Що таке mmWave? Пояснюємо про широкосмуговий 5G

Розгортання технології 5G по всьому світу було значно складнішим, ніж попередні стандарти бездротового зв’язку. Оскільки 5G вимагає безпрецедентних рівнів продуктивності, операторам доводиться орієнтуватися в хитромудрому морі радіочастот, щоб забезпечити найкращі швидкості і покриття.

• Що таке mmWave?
• Діапазон проти швидкості
• Феноменальна космічна швидкість, крихітний діапазон
• Ландшафт mmWave
• Переваги mmWave
• Ключові частоти mmWave
• Майбутнє за C-діапазоном Показати ще 2 елементи

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

В результаті, 5G надає операторам безліч варіантів того, як найкраще розгорнути свої мережі 5G, дозволяючи їм спробувати знайти ідеальний баланс між покриттям і продуктивністю. За ідеальних обставин це забезпечить найкращий 5G для всіх. Однак у реальному світі все значно складніше.

• Ця прихована функція iOS 16 перетворила мій iPhone в ідеальний гаджет для пошуку музики
• iOS 16.2 вже тут, додаючи Apple Music Sing (плюс багато іншого) на ваш iPhone
• П’ять способів, як Android 13 покращив мій досвід роботи з Galaxy S22

Що таке mmWave?

У верхній частині цього діапазону спектра 5G живуть частоти mmWave, або “міліметрові хвилі”, що працюють в діапазоні від 24 ГГц до 47 ГГц. З технічної точки зору, міліметрова хвиля визначається як діапазон надвисоких частот (EHF) від 30 ГГц до 300 ГГц, названий так тому, що це частоти, де довжина хвилі стає коротшою за один міліметр.

Проте, як і у випадку зі спектром С-діапазону, Федеральна комісія зв’язку (FCC) переглянула нижню межу діапазону міліметрових хвиль у США і визначила її як верхню межу зони надвисоких частот (SHF), що починається на частоті 24 ГГц і переходить у діапазон EHF на шляху до 47 ГГц, який наразі є верхньою межею спектру, виділеного для 5G.

FCC планує з часом ліцензувати ще більший спектр мм-хвиль – вона розглядає діапазон 57-64 ГГц, який наразі не ліцензований, а також частоти 71 ГГц, 81 ГГц і 92 ГГц, які мало використовуються. Однак до цього, швидше за все, ще кілька років, особливо з огляду на те, що оператори ще не повністю використовують спектр мм-хвиль, який у них вже є, в повному обсязі.

Діапазон проти швидкості

Як відомо кожному, хто працював з домашніми Wi-Fi маршрутизаторами, більш високі частоти забезпечують більшу пропускну здатність для більш високих швидкостей, але це відбувається за рахунок діапазону і покриття. Сигнал 2,4 ГГц від вашого маршрутизатора, швидше за все, покриє весь ваш будинок, але з відносно низькою швидкістю, в той час як частоти 5 ГГц забезпечують відмінну продуктивність для ігор і потокового передавання, але можуть не дійти до вашого підвалу або задньої кімнати.

Саме так працюють закони фізики, коли мова йде про радіохвилі. Більш високі частоти швидші, але не можуть поширюватися так далеко, як низькі і повільні частоти.

Оператори стільникового зв’язку стикаються з тими ж проблемами при доставці сильних і швидких сигналів своїм клієнтам, що і ви при пошуку ідеального місця для вашого Wi-Fi маршрутизатора. Просто операторам доводиться мати справу з цим в набагато більших масштабах.

Використання більш високих частот дозволяє операторам доставляти більш високі швидкості, але компроміс полягає в тому, що їм потрібно будувати більше веж і розміщувати їх ближче один до одного, щоб забезпечити таке ж покриття, як і при використанні більш низькочастотного сигналу.

Феноменальна космічна швидкість, крихітний діапазон

Свого часу високочастотний діапазон mmWave 5G багато хто вважав майбутнім технології 5G. Зрештою, він може забезпечити до смішного вражаючі швидкості, які виходять далеко за межі того, на що здатна більшість дротових широкосмугових послуг.

В ідеальних умовах швидкість 5G на частотах mmWave може досягати 4 Гбіт/с, хоча більш типовим є те, що пристрої коливаються в діапазоні 500 Мбіт/с-1 Гбіт/с. Однак навіть найповільніші швидкості mmWave в 3-4 рази перевищують середню продуктивність 5G, доступну при використанні більш низьких частот.

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

Це не повинно дивувати, якщо врахувати, що сигнали mmWave починаються на частоті 24 ГГц – на порядок вище частот, які зазвичай використовуються для Wi-Fi і стільникового зв’язку.

Однак, це ставить їх далеко за межами діапазону будь-чого, що зазвичай викликає перешкоди, особливо тому, що все, що працює на цих частотах, також має такий же короткий діапазон. Зазвичай, спектр EHF використовується супутниковими метеорологічними системами, військовими радарами, поліцейськими радарами швидкості і системами перевірки безпеки на контрольно-пропускних пунктах в аеропортах.

Ландшафт mmWave

Маючи все це на увазі, не дивно, що більшість операторів не дуже активно використовують технологію mmWave.

Серед американських операторів тільки Verizon зробив велику ставку на mmWave в своїх ранніх розгортаннях 5G. AT&T бавився в ній, в той час як T-Mobile в основному тримався подалі від цього спектру.

Азартна гра Verizon дозволила йому похвалитися приголомшливо швидкими швидкостями 5G на ранньому етапі. Звіт OpenSignal за 2020 рік показав, що Verizon лідирує у світі з величезним відривом, а середня швидкість завантаження більш ніж удвічі перевищує швидкість його найближчого конкурента, південнокорейського 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 середнього або низького діапазону, які б знижували його показники. Це була надширокосмугова мережа 5G Verizon в тому вигляді, в якому вона існувала спочатку. Вона майже повністю працювала в діапазоні 28 ГГц.

Крім того, швидкість Verizon у 506 Мбіт/с повинна була мати досить велике застереження – вона не була доступною для 99% клієнтів оператора. Надзвичайно короткий радіус дії mmWave означав, що Verizon не розгорнув його за межами кількох великих міських центрів, і OpenSignal зазначив, що клієнти Verizon отримували доступ до своєї мережі 5G mmWave лише близько 0,4% часу. Ця цифра подвоїлася до 0,8% до 2021 року, але це все одно означало, що клієнти Verizon витрачали більше 99% свого часу на з’єднання 4G/LTE.

AT&T вибрала більш стратегічне використання mmWave. Спочатку вона ліцензувала частину спектру 5G на частоті 24 ГГц, в першу чергу, для використання в бізнес-цілях в декількох містах. Пізніше вона витратила 1,2 мільярда доларів на придбання значної частини спектру 39 ГГц, який вона більш активно розгортає для своїх клієнтів. AT&T називає це своєю послугою 5G+.

Технічно кажучи, T-Mobile дійсно має деякі розгортання mmWave в декількох містах, але оператор не дуже багато про це говорить. У T-Mobile був хороший шматок швидкого спектру середнього діапазону, з яким можна було грати задовго до того, як його конкуренти змогли отримати в свої руки бажаний спектр C-діапазону, тому mmWave не був настільки важливим для планів оператора.

Переваги mmWave

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

Це дає змогу скористатися однією з найважливіших переваг mmWave. Надзвичайно високі частоти не просто пропонують більш високу пропускну здатність для окремих користувачів; вся ця додаткова пропускна здатність також дозволяє набагато ефективніше справлятися з перевантаженнями.

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

Крім того, менший радіус дії mmWave означає, що операторам доведеться розгорнути набагато більше трансиверів. На той час, коли AT&T встановить достатню кількість трансиверів для покриття футбольного стадіону, вона зможе ефективно надавати високопродуктивний 5G тисячам людей, які відвідують гру або захід.

Аналогічно, mmWave ідеально підходить для аеропортів, не лише через велику кількість пасажирів, що проходять через них, але й тому, що ці частоти настільки далекі від усього, що використовується в авіації, що не викликає жодних суперечок навколо них.

T-Mobile також спокійно заявила, що продовжуватиме розбудовувати mmWave там, де це має сенс, але, на відміну від AT&T і Verizon, вона не планує диференціювати свою мережу mmWave. Клієнти T-Mobile не побачать символу “5G+” або “5G UW” на своїх телефонах при підключенні до mmWave. Натомість абоненти T-Mobile отримають надійне покриття та продуктивність незалежно від того, чи сидять вони вдома, чи відвідують Суперкубок.

Ключові частоти mmWave

Деякі оператори також ліцензували інші частини спектру mmWave, хоча більшість з них, швидше за все, не будуть доступні для використання найближчим часом.

Наприклад, T-Mobile і Dish володіють ліцензіями, які охоплюють 99% спектру 47 ГГц. Незрозуміло, що ці оператори планують з цим робити, особливо з огляду на те, що це забезпечить ще гірше покриття проти 28 ГГц Verizon і 39 ГГц AT&T.

Більш того, жоден споживчий смартфон зараз не може навіть досягти частот 47 ГГц. Моделі iPhone 13 від Apple та Galaxy S22 від Samsung підтримують лише кілька діапазонів mmWave 5G, які позначені як n257 (28 ГГц), n258 (26 ГГц), n260 (39 ГГц) та n261 (28 ГГц). З них тільки n260 і n261 використовуються американськими операторами, інші призначені для сумісності з послугами mmWave 5G в усьому світі.

Майбутнє – за С-діапазоном

Як би захоплююче не звучав спектр mmWave в перші дні 5G, оператори зрозуміли, що майбутнє технології 5G лежить не там.

Компанії Verizon довелося засвоїти цей урок найважче з усіх, оскільки її рання мережа 5G не існувала для 99% її клієнтів. Після цього Verizon створив більш низькочастотну “Загальнонаціональну мережу 5G”, яка ділила простір зі своїми сигналами 4G/LTE. Це дало клієнтам індикатор “5G” на їхніх телефонах, але в цілому забезпечило швидкість, яка не була кращою за 4G.

Лише після того, як Verizon зміг розгорнути свій спектр C-діапазону, його доля 5G по-справжньому почала змінюватися. Це не була повна провина Verizon; спочатку йому довелося витратити 45 мільярдів доларів на ліцензування спектру С-діапазону, а потім боротися з авіаційною промисловістю, яка побоювалася, що це може спричинити проблеми з авіаційними приладами.

Проте, коли Verizon нарешті увімкнув свій новий С-діапазон на початку 2022 року, набагато більше його клієнтів почали користуватися справжніми швидкостями 5G. Це був такий стрибок у продуктивності, що Verizon зробив нову мережу С-діапазону частиною своєї послуги надширокосмугового 5G.

У той час як AT&T розгортає свою послугу C-діапазону більш поступово, клієнти в тих небагатьох містах, де вона доступна, також виявили вражаючий приріст швидкості 5G.

Навіть T-Mobile, яка вже має потужну мережу 5G з надвисокою пропускною здатністю 2,5 ГГц, планує використовувати більш високочастотний спектр С-діапазону, щоб надати своїм клієнтам необхідний приріст в тих районах, де потрібна більша пропускна здатність.

Зрештою, роль mmWave в загальнодоступній технології 5G полягає в доповненні існуючих мереж, а не в їх заміні. Величезна ємність спектра mmWave робить його ідеальним для забезпечення надійного зв’язку 5G в надзвичайно густонаселених центрах. Однак, малий радіус дії означає, що він ніколи не зможе бути самостійним. mmWave завжди буде найбільш придатним для використання в якості “підсилювача” для посилення 5G в певних районах.

Рекомендації редакції

• Найдешевший безлімітний план Verizon 5G тільки що став ще дешевше
• Супутниковий зв’язок в iPhone 14: як це працює, скільки коштує і не тільки
• Чому GPS має вирішальне значення для вашого смартфона – і відчайдушно потребує капітального ремонту
• Носіння Galaxy Watch 5 показало мені, наскільки прості годинник Pixel Watch насправді
• Перший планшет OnePlus, який планується випустити в 2023 році, потіснить iPad

Source: digitaltrends.com