Cos’è mmWave? Spiegazione del 5G a banda alta
Il lancio della tecnologia 5G in tutto il mondo è stato considerevolmente più complesso rispetto agli standard wireless precedenti. Poiché il 5G richiede livelli di prestazioni senza precedenti, i vettori devono navigare in un mare complicato di frequenze radio per garantire che possano fornire le migliori velocità e copertura possibili .
Le vecchie tecnologie GSM, 3G e 4G/LTE funzionavano all’interno di una banda di frequenze relativamente ristretta, lasciando ai vettori una scelta piuttosto limitata nell’implementazione delle loro reti. In confronto, il 5G copre l’intero spettro, dalla banda bassa 600 MHz alle frequenze estremamente alte 47 GHz.
Il risultato è che il 5G offre agli operatori una vasta gamma di opzioni su come implementare al meglio le proprie reti 5G, consentendo loro di cercare un equilibrio ideale tra copertura e prestazioni. In circostanze ideali, ciò fornirebbe il miglior 5G per tutti. Tuttavia, nel mondo reale, le cose sono notevolmente più complicate.
Cos’è mmWave?
All’estremità superiore di questa gamma dello spettro 5G è dove vivono le frequenze mmWave, o “onda millimetrica”, che vanno da 24GHz a 47GHz. Tecnicamente parlando, l’onda millimetrica è definita come la gamma EHF (Extremely High Frequency) da 30 GHz a 300 GHz, così chiamata perché quelle sono le frequenze in cui le lunghezze d’onda arrivano fino a un millimetro.
Tuttavia, come con lo spettro della banda C , la Federal Communications Commission (FCC) ha ridefinito l’estremità inferiore della gamma mmWave negli Stati Uniti per iniziare nella gamma superiore della zona ad altissima frequenza (SHF), a partire da 24 GHz, attraversando in EHF sulla strada per 47GHz, che è attualmente l’estremità superiore dello spettro assegnato al 5G.
La FCC prevede di concedere in licenza uno spettro mmWave ancora più elevato alla fine: sta esaminando la gamma 57–64 GHz attualmente priva di licenza e le frequenze 71 GHz, 81 GHz e 92 GHz poco utilizzate. Tuttavia, è probabile che manchino ancora alcuni anni, in particolare dal momento che i vettori devono ancora utilizzare completamente lo spettro mmWave di cui dispongono già.
Portata vs. velocità
Come sa chiunque abbia lavorato con i router Wi-Fi domestici , frequenze più elevate forniscono più larghezza di banda per velocità più elevate, ma ciò va a scapito della portata e della copertura. Il segnale a 2,4 GHz del router coprirà probabilmente l’intera casa ma a velocità relativamente basse, mentre le frequenze a 5 GHz offrono prestazioni eccellenti per il gioco e lo streaming, ma potrebbero non arrivare nel seminterrato o nel retrobottega.
Questo è proprio il modo in cui funzionano le leggi della fisica quando si tratta di onde radio. Le frequenze più alte sono più veloci ma non possono viaggiare fino alle frequenze più basse e più lente.
I gestori di telefonia mobile affrontano le stesse sfide fornendo segnali forti e veloci ai propri clienti come faresti per trovare un posto ideale per il tuo router Wi-Fi. È solo che i vettori devono affrontare questo problema su scala molto più ampia.
L’uso di frequenze più elevate consente ai vettori di fornire velocità più elevate, ma il compromesso è che devono costruire più torri e posizionarle più vicine per fornire la stessa copertura di un segnale a frequenza inferiore.
Velocità cosmiche fenomenali, raggio di pochi bit
Un tempo, la banda ad alta frequenza mmWave 5G era ciò che molti credevano sarebbe stato il futuro della tecnologia 5G. Dopotutto, è in grado di fornire velocità incredibilmente impressionanti che vanno ben oltre ciò di cui sono capaci la maggior parte dei servizi a banda larga cablati.
In condizioni ideali, le velocità del 5G sulle frequenze mmWave possono raggiungere i 4 Gbps, sebbene sia più comune trovare dispositivi che si aggirano nella zona 500 Mbps–1 Gbps . Tuttavia, anche le velocità mmWave più basse sono 3-4 volte più veloci delle prestazioni medie del 5G disponibili quando si utilizzano frequenze più basse.
Come hanno scoperto rapidamente alcune portanti, il problema è che queste frequenze estremamente alte hanno una gamma deprimente breve; è improbabile che un singolo ricetrasmettitore mmWave fornisca una copertura solida per qualcosa di molto più grande di un isolato.
Ciò non dovrebbe sorprendere se si considera che i segnali mmWave iniziano a 24 GHz, un ordine di grandezza al di sopra delle frequenze normalmente utilizzate per le comunicazioni Wi-Fi e cellulari.
Tuttavia, ciò li colloca ben fuori dalla portata di qualsiasi cosa che in genere causerebbe interferenze, in particolare perché anche tutto su quelle frequenze ha una gamma similmente corta. Di solito, troverai lo spettro EHF utilizzato dai sistemi meteorologici satellitari, dai radar delle armi militari, dai radar della velocità della polizia e dai sistemi di screening di sicurezza ai posti di blocco dell’aeroporto.
Il paesaggio di mmWave
Con tutto ciò in mente, non sorprende che la maggior parte dei vettori non abbia fatto molto con la tecnologia mmWave.
Tra i vettori statunitensi, solo Verizon ha scommesso molto su mmWave nelle sue prime implementazioni 5G . AT&T si è dilettato mentre T-Mobile si è principalmente allontanato da quello spettro.
La scommessa di Verizon gli ha permesso di vantare velocità 5G incredibilmente elevate all’inizio. Un rapporto del 2020 di OpenSignal ha mostrato Verizon con un enorme vantaggio globale, con velocità di download medie più del doppio rispetto al suo rivale più vicino, LG U+ della Corea del Sud.
Tuttavia, il trucco per queste alte velocità era che Verizon utilizzava lo spettro mmWave esclusivamente per la sua rete 5G. Il vettore non disponeva di reti 5G a banda media o bassa più lente per ridurre i suoi numeri. Questa era la rete a banda ultra larga 5G di Verizon come esisteva originariamente. Funzionava quasi interamente sullo spettro a 28 GHz.
Inoltre, le velocità di 506 Mbps di Verizon dovevano essere accompagnate da un qualificatore piuttosto grande: non erano disponibili per il 99% dei clienti del vettore. La gamma estremamente breve di mmWave significava che Verizon non l’aveva implementata oltre alcuni dei principali centri urbani e OpenSignal ha notato che i clienti di Verizon hanno avuto accesso alla sua rete mmWave 5G solo lo 0,4% delle volte. Questa cifra è raddoppiata allo 0,8% entro il 2021 , ma ciò significava comunque che i clienti di Verizon trascorrevano più del 99% del loro tempo su una connessione 4G/LTE.
AT&T ha optato per un uso più strategico di mmWave . All’inizio aveva concesso in licenza una parte dello spettro 5G a 24 GHz, distribuito principalmente per uso aziendale in alcune città. Successivamente, ha perso 1,2 miliardi di dollari per acquisire una parte considerevole dello spettro a 39 GHz, che ha distribuito più attivamente ai suoi clienti. AT&T lo chiama il suo servizio 5G+.
Tecnicamente parlando, T-Mobile ha alcune implementazioni mmWave in alcune città, ma il vettore non ne parla molto. T-Mobile aveva un bel pezzo di spettro veloce della banda media con cui giocare molto prima che i suoi rivali potessero mettere le mani sull’ambito spettro della banda C , quindi mmWave non è stato così importante per i piani del vettore.
Vantaggi di mmWave
Piuttosto che basare l’intera rete 5G su mmWave come ha fatto Verizon, AT&T si è concentrata sull’aumento del suo 5G a bassa frequenza con celle mmWave in aree estremamente dense come stadi e aeroporti .
Questo sfrutta uno dei vantaggi più significativi di mmWave. Le frequenze estremamente alte non offrono solo una maggiore larghezza di banda per i singoli utenti; tutta quella larghezza di banda extra gli consente anche di gestire la congestione in modo molto più efficace.
Per usare un po’ di matematica troppo semplificata, se un ricetrasmettitore mmWave può offrire fino a 4 Gbps di throughput a un singolo dispositivo, 40 dispositivi possono facilmente ottenere connessioni stabili a 100 Mbps senza rallentarsi a vicenda.
Inoltre, la gamma più breve di mmWave significa che i vettori devono schierare molti più ricetrasmettitori. Quando AT&T ha installato abbastanza ricetrasmettitori per coprire uno stadio di calcio, è in grado di fornire in modo efficiente 5G ad alte prestazioni a migliaia di persone che partecipano a una partita o a un evento .
Allo stesso modo, mmWave è l’ideale negli aeroporti, non solo per l’alto numero di passeggeri che vi transitano, ma anche perché quelle frequenze sono così lontane da qualsiasi cosa usata nell’aviazione che non c’è alcuna controversia che le circonda .
T-Mobile ha anche detto tranquillamente che continuerà a costruire mmWave dove ha senso farlo, ma a differenza di AT&T e Verizon, non prevede di differenziare la sua rete mmWave. I clienti T-Mobile non vedranno il simbolo “5G+” o “5G UW” sui loro telefoni quando sono collegati a mmWave. Invece, le persone su T-Mobile otterranno una copertura e prestazioni solide sia che siano sedute a casa o che partecipino al Super Bowl.
Frequenze chiave mmWave
Alcuni vettori hanno concesso in licenza anche altri blocchi dello spettro mmWave, anche se la maggior parte probabilmente non sarà disponibile per l’uso a breve.
Ad esempio, T-Mobile e Dish detengono licenze che rappresentano il 99% dello spettro a 47GHz. Non è chiaro cosa intendano fare quei vettori, in particolare perché fornirà una copertura ancora peggiore contro i 28 GHz di Verizon e i 39 GHz di AT&T.
Più significativamente, nessuno smartphone consumer può nemmeno raggiungere le frequenze 47GHz in questo momento. La gamma di iPhone 13 di Apple e i modelli Galaxy S22 di Samsung supportano solo una manciata di bande mmWave 5G, che sono designate come n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) e n261 (28 GHz). Di questi, solo n260 e n261 sono utilizzati dai vettori statunitensi; gli altri sono per la compatibilità con i servizi mmWave 5G a livello globale.
Il futuro è la banda C
Per quanto emozionante fosse lo spettro mmWave nei primi giorni del 5G, i vettori hanno capito che non è qui che si trova il futuro della tecnologia 5G.
Verizon ha dovuto imparare quella lezione nel modo più difficile di tutti, con una prima rete 5G che era inesistente per il 99% dei suoi clienti. Verizon lo ha seguito con una “rete 5G nazionale” a bassa frequenza che condivideva lo spazio con i suoi segnali 4G/LTE. Ciò ha fornito ai clienti l’indicatore “5G” sui loro telefoni, ma generalmente ha fornito velocità non migliori del 4G.
Non è stato fino a quando Verizon ha potuto implementare il suo spettro in banda C che le sue fortune 5G hanno iniziato davvero a cambiare. Non è stata interamente colpa di Verizon; prima ha dovuto perdere 45 miliardi di dollari per concedere in licenza lo spettro della banda C, quindi combattere un’industria aeronautica che temeva potesse causare problemi con gli strumenti degli aerei .
Tuttavia, quando Verizon ha finalmente girato la chiave sulla sua nuova banda C all’inizio del 2022, molti altri suoi clienti hanno iniziato a vedere le vere velocità del 5G . È stato un tale salto di prestazioni che Verizon ha inserito la nuova rete in banda C nel suo servizio 5G a banda ultra larga.
Mentre AT&T ha implementato il suo servizio in banda C in modo più graduale , i clienti nelle poche città in cui è disponibile hanno anche scoperto un aumento impressionante delle loro velocità 5G.
Anche T-Mobile, che dispone già della sua potente rete 5G Ultra Capacity da 2,5 GHz , prevede di utilizzare lo spettro della banda C a frequenza più elevata per dare ai propri clienti la spinta necessaria in quelle aree in cui è necessaria una maggiore capacità.
Alla fine, il ruolo di mmWave nella tecnologia 5G pubblica è quello di aumentare le reti esistenti, non di sostituirle. L’enorme capacità dello spettro mmWave lo rende ideale per fornire 5G affidabile in centri abitati estremamente densi. Tuttavia, il corto raggio significa che non sarà mai in grado di reggersi in piedi da solo. mmWave sarà sempre più adatto se utilizzato come “power-up” per rafforzare il 5G in determinate aree.
