Hva er mmWave? Høybånds 5G forklart

Utrullingen av 5G-teknologi verden rundt har vært betydelig mer kompleks enn de trådløse standardene som kom før. Siden 5G krever enestående ytelsesnivåer, må operatørene navigere i et vanskelig hav av radiofrekvenser for å sikre at de kan levere best mulig hastighet og dekning.

Eldre GSM-, 3G- og 4G/LTE-teknologier kjørte innenfor et relativt smalt frekvensbånd, noe som gir operatører noe begrensede valgmuligheter når det gjelder distribusjon av nettverkene sine. Ved sammenligning, 5G dekker hele spekteret, fra lavbånd 600MHz til ekstremt høye 47GHz frekvenser.

Resultatet er at 5G gir operatører et vell av alternativer for hvordan de best kan rulle ut 5G-nettverkene sine, slik at de kan prøve en ideell balanse mellom dekning og ytelse. Under ideelle omstendigheter vil dette gi den beste 5G for alle. Men i den virkelige verden er ting betydelig mer kompliserte.

Hva er mmWave?

I den øverste enden av dette området av 5G-spekteret er der mmWave, eller "millimeterbølge", frekvensene lever, og går fra 24GHz til 47GHz. Teknisk sett millimeter bølge er definert som ekstremt høy frekvens (EHF) området fra 30GHz til 300GHz, så kalt fordi det er frekvensene der bølgelengdene blir så korte som én millimeter.

Imidlertid som med C-båndsspekteret, omdefinerte Federal Communications Commission (FCC) den nedre enden av mmWave-området i USA til å begynne i det øvre området av Super High Frekvens (SHF) sone, starter ved 24GHz, krysser over til EHF på vei til 47GHz, som for øyeblikket er den øverste enden av spekteret som er tildelt for 5G.

FCC planlegger å lisensiere enda høyere mmWave-spektrum etter hvert - det ser på 57–64GHz-området som for øyeblikket er ulisensiert og de lite brukte 71GHz, 81GHz og 92GHz frekvensene. Imidlertid er det fortsatt sannsynligvis noen år unna, spesielt siden transportører ennå ikke har utnyttet mmWave-spekteret de allerede har fullt ut.

Rekkevidde vs. hastighet

Som alle som har jobbet med hjemme Wi-Fi-rutere vet, høyere frekvenser gir mer båndbredde for raskere hastigheter, men dette går på bekostning av rekkevidde og dekning. 2,4 GHz-signalet fra ruteren vil sannsynligvis dekke hele hjemmet ditt, men med relativt dårlige hastigheter, mens 5GHz frekvenser gir utmerket ytelse for spill og streaming, men kommer kanskje ikke til kjelleren eller tilbake rom.

Det er bare slik fysikkens lover fungerer når det kommer til radiobølger. Høyere frekvenser er raskere, men kan ikke reise på langt nær så langt som de lavere og langsommere frekvensene.

Mobiloperatører står overfor de samme utfordringene med å levere sterke og raske signaler til kundene sine som du ville finne et ideelt sted for Wi-Fi-ruteren din. Det er bare at transportører må håndtere dette i mye større skala.

Ved å bruke høyere frekvenser kan operatører levere raskere hastigheter, men avveiningen er at de må bygge flere tårn og plassere dem nærmere hverandre for å gi samme dekning som et lavere frekvenssignal ville.

Fenomenale kosmiske hastigheter, en liten rekkevidde

På en gang var høyfrekvente mmWave 5G-båndet det mange trodde ville være fremtiden for 5G-teknologi. Den kan tross alt levere latterlig imponerende hastigheter som går langt utover det de fleste kablede bredbåndstjenester til og med er i stand til.

Under ideelle forhold kan 5G-hastigheter over mmWave-frekvenser nå 4Gbps, selv om det er mer typisk å finne enheter som svever i 500Mbps–1Gbps-sonen. Selv de tregeste mmWave-hastighetene er imidlertid 3–4 ganger raskere enn den gjennomsnittlige 5G-ytelsen som er tilgjengelig når du bruker lavere frekvenser.

Som noen operatører raskt oppdaget, er problemet at disse ekstremt høye frekvensene har en deprimerende kort rekkevidde; en enkelt mmWave-transceiver vil sannsynligvis ikke gi solid dekning for noe mye større enn en byblokk.

Det burde ikke være overraskende når du tenker på at mmWave-signaler starter ved 24GHz - en størrelsesorden over frekvensene som vanligvis brukes for Wi-Fi og mobilkommunikasjon.

Det plasserer dem imidlertid godt utenfor rekkevidden til alt som vanligvis vil forårsake interferens, spesielt siden alt på disse frekvensene også har en tilsvarende kort rekkevidde. Vanligvis vil du finne EHF-spekteret som brukes av satellittværsystemer, militærvåpenradar, politihastighetsradar og sikkerhetskontrollsystemer ved flyplasssjekkpunkter.

mmWave-landskapet

Med alt dette i tankene er det ikke overraskende at de fleste operatører ikke har gjort mye med mmWave-teknologi.

Blant de amerikanske operatørene er det bare Verizon satse tungt på mmWave i sine tidlige 5G-distribusjoner. AT&T drev med det mens T-Mobile hovedsakelig styrte unna det spekteret.

Verizons gamble tillot det å skryte av forbløffende raske 5G-hastigheter tidlig. En 2020-rapport av OpenSignal viste Verizon med en massiv global ledelse, med gjennomsnittlige nedlastingshastigheter mer enn dobbelt så raske som sin neste rival, Sør-Koreas LG U+.

Trikset med disse høye hastighetene var imidlertid at Verizon brukte mmWave-spektrum utelukkende for sitt 5G-nettverk. Operatøren hadde ingen langsommere mellombånd eller lavbånds 5G-nettverk for å trekke tallene ned. Dette var Verizons 5G Ultra Wideband Network slik det opprinnelig eksisterte. Den kjørte nesten utelukkende på 28GHz-spekteret.

Videre trengte Verizons 506 Mbps-hastigheter å komme med en ganske stor kvalifisering - de var ikke tilgjengelige for 99% av operatørens kunder. Den ekstremt korte rekkevidden til mmWave betydde at Verizon ikke hadde distribuert den utover noen få store bysentre, og OpenSignal bemerket at Verizons kunder bare hadde tilgang til mmWave 5G-nettverket omtrent 0,4 % av tiden. Denne figuren doblet til 0,8 % innen 2021, men det betydde fortsatt at Verizons kunder brukte mer enn 99 % av tiden sin på en 4G/LTE-tilkobling.

AT&T satset på mer strategisk bruk av mmWave. Den hadde tidlig lisensiert en del av 24GHz 5G-spekteret, primært utplassert for forretningsbruk i noen få byer. Senere falt det 1,2 milliarder dollar for å skaffe seg en betydelig del av 39GHz-spekteret, som det har distribuert mer aktivt til sine kunder. AT&T kaller dette sin 5G+-tjeneste.

Teknisk sett har T-Mobile noen mmWave-distribusjoner i noen få byer, men operatøren snakker ikke så mye om det. T-Mobile hadde en fin del av raskt mellombåndspekter å spille med lenge før rivalene kunne få tak i det ettertraktede C-båndsspekteret, så mmWave har ikke vært på langt nær så viktig for operatørens planer.

Fordeler med mmWave

I stedet for å basere hele 5G-nettverket på mmWave slik Verizon gjorde, har AT&T fokusert på å utvide sin lavere frekvens 5G med mmWave-celler i ekstremt tette områder som stadioner og flyplasser.

Dette drar nytte av en av de viktigste fordelene med mmWave. De ekstremt høye frekvensene tilbyr ikke bare høyere båndbredde for individuelle brukere; all den ekstra båndbredden lar den også håndtere overbelastning langt mer effektivt.

For å bruke litt forenklet matematikk, hvis en mmWave-sender/mottaker kan tilby opptil 4 Gbps gjennomstrømming til en enkelt enhet, kan 40 enheter enkelt få stabile 100 Mbps-tilkoblinger uten å bremse hverandre.

Videre betyr den kortere rekkevidden av mmWave at bærere må distribuere mange flere sendere. Innen AT&T har satt opp nok sendere til å dekke en fotballstadion, kan den effektivt levere høyytelses 5G til tusenvis av mennesker som deltar på et spill eller arrangement.

På samme måte er mmWave ideell på flyplasser, ikke bare på grunn av det høye antallet passasjerer som passerer gjennom, men også fordi disse frekvensene er så fjernt fra alt som brukes i luftfart det er ingen kontrovers rundt dem.

T-Mobile har også stille sagt at den vil fortsette å bygge ut mmWave der det er fornuftig å gjøre det, men i motsetning til AT&T og Verizon, planlegger den ikke å differensiere sitt mmWave-nettverk. T-Mobile-kunder vil ikke se et "5G+" eller "5G UW"-symbol på telefonene sine når de er koblet til mmWave. I stedet vil folk på T-Mobile få solid dekning og ytelse enten de sitter hjemme eller deltar på Super Bowl.

Nøkkel mmWave frekvenser

Noen operatører har også lisensiert andre deler av mmWave-spekteret, selv om det meste av det sannsynligvis ikke vil være tilgjengelig for bruk når som helst snart.

For eksempel har T-Mobile og Dish lisenser som utgjør 99 % av 47GHz-spekteret. Det er uklart hva disse operatørene planlegger å gjøre med dette, spesielt siden det vil gi enda dårligere dekning mot Verizons 28GHz og AT&Ts 39GHz.

Mer betydelig, ingen forbruker-smarttelefoner kan til og med nå 47GHz-frekvensene akkurat nå. Apples iPhone 13 utvalg og Samsungs Galaxy S22-modeller støtter kun en håndfull mmWave 5G-bånd, som er utpekt som n257 (28GHz), n258 (26GHz), n260 (39GHz) og n261 (28GHz). Av disse er det bare n260 og n261 som brukes av amerikanske transportører; de andre er for kompatibilitet med mmWave 5G-tjenester globalt.

Fremtiden er C-band

Så spennende som mmWave-spekteret hørtes ut i de første dagene av 5G, har operatørene innsett at det ikke er der fremtiden for 5G-teknologi ligger.

Verizon måtte lære den leksjonen den vanskeligste av alle, med et tidlig 5G-nettverk som var fraværende for 99 % av kundene. Verizon fulgte det med et lavere frekvens "Nationwide 5G Network" som delte plass med sine 4G/LTE-signaler. Dette ga kundene "5G"-indikatoren på telefonene sine, men leverte generelt hastigheter som ikke var bedre enn 4G.

Det var ikke før Verizon kunne distribuere det C-bånd spektrum at 5G-formuene virkelig begynte å endre seg. Dette var ikke helt Verizons feil; den måtte først slippe 45 milliarder dollar for å lisensiere C-båndspekteret, da kjempe mot en luftfartsindustri at fryktet det ville forårsake problemer med flyinstrumenter.

Ikke desto mindre, da Verizon endelig snudde nøkkelen på sitt nye C-band tidlig i 2022, var det mange flere av kundene sine begynte å se ekte 5G-hastigheter. Det var et slikt sprang i ytelse at Verizon gjorde det nye C-band-nettverket til en del av sin Ultra Wideband 5G-tjeneste.

Mens AT&T har vært det rulle ut sin C-band-tjeneste mer gradvis, har kunder i de få byene der det er tilgjengelig også oppdaget et imponerende løft i 5G-hastighetene deres.

Til og med T-Mobile, som allerede har sin sterkt 2,5 GHz Ultra Capacity 5G-nettverk, planlegger å bruke det høyere frekvens C-båndspekteret for å gi kundene et nødvendig løft i de områdene hvor det er behov for mer kapasitet.

Til syvende og sist er rollen til mmWave i offentlig 5G-teknologi å utvide eksisterende nettverk, ikke å erstatte dem. Den enorme kapasiteten til mmWave-spekteret gjør den ideell for å levere pålitelig 5G i ekstremt tette befolkningssentre. Imidlertid betyr den korte rekkevidden at den aldri kommer til å stå alene. mmWave vil alltid være best egnet når den brukes som en "power-up" for å styrke 5G i visse områder.

Redaktørenes anbefalinger

• T-Mobiles store forsprang på 5G-hastigheter kommer ingen vei
• Netgears nye M6 Pro-ruter lar deg bruke rask 5G uansett hvor du går
• T-Mobiles 5G er fortsatt uovertruffen - men har hastighetene platået?
• Her er hvor rask 5G på din Samsung Galaxy S23 egentlig er
• Qualcomms Snapdragon X75 innleder den neste æraen av 5G-tilkobling