Що таке mmWave? Пояснення щодо високочастотного 5G

Розгортання технологія 5G в усьому світі була значно складнішою, ніж стандарти бездротового зв’язку, які були раніше. Оскільки 5G вимагає безпрецедентного рівня продуктивності, операторам доводиться орієнтуватися в складному морі радіочастот, щоб забезпечити їх найкращі можливі швидкості та покриття.

Старіші технології GSM, 3G і 4G/LTE працювали у відносно вузькому діапазоні частот, залишаючи операторам зв’язку дещо обмежений вибір у розгортанні своїх мереж. Для порівняння, 5G охоплює весь спектр, від низьких частот 600 МГц до надзвичайно високих частот 47 ГГц.

Результатом є те, що 5G надає операторам безліч варіантів найкращого розгортання своїх мереж 5G, дозволяючи їм спробувати ідеальний баланс між покриттям і продуктивністю. За ідеальних обставин це забезпечить найкращий 5G для всіх. Однак у реальному світі все значно складніше.

Що таке mmWave?

У верхній частині цього діапазону спектру 5G знаходяться хвилі mmWave, або «міліметрові хвилі», частоти від 24 ГГц до 47 ГГц. Технічно кажучи, міліметр Хвиля визначається як діапазон надзвичайно високих частот (КВЧ) від 30 ГГц до 300 ГГц, названий так тому, що це частоти, де довжини хвиль стають коротшими, ніж одна міліметр.

Однак, як і с спектр С-діапазону, Федеральна комісія зі зв’язку (FCC) перевизначила нижню межу діапазону мм хвиль у США, щоб початися у верхньому діапазоні надвисокого діапазону. Частотна зона (SHF), починаючи з 24 ГГц, переходить у КВЧ на шляху до 47 ГГц, яка наразі є верхньою межею спектра, призначеного для 5G.

Федеральна комісія зв’язків США (FCC) планує згодом ліцензувати ще вищий спектр мм-хвиль — розглядається діапазон 57–64 ГГц, який наразі не ліцензований, і частоти 71 ГГц, 81 ГГц і 92 ГГц, які рідко використовуються. Однак це, ймовірно, ще через кілька років, особливо тому, що оператори ще не повністю використали спектр мм-хвиль, який вони вже мають.

Діапазон проти швидкість

Як і будь-хто, хто працював з домашні Wi-Fi роутери знає, що вищі частоти забезпечують більшу пропускну здатність для вищих швидкостей, але це відбувається за рахунок діапазону та покриття. Сигнал 2,4 ГГц від вашого маршрутизатора, ймовірно, покриє весь ваш будинок, але на відносно низькій швидкості, тоді як 5 ГГц частоти забезпечують чудову продуктивність для ігор і потокового передавання, але можуть не дійти до вашого підвалу чи назад кімната.

Саме так діють закони фізики, коли йдеться про радіохвилі. Вищі частоти є швидшими, але не можуть поширюватися так далеко, як нижчі та повільніші частоти.

Оператори стільникового зв’язку стикаються з тими самими труднощами з наданням потужних і швидких сигналів своїм клієнтам, як і пошук ідеального місця для маршрутизатора Wi-Fi. Просто перевізникам доводиться мати справу з цим у значно більших масштабах.

Використання вищих частот дозволяє перевізникам забезпечувати вищі швидкості, але компроміс полягає в тому, що їм це потрібно побудуйте більше веж і розташуйте їх ближче одна до одної, щоб забезпечити таке ж покриття, що й низькочастотний сигнал б.

Феноменальні космічні швидкості, невеликий діапазон

Свого часу високочастотний діапазон mmWave 5G був тим, чим багато хто вважав, що стане майбутнім технології 5G. Зрештою, це може доставити смішно вражаючі швидкості які виходять далеко за межі того, на що здатні більшість послуг дротового широкосмугового зв’язку.

За ідеальних умов швидкість 5G на частотах mmWave може досягати 4 Гбіт/с, хоча це типовіше знайти пристрої, що знаходяться в зоні 500–1 Гбіт/с. Однак навіть найповільніші швидкості mmWave у 3–4 рази вищі за середню продуктивність 5G, доступну при використанні нижчих частот.

Як швидко виявили деякі оператори, проблема полягає в тому, що ці надзвичайно високі частоти мають гнітюче короткий діапазон; один трансивер mmWave навряд чи забезпечить надійне покриття для чогось набагато більшого, ніж квартал міста.

Це не повинно дивувати, якщо взяти до уваги, що сигнали mmWave починаються з 24 ГГц — на порядок вище частот, які зазвичай використовуються для Wi-Fi і стільникового зв’язку.

Однак це розміщує їх поза зоною дії всього, що зазвичай спричиняє перешкоди, особливо тому, що все на цих частотах також має такий же короткий діапазон. Зазвичай ви знайдете КВЧ-спектр, який використовується супутниковими метеорологічними системами, військовими збройовими радарами, поліцейськими радарами швидкості та системами перевірки безпеки на контрольно-пропускних пунктах аеропорту.

Краєвид mmWave

З огляду на все це, не дивно, що більшість операторів не зробили багато з технологією mmWave.

Серед операторів США лише Verizon зробив велику ставку на mmWave на ранніх етапах розгортання 5G. AT&T пробував у цьому, тоді як T-Mobile переважно тримався подалі від цього спектру.

Авантюра Verizon дозволила їй похвалитися приголомшливо високою швидкістю 5G на ранньому етапі. Звіт за 2020 рік OpenSignal показав, що Verizon має значне світове лідерство, маючи середню швидкість завантаження більш ніж удвічі швидше, ніж її наступний найближчий конкурент, південнокорейський LG U+.

Однак хитрість цих високих швидкостей полягала в тому, що Verizon використовував спектр mmWave виключно для своєї мережі 5G. У оператора не було повільніших мереж 5G у середньому або низькому діапазоні частот, щоб зменшити його кількість. Це була надширокосмугова мережа 5G Verizon, як вона спочатку існувала. Він майже повністю працював на частоті 28 ГГц.

Крім того, швидкість 506 Мбіт/с від Verizon повинна була мати досить великий критерій — вони були недоступні для 99% клієнтів оператора. Надзвичайно короткий радіус дії mmWave означав, що Verizon не розгорнув його далі кілька великих міських центрів, і OpenSignal зазначив, що клієнти Verizon отримували доступ до мережі mmWave 5G лише приблизно 0,4% часу. Ця фігура подвоївся до 0,8% до 2021 року, але це все одно означало, що клієнти Verizon витрачали більше 99% свого часу на підключення 4G/LTE.

AT&T обрав більш стратегічне використання mmWave. На початку він отримав ліцензію на частину спектру 24 ГГц 5G, в основному розгорнуту для комерційного використання в кількох містах. Пізніше він відмовився від 1,2 мільярда доларів, щоб придбати значну частину спектру 39 ГГц, який він активніше розгортає для своїх клієнтів. AT&T називає це своєю послугою 5G+.

Технічно кажучи, T-Mobile справді має деякі розгортання mmWave у кількох містах, але оператор не дуже про це говорить. T-Mobile мав гарний шматок високочастотного спектру середньої смуги, з яким можна було пограти задовго до того, як його конкуренти змогли отримати в руки бажаний спектр C-діапазону, тому mmWave не був таким важливим для планів перевізника.

Переваги mmWave

Замість того, щоб базувати всю свою мережу 5G на mmWave, як це зробив Verizon, AT&T зосередилася на розширенні своєї низькочастотної мережі 5G за допомогою стільників mmWave. у дуже щільних районах, таких як стадіони та аеропорти.

Це використовує одну з найважливіших переваг mmWave. Надзвичайно високі частоти не просто пропонують вищу пропускну здатність для окремих користувачів; вся ця додаткова пропускна здатність також дозволяє набагато ефективніше справлятися із заторами.

Використовуючи спрощену математику, якщо трансивер mmWave може запропонувати пропускну здатність до 4 Гбіт/с для одного пристрою, 40 пристроїв можуть легко отримати стабільне з’єднання 100 Мбіт/с, не сповільнюючи один одного.

Крім того, менший діапазон mmWave означає, що операторам доводиться розгортати набагато більше трансиверів. До того часу, коли AT&T встановить достатньо приймачів-передавачів для покриття футбольного стадіону, вона зможе ефективно надавати високопродуктивний 5G тисячі людей відвідують гру чи подію.

Подібним чином mmWave ідеально підходить в аеропортах не лише через велику кількість пасажирів але також тому, що ці частоти настільки далекі від усього, що використовується в авіації є ніяких суперечок навколо них.

T-Mobile також тихо заявив, що продовжить розбудову mmWave там, де це має сенс, але на відміну від AT&T і Verizon, він не планує диференціювати свою мережу mmWave. Клієнти T-Mobile не побачать символ «5G+» або «5G UW» на своїх телефонах під час підключення до mmWave. Натомість користувачі T-Mobile отримають надійне покриття та ефективність, незалежно від того, сидять вони вдома чи відвідують Super Bowl.

Ключові частоти міліметрових хвиль

Деякі оператори також ліцензували інші фрагменти хвильового спектру, хоча більша частина, ймовірно, не буде доступною для використання найближчим часом.

Наприклад, T-Mobile і Dish мають ліцензії на 99% спектра 47 ГГц. Незрозуміло, що ці оператори планують з цим робити, особливо тому, що це забезпечить ще гірше покриття порівняно з 28 ГГц Verizon і 39 ГГц AT&T.

Що ще важливіше, зараз жоден споживчий смартфон навіть не може досягти частоти 47 ГГц. Apple Модельний ряд iPhone 13 і Моделі Samsung Galaxy S22 підтримують лише декілька діапазонів mmWave 5G, які позначаються як n257 (28 ГГц), n258 (26 ГГц), n260 (39 ГГц) і n261 (28 ГГц). З них лише n260 і n261 використовуються операторами США; інші призначені для сумісності з послугами mmWave 5G у всьому світі.

Майбутнє за С-діапазоном

Яким би захоплюючим не звучав спектр mmWave у перші дні 5G, оператори зрозуміли, що це не те, за чим майбутнє технології 5G.

Verizon довелося засвоїти цей урок найважче з усіх, оскільки рання мережа 5G не існувала для 99% її клієнтів. Verizon пішла за цим із низькочастотною «Загальнонаціональною мережею 5G», яка поділяла простір із сигналами 4G/LTE. Це давало клієнтам індикатор «5G» на їхніх телефонах, але загалом забезпечувало швидкість, яка була не кращою, ніж 4G.

Лише після того, як Verizon зміг розгорнути його Спектр С-діапазону що його доля 5G дійсно почала змінюватися. Це не повністю вина Verizon; спочатку їй довелося втратити 45 мільярдів доларів, щоб ліцензувати спектр C-діапазону, а потім боротися з авіаційною промисловістю що побоювався, що це спричинить проблеми з приладами літака.

Тим не менш, коли на початку 2022 року Verizon нарешті повернув ключ до свого нового C-діапазону, клієнтів стало набагато більше почали бачити справжні швидкості 5G. Це був такий стрибок у продуктивності, що Verizon зробив нову мережу C-діапазону частиною своєї послуги Ultra Wideband 5G.

Тоді як AT&T був поступове розгортання послуги C-діапазону, клієнти в кількох містах, де це доступно, також виявили вражаюче підвищення швидкості 5G.

Навіть T-Mobile, який вже має свій потужна мережа 5G із високою потужністю 2,5 ГГц, планує використовувати високочастотний спектр С-діапазону, щоб дати своїм клієнтам необхідний імпульс у тих областях, де потрібна більша потужність.

Зрештою, роль mmWave у публічній технології 5G полягає в тому, щоб розширити існуючі мережі, а не замінити їх. Величезна ємність діапазону mmWave робить його ідеальним для забезпечення надійного 5G у надзвичайно густонаселених центрах. Однак малий радіус дії означає, що він ніколи не зможе стояти сам по собі. mmWave завжди буде найбільш підходящим, якщо використовувати його як «потужність» для підтримки 5G у певних областях.

Рекомендації редакції

• Величезне лідерство T-Mobile у швидкості 5G нікуди не подінеться
• Новий маршрутизатор M6 Pro від Netgear дозволяє використовувати швидкий 5G, де б ви не були
• 5G від T-Mobile все ще не має собі рівних — але чи швидкість стала плато?
• Ось наскільки насправді швидкий 5G на вашому Samsung Galaxy S23
• Snapdragon X75 від Qualcomm відкриває наступну еру підключення 5G