Co to jest mmWave? Wyjaśnienie 5G o wysokim paśmie

Wdrożenie Technologia 5G na całym świecie była znacznie bardziej złożona niż standardy bezprzewodowe, które pojawiły się wcześniej. Ponieważ 5G wymaga niespotykanego poziomu wydajności, przewoźnicy muszą poruszać się po trudnym morzu częstotliwości radiowych, aby mieć pewność, że będą w stanie dostarczyć najlepszą możliwą prędkość i zasięg.

Starsze technologie GSM, 3G i 4G/LTE działały w stosunkowo wąskim paśmie częstotliwości, pozostawiając operatorom nieco ograniczone możliwości wdrażania swoich sieci. W porównaniu, 5G obejmuje całe spektrum, od niskich częstotliwości 600 MHz do bardzo wysokich częstotliwości 47 GHz.

W rezultacie 5G daje operatorom wiele opcji najlepszego rozwijania sieci 5G, pozwalając im spróbować uzyskać idealną równowagę między zasięgiem a wydajnością. W idealnych warunkach zapewniłoby to najlepsze 5G dla wszystkich. Jednak w prawdziwym świecie sprawy są znacznie bardziej skomplikowane.

Co to jest mmWave?

Na górnym końcu tego zakresu widma 5G znajdują się częstotliwości mmWave lub „fala milimetrowa”, od 24 GHz do 47 GHz. Technicznie rzecz biorąc, milimetr fala jest zdefiniowana jako zakres ekstremalnie wysokich częstotliwości (EHF) od 30 GHz do 300 GHz, nazwany tak, ponieważ są to częstotliwości, w których długości fal stają się tak krótkie, jak jeden milimetr.

Jednak jak z widmo pasma C, Federalna Komisja Łączności (FCC) na nowo zdefiniowała dolny koniec zakresu mmWave w USA, aby zaczynał się w górnym zakresie Super High Strefa częstotliwości (SHF), zaczynająca się od 24GHz, przechodząca w EHF w drodze do 47GHz, która jest obecnie górną granicą widma przeznaczonego dla 5G.

FCC planuje w końcu licencjonować jeszcze wyższe widmo mmWave — patrzy na zakres 57–64 GHz, który jest obecnie nielicencjonowany, oraz rzadko używane częstotliwości 71 GHz, 81 GHz i 92 GHz. Jest to jednak prawdopodobne za kilka lat, zwłaszcza że przewoźnicy nie wykorzystali jeszcze w pełni widma mmWave, które już mają.

Zasięg vs. prędkość

Jak każdy, z kim pracował domowe routery Wi-Fi wie, że wyższe częstotliwości zapewniają większą przepustowość dla wyższych prędkości, ale odbywa się to kosztem zasięgu i pokrycia. Sygnał 2,4 GHz z routera prawdopodobnie pokryje cały dom, ale przy stosunkowo niskich prędkościach, podczas gdy sygnał 5 GHz częstotliwości zapewniają doskonałą wydajność w grach i transmisji strumieniowej, ale mogą nie dotrzeć do piwnicy lub z powrotem pokój.

Tak właśnie działają prawa fizyki, jeśli chodzi o fale radiowe. Wyższe częstotliwości są szybsze, ale nie mogą podróżować tak daleko, jak niższe i wolniejsze częstotliwości.

Operatorzy telefonii komórkowej stoją przed tymi samymi wyzwaniami, jeśli chodzi o dostarczanie silnych i szybkich sygnałów swoim klientom, jak znalezienie idealnego miejsca na router Wi-Fi. Po prostu przewoźnicy muszą sobie z tym radzić na znacznie większą skalę.

Korzystanie z wyższych częstotliwości pozwala operatorom na dostarczanie większych prędkości, ale kompromis polega na tym, że muszą to zrobić zbuduj więcej wież i umieść je bliżej siebie, aby zapewnić taki sam zasięg jak sygnał o niższej częstotliwości zrobiłbym.

Fenomenalne kosmiczne prędkości, mały zasięg

Kiedyś pasmo wysokiej częstotliwości mmWave 5G było tym, co wielu uważało za przyszłość technologii 5G. W końcu może dostarczyć śmiesznie imponujące prędkości które znacznie wykraczają poza możliwości większości przewodowych usług szerokopasmowych.

W idealnych warunkach prędkości 5G powyżej częstotliwości mmWave mogą osiągnąć 4 Gb/s, chociaż tak jest bardziej typowe jest znalezienie urządzeń unoszących się w strefie 500 Mb / s – 1 Gb / s. Jednak nawet najwolniejsze prędkości mmWave są 3–4 razy wyższe niż średnia wydajność 5G dostępna przy niższych częstotliwościach.

Jak szybko odkryli niektórzy przewoźnicy, problem polega na tym, że te ekstremalnie wysokie częstotliwości mają przygnębiająco krótki zasięg; pojedynczy nadajnik-odbiornik mmWave prawdopodobnie nie zapewni solidnego pokrycia dla czegoś znacznie większego niż blok miejski.

Nie powinno to dziwić, jeśli weźmie się pod uwagę, że sygnały mmWave zaczynają się od 24 GHz — o rząd wielkości powyżej częstotliwości zwykle używanych w komunikacji Wi-Fi i komórkowej.

To jednak stawia je daleko poza zasięgiem wszystkiego, co zwykle powodowałoby zakłócenia, zwłaszcza że wszystko na tych częstotliwościach ma również podobnie krótki zasięg. Zwykle widmo EHF używane przez satelitarne systemy pogodowe, radar broni wojskowej, policyjny radar prędkości i systemy kontroli bezpieczeństwa w punktach kontrolnych na lotniskach.

Krajobraz mmWave

Mając to wszystko na uwadze, nie jest zaskakujące, że większość operatorów nie zrobiła wiele z technologią mmWave.

Wśród amerykańskich przewoźników tylko Verizon mocno stawiała na mmWave we wczesnych wdrożeniach 5G. AT&T parał się tym, podczas gdy T-Mobile głównie unikał tego widma.

Hazard Verizon pozwolił mu wcześnie pochwalić się oszałamiająco szybkimi prędkościami 5G. Raport z 2020 r. autorstwa OpenSignal pokazało Verizonowi ogromną światową przewagę, ze średnimi prędkościami pobierania ponad dwukrotnie wyższymi niż jego następny najbliższy rywal, południowokoreański LG U+.

Jednak sztuczka związana z tymi wysokimi prędkościami polegała na tym, że Verizon używał widma mmWave wyłącznie dla swojej sieci 5G. Operator nie miał wolniejszych sieci 5G w średnim lub niskim paśmie, które mogłyby obniżyć jego liczbę. To była ultraszerokopasmowa sieć Verizon 5G, tak jak pierwotnie istniała. Działał prawie wyłącznie w paśmie 28 GHz.

Co więcej, prędkości Verizon 506 Mb / s musiały mieć dość duży kwalifikator - nie były dostępne dla 99% klientów przewoźnika. Niezwykle krótki zasięg mmWave oznaczał, że Verizon nie wdrożył go dalej kilka dużych ośrodków miejskich, I OpenSignal zauważył, że klienci Verizon korzystali z sieci mmWave 5G tylko przez około 0,4% czasu. Ta postać podwoił się do 0,8% do 2021 r, ale to nadal oznaczało, że klienci Verizon spędzali ponad 99% swojego czasu na połączeniu 4G/LTE.

AT&T zdecydowaliśmy się na bardziej strategiczne wykorzystanie mmWave. Wcześniej licencjonował część widma 5G 24 GHz, wdrożoną głównie do użytku biznesowego w kilku miastach. Później zrzuciła 1,2 miliarda dolarów, aby nabyć pokaźną część widma 39 GHz, które jest bardziej aktywnie wdrażane dla swoich klientów. AT&T nazywa to swoją usługą 5G+.

Technicznie rzecz biorąc, T-Mobile ma kilka wdrożeń mmWave w kilku miastach, ale operator nie mówi o tym zbyt wiele. T-Mobile miał niezły kawałek szybkiego widma średniego pasma do zabawy na długo przed tym, zanim jego rywale mogli go zdobyć pożądane widmo w paśmie C, więc mmWave nie było tak ważne w planach przewoźnika.

Korzyści z mmWave

Zamiast opierać całą swoją sieć 5G na mmWave, jak zrobił to Verizon, AT&T skupiło się na zwiększeniu swojej 5G o niższej częstotliwości za pomocą komórek mmWave w bardzo gęsto zaludnionych obszarach, takich jak stadiony i lotniska.

Wykorzystuje to jedną z najważniejszych zalet mmWave. Ekstremalnie wysokie częstotliwości oferują nie tylko wyższą przepustowość dla indywidualnych użytkowników; cała ta dodatkowa przepustowość pozwala również na znacznie skuteczniejsze radzenie sobie z przeciążeniem.

Używając nieco uproszczonej matematyki, jeśli nadajnik-odbiornik mmWave może zaoferować przepustowość do 4 Gb/s dla jednego urządzenia, 40 urządzeń może z łatwością uzyskać stabilne połączenie 100 Mb/s bez spowalniania siebie nawzajem.

Co więcej, krótszy zasięg mmWave oznacza, że ​​operatorzy muszą rozmieścić o wiele więcej nadajników-odbiorników. Zanim AT&T zbuduje wystarczającą liczbę nadajników-odbiorników do pokrycia stadionu piłkarskiego, będzie w stanie skutecznie dostarczać wysokowydajne 5G do tysiące ludzi biorących udział w meczu lub wydarzeniu.

Podobnie mmWave idealnie sprawdza się na lotniskach, nie tylko ze względu na dużą liczbę przejeżdżających pasażerów przez, ale także dlatego, że te częstotliwości są tak dalekie od wszystkiego, co jest używane w lotnictwie jest wokół nich nie ma kontrowersji.

T-Mobile również po cichu powiedział, że będzie kontynuował budowanie mmWave tam, gdzie ma to sens, ale w przeciwieństwie do AT&T i Verizon, nie planuje różnicowania swojej sieci mmWave. Klienci T-Mobile nie zobaczą symbolu „5G+” ani „5G UW” na swoich telefonach podłączonych do mmWave. Zamiast tego ludzie korzystający z T-Mobile uzyskają solidny zasięg i wydajność, niezależnie od tego, czy siedzą w domu, czy uczestniczą w Super Bowl.

Kluczowe częstotliwości mmWave

Niektórzy operatorzy licencjonowali również inne fragmenty widma mmWave, chociaż większość z nich prawdopodobnie nie będzie dostępna do użytku w najbliższym czasie.

Na przykład T-Mobile i Dish posiadają licencje na 99% widma 47 GHz. Nie jest jasne, co ci przewoźnicy planują z tym zrobić, zwłaszcza że zapewni to jeszcze gorszy zasięg w porównaniu z 28 GHz Verizon i 39 GHz AT&T.

Co ważniejsze, żaden smartfon konsumencki nie może obecnie osiągnąć częstotliwości 47 GHz. Jabłka skład iPhone'a 13 I modele Samsunga Galaxy S22 obsługują tylko kilka pasm mmWave 5G, które są oznaczone jako n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) i n261 (28 GHz). Spośród nich tylko n260 i n261 są używane przez przewoźników amerykańskich; pozostałe służą do globalnej kompatybilności z usługami mmWave 5G.

Przyszłość to pasmo C

Choć widmo mmWave brzmiało ekscytująco w pierwszych dniach 5G, operatorzy zdali sobie sprawę, że nie tam leży przyszłość technologii 5G.

Verizon musiał nauczyć się tej lekcji najtrudniej ze wszystkich, z wczesną siecią 5G, która nie istniała dla 99% jego klientów. Verizon podążył za tym z „ogólnokrajową siecią 5G” o niższej częstotliwości, która dzieliła przestrzeń z sygnałami 4G/LTE. To dało klientom wskaźnik „5G” na ich telefonach, ale generalnie zapewniało prędkości, które nie były lepsze niż 4G.

Dopiero Verizon mógł go wdrożyć Widmo pasma C że jego losy 5G naprawdę zaczęły się zmieniać. To nie była całkowicie wina Verizon; najpierw musiał zrzucić 45 miliardów dolarów na licencje na widmo w paśmie C walczyć z przemysłem lotniczym To obawiał się, że spowoduje to problemy z przyrządami samolotu.

Niemniej jednak, kiedy Verizon w końcu przekręcił klucz w swoim nowym paśmie C na początku 2022 r., znacznie więcej jego klientów zaczął dostrzegać prawdziwe prędkości 5G. To był taki skok wydajności, że Verizon uczynił nową sieć pasma C częścią swojej usługi Ultra Wideband 5G.

Podczas gdy AT&T było stopniowo wprowadzać usługę pasma C, klienci w kilku miastach, w których jest to dostępne, również odkryli imponujący wzrost prędkości 5G.

Nawet T-Mobile, który ma już swoje silna sieć 2,5 GHz Ultra Capacity 5G, planuje wykorzystać widmo pasma C o wyższej częstotliwości, aby zapewnić swoim klientom niezbędny impuls w obszarach, w których potrzebna jest większa przepustowość.

Ostatecznie rolą mmWave w publicznej technologii 5G jest rozszerzenie istniejących sieci, a nie ich zastąpienie. Ogromna pojemność widma mmWave sprawia, że ​​idealnie nadaje się do dostarczania niezawodnej sieci 5G w niezwykle gęstych skupiskach ludności. Jednak krótki zasięg oznacza, że ​​nigdy nie będzie w stanie stać samodzielnie. mmWave zawsze będzie najbardziej odpowiedni, gdy będzie używany jako „doładowanie” w celu wzmocnienia 5G w niektórych obszarach.

Zalecenia redaktorów

• Ogromna przewaga T-Mobile w prędkościach 5G nigdzie się nie wybiera
• Nowy router M6 Pro firmy Netgear umożliwia korzystanie z szybkiej sieci 5G w dowolnym miejscu
• T-Mobile 5G wciąż nie ma sobie równych — ale czy prędkość się ustabilizowała?
• Oto, jak naprawdę szybkie jest 5G w telefonie Samsung Galaxy S23
• Snapdragon X75 firmy Qualcomm zapoczątkowuje nową erę łączności 5G