O que é mmWave? 5G de banda alta explicado

o lançamento de tecnologia 5G em todo o mundo tem sido consideravelmente mais complexo do que os padrões sem fio anteriores. Como o 5G exige níveis de desempenho sem precedentes, as operadoras precisam navegar em um mar complicado de frequências de rádio para garantir que possam entregar as melhores velocidades e cobertura possíveis.

As tecnologias GSM, 3G e 4G/LTE mais antigas funcionavam dentro de uma faixa relativamente estreita de frequências, deixando as operadoras com escolhas um tanto limitadas na implantação de suas redes. Por comparação, 5G abrange todo o espectro, desde a banda baixa de 600MHz até frequências extremamente altas de 47GHz.

O resultado é que o 5G oferece às operadoras uma grande variedade de opções sobre a melhor forma de implantar suas redes 5G, permitindo que tentem um equilíbrio ideal entre cobertura e desempenho. Em circunstâncias ideais, isso forneceria o melhor 5G para todos. No entanto, no mundo real, as coisas são consideravelmente mais complicadas.

O que é mmWave?

No topo dessa faixa do espectro 5G é onde vivem as frequências mmWave, ou “onda milimétrica”, que vão de 24 GHz a 47 GHz. Tecnicamente falando, milímetro A onda é definida como a faixa de frequência extremamente alta (EHF) de 30 GHz a 300 GHz, assim chamada porque essas são as frequências em que os comprimentos de onda ficam tão curtos quanto um milímetro.

No entanto, como com o espectro da banda C, a Federal Communications Commission (FCC) redefiniu a extremidade inferior da faixa mmWave nos EUA para começar na faixa superior do Super High Zona de frequência (SHF), começando em 24 GHz, cruzando para EHF no caminho para 47 GHz, que atualmente é a extremidade superior do espectro alocado para 5G.

A FCC planeja licenciar espectro mmWave ainda mais alto eventualmente - está olhando para a faixa de 57-64 GHz que atualmente não é licenciada e as frequências de 71 GHz, 81 GHz e 92 GHz pouco usadas. No entanto, isso provavelmente ainda levará alguns anos, principalmente porque as operadoras ainda não utilizaram totalmente o espectro mmWave que já possuem.

Alcance vs. velocidade

Como qualquer pessoa que já trabalhou com roteadores wi-fi domésticos sabe, frequências mais altas fornecem mais largura de banda para velocidades mais rápidas, mas isso ocorre às custas do alcance e da cobertura. O sinal de 2,4 GHz do seu roteador provavelmente cobrirá toda a sua casa, mas em velocidades relativamente baixas, enquanto o de 5 GHz as frequências oferecem excelente desempenho para jogos e streaming, mas podem não chegar ao seu porão ou voltar sala.

É assim que as leis da física funcionam quando se trata de ondas de rádio. Frequências mais altas são mais rápidas, mas não podem viajar tão longe quanto as frequências mais baixas e lentas.

As operadoras de celular enfrentam os mesmos desafios de fornecer sinais fortes e rápidos a seus clientes, assim como você encontraria um local ideal para seu roteador Wi-Fi. Só que as operadoras precisam lidar com isso em uma escala muito maior.

O uso de frequências mais altas permite que as operadoras forneçam velocidades mais rápidas, mas a desvantagem é que elas precisam construa mais torres e coloque-as mais próximas para fornecer a mesma cobertura que um sinal de frequência mais baixa seria.

Velocidades cósmicas fenomenais, alcance itty bitty

Ao mesmo tempo, a banda mmWave 5G de alta frequência era o que muitos acreditavam ser o futuro da tecnologia 5G. Afinal, ele pode entregar velocidades ridiculamente impressionantes que vão muito além do que a maioria dos serviços de banda larga com fio são capazes.

Em condições ideais, as velocidades 5G nas frequências mmWave podem chegar a 4 Gbps, embora seja mais comum encontrar dispositivos pairando na zona de 500 Mbps–1 Gbps. No entanto, mesmo as velocidades mais lentas de mmWave são 3 a 4 vezes mais rápidas do que o desempenho médio de 5G disponível ao usar frequências mais baixas.

Como algumas operadoras descobriram rapidamente, o problema é que essas frequências extremamente altas têm um alcance extremamente curto; um único transceptor mmWave provavelmente não fornecerá cobertura sólida para nada muito maior do que um quarteirão.

Isso não deve ser surpreendente quando você considera que os sinais mmWave começam em 24 GHz - uma ordem de grandeza acima das frequências normalmente usadas para Wi-Fi e comunicações celulares.

No entanto, isso os coloca bem fora do alcance de qualquer coisa que normalmente causaria interferência, principalmente porque tudo nessas frequências também tem um alcance igualmente curto. Normalmente, você encontrará o espectro EHF usado por sistemas meteorológicos por satélite, radar de armas militares, radar de velocidade da polícia e sistemas de triagem de segurança nos pontos de verificação do aeroporto.

A paisagem mmWave

Com tudo isso em mente, não é surpreendente que a maioria das operadoras não tenha feito muito com a tecnologia mmWave.

Entre as operadoras dos EUA, apenas a Verizon apostou fortemente no mmWave em suas primeiras implantações 5G. A AT&T se interessou por isso, enquanto a T-Mobile se evitou principalmente desse espectro.

A aposta da Verizon permitiu que ela apresentasse velocidades 5G incrivelmente rápidas desde o início. Um relatório de 2020 de OpenSignalName mostrou a Verizon com uma enorme liderança global, com velocidades médias de download mais de duas vezes mais rápidas que seu rival mais próximo, o sul-coreano LG U+.

No entanto, o truque para essas altas velocidades era que a Verizon estava usando o espectro mmWave exclusivamente para sua rede 5G. A operadora não tinha redes 5G de banda média ou baixa mais lentas para reduzir seus números. Esta era a rede 5G Ultra Wideband da Verizon como existia originalmente. Ele funcionou quase inteiramente no espectro de 28 GHz.

Além disso, as velocidades de 506 Mbps da Verizon precisavam vir com um grande qualificador - elas não estavam disponíveis para 99% dos clientes da operadora. O alcance extremamente curto do mmWave significava que a Verizon não o havia implantado além alguns grandes centros urbanos, e OpenSignalName observou que os clientes da Verizon acessaram sua rede mmWave 5G apenas cerca de 0,4% do tempo. Esta figura dobrou para 0,8% até 2021, mas isso ainda significava que os clientes da Verizon gastavam mais de 99% de seu tempo em uma conexão 4G/LTE.

AT&T optou pelo uso mais estratégico do mmWave. Ela licenciou um pedaço do espectro 5G de 24 GHz desde o início, implantado principalmente para uso comercial em algumas cidades. Mais tarde, desembolsou US$ 1,2 bilhão para adquirir uma parte considerável do espectro de 39 GHz, que está implantando mais ativamente para seus clientes. A AT&T chama isso de serviço 5G+.

Tecnicamente falando, a T-Mobile tem algumas implantações de mmWave em algumas cidades, mas a operadora não fala muito sobre isso. A T-Mobile tinha um bom pedaço de espectro de banda média rápida para jogar muito antes que seus rivais pudessem colocar as mãos o cobiçado espectro da banda C, então o mmWave não foi tão importante para os planos da operadora.

Benefícios do mmWave

Em vez de basear toda a sua rede 5G no mmWave como a Verizon fez, a AT&T se concentrou em aumentar seu 5G de baixa frequência com células mmWave em áreas extremamente densas como estádios e aeroportos.

Isso aproveita um dos benefícios mais significativos do mmWave. As frequências extremamente altas não oferecem apenas maior largura de banda para usuários individuais; toda essa largura de banda extra também permite lidar com o congestionamento com muito mais eficiência.

Para usar um pouco de matemática simplificada, se um transceptor mmWave pode oferecer até 4 Gbps de taxa de transferência para um único dispositivo, 40 dispositivos podem facilmente obter conexões estáveis ​​de 100 Mbps sem desacelerar uns aos outros.

Além disso, o alcance mais curto de mmWave significa que as operadoras precisam implantar muito mais transceptores. Quando a AT&T instalar transceptores suficientes para cobrir um estádio de futebol, ela poderá fornecer 5G de alto desempenho com eficiência para milhares de pessoas participando de um jogo ou evento.

Da mesma forma, o mmWave é ideal em aeroportos, não apenas pelo alto número de passageiros que passam mas também porque essas frequências estão tão distantes de qualquer coisa usada na aviação que há nenhuma controvérsia em torno deles.

A T-Mobile também disse discretamente que continuará construindo o mmWave onde fizer sentido, mas, ao contrário da AT&T e da Verizon, não planeja diferenciar sua rede mmWave. Os clientes da T-Mobile não verão um símbolo “5G+” ou “5G UW” em seus telefones quando conectados ao mmWave. Em vez disso, o pessoal da T-Mobile obterá cobertura e desempenho sólidos, quer estejam sentados em casa ou participando do Super Bowl.

Principais frequências mmWave

Algumas operadoras também licenciaram outros pedaços do espectro mmWave, embora a maior parte provavelmente não esteja disponível para uso tão cedo.

Por exemplo, a T-Mobile e a Dish possuem licenças que representam 99% do espectro de 47 GHz. Não está claro o que essas operadoras planejam fazer com isso, principalmente porque fornecerá uma cobertura ainda pior contra 28 GHz da Verizon e 39 GHz da AT&T.

Mais significativamente, nenhum smartphone de consumo pode atingir as frequências de 47 GHz no momento. da Apple linha do iPhone 13 e Modelos Galaxy S22 da Samsung suporta apenas um punhado de bandas mmWave 5G, designadas como n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) e n261 (28 GHz). Destes, apenas n260 e n261 são usados ​​pelas operadoras dos EUA; os outros são para compatibilidade com os serviços mmWave 5G globalmente.

O futuro é a banda C

Por mais empolgante que o espectro mmWave parecesse nos primeiros dias do 5G, as operadoras perceberam que não é aí que reside o futuro da tecnologia 5G.

A Verizon teve que aprender a lição mais difícil de todas, com uma rede 5G inicial que era inexistente para 99% de seus clientes. A Verizon seguiu com uma “rede 5G nacional” de frequência mais baixa que compartilhava espaço com seus sinais 4G/LTE. Isso deu aos clientes o indicador “5G” em seus telefones, mas geralmente forneceu velocidades que não eram melhores que 4G.

Não foi até que a Verizon pudesse implantar seu espectro de banda C que suas fortunas 5G realmente começaram a mudar. Isso não foi inteiramente culpa da Verizon; primeiro teve que gastar $ 45 bilhões para licenciar o espectro da banda C, então lutar contra uma indústria de aviação que temia que causaria problemas com os instrumentos da aeronave.

No entanto, quando a Verizon finalmente virou a chave em sua nova banda C no início de 2022, muitos mais de seus clientes começou a ver verdadeiras velocidades 5G. Foi um salto tão grande no desempenho que a Verizon tornou a nova rede de banda C parte de seu serviço Ultra Wideband 5G.

Embora a AT&T tenha lançando seu serviço de banda C de forma mais gradual, os clientes nas poucas cidades onde isso está disponível também descobriram um aumento impressionante em suas velocidades 5G.

Até a T-Mobile, que já tem sua forte rede 5G de ultra capacidade de 2,5 GHz, planeja usar o espectro da banda C de frequência mais alta para dar a seus clientes um impulso necessário nas áreas onde é necessária mais capacidade.

No final, o papel do mmWave na tecnologia 5G pública é aumentar as redes existentes, não substituí-las. A enorme capacidade do espectro mmWave o torna ideal para fornecer 5G confiável em centros populacionais extremamente densos. No entanto, o curto alcance significa que nunca será capaz de se sustentar sozinho. O mmWave sempre será mais adequado quando usado como um “power-up” para reforçar o 5G em determinadas áreas.

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