Čo je mmWave? Vysvetlenie vysokopásmového 5G

Zavedenie 5G technológia na celom svete bol podstatne zložitejší ako bezdrôtové štandardy, ktoré boli predtým. Keďže 5G vyžaduje bezprecedentnú úroveň výkonu, operátori sa musia orientovať v zložitom mori rádiových frekvencií, aby sa uistili, že môžu poskytovať najlepšie možné rýchlosti a pokrytie.

Staršie technológie GSM, 3G a 4G/LTE fungovali v relatívne úzkom frekvenčnom pásme, čo ponechávalo operátorom trochu obmedzené možnosti pri nasadzovaní svojich sietí. V porovnaní, 5G pokrýva celé spektrum, od nízkopásmových 600 MHz až po extrémne vysoké 47 GHz frekvencie.

Výsledkom je, že 5G poskytuje operátorom množstvo možností, ako čo najlepšie rozvinúť svoje 5G siete, čo im umožňuje pokúsiť sa o ideálnu rovnováhu medzi pokrytím a výkonom. Za ideálnych okolností by to poskytovalo najlepšie 5G pre každého. V skutočnom svete sú však veci podstatne komplikovanejšie.

Čo je mmWave?

Na hornom konci tohto rozsahu spektra 5G sú frekvencie mmWave alebo „milimetrové vlny“, ktoré sa pohybujú od 24 GHz do 47 GHz. Technicky povedané, milimeter vlna je definovaná ako extrémne vysokofrekvenčný (EHF) rozsah od 30 GHz do 300 GHz, ktorý sa nazýva preto, že ide o frekvencie, pri ktorých sú vlnové dĺžky krátke ako jedna milimeter.

Avšak, ako s spektrum C-pásmaFederálna komunikačná komisia (FCC) predefinovala spodnú hranicu rozsahu mmWave v USA tak, aby začínala v hornom rozsahu Super High Frekvenčná zóna (SHF), začínajúca na 24 GHz, prechádza do EHF na ceste k 47 GHz, čo je v súčasnosti horný koniec spektra prideleného pre 5G.

FCC plánuje nakoniec licencovať ešte vyššie spektrum mmWave – zameriava sa na rozsah 57 – 64 GHz, ktorý je v súčasnosti nelicencovaný, a na mierne využívané frekvencie 71 GHz, 81 GHz a 92 GHz. To je však pravdepodobne ešte niekoľko rokov, najmä preto, že operátori ešte musia plne využiť spektrum mmWave, ktoré už majú.

Rozsah vs. rýchlosť

Ako každý, s kým spolupracoval domáce Wi-Fi smerovače vie, že vyššie frekvencie poskytujú väčšiu šírku pásma pre vyššie rýchlosti, ale ide to na úkor dosahu a pokrytia. Signál 2,4 GHz z vášho smerovača pravdepodobne pokryje celý váš domov, ale pri relatívne nízkej rýchlosti, zatiaľ čo 5 GHz frekvencie ponúkajú vynikajúci výkon pre hranie hier a streamovanie, ale nemusia sa dostať do vašej pivnice alebo späť miestnosť.

Takto fungujú fyzikálne zákony, pokiaľ ide o rádiové vlny. Vyššie frekvencie sú rýchlejšie, ale nemôžu sa dostať tak ďaleko ako nižšie a pomalšie frekvencie.

Mobilní operátori čelia rovnakým výzvam pri poskytovaní silných a rýchlych signálov svojim zákazníkom, ako by ste našli ideálne miesto pre váš Wi-Fi router. Dopravcovia to musia riešiť v oveľa väčšom meradle.

Používanie vyšších frekvencií umožňuje operátorom poskytovať vyššie rýchlosti, ale kompromis je v tom, že to potrebujú postavte viac veží a umiestnite ich bližšie k sebe, aby poskytovali rovnaké pokrytie ako signál s nižšou frekvenciou by.

Fenomenálne kozmické rýchlosti, veľmi malý dosah

Kedysi bolo vysokofrekvenčné pásmo mmWave 5G to, o čom mnohí verili, že bude budúcnosťou technológie 5G. Koniec koncov, môže dodať smiešne pôsobivé rýchlosti ktoré ďaleko presahujú to, čo väčšina káblových širokopásmových služieb dokonca dokáže.

Za ideálnych podmienok môže rýchlosť 5G oproti frekvenciám mmWave dosiahnuť 4 Gbps, hoci typickejšie nájsť zariadenia vznášajúce sa v zóne 500 Mbps – 1 Gbps. Avšak aj tie najpomalšie rýchlosti mmWave sú 3 až 4-krát rýchlejšie ako priemerný výkon 5G dostupný pri použití nižších frekvencií.

Ako niektorí dopravcovia rýchlo zistili, problémom je, že tieto extrémne vysoké frekvencie majú deprimujúco krátky dosah; jediný vysielač a prijímač mmWave pravdepodobne nezabezpečí solídne pokrytie pre čokoľvek oveľa väčšie ako mestský blok.

To by nemalo byť prekvapujúce, keď si uvedomíte, že signály mmWave začínajú na 24 GHz – rádovo nad frekvenciami bežne používanými pre Wi-Fi a mobilnú komunikáciu.

To ich však umiestni mimo dosahu všetkého, čo by zvyčajne spôsobilo rušenie, najmä preto, že všetko na týchto frekvenciách má tiež podobne krátky dosah. Zvyčajne nájdete spektrum EHF používané satelitnými meteorologickými systémami, vojenskými zbraňovými radarmi, policajnými rýchlostnými radarmi a bezpečnostnými detekčnými systémami na letiskových kontrolných stanovištiach.

Krajina mmWave

Vzhľadom na to všetko nie je prekvapujúce, že väčšina operátorov s technológiou mmWave veľa neurobila.

Spomedzi amerických dopravcov iba Verizon vo svojich raných nasadeniach 5G výrazne vsadil na mmWave. AT&T do toho fušovala, zatiaľ čo T-Mobile sa tomuto spektru hlavne vyhýbal.

Hazard spoločnosti Verizon jej umožnil pochváliť sa úžasne vysokou rýchlosťou 5G hneď na začiatku. Správa za rok 2020 od OpenSignal ukázal Verizon s obrovským globálnym náskokom s priemernými rýchlosťami sťahovania viac ako dvakrát rýchlejšími ako jeho ďalší najbližší rival, juhokórejský LG U+.

Trik týchto vysokých rýchlostí však spočíval v tom, že spoločnosť Verizon používala spektrum mmWave výhradne pre svoju sieť 5G. Dopravca nemal žiadne pomalšie stredopásmové alebo nízkopásmové siete 5G, ktoré by mohli znížiť jeho čísla. Bola to ultraširokopásmová sieť Verizon 5G, ako pôvodne existovala. Bežal takmer celý v spektre 28 GHz.

Okrem toho, rýchlosti 506 Mbps spoločnosti Verizon museli mať dosť veľkú kvalifikáciu – neboli dostupné pre 99 % zákazníkov operátora. Extrémne krátky dosah mmWave znamenal, že Verizon ho nenasadil ďalej niekoľko veľkých mestských centier, a OpenSignal poznamenali, že zákazníci spoločnosti Verizon mali prístup k jej sieti mmWave 5G iba približne 0,4 % času. Toto číslo zdvojnásobil na 0,8 % do roku 2021, ale to stále znamenalo, že zákazníci spoločnosti Verizon strávili viac ako 99 % svojho času na pripojení 4G/LTE.

AT&T sa rozhodol pre strategickejšie využitie mmWave. Už na začiatku licencovala časť 24 GHz 5G spektra, primárne nasadenú na obchodné použitie v niekoľkých mestách. Neskôr klesla o 1,2 miliardy dolárov, aby získala značný kus 39 GHz spektra, ktoré aktívnejšie nasadzuje svojim zákazníkom. AT&T to nazýva svojou službou 5G+.

Technicky vzaté, T-Mobile má niekoľko nasadení mmWave v niekoľkých mestách, ale operátor o tom veľmi nehovorí. T-Mobile mal pekný kus rýchleho stredopásmového spektra, s ktorým sa mohol hrať dlho predtým, ako sa jeho konkurenti dostali do rúk vytúžené spektrum C-pásma, takže mmWave nebolo pre plány prepravcu ani zďaleka také dôležité.

Výhody mmWave

Namiesto toho, aby bola celá 5G sieť založená na mmWave, ako to urobil Verizon, AT&T sa zamerala na rozšírenie svojej nízkofrekvenčnej 5G o bunky mmWave. v extrémne hustých oblastiach, ako sú štadióny a letiská.

Toto využíva jednu z najvýznamnejších výhod mmWave. Extrémne vysoké frekvencie neponúkajú len vyššiu šírku pásma pre jednotlivých používateľov; všetka táto extra šírka pásma tiež umožňuje oveľa efektívnejšie zvládať preťaženie.

Aby sme použili príliš zjednodušenú matematiku, ak vysielač s prijímačom mmWave môže jednému zariadeniu ponúknuť priepustnosť až 4 Gbps, 40 zariadení môže ľahko získať stabilné 100 Mbps pripojenia bez toho, aby sa navzájom spomaľovali.

Okrem toho kratší dosah mmWave znamená, že dopravcovia musia nasadiť oveľa viac transceiverov. Kým AT&T umiestni dostatok transceiverov na pokrytie futbalového štadióna, dokáže efektívne poskytovať vysokovýkonné 5G tisíce ľudí, ktorí sa zúčastnia hry alebo podujatia.

Podobne je mmWave ideálny na letiskách, nielen kvôli vysokému počtu prechádzajúcich pasažierov prostredníctvom, ale aj preto, že tieto frekvencie sú tak vzdialené od všetkého používaného v letectve, že tam je žiadne kontroverzie okolo nich.

T-Mobile tiež ticho povedal, že bude pokračovať v budovaní mmWave tam, kde to má zmysel, ale na rozdiel od AT&T a Verizon neplánuje svoju sieť mmWave odlíšiť. Zákazníci T-Mobile po pripojení k mmWave na svojich telefónoch neuvidia symbol „5G+“ alebo „5G UW“. Namiesto toho ľudia na T-Mobile získajú solídne pokrytie a výkon, či už sedia doma alebo sa zúčastňujú Super Bowl.

Kľúčové frekvencie mmWave

Niektorí operátori licencovali aj iné časti spektra mmWave, hoci väčšina z nich pravdepodobne nebude v dohľadnej dobe k dispozícii.

Napríklad T-Mobile a Dish majú licencie, ktoré predstavujú 99 % 47 GHz spektra. Nie je jasné, čo s tým títo operátori plánujú urobiť, najmä preto, že to poskytne ešte horšie pokrytie oproti 28 GHz Verizon a 39 GHz AT&T.

Ešte dôležitejšie je, že žiadne spotrebiteľské smartfóny momentálne nedokážu dosiahnuť frekvencie 47 GHz. od spoločnosti Apple Zostava iPhone 13 a Modely Samsung Galaxy S22 podporuje iba niekoľko pásiem mmWave 5G, ktoré sú označené ako n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) a n261 (28 GHz). Z nich iba n260 a n261 používajú dopravcovia v USA; ostatné sú kvôli globálnej kompatibilite so službami mmWave 5G.

Budúcnosť je C-band

Akokoľvek vzrušujúce znie spektrum mmWave v prvých dňoch 5G, operátori si uvedomili, že v tom nie je budúcnosť technológie 5G.

Verizon sa túto lekciu musel naučiť najťažšie zo všetkých, keďže v ranej fáze siete 5G neexistovalo 99 % jeho zákazníkov. Verizon to nasledoval s nižšou frekvenciou „celoštátnej siete 5G“, ktorá zdieľala priestor so signálmi 4G/LTE. To zákazníkom poskytlo indikátor „5G“ na ich telefónoch, ale vo všeobecnosti poskytovali rýchlosti, ktoré neboli lepšie ako 4G.

Až Verizon ho mohol nasadiť C-pásmové spektrum že jeho 5G bohatstvo sa skutočne začalo meniť. Nebola to úplne chyba Verizonu; najprv musela prepustiť 45 miliárd dolárov na licenciu na spektrum C-pásma, potom bojovať s leteckým priemyslom že sa obávali, že by to spôsobilo problémy s prístrojmi lietadla.

Keď však Verizon začiatkom roka 2022 konečne otočil kľúčom svojho nového C-pásma, oveľa viac jeho zákazníkov začali vidieť skutočné rýchlosti 5G. Bol to taký výkonnostný skok, že spoločnosť Verizon urobila novú sieť v pásme C súčasťou svojej služby Ultra Wideband 5G.

Kým AT&T bolo postupne zavádzať službu v pásme CZákazníci v niekoľkých mestách, kde je to k dispozícii, tiež objavili pôsobivé zvýšenie rýchlosti 5G.

Dokonca aj T-Mobile, ktorý už svoje má silná 2,5 GHz ultrakapacitná 5G sieť, plánuje využívať vysokofrekvenčné C-pásmové spektrum, aby svojim zákazníkom poskytlo potrebnú podporu v oblastiach, kde je potrebná väčšia kapacita.

Úlohou mmWave vo verejnej 5G technológii je nakoniec rozšíriť existujúce siete, nie ich nahradiť. Obrovská kapacita spektra mmWave ho robí ideálnym na poskytovanie spoľahlivého 5G v centrách s extrémne hustou populáciou. Avšak krátky dosah znamená, že nikdy nebude schopný stáť sám. mmWave bude vždy najvhodnejší, keď sa použije ako „zapnutie“ na posilnenie 5G v určitých oblastiach.

Odporúčania redaktorov

• Obrovský náskok T-Mobile v rýchlostiach 5G nikam nevedie
• Nový router M6 Pro od spoločnosti Netgear vám umožní používať rýchle 5G kdekoľvek
• Sieť 5G od T-Mobile je stále bezkonkurenčná – ale rýchlosť sa ustálila?
• Tu sa dozviete, aké rýchle je 5G na vašom Samsung Galaxy S23
• Snapdragon X75 od Qualcommu otvára ďalšiu éru pripojenia 5G