O que é mmWave? Explicação do 5G de banda alta
O lançamento da tecnologia 5G em todo o mundo foi consideravelmente mais complexo do que os padrões sem fio anteriores. Como o 5G exige níveis de desempenho sem precedentes, as operadoras precisam navegar em um mar complicado de frequências de rádio para garantir que possam oferecer as melhores velocidades e cobertura possíveis .
As tecnologias GSM, 3G e 4G/LTE mais antigas funcionavam em uma faixa de frequências relativamente estreita, deixando as operadoras com opções um tanto limitadas na implantação de suas redes. Em comparação, o 5G cobre todo o espectro, desde a banda baixa de 600 MHz até as frequências extremamente altas de 47 GHz.
O resultado é que o 5G oferece às operadoras várias opções de como implantar melhor suas redes 5G, permitindo que elas tentem um equilíbrio ideal entre cobertura e desempenho. Em circunstâncias ideais, isso forneceria o melhor 5G para todos. No entanto, no mundo real, as coisas são consideravelmente mais complicadas.
O que é mmWave?
Na extremidade superior dessa faixa do espectro 5G é onde as frequências mmWave, ou “onda milimétrica”, vivem, variando de 24 GHz a 47 GHz. Tecnicamente falando, a onda milimétrica é definida como a faixa de frequência extremamente alta (EHF) de 30 GHz a 300 GHz, assim chamada porque essas são as frequências em que os comprimentos de onda ficam tão curtos quanto um milímetro.
No entanto, assim como no espectro da banda C , a Federal Communications Commission (FCC) redefiniu a extremidade inferior da faixa mmWave nos EUA para começar na faixa superior da zona Super High Frequency (SHF), começando em 24GHz, cruzando em EHF a caminho de 47GHz, que atualmente é o topo do espectro alocado para 5G.
A FCC planeja licenciar um espectro mmWave ainda mais alto eventualmente – está olhando para a faixa de 57 a 64 GHz que atualmente não está licenciada e as frequências de 71 GHz, 81 GHz e 92 GHz pouco usadas. No entanto, isso ainda levará alguns anos, principalmente porque as operadoras ainda precisam utilizar o espectro mmWave que já possuem.
Alcance vs. velocidade
Como qualquer pessoa que já trabalhou com roteadores Wi-Fi domésticos sabe, frequências mais altas fornecem mais largura de banda para velocidades mais rápidas, mas isso ocorre às custas do alcance e da cobertura. O sinal de 2,4 GHz do seu roteador provavelmente cobrirá toda a sua casa, mas em velocidades relativamente baixas, enquanto as frequências de 5 GHz oferecem excelente desempenho para jogos e streaming, mas podem não chegar ao porão ou à sala dos fundos.
É assim que as leis da física funcionam quando se trata de ondas de rádio. Frequências mais altas são mais rápidas, mas não podem viajar tão longe quanto as frequências mais baixas e mais lentas.
As operadoras de celular enfrentam os mesmos desafios ao fornecer sinais fortes e rápidos para seus clientes, como você encontraria um local ideal para o seu roteador Wi-Fi. É só que as operadoras têm que lidar com isso em uma escala muito maior.
O uso de frequências mais altas permite que as operadoras forneçam velocidades mais rápidas, mas a desvantagem é que elas precisam construir mais torres e colocá-las mais próximas para fornecer a mesma cobertura que um sinal de frequência mais baixa faria.
Velocidades cósmicas fenomenais, alcance pequeno
Ao mesmo tempo, a banda 5G mmWave de alta frequência era o que muitos acreditavam que seria o futuro da tecnologia 5G. Afinal, ele pode fornecer velocidades ridiculamente impressionantes que vão muito além do que a maioria dos serviços de banda larga com fio são capazes.
Em condições ideais, as velocidades de 5G em frequências mmWave podem chegar a 4 Gbps, embora seja mais comum encontrar dispositivos pairando na zona de 500 Mbps a 1 Gbps . No entanto, mesmo as velocidades mmWave mais lentas são 3 a 4 vezes mais rápidas do que o desempenho 5G médio disponível ao usar frequências mais baixas.
Como algumas operadoras descobriram rapidamente, o problema é que essas frequências extremamente altas têm um alcance deprimentemente curto; um único transceptor mmWave provavelmente não fornecerá uma cobertura sólida para algo muito maior do que um quarteirão da cidade.
Isso não deve surpreender quando você considera que os sinais mmWave começam em 24 GHz – uma ordem de magnitude acima das frequências normalmente usadas para comunicações Wi-Fi e celulares.
No entanto, isso os coloca bem fora do alcance de qualquer coisa que normalmente causaria interferência, principalmente porque tudo nessas frequências também tem um alcance similarmente curto. Normalmente, você encontrará o espectro EHF usado por sistemas meteorológicos de satélite, radar de armas militares, radar de velocidade da polícia e sistemas de triagem de segurança em postos de controle do aeroporto.
A paisagem mmWave
Com tudo isso em mente, não surpreende que a maioria das operadoras não tenha feito muito com a tecnologia mmWave.
Entre as operadoras dos EUA, apenas a Verizon apostou fortemente no mmWave em suas primeiras implantações de 5G . A AT&T se interessou por isso, enquanto a T-Mobile evitou principalmente esse espectro.
A aposta da Verizon permitiu que ela ostentasse velocidades 5G incrivelmente rápidas desde o início. Um relatório de 2020 da OpenSignal mostrou a Verizon com uma enorme liderança global, com velocidades médias de download duas vezes mais rápidas que seu rival mais próximo, o LG U + da Coréia do Sul.
No entanto, o truque para essas altas velocidades era que a Verizon estava usando o espectro mmWave exclusivamente para sua rede 5G. A operadora não tinha redes 5G de banda média ou banda baixa mais lentas para reduzir seus números. Esta era a rede 5G Ultra Wideband da Verizon como existia originalmente. Ele funcionou quase inteiramente no espectro de 28 GHz.
Além disso, as velocidades de 506 Mbps da Verizon precisavam vir com um qualificador bastante grande – elas não estavam disponíveis para 99% dos clientes da operadora. O alcance extremamente curto do mmWave significava que a Verizon não o havia implantado além de alguns grandes centros urbanos , e a OpenSignal observou que os clientes da Verizon acessavam sua rede mmWave 5G apenas cerca de 0,4% do tempo. Esse número dobrou para 0,8% em 2021 , mas isso ainda significava que os clientes da Verizon passavam mais de 99% do tempo em uma conexão 4G/LTE.
A AT&T optou por um uso mais estratégico do mmWave . Ele licenciou uma parte do espectro 5G de 24 GHz desde o início, implantado principalmente para uso comercial em algumas cidades. Mais tarde, ela gastou US$ 1,2 bilhão para adquirir uma parcela considerável do espectro de 39 GHz, que está implantando mais ativamente para seus clientes. A AT&T chama isso de serviço 5G+.
Tecnicamente falando, a T-Mobile tem algumas implantações de mmWave em algumas cidades, mas a operadora não fala muito sobre isso. A T-Mobile tinha um bom pedaço de espectro de banda média rápido para jogar muito antes que seus rivais pudessem colocar as mãos no cobiçado espectro de banda C , então o mmWave não tem sido tão importante para os planos da operadora.
Benefícios do mmWave
Em vez de basear toda a sua rede 5G em mmWave, como fez a Verizon, a AT&T se concentrou em aumentar seu 5G de baixa frequência com células mmWave em áreas extremamente densas, como estádios e aeroportos .
Isso tira proveito de um dos benefícios mais significativos do mmWave. As frequências extremamente altas não oferecem apenas maior largura de banda para usuários individuais; toda essa largura de banda extra também permite que ele lide com o congestionamento com muito mais eficiência.
Para usar uma matemática simplificada, se um transceptor mmWave pode oferecer até 4 Gbps de taxa de transferência para um único dispositivo, 40 dispositivos podem facilmente obter conexões estáveis de 100 Mbps sem diminuir a velocidade uns dos outros.
Além disso, o menor alcance de mmWave significa que as operadoras precisam implantar muito mais transceptores. Quando a AT&T coloca transceptores suficientes para cobrir um estádio de futebol, ela pode fornecer 5G de alto desempenho com eficiência para milhares de pessoas que participam de um jogo ou evento .
Da mesma forma, mmWave é ideal em aeroportos, não apenas pelo alto número de passageiros que passam por ali, mas também porque essas frequências estão tão distantes de qualquer coisa usada na aviação que não há controvérsia em torno delas .
A T-Mobile também disse discretamente que continuará desenvolvendo o mmWave onde fizer sentido, mas ao contrário da AT&T e da Verizon, não planeja diferenciar sua rede mmWave. Os clientes da T-Mobile não verão o símbolo “5G+” ou “5G UW” em seus telefones quando conectados ao mmWave. Em vez disso, as pessoas da T-Mobile terão cobertura e desempenho sólidos, estejam em casa ou participando do Super Bowl.
Principais frequências de onda mm
Algumas operadoras também licenciaram outras partes do espectro mmWave, embora a maioria provavelmente não esteja disponível para uso tão cedo.
Por exemplo, T-Mobile e Dish possuem licenças que representam 99% do espectro de 47GHz. Não está claro o que essas operadoras planejam fazer com isso, principalmente porque fornecerá cobertura ainda pior contra os 28 GHz da Verizon e os 39 GHz da AT&T.
Mais significativamente, nenhum smartphone de consumo pode atingir as frequências de 47 GHz no momento. A linha iPhone 13 da Apple e os modelos Galaxy S22 da Samsung suportam apenas algumas bandas 5G mmWave, designadas como n257 (28GHz), n258 (26GHz), n260 (39GHz) e n261 (28GHz). Destes, apenas n260 e n261 são usados por operadoras americanas; os outros são para compatibilidade com serviços mmWave 5G globalmente.
O futuro é banda C
Por mais empolgante que o espectro mmWave soasse nos primeiros dias do 5G, as operadoras perceberam que não é aí que está o futuro da tecnologia 5G.
A Verizon teve que aprender a lição mais difícil de todas, com uma rede 5G inicial que era inexistente para 99% de seus clientes. A Verizon seguiu isso com uma “Rede 5G nacional” de baixa frequência que compartilhava espaço com seus sinais 4G/LTE. Isso deu aos clientes o indicador “5G” em seus telefones, mas geralmente entregava velocidades que não eram melhores que 4G.
Não foi até que a Verizon pudesse implantar seu espectro de banda C que suas fortunas 5G realmente começaram a mudar. Isso não foi inteiramente culpa da Verizon; primeiro teve que desembolsar US$ 45 bilhões para licenciar o espectro da banda C, depois lutar contra uma indústria de aviação que temia causar problemas com instrumentos de aeronaves .
No entanto, quando a Verizon finalmente girou a chave em sua nova banda C no início de 2022, muitos outros clientes começaram a ver velocidades 5G verdadeiras . Foi um salto tão grande no desempenho que a Verizon tornou a nova rede de banda C parte de seu serviço Ultra Wideband 5G.
Embora a AT&T esteja lançando seu serviço de banda C de forma mais gradual , os clientes nas poucas cidades onde isso está disponível também descobriram um aumento impressionante em suas velocidades 5G.
Até a T-Mobile, que já possui sua forte rede 5G Ultra Capacity de 2,5 GHz , planeja usar o espectro de banda C de alta frequência para dar a seus clientes um impulso necessário nas áreas onde é necessária mais capacidade.
No final, o papel do mmWave na tecnologia 5G pública é aumentar as redes existentes, não substituí-las. A enorme capacidade do espectro mmWave o torna ideal para fornecer 5G confiável em centros populacionais extremamente densos. No entanto, o curto alcance significa que nunca será capaz de se manter sozinho. O mmWave sempre será mais adequado quando usado como “power-up” para reforçar o 5G em determinadas áreas.
