Hvad er mmWave? Højbånds 5G forklaret

Udrulningen af 5G teknologi rundt om i verden har været betydeligt mere kompleks end de trådløse standarder, der kom før. Da 5G kræver hidtil usete præstationsniveauer, er udbydere nødt til at navigere i et vanskeligt hav af radiofrekvenser for at sikre, at de kan levere de bedst mulige hastigheder og dækning.

Ældre GSM-, 3G- og 4G/LTE-teknologier kørte inden for et relativt snævert frekvensbånd, hvilket efterlod operatører med noget begrænsede valgmuligheder med hensyn til at implementere deres netværk. Til sammenligning, 5G dækker hele spektret, fra lavbånds 600MHz til ekstremt høje 47GHz frekvenser.

Resultatet er, at 5G giver operatører et væld af muligheder for, hvordan de bedst udruller deres 5G-netværk, hvilket giver dem mulighed for at prøve en ideel balance mellem dækning og ydeevne. Under ideelle omstændigheder ville dette give den bedste 5G for alle. Men i den virkelige verden er tingene betydeligt mere komplicerede.

Hvad er mmWave?

I den øverste ende af dette område af 5G-spektret er der, hvor mmWave, eller "millimeterbølge", frekvenser lever, der løber fra 24GHz til 47GHz. Teknisk set millimeter bølge er defineret som det ekstremt høje frekvensområde (EHF) fra 30GHz til 300GHz, så navngivet, fordi det er de frekvenser, hvor bølgelængder bliver så korte som én millimeter.

Dog som med C-båndsspektret, omdefinerede Federal Communications Commission (FCC) den nedre ende af mmWave-området i USA til at begynde i det øvre område af Super High Frekvens (SHF) zone, startende ved 24GHz, krydser over i EHF på vej til 47GHz, som i øjeblikket er den øverste ende af det spektrum, der er allokeret til 5G.

FCC planlægger at licensere endnu højere mmWave-spektrum til sidst - det ser på 57-64GHz-området, der i øjeblikket er uden licens, og de let brugte 71GHz-, 81GHz- og 92GHz-frekvenser. Det er dog sandsynligvis stadig et par år væk, især da luftfartsselskaberne endnu ikke har udnyttet det mmWave-spektrum, de allerede har fuldt ud.

Rækkevidde vs. fart

Som enhver, der har arbejdet med hjemme Wi-Fi routere ved, højere frekvenser giver mere båndbredde til hurtigere hastigheder, men det kommer på bekostning af rækkevidde og dækning. 2,4GHz-signalet fra din router vil sandsynligvis dække hele dit hjem, men ved relativt dårlige hastigheder, mens 5GHz frekvenser tilbyder fremragende ydeevne til spil og streaming, men når muligvis ikke til din kælder eller tilbage værelse.

Sådan fungerer fysikkens love, når det kommer til radiobølger. Højere frekvenser er hurtigere, men kan ikke rejse nær så langt som de lavere og langsommere frekvenser.

Mobiloperatører står over for de samme udfordringer med at levere stærke og hurtige signaler til deres kunder, som du ville finde et ideelt sted til din Wi-Fi-router. Det er bare, at luftfartsselskaber skal håndtere dette i meget større skala.

Brug af højere frekvenser giver luftfartsselskaber mulighed for at levere hurtigere hastigheder, men afvejningen er, at de skal bygge flere tårne ​​og placere dem tættere sammen for at give den samme dækning som et lavere frekvenssignal ville.

Fænomenale kosmiske hastigheder, meget lille rækkevidde

På et tidspunkt var det højfrekvente mmWave 5G-bånd, hvad mange troede ville være fremtiden for 5G-teknologi. Det kan jo levere latterligt imponerende hastigheder der går langt ud over, hvad de fleste kablede bredbåndstjenester endda er i stand til.

Under ideelle forhold kan 5G-hastigheder over mmWave-frekvenser nå 4Gbps, selvom det er mere typisk at finde enheder, der svæver i 500Mbps-1Gbps-zonen. Men selv de langsomste mmWave-hastigheder er 3-4 gange hurtigere end den gennemsnitlige 5G-ydeevne, der er tilgængelig, når der bruges lavere frekvenser.

Som nogle luftfartsselskaber hurtigt opdagede, er problemet, at disse ekstremt høje frekvenser har en deprimerende kort rækkevidde; en enkelt mmWave-transceiver vil sandsynligvis ikke give solid dækning til noget, der er meget større end en byblok.

Det burde ikke være overraskende, når du tænker på, at mmWave-signaler starter ved 24GHz - en størrelsesorden over de frekvenser, der normalt bruges til Wi-Fi og mobilkommunikation.

Det placerer dem dog godt uden for rækkevidde af noget, der typisk ville forårsage interferens, især da alt på disse frekvenser også har en tilsvarende kort rækkevidde. Normalt vil du finde EHF-spektret, der bruges af satellitvejrsystemer, militærvåbenradar, politihastighedsradar og sikkerhedsscreeningssystemer ved lufthavnskontrolpunkter.

mmWave landskabet

Med alt det i tankerne er det ikke overraskende, at de fleste operatører ikke har gjort meget med mmWave-teknologi.

Blandt de amerikanske luftfartsselskaber kun Verizon satse stærkt på mmWave i dets tidlige 5G-implementeringer. AT&T boltrede sig i det, mens T-Mobile hovedsageligt styrede uden om det spektrum.

Verizons gamble tillod det at prale af forbløffende hurtige 5G-hastigheder tidligt. En 2020-rapport af OpenSignal viste Verizon med et massivt globalt forspring, med gennemsnitlige downloadhastigheder mere end dobbelt så hurtige som dens næstnærmeste rival, Sydkoreas LG U+.

Men tricket til disse høje hastigheder var, at Verizon udelukkende brugte mmWave-spektrum til sit 5G-netværk. Luftfartsselskabet havde ingen langsommere mellembånd eller lavbånds 5G-netværk til at trække sine tal ned. Dette var Verizons 5G Ultra Wideband Network, som det oprindeligt eksisterede. Den kørte næsten udelukkende på 28GHz-spektret.

Ydermere skulle Verizons 506 Mbps-hastigheder komme med en ret stor kvalifikation - de var ikke tilgængelige for 99% af operatørens kunder. Den ekstremt korte rækkevidde af mmWave betød, at Verizon ikke havde implementeret den længere nogle få større bycentre, og OpenSignal bemærkede, at Verizons kunder kun fik adgang til deres mmWave 5G-netværk omkring 0,4% af tiden. Denne figur fordoblet til 0,8 % i 2021, men det betød stadig, at Verizons kunder brugte mere end 99% af deres tid på en 4G/LTE-forbindelse.

AT&T valgt mere strategisk brug af mmWave. Det havde tidligt licenseret en del af 24GHz 5G-spektrum, primært udrullet til erhvervsbrug i nogle få byer. Senere tabte det 1,2 milliarder dollars for at erhverve en betydelig del af 39GHz-spektrum, som det har været mere aktivt at implementere til sine kunder. AT&T kalder dette sin 5G+-tjeneste.

Teknisk set har T-Mobile nogle mmWave-installationer i nogle få byer, men operatøren taler ikke meget om det. T-Mobile havde et godt stykke hurtigt mellembåndsspektrum at spille med længe før dets rivaler kunne få fingrene i det eftertragtede C-bånd spektrum, så mmWave har ikke været nær så vigtig for luftfartsselskabets planer.

Fordele ved mmWave

I stedet for at basere hele sit 5G-netværk på mmWave, som Verizon gjorde, har AT&T fokuseret på at udvide sin lavere frekvens 5G med mmWave-celler i ekstremt tætte områder som stadioner og lufthavne.

Dette udnytter en af ​​de vigtigste fordele ved mmWave. De ekstremt høje frekvenser tilbyder ikke kun højere båndbredde for individuelle brugere; al den ekstra båndbredde lader den også håndtere overbelastning langt mere effektivt.

For at bruge noget oversimpliseret matematik, hvis en mmWave-transceiver kan tilbyde op til 4 Gbps gennemstrømning til en enkelt enhed, kan 40 enheder nemt få stabile 100 Mbps-forbindelser uden at bremse hinanden.

Ydermere betyder den kortere rækkevidde af mmWave, at luftfartsselskaber er nødt til at installere mange flere transceivere. På det tidspunkt, hvor AT&T har stillet nok transceivere op til at dække et fodboldstadion, kan det effektivt levere højtydende 5G til tusindvis af mennesker, der deltager i et spil eller en begivenhed.

På samme måde er mmWave ideel i lufthavne, ikke kun på grund af det høje antal passagerer, der passerer gennem, men også fordi disse frekvenser er så langt væk fra alt, der bruges i luftfarten der er ingen kontrovers omkring dem.

T-Mobile har også stille og roligt sagt, at det vil fortsætte med at bygge mmWave ud, hvor det giver mening at gøre det, men i modsætning til AT&T og Verizon planlægger det ikke at differentiere sit mmWave-netværk. T-Mobile-kunder vil ikke se et "5G+" eller "5G UW" symbol på deres telefoner, når de er tilsluttet mmWave. I stedet vil folk på T-Mobile få solid dækning og ydeevne, uanset om de sidder derhjemme eller deltager i Super Bowl.

Nøgle mmWave frekvenser

Nogle luftfartsselskaber har også licenseret andre bidder af mmWave-spektrum, selvom det meste af det sandsynligvis ikke vil være tilgængeligt til brug når som helst snart.

For eksempel har T-Mobile og Dish licenser, der tegner sig for 99% af 47GHz-spektret. Det er uklart, hvad disse luftfartsselskaber planlægger at gøre med dette, især da det vil give endnu dårligere dækning mod Verizons 28GHz og AT&T's 39GHz.

Mere markant er det, at ingen forbrugersmartphones endda kan nå 47GHz-frekvenserne lige nu. Apples iPhone 13 lineup og Samsungs Galaxy S22-modeller understøtter kun en håndfuld mmWave 5G-bånd, som er udpeget som n257 (28GHz), n258 (26GHz), n260 (39GHz) og n261 (28GHz). Af disse bruges kun n260 og n261 af amerikanske luftfartsselskaber; de andre er for kompatibilitet med mmWave 5G-tjenester globalt.

Fremtiden er C-band

Lige så spændende som mmWave-spektret lød i de første dage af 5G, har luftfartsselskaberne indset, at det ikke er der, fremtiden for 5G-teknologi ligger.

Verizon måtte lære den lektie den sværeste af alle, med et tidligt 5G-netværk, som ikke var eksisterende for 99 % af sine kunder. Verizon fulgte det med et lavere frekvens "Nationwide 5G Network", der delte plads med sine 4G/LTE-signaler. Dette gav kunderne "5G"-indikatoren på deres telefoner, men leverede generelt hastigheder, der ikke var bedre end 4G.

Det var ikke før Verizon kunne implementere sin C-bånd spektrum at dets 5G-formuer virkelig begyndte at ændre sig. Dette var ikke helt Verizons skyld; den måtte først droppe 45 milliarder dollars for at licensere C-båndsspektret kæmpe mod en luftfartsindustri at frygtede, at det ville give problemer med flyinstrumenter.

Ikke desto mindre, da Verizon endelig drejede nøglen om sit nye C-bånd i begyndelsen af ​​2022, var mange flere af sine kunder begyndte at se ægte 5G-hastigheder. Det var et sådant spring i ydeevne, at Verizon gjorde det nye C-bånd-netværk til en del af sin Ultra Wideband 5G-tjeneste.

Mens AT&T har været det udrulning af sin C-båndstjeneste mere gradvist, har kunder i de få byer, hvor det er tilgængeligt, også opdaget et imponerende løft i deres 5G-hastigheder.

Selv T-Mobile, som allerede har sin stærkt 2,5 GHz Ultra Capacity 5G-netværk, planlægger at bruge det højere frekvens C-bånd spektrum til at give sine kunder et nødvendigt løft i de områder, hvor der er behov for mere kapacitet.

I sidste ende er mmWaves rolle i offentlig 5G-teknologi at udvide eksisterende netværk, ikke at erstatte dem. Den massive kapacitet af mmWave-spektret gør den ideel til at levere pålidelig 5G i ekstremt tætte befolkningscentre. Den korte rækkevidde betyder dog, at den aldrig vil kunne stå af sig selv. mmWave vil altid være bedst egnet, når det bruges som en "power-up" til at styrke 5G i visse områder.

Redaktørens anbefalinger

• T-Mobiles store forspring inden for 5G-hastigheder går ingen vegne
• Netgears nye M6 Pro-router lader dig bruge hurtig 5G, uanset hvor du er
• T-Mobiles 5G er stadig uovertruffen - men er hastighederne plateauet?
• Her er, hvor hurtigt 5G på din Samsung Galaxy S23 virkelig er
• Qualcomms Snapdragon X75 indvarsler den næste æra af 5G-forbindelse