Kaj je mmWave? Razlaga visokopasovnega 5G

Uvedba 5G tehnologija po vsem svetu je bil precej bolj zapleten kot brezžični standardi, ki so prišli prej. Ker 5G zahteva neverjetne ravni zmogljivosti, morajo operaterji krmariti po zapletenem morju radijskih frekvenc, da zagotovijo, da lahko zagotovijo najboljše možne hitrosti in pokritost.

Starejše tehnologije GSM, 3G in 4G/LTE so delovale v sorazmerno ozkem frekvenčnem pasu, zaradi česar so imeli operaterji nekoliko omejene izbire pri postavljanju svojih omrežij. Za primerjavo, 5G pokriva celoten spekter, od nizkopasovnih 600MHz do izjemno visokih 47GHz frekvenc.

Rezultat tega je, da 5G daje operaterjem ogromno možnosti za najboljšo uvedbo svojih omrežij 5G, kar jim omogoča, da poskušajo doseči idealno ravnovesje med pokritostjo in zmogljivostjo. V idealnih okoliščinah bi to zagotovilo najboljši 5G za vse. Vendar pa so v resničnem svetu stvari precej bolj zapletene.

Kaj je mmWave?

Na zgornjem koncu tega razpona spektra 5G so frekvence mmWave ali »milimetrski valovi«, ki potekajo od 24 GHz do 47 GHz. Tehnično gledano milimeter Valovanje je opredeljeno kot območje izjemno visoke frekvence (EHF) od 30 GHz do 300 GHz, imenovano tako, ker so to frekvence, kjer so valovne dolžine kratke kot ena milimeter.

Vendar, tako kot pri spekter C-pasu, je Zvezna komisija za komunikacije (FCC) na novo opredelila spodnji del območja mmWave v ZDA, da se začne v zgornjem območju zelo visokega Frekvenčno območje (SHF), ki se začne pri 24 GHz, prehaja v EHF na poti do 47 GHz, ki je trenutno zgornji del spektra, dodeljenega za 5G.

FCC namerava sčasoma licencirati še višji spekter mmWave - gleda na območje 57–64 GHz, ki trenutno ni licencirano, in malo uporabljene frekvence 71 GHz, 81 GHz in 92 GHz. Vendar je to verjetno še nekaj let stran, zlasti ker operaterji še niso v celoti izkoristili spektra mmWave, ki ga že imajo.

Razpon vs. hitrost

Kot vsak, ki je delal z domači Wi-Fi usmerjevalniki ve, višje frekvence zagotavljajo večjo pasovno širino za večje hitrosti, vendar gre to na račun dosega in pokritosti. Signal 2,4 GHz iz vašega usmerjevalnika bo verjetno pokril celoten dom, vendar pri razmeroma nizkih hitrostih, medtem ko bo signal 5 GHz frekvence ponujajo odlično zmogljivost za igranje iger in pretakanje, vendar morda ne bodo dosegle vaše kleti ali nazaj soba.

Prav tako delujejo zakoni fizike, ko gre za radijske valove. Višje frekvence so hitrejše, vendar ne morejo potovati niti približno tako daleč kot nižje in počasnejše frekvence.

Mobilni operaterji se soočajo z enakimi izzivi pri zagotavljanju močnih in hitrih signalov svojim strankam, kot bi se vi znašli pri iskanju idealnega mesta za svoj usmerjevalnik Wi-Fi. Samo prevozniki se morajo s tem ukvarjati v veliko večjem obsegu.

Uporaba višjih frekvenc omogoča operaterjem, da zagotavljajo večje hitrosti, vendar je kompromis v tem, da to potrebujejo zgradite več stolpov in jih postavite bližje skupaj, da zagotovite enako pokritost kot signal z nižjo frekvenco bi.

Fenomenalne kozmične hitrosti, majhen doseg

Nekoč je bil visokofrekvenčni pas mmWave 5G tisto, za kar so mnogi verjeli, da bo prihodnost tehnologije 5G. Navsezadnje lahko doseže smešno impresivne hitrosti ki presegajo tisto, česar večina žičnih širokopasovnih storitev sploh zmore.

V idealnih pogojih lahko hitrosti 5G prek frekvenc mmWave dosežejo 4Gbps, čeprav je bolj tipično najti naprave, ki lebdijo v območju 500Mbps–1Gbps. Vendar so tudi najpočasnejše hitrosti mmWave 3–4-krat hitrejše od povprečne zmogljivosti 5G, ki je na voljo pri uporabi nižjih frekvenc.

Kot so nekateri nosilci hitro odkrili, je težava v tem, da imajo te izjemno visoke frekvence depresivno kratek doseg; en sam oddajnik-sprejemnik mmWave verjetno ne bo zagotovil trdne pokritosti za kaj veliko večjega od mestnega bloka.

To ne bi smelo biti presenetljivo, če pomislite, da se signali mmWave začnejo pri 24 GHz – red velikosti nad frekvencami, ki se običajno uporabljajo za Wi-Fi in mobilne komunikacije.

Vendar jih to postavlja precej izven dosega česar koli, kar bi običajno povzročalo motnje, zlasti ker ima vse na teh frekvencah tudi podobno kratek doseg. Običajno boste našli spekter EHF, ki ga uporabljajo satelitski vremenski sistemi, vojaški radar za orožje, policijski hitrostni radar in sistemi varnostnega pregleda na letaliških kontrolnih točkah.

Pokrajina mmWave

Ob vsem tem v mislih ni presenetljivo, da večina operaterjev ni naredila veliko s tehnologijo mmWave.

Med ameriškimi operaterji samo Verizon pri svojih zgodnjih uvedbah 5G močno stavijo na mmWave. AT&T se je ukvarjal s tem, medtem ko se je T-Mobile v glavnem izognil temu spektru.

Verizonovo tveganje je že na začetku omogočilo, da se lahko pohvali z osupljivo visokimi hitrostmi 5G. Poročilo iz leta 2020 avtorja OpenSignal je Verizonu pokazal veliko globalno vodstvo s povprečno hitrostjo prenosa, ki je več kot dvakrat višja od njegovega najbližjega tekmeca, južnokorejskega LG U+.

Vendar je bil trik teh visokih hitrosti v tem, da je Verizon uporabljal spekter mmWave izključno za svoje omrežje 5G. Prevoznik ni imel počasnejših srednjepasovnih ali nizkopasovnih omrežij 5G, ki bi zmanjšala njegove številke. To je bilo Verizonovo ultra širokopasovno omrežje 5G, kot je prvotno obstajalo. Skoraj v celoti je deloval na spektru 28 GHz.

Poleg tega so morale Verizonove hitrosti 506 Mbps imeti precej velik kvalifikator – niso bile na voljo 99 % strank operaterja. Izredno kratek doseg mmWave je pomenil, da ga Verizon ni uvedel dlje nekaj večjih urbanih središč, in OpenSignal ugotovil, da so Verizonove stranke dostopale do njegovega omrežja mmWave 5G le približno 0,4 % časa. Ta številka do leta 2021 podvojila na 0,8 %, vendar je to vseeno pomenilo, da so Verizonove stranke več kot 99 % svojega časa porabile za povezavo 4G/LTE.

AT&T odločili za bolj strateško uporabo mmWave. Že zgodaj je licenciral del spektra 24 GHz 5G, ki je bil namenjen predvsem poslovni uporabi v nekaj mestih. Kasneje je znižal 1,2 milijarde dolarjev, da bi pridobil precejšen del spektra 39 GHz, ki ga bolj aktivno uvaja svojim strankam. AT&T temu pravi storitev 5G+.

Tehnično gledano ima T-Mobile nekaj uvedb mmWave v nekaj mestih, vendar operater o tem ne govori veliko. T-Mobile je imel lep kos hitrega srednjepasovnega spektra, s katerim se je lahko poigral veliko preden so se njegovi tekmeci lahko prijeli zaželeni spekter C-pasu, zato mmWave ni bil niti približno tako pomemben za prevoznikove načrte.

Prednosti mmWave

Namesto da bi svoje celotno omrežje 5G zasnoval na mmWave, kot je to storil Verizon, se je AT&T osredotočil na razširitev svojega nizkofrekvenčnega omrežja 5G s celicami mmWave na izjemno gosto naseljenih območjih, kot so stadioni in letališča.

To izkorišča eno najpomembnejših prednosti mmWave. Izjemno visoke frekvence ne ponujajo le višje pasovne širine za posamezne uporabnike; vsa ta dodatna pasovna širina mu omogoča tudi veliko učinkovitejše obvladovanje zastojev.

Če uporabimo preveč poenostavljeno matematiko, če lahko oddajnik-sprejemnik mmWave ponudi do 4 Gbps prepustnosti za eno napravo, lahko 40 naprav zlahka vzpostavi stabilne povezave 100 Mbps, ne da bi se medsebojno upočasnile.

Poleg tega krajši doseg mmWave pomeni, da morajo operaterji namestiti veliko več oddajnikov. Do trenutka, ko bo AT&T postavil dovolj oddajnikov za pokrivanje nogometnega stadiona, bo lahko učinkovito zagotavljal visoko zmogljivo 5G na tisoče ljudi, ki se udeležijo igre ali dogodka.

Podobno je mmWave idealen na letališčih, ne le zaradi velikega števila potnikov ampak tudi zato, ker so te frekvence tako daleč od vsega, kar se uporablja v letalstvu tam je okoli njih ni polemik.

T-Mobile je prav tako tiho rekel, da bo nadaljeval z gradnjo mmWave, kjer je to smiselno, vendar za razliko od AT&T in Verizona ne namerava razlikovati svojega omrežja mmWave. Stranke T-Mobile ne bodo videle simbola »5G+« ali »5G UW« na svojih telefonih, ko bodo povezane z mmWave. Namesto tega bodo ljudje na T-Mobileu dobili dobro pokritost in uspešnost, ne glede na to, ali sedijo doma ali se udeležijo Super Bowla.

Ključne frekvence mmWave

Nekateri operaterji so licencirali tudi druge dele spektra mmWave, čeprav večina verjetno ne bo kmalu na voljo za uporabo.

Na primer, T-Mobile in Dish imata licenci, ki predstavljata 99 % spektra 47 GHz. Ni jasno, kaj nameravajo ti operaterji storiti s tem, zlasti ker bo zagotovil še slabšo pokritost z Verizonovim 28 GHz in AT&T 39 GHz.

Še pomembneje je, da trenutno noben potrošniški pametni telefon ne more doseči niti frekvence 47 GHz. Jabolka Linija iPhone 13 in Samsungovi modeli Galaxy S22 podpira le nekaj pasov mmWave 5G, ki so označeni kot n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) in n261 (28 GHz). Od teh prevozniki v ZDA uporabljajo samo n260 in n261; drugi so namenjeni globalni združljivosti s storitvami mmWave 5G.

Prihodnost je C-pas

Čeprav je spekter mmWave zvenel v prvih dneh 5G vznemirljivo, so operaterji ugotovili, da prihodnost tehnologije 5G ni tam.

Verizon se je moral to lekcijo naučiti najtežje od vseh, z zgodnjim omrežjem 5G, ki ni obstajalo za 99 % njegovih strank. Verizon je temu sledil z nižjo frekvenco »Nationwide 5G Network«, ki si je delilo prostor s svojimi signali 4G/LTE. To je strankam dalo indikator »5G« na njihovih telefonih, vendar so na splošno zagotavljale hitrosti, ki niso bile boljše od 4G.

Šele ko ga je Verizon lahko uvedel C-pas spekter da se je njegova usoda 5G resnično začela spreminjati. To ni bila povsem Verizonova krivda; najprej je moral odšteti 45 milijard dolarjev za licenciranje spektra C-pasu, nato boj proti letalski industriji to se je bal, da bo povzročilo težave z letalskimi instrumenti.

Kljub temu, ko je Verizon v začetku leta 2022 končno obrnil ključ na svoj novi C-pas, je veliko več njegovih strank začel opažati prave hitrosti 5G. To je bil tak preskok v zmogljivosti, da je Verizon novo omrežje C-pasu vključil v svojo storitev Ultra Wideband 5G.

Medtem ko je AT&T bil postopoma uvaja svojo storitev C-pasu, so stranke v nekaj mestih, kjer je to na voljo, odkrile tudi impresivno povečanje hitrosti 5G.

Tudi T-Mobile, ki že ima svoje močno omrežje 5G z izjemno zmogljivostjo 2,5 GHz, namerava uporabiti visokofrekvenčni spekter C-pasu, da svojim strankam zagotovi potrebno spodbudo na tistih področjih, kjer je potrebna večja zmogljivost.

Konec koncev je vloga mmWave v javni tehnologiji 5G razširiti obstoječa omrežja, ne pa jih nadomestiti. Ogromna zmogljivost spektra mmWave je idealna za zagotavljanje zanesljivega 5G v izjemno gosto naseljenih središčih. Vendar pa kratek doseg pomeni, da nikoli ne bo mogel stati sam. mmWave bo vedno najprimernejši, če se uporablja kot "power-up" za krepitev 5G na določenih območjih.

Priporočila urednikov

• Ogromna prednost T-Mobilea pri hitrostih 5G ne gre nikamor
• Netgearjev novi usmerjevalnik M6 Pro vam omogoča uporabo hitrega 5G povsod
• 5G družbe T-Mobile še vedno nima para - a so se hitrosti ustavile?
• Evo, kako hiter je v resnici 5G na vašem Samsung Galaxy S23
• Qualcommov Snapdragon X75 predstavlja novo dobo povezljivosti 5G