Cos'è mmWave? Spiegazione del 5G in banda alta

Il lancio di Tecnologia 5G in tutto il mondo è stato notevolmente più complesso rispetto agli standard wireless precedenti. Poiché il 5G richiede livelli di prestazioni senza precedenti, i vettori devono navigare in un complicato mare di frequenze radio per assicurarsi di poter fornire le migliori velocità e copertura possibili.

Le vecchie tecnologie GSM, 3G e 4G/LTE funzionavano all'interno di una banda di frequenze relativamente ristretta, lasciando ai gestori scelte alquanto limitate nell'implementazione delle loro reti. A confronto, 5G copre l'intero spettro, dalla banda bassa di 600 MHz alle frequenze estremamente alte di 47 GHz.

Il risultato è che il 5G offre agli operatori una vasta gamma di opzioni su come implementare al meglio le proprie reti 5G, consentendo loro di cercare un equilibrio ideale tra copertura e prestazioni. In circostanze ideali, questo fornirebbe il miglior 5G per tutti. Tuttavia, nel mondo reale, le cose sono notevolmente più complicate.

Cos'è mmWave?

All'estremità superiore di questa gamma dello spettro 5G si trovano le frequenze mmWave, o "onde millimetriche", che vanno da 24 GHz a 47 GHz. Tecnicamente parlando, millimetro onda è definita come l'intervallo di frequenza estremamente alta (EHF) da 30 GHz a 300 GHz, così chiamato perché quelle sono le frequenze in cui le lunghezze d'onda diventano più corte di uno millimetro.

Tuttavia, come con lo spettro in banda C, la Federal Communications Commission (FCC) ha ridefinito l'estremità inferiore dell'intervallo mmWave negli Stati Uniti per iniziare nell'intervallo superiore del Super High Zona di frequenza (SHF), a partire da 24 GHz, che passa in EHF sulla strada per 47 GHz, che è attualmente l'estremità superiore dello spettro assegnato per 5G.

La FCC prevede di concedere in licenza uno spettro mmWave ancora più elevato alla fine: sta esaminando la gamma 57-64 GHz attualmente senza licenza e le frequenze 71 GHz, 81 GHz e 92 GHz poco utilizzate. Tuttavia, probabilmente ci vorranno ancora alcuni anni, soprattutto perché i vettori devono ancora utilizzare completamente lo spettro mmWave che hanno già.

Gamma vs. velocità

Come chiunque abbia lavorato con router Wi-Fi domestici sa, frequenze più alte forniscono più larghezza di banda per velocità più elevate, ma questo va a scapito della portata e della copertura. Il segnale a 2,4 GHz dal tuo router coprirà probabilmente tutta la tua casa ma a velocità relativamente basse, mentre il segnale a 5 GHz le frequenze offrono prestazioni eccellenti per i giochi e lo streaming, ma potrebbero non arrivare in cantina o tornare indietro camera.

Questo è proprio il modo in cui funzionano le leggi della fisica quando si tratta di onde radio. Le frequenze più alte sono più veloci ma non possono viaggiare così lontano come le frequenze più basse e più lente.

I gestori di telefonia mobile affrontano le stesse sfide con la fornitura di segnali forti e veloci ai propri clienti come se si trovasse un posto ideale per il proprio router Wi-Fi. È solo che i vettori devono occuparsene su una scala molto più ampia.

L'utilizzo di frequenze più elevate consente ai vettori di fornire velocità più elevate, ma il compromesso è che devono farlo costruire più torri e posizionarle più vicine tra loro per fornire la stessa copertura di un segnale a frequenza inferiore volevo.

Velocità cosmiche fenomenali, gamma minuscola

Un tempo, la banda mmWave 5G ad alta frequenza era ciò che molti credevano sarebbe stato il futuro della tecnologia 5G. Dopotutto, può offrire velocità incredibilmente impressionanti che vanno ben oltre ciò di cui è capace la maggior parte dei servizi a banda larga cablati.

In condizioni ideali, le velocità 5G su frequenze mmWave possono raggiungere i 4 Gbps, anche se lo è più tipico per trovare dispositivi che si aggirano nella zona 500 Mbps-1 Gbps. Tuttavia, anche le velocità mmWave più basse sono 3-4 volte superiori rispetto alle prestazioni 5G medie disponibili quando si utilizzano frequenze più basse.

Come hanno rapidamente scoperto alcuni portanti, il problema è che queste frequenze estremamente alte hanno una portata deprimentemente corta; è improbabile che un singolo ricetrasmettitore mmWave fornisca una copertura solida per qualcosa di molto più grande di un isolato.

Ciò non dovrebbe sorprendere se si considera che i segnali mmWave iniziano a 24 GHz, un ordine di grandezza superiore alle frequenze abitualmente utilizzate per le comunicazioni Wi-Fi e cellulari.

Tuttavia, ciò li pone ben fuori dalla portata di tutto ciò che normalmente causerebbe interferenze, soprattutto perché anche tutto su quelle frequenze ha una portata altrettanto breve. Di solito, troverai lo spettro EHF utilizzato dai sistemi meteorologici satellitari, dal radar delle armi militari, dal radar della velocità della polizia e dai sistemi di screening di sicurezza ai posti di blocco aeroportuali.

Il panorama mmWave

Con tutto ciò in mente, non sorprende che la maggior parte dei gestori non abbia fatto molto con la tecnologia mmWave.

Tra i vettori statunitensi, solo Verizon puntare molto su mmWave nelle sue prime implementazioni 5G. AT&T si è dilettato mentre T-Mobile si è principalmente allontanato da quello spettro.

La scommessa di Verizon le ha permesso di vantare velocità 5G incredibilmente elevate all'inizio. Rapporto 2020 di OpenSignal ha mostrato a Verizon un enorme vantaggio globale, con velocità di download medie più del doppio rispetto al suo rivale più vicino, l'LG U+ della Corea del Sud.

Tuttavia, il trucco per queste alte velocità era che Verizon utilizzava lo spettro mmWave esclusivamente per la sua rete 5G. Il vettore non aveva reti 5G a banda media o bassa più lente per trascinare i suoi numeri verso il basso. Questa era la rete a banda ultralarga 5G di Verizon come esisteva originariamente. Funzionava quasi interamente sullo spettro a 28 GHz.

Inoltre, le velocità di 506 Mbps di Verizon dovevano avere un qualificatore piuttosto grande: non erano disponibili per il 99% dei clienti del vettore. La gamma estremamente breve di mmWave significava che Verizon non l'aveva distribuito oltre alcuni grandi centri urbani, E OpenSignal ha notato che i clienti di Verizon hanno avuto accesso alla sua rete mmWave 5G solo circa lo 0,4% delle volte. Questa figura raddoppiato allo 0,8% entro il 2021, ma ciò significava comunque che i clienti di Verizon trascorrevano più del 99% del loro tempo su una connessione 4G/LTE.

AT&T optato per un uso più strategico di mmWave. All'inizio aveva concesso in licenza una parte dello spettro 5G a 24 GHz, distribuito principalmente per uso aziendale in alcune città. Successivamente, ha perso $ 1,2 miliardi per acquisire una parte considerevole dello spettro a 39 GHz, che ha distribuito più attivamente ai suoi clienti. AT&T lo chiama il suo servizio 5G+.

Tecnicamente parlando, T-Mobile ha alcune distribuzioni mmWave in alcune città, ma il vettore non ne parla molto. T-Mobile aveva un bel pezzo di spettro di banda media veloce con cui giocare molto prima che i suoi rivali potessero mettere le mani su l'ambito spettro in banda C, quindi mmWave non è stato altrettanto importante per i piani del vettore.

Vantaggi di mmWave

Piuttosto che basare la sua intera rete 5G su mmWave come ha fatto Verizon, AT&T si è concentrata sull'aumento del suo 5G a bassa frequenza con celle mmWave in aree estremamente dense come stadi e aeroporti.

Questo sfrutta uno dei vantaggi più significativi di mmWave. Le frequenze estremamente elevate non offrono solo una maggiore larghezza di banda per i singoli utenti; tutta quella larghezza di banda extra gli consente anche di gestire la congestione in modo molto più efficace.

Per usare un po' di matematica semplificata, se un ricetrasmettitore mmWave può offrire fino a 4 Gbps di throughput a un singolo dispositivo, 40 dispositivi possono facilmente ottenere connessioni stabili a 100 Mbps senza rallentarsi a vicenda.

Inoltre, la portata più breve di mmWave significa che i vettori devono distribuire molti più ricetrasmettitori. Quando AT&T avrà installato abbastanza ricetrasmettitori per coprire uno stadio di calcio, sarà in grado di fornire in modo efficiente 5G ad alte prestazioni a migliaia di persone che partecipano a una partita o a un evento.

Allo stesso modo, mmWave è ideale negli aeroporti, non solo per l'elevato numero di passeggeri in transito attraverso ma anche perché quelle frequenze sono così lontane da qualsiasi cosa usata nell'aviazione che c'è nessuna controversia che li circonda.

T-Mobile ha anche tranquillamente affermato che continuerà a costruire mmWave dove ha senso farlo, ma a differenza di AT&T e Verizon, non prevede di differenziare la sua rete mmWave. I clienti di T-Mobile non vedranno il simbolo "5G+" o "5G UW" sui loro telefoni quando sono connessi a mmWave. Invece, le persone su T-Mobile otterranno copertura e prestazioni solide sia che siano sedute a casa o che partecipino al Super Bowl.

Frequenze chiave mmWave

Alcuni vettori hanno concesso in licenza anche altri blocchi di spettro mmWave, anche se la maggior parte probabilmente non sarà disponibile per l'uso in qualunque momento presto.

Ad esempio, T-Mobile e Dish detengono licenze che rappresentano il 99% dello spettro a 47 GHz. Non è chiaro cosa intendano fare questi operatori con questo, soprattutto perché fornirà una copertura ancora peggiore contro i 28 GHz di Verizon e i 39 GHz di AT&T.

Più significativamente, nessuno smartphone consumer può raggiungere le frequenze di 47 GHz in questo momento. Mele Gamma iPhone 13 E I modelli Galaxy S22 di Samsung supporta solo una manciata di bande mmWave 5G, designate come n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) e n261 (28 GHz). Di questi, solo n260 e n261 sono utilizzati dai vettori statunitensi; gli altri sono per la compatibilità con i servizi mmWave 5G a livello globale.

Il futuro è in banda C

Per quanto emozionante fosse lo spettro mmWave nei primi giorni del 5G, i vettori si sono resi conto che non è lì che risiede il futuro della tecnologia 5G.

Verizon ha dovuto imparare quella lezione più difficile di tutte, con una prima rete 5G che era inesistente per il 99% dei suoi clienti. Verizon lo ha seguito con una "rete 5G nazionale" a bassa frequenza che condivideva lo spazio con i suoi segnali 4G/LTE. Ciò ha fornito ai clienti l'indicatore "5G" sui loro telefoni, ma in genere ha fornito velocità non migliori del 4G.

Non è stato fino a quando Verizon non ha potuto implementarlo Spettro in banda C che le sue fortune nel 5G iniziarono davvero a cambiare. Non è stata interamente colpa di Verizon; prima ha dovuto perdere $ 45 miliardi per concedere in licenza lo spettro della banda C, quindi combattere un'industria aeronautica Quello temeva che avrebbe causato problemi con gli strumenti degli aerei.

Tuttavia, quando Verizon ha finalmente girato la chiave della sua nuova banda C all'inizio del 2022, molti altri suoi clienti ha iniziato a vedere le vere velocità del 5G. È stato un tale salto di prestazioni che Verizon ha reso la nuova rete in banda C parte del suo servizio Ultra Wideband 5G.

Mentre AT&T lo è stato implementare il suo servizio in banda C in modo più graduale, i clienti nelle poche città in cui è disponibile hanno anche scoperto un aumento impressionante delle loro velocità 5G.

Anche T-Mobile, che ha già il suo potente rete 5G Ultra Capacity da 2,5 GHz, prevede di utilizzare lo spettro della banda C a frequenza più elevata per dare ai propri clienti un impulso necessario nelle aree in cui è necessaria una maggiore capacità.

Alla fine, il ruolo di mmWave nella tecnologia 5G pubblica è quello di aumentare le reti esistenti, non di sostituirle. L'enorme capacità dello spettro mmWave lo rende ideale per fornire un 5G affidabile in centri abitati estremamente densi. Tuttavia, il corto raggio significa che non sarà mai in grado di reggersi da solo. mmWave sarà sempre più adatto se utilizzato come "potenziamento" per rafforzare il 5G in determinate aree.

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