הבנת האתגרים של 5G mmWave

טכנולוגיות חדשות עוקבות לעתים קרובות אחר מחזור ההייפ הקלאסי של גרטנר, ומתקדם מחדשנות ראשונית להתלהבות יתר והתפכחות להארה ולפרודוקטיביות בסופו של דבר. 5G אינו יוצא מן הכלל. בעוד הכותרות הנועזות וההייפ סביב 5G מפנים את מקומן למציאות מעשית, תומכים ומבקרים כאחד מסכימים שיש לפתור מספר בעיות טכניות לפני ש-5G יגיע למיצוי הפוטנציאל שלו. רשתות 5G המבוססות על תדרים של גלי מילימטר (mmWave) בטווח 24-GHz עד 40-GHz מחזיקות את ההבטחה הגדולה ביותר לקישוריות אלחוטית ברוחב פס גבוה והשהייה נמוכה. עם זאת, mmWave טֶכנוֹלוֹגִיָה מציבה גם אתגרים ומכשולים משמעותיים להפצת RF לפריסת רשתות 5G מהירות במיוחד בקנה מידה שמעצבים צריכים להתמודד איתם כדי לנצל את הפוטנציאל של 5G בכל מקום.

טרנספורמציה של 5G: רשתות אלחוטיות עם מהירות דמוית סיבים

האבולוציה הסלולרית אינה נגמרת: העברת הודעות טקסט 2G, 3G הביאה קישוריות לאינטרנט סלולרי, ו- 4G הציגו וידאו סטרימינג סלולרי. הרדיו החדש של 5G, הדור החמישי של הטכנולוגיה הסלולרית, עומד להצליח ב- 4G LTE של היום, ומספק שיעורי נתונים שיאיים פי 100 יותר מ- 4G, יחד עם רוחב פס גבוה באופן דרמטי, זמן אחזור נמוך יותר, זמינות רבה יותר וכיסוי עקבי יותר.

5G יהיה זרז לחדשנות באופן שבו אנו חיים, עובדים ומתחברים, ומשנים ענפים ומשפרים את חיינו בדרכים שטרם דמיינו. בדיוק כפי שהריבוי של תקשורת סיבים מהירה חולל מהפכה באינטרנט, רשתות 5G יגדילו את הקישוריות הניידת בכל מקום. מהירויות 5G דמויות סיבים עם זמינות של 10 × ספקטרום יטשטשו את הקווים בין גישה קווית ואלחוטית בבתים, במשרדים, במפעלים ובנופי הערים שלנו.

יישומים הנהנים מהביצועים ללא תחרות של 5G כוללים כלי רכב אוטונומיים לחלוטין, תקשורת בין רכב לרכב, בניינים חכמים וערים חכמות, טל-רפואה, רובוטיקה רפואית, מציאות מדומה ומוגברת, שירותים מבוססי ענן ניידים. גידול מעריכי במכשירים מחוברים לאינטרנט של דברים ומפעלים חכמים, מחסנים וזירות ספורט חכמות של IoT יהיו בין המובילים הראשונים שייהנו מרשתות 5G פרטיות.

mmWave: טכנולוגיית 5G שכולנו רוצים

בדיוק כמו שיש ריבוי טעמים של Wi-Fi וטכנולוגיות אלחוטיות בלוטות' עם תכונות ורמות ביצועים משתנות, ספקי סלולר מוציאים מספר סוגים של 5G עם הבדלים משמעותיים במהירויות והשהייה על סמך הספקטרום בשימוש.

ישנם שני סוגים עיקריים של רשתות 5G:

1. רשתות 5G MMWave מהירות במיוחד מבוססות על רצועות בתדרים גבוהים במיוחד הנעים בין 24 ג'יגה הרץ ל -40 ג'יגה הרץ ואף גבוה יותר, ומספקות ביצועים מהירים, רוחב פס רחב ו"גורם וואו "שרוב האנשים מצפים מ- 5G. זהו טווח התדרים 5G המאפשר סרטים באורך מלא בשניות ולא בדקות.
2. רשתות 6G תת-5 ג'יגה הרץ - מה שרוב האנשים חווים כרגע בשירות 5G שלהם - תומכות בפסים בתדרים בינוניים ונמוכים מתחת ל -6 GHz. רצועות בתדרים נמוכים נמוכות מ- 1 ג'יגה הרץ, והפסים האמצעיים נעים בין 3.4 ג'יגה הרץ ל -6 ג'יגה הרץ.

הבנת ההבדלים בין כל סוג של טכנולוגיית 5G הינה מכרעת בכדי להתמודד עם אתגרי הפריסה ועמידה בציפיות של משתמשי הקצה לרוחב הפס ולחביון. סוג ה- 5G שרוב המשתמשים מקבלים היום בטלפונים החכמים שלהם הוא לא ה- 5G המהיר במיוחד, המרובה ג'יגה-ביט שהם מצפים לו מיד.

רשתות 4G LTE איטיות באופן דרמטי מרשתות 5G של mmWave, עם מהירויות הורדה של 4G הנעות בין כ- 35 מגה-ביט / שנייה ליותר מ -50 מגה-ביט / שנייה. mmWave יכולה לספק מהירויות של עד 5 ג'יגה-סיביות לשנייה, הרבה יותר מהיר ממה שאפשר עם 4G LTE. מהירויות רשת 6G תת-5 ג'יגה הרץ נופלות איפשהו בין מהירות mmWave ו- LTE. בעוד שרשתות תת-6 ג'יגה הרץ עולות על 4G LTE מבחינת תפוקה, חביון ורוחב פס, הן נופלות מביצועי mmWave.

רוב המשתמשים הצרכניים והעסקיים לא ישלמו את הפרמיה לעבור מ- 4G ל- 5G אלא אם כן הם רואים שיפורים דרמטיים בקצב הנתונים, חביון ורוחב הפס. mmWave היא הצורה היחידה של טכנולוגיית 5G המציעה חווית משתמש מעולה באופן ניכר. זה ה- 5G שכולנו רוצים.

הפעלת mmWave 5G: אתגרים והזדמנויות

הפוטנציאל העצום של טכנולוגיית mmWave מגיע עם אתגרים גדולים. מהירות רשת mmWave בעולם האמיתי משתנה מאוד בהתאם לטווח, לחוסמי אותות ולקרבה למגדל 5G הקרוב ביותר או לתא קטן. בעוד שרשתות 5G של mmWave מהירות במיוחד, הן גם קצרות טווח. כדי לקבל אותות mmWave, המשתמשים חייבים להיות בתוך בלוק או שניים של מגדל 5G ללא מכשולי קו ראייה (LOS). אותות גל בתדירות גבוהה נחסמים בקלות על ידי בניינים, קירות, חלונות ועלווה, ומפחיתים עוד יותר את טווח ה -5 G הזמין (איור 1). כדי לייעל את הכיסוי, הספקים מתמודדים עם התקנת תאים קטנים רבים בצפיפות גבוהה, מה שמעלה את עלות פריסת רשתות mmWave בקנה מידה גדול.

איור 1: אתגרי ספקי השירות לפריסה מהירה של 5G mmW כוללים טווח אות מוגבל, דרישות קו ראייה, חדירת מבנים גרועה וכיסוי וקישוריות. (מקור: Movandi) לחץ לתמונה גדולה יותר.

בגלל הכיסוי והמגבלות של LOS, טכנולוגיית mmWave מתאימה יותר לסביבות עירוניות צפופות. בשל מגבלת הטווח שלה, mmWave אינה בחירה מעשית עבור אזורים פרבריים וכפריים, המוגשים בצורה הטובה ביותר על ידי רשתות 4G LTE ו 6G תת-5-GHz קל יותר לפריסה וזולות יותר. פריסה רחבה של רשתות mmWave 5G תדרוש התקנה תת קרקעית של כבל סיבים. עד שזה יקרה, ספקים ימשיכו להסתמך על תשתית רשת קיימת בזמן שהשוק יעבור ל- 5G. יתר על כן, הטלפונים החכמים של ימינו אינם תומכים בכל סוגי ה- 5G. עם זאת, אפל וסמסונג צפויות להשיק מוצרים חכמים חדשים המותאמים ל- 5G בעתיד הקרוב.

למרות שמגבלות הטווח, התפשטות האות וה- LOS הינן "עקב אכילס" של mmWave, טכנולוגיות מתקדמות כגון פלט מרובה-כניסה מרובה-פלט, מערכי אנטנות ממוזערות, צורת קרן מתכווננת וחוזרים פעילים חכמים יכולים לטפל ביעילות באתגרים אלה.

משחזרים פעילים חכמים פותרים אתגרי התפשטות אותות 5G על ידי הגברת אותות mmWave והרחבת הטווח והכיסוי של רשתות מבוססות mmWave בסביבות חוץ ובתוך מבנים. משחזרים פעילים פועלים על ידי הגברת אותות mmWave, מה שמאפשר להם לחדור קירות וחוסמים אחרים ולהתכופף סביב מבנים כדי להתגבר על בעיות LOS ללא צורך בעיצוב אנטנות מגושם או בשיפוץ סיבים יקר (איור 2).

כאשר הוא נפרס בתוך בניין, משחזר חכם מגביר אות קרן חלש ויכול להאיר חדר שלם, ומשפר את חוויות קישוריות משתמשי הקצה והיישומים. שימוש נרחב בחוזרים פעילים ברחבי רשתות 5G מאפשר לנותני שירות להשיק שירותי 5G mmWave משופרים בפנים, בחוץ ובנייד בעלויות נמוכות יותר ב -50%.

איור 2: פתרונות כמו משחזרים פעילים מבוססי BeamX של Movandi יכולים להגדיל את הכיסוי של תחנות בסיס mmWave ב -90% בפחות מ -40% מעלות ה- capex. (מקור: Movandi) לחץ לתמונה גדולה יותר.

כל הספקים הגדולים בארה"ב בודקים רשתות mmWave ומספקים זמינות בערים ובשכונות הגדולות שנבחרו. 6G תת-5 ג'יגה הרץ זמין כיום באופן נרחב יותר מ- mmWave, עם ספקים עיקריים שמגלגלים רשתות 5G בתדר נמוך יותר ללקוחות רבים באזורים עירוניים.

מפעילי דרג 1 עוברים לטכנולוגיית mmWave כדי לעמוד בדרישות קיבולת הרשת, מכיוון שביקוש הלקוחות צפוי לעלות על קיבולת תת-6 ג'יגה הרץ עד שנת 2023, כאשר מספר מפעילים כבר פורסים רשתות 5G מבוססות mmWave. בעוד שמבקרי mmWave טוענים שרשתות תת-6 ג'יגה הרץ מציעות כיסוי טוב יותר מ- mmWave ודורשות פחות צמתי רדיו (gNB), אולם ספקטרום מוגבל של תת-6 GHz ידרוש בסופו של דבר פריסה של יותר gNB. יתר על כן, רוחב הפס הגבוה של mmWave יסייע בהפגת עומסי הרשת הגוברים באזורים עירוניים צפופים, כמו זירות ספורט, מקומות קונצרטים ושדות תעופה.

בעוד המעבר לרשתות 5G בעיצומו, יש עדיין דרך ארוכה קדימה עד ש -5 G תחליף את ה- 4G LTE, תוך מימוש ההבטחה למהירויות גל mmW מהירות במיוחד וחביון נמוך. טכנולוגיית mmWave היא המפתח לפתיחת הפוטנציאל של 5G. כדי להשיג את היעדים השאפתניים של 5G של חביון נמוך, רוחב פס גבוה, מהירויות מהירות יותר וכיסוי רחב, ספקים עיקריים וספקי פתרונות mmWave עובדים יחד בכדי להתגבר על האתגרים הבסיסיים הללו.