Vad är mmWave? Högbands 5G förklaras

Utbyggnaden av 5G-teknik runt om i världen har varit betydligt mer komplex än de trådlösa standarder som kom tidigare. Eftersom 5G kräver oöverträffade prestandanivåer måste operatörerna navigera i ett knepigt hav av radiofrekvenser för att säkerställa att de kan leverera bästa möjliga hastigheter och täckning.

Äldre GSM-, 3G- och 4G/LTE-teknologier körde inom ett relativt smalt frekvensband, vilket lämnar operatörerna med något begränsade valmöjligheter när det gäller att distribuera sina nätverk. Som jämförelse, 5G täcker hela spektrumet, från lågband 600MHz till extremt höga 47GHz frekvenser.

Resultatet är att 5G ger operatörer en mängd alternativ för hur de bäst rullar ut sina 5G-nätverk, vilket gör att de kan försöka hitta en idealisk balans mellan täckning och prestanda. Under idealiska omständigheter skulle detta ge den bästa 5G för alla. Men i den verkliga världen är saker och ting betydligt mer komplicerade.

Vad är mmWave?

I den övre änden av detta spektrum av 5G-spektrumet är där mmWave, eller "millimeter wave", frekvenserna lever, från 24GHz till 47GHz. Tekniskt sett millimeter våg definieras som intervallet för extremt hög frekvens (EHF) från 30GHz till 300GHz, så kallat för att det är de frekvenser där våglängderna blir så korta som en millimeter.

Dock som med C-bandsspektrumet, omdefinierade Federal Communications Commission (FCC) den nedre delen av mmWave-intervallet i USA för att börja i det övre intervallet av Super High Frekvenszon (SHF) som börjar vid 24GHz, går över till EHF på väg till 47GHz, som för närvarande är den övre delen av spektrumet som tilldelats för 5G.

FCC planerar att licensiera ännu högre mmWave-spektrum så småningom - det tittar på intervallet 57–64GHz som för närvarande är olicensierat och de lätt använda 71GHz, 81GHz och 92GHz frekvenserna. Det är dock troligen fortfarande några år bort, särskilt eftersom transportörer ännu inte har utnyttjat det mmWave-spektrum de redan har fullt ut.

Räckvidd vs. fart

Som alla som har jobbat med hem Wi-Fi-routrar vet, högre frekvenser ger mer bandbredd för högre hastigheter, men detta sker på bekostnad av räckvidd och täckning. 2,4 GHz-signalen från din router kommer sannolikt att täcka hela ditt hem men med relativt låga hastigheter, medan 5GHz frekvenser erbjuder utmärkt prestanda för spel och streaming men kanske inte når din källare eller tillbaka rum.

Det är precis så fysikens lagar fungerar när det kommer till radiovågor. Högre frekvenser är snabbare men kan inte resa lika långt som de lägre och långsammare frekvenserna.

Mobiloperatörer står inför samma utmaningar med att leverera starka och snabba signaler till sina kunder som du skulle hitta en idealisk plats för din Wi-Fi-router. Det är bara det att transportörer måste hantera detta i mycket större skala.

Genom att använda högre frekvenser kan operatörer leverera högre hastigheter, men avvägningen är att de måste bygga fler torn och placera dem närmare varandra för att ge samma täckning som en lägre frekvenssignal skulle.

Fenomenala kosmiska hastigheter, en liten räckvidd

En gång i tiden var det högfrekventa mmWave 5G-bandet vad många trodde skulle vara framtiden för 5G-teknik. Det kan trots allt leverera löjligt imponerande hastigheter som går långt utöver vad de flesta trådbundna bredbandstjänster ens är kapabla till.

Under idealiska förhållanden kan 5G-hastigheter över mmWave-frekvenser nå 4Gbps, även om det är mer typiskt för att hitta enheter som svävar i 500Mbps–1Gbps-zonen. Men även de långsammaste mmWave-hastigheterna är 3–4 gånger snabbare än den genomsnittliga 5G-prestanda som är tillgänglig när du använder lägre frekvenser.

Som vissa bärare snabbt upptäckte är problemet att dessa extremt höga frekvenser har ett deprimerande kort räckvidd; en enda mmWave-transceiver kommer sannolikt inte att ge solid täckning för något mycket större än ett stadskvarter.

Det borde inte vara förvånande när du betänker att mmWave-signaler börjar vid 24GHz - en storleksordning över de frekvenser som vanligtvis används för Wi-Fi och mobilkommunikation.

Det placerar dem dock långt utanför räckvidden för allt som normalt skulle orsaka störningar, särskilt eftersom allt på dessa frekvenser också har ett liknande kort räckvidd. Vanligtvis hittar du EHF-spektrumet som används av satellitvädersystem, militära vapenradar, polisens hastighetsradar och säkerhetskontrollsystem vid flygplatskontroller.

mmWave-landskapet

Med allt detta i åtanke är det inte förvånande att de flesta operatörer inte har gjort mycket med mmWave-teknik.

Bland de amerikanska operatörerna, bara Verizon satsade hårt på mmWave i dess tidiga 5G-installationer. AT&T sysslade med det medan T-Mobile huvudsakligen höll sig undan det spektrumet.

Verizons satsning gjorde att det tidigt kunde skryta med otroliga snabba 5G-hastigheter. En rapport 2020 av OpenSignal visade Verizon med en enorm global ledning, med genomsnittliga nedladdningshastigheter mer än dubbelt så snabba som sin närmaste rival, Sydkoreas LG U+.

Tricket med dessa höga hastigheter var dock att Verizon använde mmWave-spektrum exklusivt för sitt 5G-nätverk. Operatören hade inga långsammare mellanband eller lågbands 5G-nätverk för att dra ner sina nummer. Detta var Verizons 5G Ultra Wideband Network som det ursprungligen fanns. Den körde nästan helt på 28GHz-spektrumet.

Vidare behövde Verizons hastigheter på 506 Mbps komma med en ganska stor kvalificering – de var inte tillgängliga för 99 % av operatörens kunder. Den extremt korta räckvidden för mmWave innebar att Verizon inte hade distribuerat den längre än några större stadskärnor, och OpenSignal noterade att Verizons kunder bara hade tillgång till dess mmWave 5G-nätverk cirka 0,4 % av tiden. Den här figuren fördubblades till 0,8 % till 2021, men det innebar ändå att Verizons kunder spenderade mer än 99 % av sin tid på en 4G/LTE-anslutning.

AT&T valde mer strategisk användning av mmWave. Den hade tidigt licensierat en bit av 24GHz 5G-spektrum, främst utplacerad för affärsbruk i några städer. Senare tappade det 1,2 miljarder dollar för att skaffa en betydande del av 39GHz-spektrum, som det har distribuerat mer aktivt till sina kunder. AT&T kallar detta sin 5G+-tjänst.

Tekniskt sett har T-Mobile vissa mmWave-installationer i några städer, men operatören pratar inte så mycket om det. T-Mobile hade en bra bit av snabbt mellanbandsspektrum att spela med långt innan dess rivaler kunde lägga vantarna på det eftertraktade C-bandsspektrumet, så mmWave har inte varit lika viktig för operatörens planer.

Fördelar med mmWave

Istället för att basera hela sitt 5G-nätverk på mmWave som Verizon gjorde, har AT&T fokuserat på att utöka sin lägre frekvens 5G med mmWave-celler i extremt täta områden som arenor och flygplatser.

Detta drar fördel av en av de viktigaste fördelarna med mmWave. De extremt höga frekvenserna erbjuder inte bara högre bandbredd för enskilda användare; all den extra bandbredden låter den också hantera trafikstockningar mycket mer effektivt.

För att använda lite förenklad matematik, om en mmWave-sändtagare kan erbjuda upp till 4 Gbps genomströmning till en enda enhet, kan 40 enheter enkelt få stabila 100 Mbps-anslutningar utan att sakta ner varandra.

Vidare innebär det kortare räckvidden för mmWave att bärare måste distribuera många fler sändare/mottagare. När AT&T har satt upp tillräckligt många sändare/mottagare för att täcka en fotbollsarena, kan den effektivt leverera högpresterande 5G till tusentals människor som deltar i ett spel eller evenemang.

På samma sätt är mmWave idealisk på flygplatser, inte bara på grund av det höga antalet passagerare som passerar genom men också för att de frekvenserna är så långt borta från allt som används inom flyget som det finns ingen kontrovers kring dem.

T-Mobile har också tyst sagt att det kommer att fortsätta bygga ut mmWave där det är vettigt att göra det, men till skillnad från AT&T och Verizon planerar det inte att differentiera sitt mmWave-nätverk. T-Mobile-kunder kommer inte att se symbolen "5G+" eller "5G UW" på sina telefoner när de är anslutna till mmWave. Istället kommer folk på T-Mobile att få solid täckning och prestanda oavsett om de sitter hemma eller deltar i Super Bowl.

Viktiga mmWave-frekvenser

Vissa operatörer har också licensierat andra bitar av mmWave-spektrum, även om det mesta troligtvis inte kommer att vara tillgängligt för användning när som helst snart.

T-Mobile och Dish har till exempel licenser som står för 99 % av 47GHz-spektrumet. Det är oklart vad dessa operatörer planerar att göra med detta, särskilt eftersom det kommer att ge ännu sämre täckning mot Verizons 28GHz och AT&T: s 39GHz.

Mer påtagligt är att inga konsumentsmartphones ens kan nå 47GHz-frekvenserna just nu. Apples iPhone 13-sortiment och Samsungs Galaxy S22-modeller stöder endast en handfull mmWave 5G-band, som är betecknade som n257 (28GHz), n258 (26GHz), n260 (39GHz) och n261 (28GHz). Av dessa används endast n260 och n261 av amerikanska operatörer; de andra är för kompatibilitet med mmWave 5G-tjänster globalt.

Framtiden är C-band

Lika spännande som mmWave-spektrumet lät under de första dagarna av 5G, har operatörerna insett att det inte är där framtiden för 5G-tekniken ligger.

Verizon var tvungen att lära sig den läxan den svåraste av alla, med ett tidigt 5G-nätverk som var obefintligt för 99 % av sina kunder. Verizon följde det med ett lägre frekvens "Nationwide 5G Network" som delade utrymme med sina 4G/LTE-signaler. Detta gav kunderna "5G"-indikatorn på sina telefoner men levererade generellt hastigheter som inte var bättre än 4G.

Det var inte förrän Verizon kunde distribuera sin C-bandsspektrum att dess 5G-förmögenheter verkligen började förändras. Detta var inte helt Verizons fel; den var först tvungen att släppa 45 miljarder dollar för att licensiera C-bandsspektrumet slåss mot en flygindustri den där fruktade att det skulle orsaka problem med flygplansinstrument.

Men när Verizon äntligen vred om nyckeln till sitt nya C-band i början av 2022, var det många fler av dess kunder började se sanna 5G-hastigheter. Det var ett sådant språng i prestanda att Verizon gjorde det nya C-bandsnätverket till en del av sin Ultra Wideband 5G-tjänst.

Medan AT&T har varit rullar ut sin C-bandstjänst mer gradvis, kunder i de få städer där det är tillgängligt har också upptäckt en imponerande ökning av sina 5G-hastigheter.

Även T-Mobile, som redan har sin starkt 2,5 GHz Ultra Capacity 5G-nätverk, planerar att använda det högre frekvens C-bandsspektrumet för att ge sina kunder ett nödvändigt uppsving i de områden där mer kapacitet behövs.

I slutändan är mmWaves roll i offentlig 5G-teknik att utöka befintliga nätverk, inte att ersätta dem. Den massiva kapaciteten hos mmWave-spektrumet gör den idealisk för att leverera tillförlitlig 5G i extremt täta befolkningscentra. Den korta räckvidden innebär dock att den aldrig kommer att kunna stå på egen hand. mmWave kommer alltid att vara mest lämplig när den används som en "power-up" för att stärka 5G i vissa områden.

Redaktörens rekommendationer

• T-Mobiles enorma ledning inom 5G-hastigheter kommer inte någonstans
• Netgears nya M6 Pro-router låter dig använda snabb 5G var du än går
• T-Mobiles 5G är fortfarande oöverträffad - men har hastigheterna sjunkit?
• Här är hur snabbt 5G på din Samsung Galaxy S23 verkligen är
• Qualcomms Snapdragon X75 inleder nästa era av 5G-anslutning