ミリ波とは何ですか?ハイバンド5Gの解説

ミリ波とは何ですか?ハイバンド5Gの解説

5G テクノロジー の世界中での展開は、以前の無線規格に比べてかなり複雑になりました。 5G は前例のないレベルのパフォーマンスを要求するため、通信事業者は 、可能な限り最高の速度とカバレッジを確実に 提供できるように、困難な無線周波数の海をナビゲートする必要があります。

古い GSM、3G、および 4G/LTE テクノロジーは比較的狭い周波数帯域内で動作していたため、通信事業者がネットワークを展開する際の選択肢はある程度限られていました。比較すると、 5G は 低帯域の 600MHz から非常に高い 47GHz の周波数までのスペクトル全体をカバーします。

色の流れが広がる夜の街並み。

その結果、5G は通信事業者に 5G ネットワークを最適に展開するための豊富なオプションを提供し、カバレッジとパフォーマンスの理想的なバランスを模索できるようになります。理想的な状況下では、すべての人に最高の 5G が提供されます。ただし、現実の世界では状況はかなり複雑です。

ミリ波とは何ですか?

5G スペクトルのこの範囲の上限には、24 GHz から 47 GHz までの mmWave (「ミリ波」) 周波数が存在します。技術的に言えば、ミリ波は 30 GHz ~ 300 GHz の極超短波 (EHF) 範囲として定義されており、波長が 1 ミリメートルほど短くなる周波数であることからこの名前が付けられました。

ただし、 C バンド スペクトル と同様に、連邦通信委員会 (FCC) は、米国のミリ波範囲の下限を、24 GHz から始まり、超短波 (SHF) ゾーンの上限範囲から始まり、クロスオーバーするように再定義しました。現在 5G に割り当てられているスペクトルの最上位である 47GHz に到達する途中で EHF に変換されます。

FCC は、最終的にはさらに高いミリ波スペクトルのライセンスを取得する予定であり、現在ライセンスを取得していない 57 ~ 64 GHz の範囲と、あまり使用されていない 71 GHz、81 GHz、および 92 GHz の周波数に注目しています。ただし、特に通信事業者がすでに所有しているミリ波スペクトルをまだ完全に活用していないため、それはまだ数年先になる可能性があります。

範囲と速度

使用したことがある人なら誰でも知っているように、周波数が高くなると帯域幅が増えて速度が速くなりますが、これには通信範囲とカバー範囲が犠牲になります。ルーターからの 2.4 GHz 信号は家全体をカバーする可能性がありますが、速度は比較的劣ります。一方、5 GHz 周波数はゲームやストリーミングに優れたパフォーマンスを提供しますが、地下室や奥の部屋には届かない可能性があります。

これは、電波に関してはまさに物理法則がどのように機能するかです。周波数が高いほど速度は速くなりますが、低い周波数や遅い周波数ほど遠くまで到達することはできません。

携帯電話会社は、Wi-Fi ルーターの理想的な設置場所を見つけるのと同じように、強力で高速な信号を顧客に届けるという課題に直面しています。ただ、通信事業者はこれよりも大規模に対処する必要がある。

より高い周波数を使用すると、通信事業者はより高速な速度を実現できますが、そのトレードオフとして、より多くのタワーを構築し、それらをより近くに配置して、より低い周波数の信号と同じカバレッジを提供する必要があります。

驚異的な宇宙速度、わずかな範囲

かつては、高周波ミリ波 5G 帯域が 5G テクノロジーの将来になると多くの人が信じていました。結局のところ、ほとんどの有線ブロードバンド サービスの能力をはるかに超える、途方もなく を実現できます。

理想的な条件下では、ミリ波周波数での 5G 速度は 4Gbps に達しますが、 です。ただし、最も遅いミリ波速度であっても、より低い周波数を使用すると、平均的な 5G パフォーマンスよりも 3 ~ 4 倍高速になります。

一部の通信事業者がすぐに発見したように、問題は、これらの非常に高い周波数の到達距離が憂鬱なほど短いことです。 1 台のミリ波トランシーバーでは、市街地よりはるかに広い範囲を確実にカバーできるとは考えられません。

ニューヨークの Verizon 5G ノード。

ミリ波信号が 24 GHz で始まり、Wi-Fi やセルラー通信に通常使用される周波数よりも 1 桁高いことを考えると、これは驚くべきことではありません。

ただし、特にこれらの周波数上のすべてのものの到達距離も同様に短いため、通常は干渉を引き起こす可能性のあるものの範囲から十分に外れています。通常、EHF スペクトルは、衛星気象システム、軍用兵器レーダー、警察の速度レーダー、空港の検問所の保安検査システムで使用されています。

ミリ波の展望

これらすべてを念頭に置くと、ほとんどの通信事業者がミリ波テクノロジーにあまり取り組んでいないのは驚くべきことではありません。

米国の通信事業者の中で、 Verizon だけです。 AT&T はそれに手を出しましたが、T-Mobile は主にそのスペクトルを避けていました。

Verizon はこの賭けにより、早い段階で驚くほど速い 5G 速度を誇ることができました。 OpenSignal の2020年のレポートによると、Verizonは世界的に大きくリードしており、平均ダウンロード速度は次に近いライバルである韓国のLG U+の2倍以上となっている。

2020 年第 1 四半期の世界トップ 10 通信事業者の平均 5G ダウンロード速度のグラフ。

ただし、これらの高速性の秘訣は、Verizon が自社の 5G ネットワーク専用にミリ波スペクトルを使用していることでした。この通信事業者には、数字を下げるような低速のミッドバンドまたはローバンドの 5G ネットワークはありませんでした。これは、もともと存在していた Verizon の 5G Ultra Wideband Network です。ほぼ完全に 28GHz スペクトルで動作しました。

さらに、Verizon の 506Mbps の速度にはかなり大きな条件が必要でした。通信事業者の顧客の 99% は利用できませんでした。ミリ波の通信範囲が非常に短いということは、ベライゾンが を超えてミリ波を展開していないことを意味しており、 OpenSignal は 、ベライゾンの顧客がミリ波 5G ネットワークにアクセスしたのは時間の約 0.4% のみであると指摘しました。この数字は 2021 年までに 0.8% に倍増しました が、それでも Verizon の顧客が 99% 以上の時間を 4G/LTE 接続に費やしていることを意味します。

AT&T は 。同社は早い段階で 24 GHz 5G 周波数帯域のライセンスを取得しており、主にいくつかの都市でのビジネス用途に導入されていました。その後、同社は 12 億ドルを投じて 39 GHz スペクトルのかなりの部分を取得し、顧客への展開をより積極的に行っています。 AT&T はこれを 5G+ サービスと呼んでいます。

技術的に言えば、T-Mobile はいくつかの都市でミリ波を導入していますが、通信事業者はそれについてあまり話しません。 T-Mobile は、ライバルが 切望されている C バンド スペクトル を手に入れるずっと前から、十分な高速ミッドバンド スペクトルを持っていました。そのため、ミリ波は通信事業者の計画にとってそれほど重要ではありませんでした。

ミリ波の利点

AT&T は、Verizon のように 5G ネットワーク全体をミリ波に基づいて構築するのではなく、 スタジアムや空港などの非常に密集したエリアで ミリ波セルを使用して低周波 5G を増強することに重点を置いています。

これは、ミリ波の最も重要な利点の 1 つを利用します。非常に高い周波数は、個々のユーザーに高い帯域幅を提供するだけではありません。この追加の帯域幅により、輻輳をより効果的に処理できるようになります。

非常に単純化した計算を使用すると、ミリ波トランシーバーが 1 台のデバイスに最大 4Gbps のスループットを提供できる場合、40 台のデバイスが互いの速度を低下させることなく安定した 100Mbps 接続を簡単に取得できます。

さらに、ミリ波の範囲が短いということは、通信事業者がより多くのトランシーバーを導入する必要があることを意味します。 AT&T がフットボール スタジアムをカバーするのに十分なトランシーバーを設置するまでに、 に高性能 5G を効率的に配信できるようになります。

スタジアムの座席 NFL スポーツ フットボール シーズンの視聴者数

同様に、ミリ波は空港で理想的です。これは、通過する乗客の数が多いだけでなく、それらの周波数が航空で使用されている周波数から大きくかけ離れているため、 論争が起こらない ためです。

T-Mobileもまた、必要に応じてミリ波の構築を続けると密かに述べているが、AT&Tやベライゾンとは異なり、自社のミリ波ネットワークを差別化するつもりはない。 T-Mobile の顧客は、ミリ波に接続しているときに携帯電話に「5G+」または「5G UW」の記号が表示されません。その代わり、T-Mobile を利用している人は、自宅に座っていても、スーパーボウルに参加していても、確実な通信範囲とパフォーマンスを得ることができます。

主要なミリ波周波数

一部の通信事業者はミリ波スペクトルの他の部分もライセンスを取得していますが、そのほとんどはすぐには使用できない可能性があります。

たとえば、T-Mobile と Dish は 47GHz スペクトルの 99% を占めるライセンスを保有しています。特に、Verizon の 28 GHz と AT&T の 39 GHz に対してさらに悪いカバレッジを提供することになるため、これらの通信事業者がこれをどうするつもりなのかは不明です。

米国の通信事業者が使用する 5G ミリ波スペクトルの図。

さらに重要なことは、現時点では消費者向けスマートフォンでさえ 47GHz の周波数に到達できないことです。 Apple の と Samsung の Galaxy S22 モデルは、 n257 (28GHz)、n258 (26GHz)、n260 (39GHz)、および n261 (28GHz) として指定される、少数のミリ波 5G 帯域のみをサポートしています。このうち、米国の通信事業者によって使用されているのは n260 と n261 だけです。他のものは、世界中のミリ波 5G サービスとの互換性を目的としています。

未来はCバンドです

5G の初期にミリ波スペクトルが魅力的に聞こえたのと同じくらい、通信事業者は、5G テクノロジーの将来がそこにあるわけではないことを認識しました。

Verizon は、顧客の 99% には存在しなかった初期の 5G ネットワークで、その教訓を最も困難に学ばなければなりませんでした。 Verizon は、4G/LTE 信号と空間を共有する低周波数の「全国 5G ネットワーク」でこれに続きました。これにより、顧客の携帯電話には「5G」というインジケーターが表示されましたが、通常は 4G よりも優れた速度は得られませんでした。

Verizon が 5G の運命が本当に変わり始めたのは、 C バンドのスペクトル を展開できるようになってからでした。これは完全に Verizon のせいではありませんでした。まず C バンド周波数のライセンスを取得するために 450 億ドルを投じる必要があり、その後 航空業界と戦う必要がありました

それにもかかわらず、2022 年初頭に Verizon がついに新しい C バンドの鍵をオンにしたとき、さらに多くの顧客が 真の 5G 速度を実感し始めました 。パフォーマンスが大幅に向上したため、Verizon は新しい C バンド ネットワークを自社のウルトラ ワイドバンド 5G サービスの一部にしました。

AT&T は C バンド サービスを段階的に展開してい ますが、C バンド サービスを利用できるいくつかの都市の顧客も 5G 速度の大幅な向上を実感しています。

すでに 強力な 2.5GHz ウルトラキャパシティ 5G ネットワークを 備えている T-Mobile でさえ、より高い周波数の C バンドスペクトルを使用して、より多くの容量が必要な領域で顧客に必要なブーストを提供することを計画しています。

結局のところ、公共 5G テクノロジーにおけるミリ波の役割は、既存のネットワークを置き換えることではなく、既存のネットワークを拡張することです。ミリ波スペクトルの大容量により、非常に人口密集地で信頼性の高い 5G を提供するのに最適です。ただし、航続距離が短いため、自立することはできません。ミリ波は、特定の地域で 5G を強化するための「パワーアップ」として使用する場合に常に最適です。

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