Verizon používal spektrum mmWave výhradně pro svou síť 5G. Operátor neměl žádné pomalejší středopásmové nebo nízkopásmové sítě 5G, které by jeho čísla táhly dolů. Byla to ultra širokopásmová síť Verizon 5G, jak původně existovala. Běžel téměř celý na 28GHz spektru.

Rychlost 506 Mb/s společnosti Verizon navíc musela mít poměrně velkou kvalifikaci – nebyly dostupné pro 99 % zákazníků operátora. Extrémně krátký dosah mmWave znamenal, že Verizon ji nenasadil dál několik velkých městských center, a OpenSignal poznamenali, že zákazníci společnosti Verizon přistupovali k její síti mmWave 5G pouze asi 0,4 % času. Toto číslo do roku 2021 zdvojnásobil na 0,8 %., ale to stále znamenalo, že zákazníci společnosti Verizon trávili více než 99 % svého času připojením 4G/LTE.

AT&T rozhodl se pro strategičtější využití mmWave. Již na začátku licencovala část spektra 24 GHz 5G, primárně nasazená pro obchodní použití v několika městech. Později ztratil 1,2 miliardy dolarů, aby získal značnou část spektra 39 GHz, které aktivněji nasazuje svým zákazníkům. AT&T to nazývá svou službou 5G+.

Technicky vzato, T-Mobile má nějaké nasazení mmWave v několika městech, ale operátor o tom příliš nemluví. T-Mobile měl pěkný kus rychlého středopásmového spektra, se kterým si mohl hrát dlouho předtím, než se jeho konkurenti dostali do rukou kýžené spektrum C-pásma, takže mmWave nebyl pro plány dopravce zdaleka tak důležitý.

Výhody mmWave

Namísto toho, aby celou svou 5G síť zakládala na mmWave jako Verizon, se AT&T zaměřila na rozšíření své nízkofrekvenční 5G o buňky mmWave. v extrémně hustých oblastech, jako jsou stadiony a letiště.

To využívá jednu z nejvýznamnějších výhod mmWave. Extrémně vysoké frekvence nenabízejí pouze vyšší šířku pásma pro jednotlivé uživatele; všechna tato extra šířka pásma také umožňuje mnohem efektivněji zvládat přetížení.

Abychom použili příliš zjednodušenou matematiku, pokud může transceiver mmWave nabídnout propustnost až 4 Gbps jednomu zařízení, 40 zařízení může snadno získat stabilní připojení 100 Mbps, aniž by se navzájem zpomalovala.

Navíc kratší dosah mmWave znamená, že dopravci musí nasadit mnohem více transceiverů. V době, kdy AT&T umístí dostatek transceiverů k pokrytí fotbalového stadionu, může efektivně poskytovat vysoce výkonné 5G tisíce lidí navštěvujících hru nebo událost.

Podobně je mmWave ideální na letištích, a to nejen kvůli vysokému počtu projíždějících cestujících prostřednictvím, ale také proto, že tyto frekvence jsou tak vzdálené od všeho používaného v letectví, že tam je žádné kontroverze kolem nich.

T-Mobile také tiše řekl, že bude pokračovat v budování mmWave tam, kde to má smysl, ale na rozdíl od AT&T a Verizon neplánuje svou síť mmWave odlišovat. Zákazníci T-Mobile po připojení k mmWave na svých telefonech neuvidí symbol „5G+“ nebo „5G UW“. Místo toho lidé na T-Mobile získají solidní pokrytí a výkon, ať už sedí doma nebo se účastní Super Bowlu.

Klíčové frekvence mmWave

Někteří operátoři licencovali také další části spektra mmWave, i když většina z nich pravděpodobně nebude v dohledné době k dispozici.

Například T-Mobile a Dish jsou držiteli licencí, které tvoří 99 % spektra 47 GHz. Není jasné, co s tím tito operátoři plánují udělat, zejména proto, že to poskytne ještě horší pokrytí oproti 28GHz Verizonu a 39GHz AT&T.

Ještě důležitější je, že žádné spotřebitelské smartphony nemohou nyní dosáhnout frekvencí 47 GHz. od Applu Řada iPhone 13 a Modely Samsung Galaxy S22 podporuje pouze několik pásem mmWave 5G, která jsou označena jako n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) a n261 (28 GHz). Z nich pouze n260 a n261 používají dopravci v USA; ostatní jsou kvůli kompatibilitě se službami mmWave 5G po celém světě.

Budoucnost je C-band

Jakkoli vzrušující znělo spektrum mmWave v prvních dnech 5G, operátoři si uvědomili, že to není místo, kde leží budoucnost technologie 5G.

Verizon se musel tuto lekci naučit nejtěžší ze všech, s ranou sítí 5G, která pro 99 % jejích zákazníků neexistovala. Verizon na to navázal nízkofrekvenční „Nationwide 5G Network“, která sdílela prostor se svými 4G/LTE signály. Zákazníci tak měli na svých telefonech indikátor „5G“, ale obecně dosahovali rychlosti, které nebyly lepší než 4G.

Až Verizon ji mohl nasadit C-pásmové spektrum že jeho 5G bohatství se skutečně začalo měnit. Nebyla to tak úplně chyba Verizonu; nejprve musela upustit 45 miliard dolarů na licenci spektra C-pásma, pak bojovat s leteckým průmyslem že se obával, že by to způsobilo problémy s leteckými přístroji.

Nicméně, když Verizon na začátku roku 2022 konečně otočil klíč ke svému novému C-pásmu, mnohem více jeho zákazníků začal vidět skutečné rychlosti 5G. Byl to takový skok ve výkonu, že společnost Verizon učinila novou síť v pásmu C součástí své služby Ultra Wideband 5G.

Zatímco AT&T bylo zavádění služby C-pásma postupněZákazníci v několika městech, kde je to k dispozici, také objevili působivé zvýšení rychlosti 5G.

I T-Mobile, který už své má silná 2,5 GHz ultrakapacitní síť 5G, plánuje využívat vysokofrekvenční spektrum C-pásma, aby svým zákazníkům poskytlo nezbytnou podporu v oblastech, kde je potřeba větší kapacita.

Úlohou mmWave ve veřejné technologii 5G je nakonec rozšířit stávající sítě, nikoli je nahradit. Díky obrovské kapacitě spektra mmWave je ideální pro poskytování spolehlivého 5G v centrech s extrémně hustým osídlením. Nicméně krátký dosah znamená, že nikdy nebude schopen stát sám. mmWave bude vždy nejvhodnější při použití jako „zapnutí“ pro posílení 5G v určitých oblastech.

Doporučení redakce

• Obrovský náskok T-Mobile v rychlostech 5G nikam nevede
• Nový router M6 Pro od společnosti Netgear vám umožní používat rychlé 5G, ať jste kdekoli
• 5G T-Mobile je stále bezkonkurenční – ale rychlost se ustálila?
• Zde se dozvíte, jak rychlé je 5G na vašem Samsung Galaxy S23
• Snapdragon X75 od Qualcommu zahajuje další éru připojení 5G