Kam kráčaš, 60 GHz a ako kvalitne?

Bezdrôtové nelicencované pásmo 60 GHz (57-66 GHz) prináša významné zlepšenie oproti existujúcim bezdrôtovým technológiám. Využíva vlastnosti vysokofrekvenčného spektra, ktoré poskytujú väčšiu šírku pásma a vysokú prenosovú rýchlosť.

Pásmo 60 GHz je vhodné pre krátkodobé a vysokorýchlostné prenosy dát, čo z neho robí ideálne riešenie pre poskytovanie skutočne vysokorýchlostného bezdrôtového internetu. Vďaka spôsobu šírenia signálu je odolné voči vzájomným rušeniam vzhľadom na svoj obmedzený dosah. K dispozícii sú lacné zariadenia a štandardizované protokoly (štandard 802.11ad) a je medzinárodne harmonizované. Povieme, si o konkurencii poskytovania služieb v pásme 60 GHz aj o tom, aké výzvy kladie toto pripojenie v oblasti kvality služieb.

V priamom porovnaní s technológiou Wi-Fi v pásmach 2,4 GHz a 5 GHz je hlavný rozdiel, ktorý pásmo 60 GHz predurčuje pre vysokorýchlostné bezdrôtové pripojenie. Zatiaľ čo súčasné Wi-Fi siete využívajú kanály so šírkou desiatok megahertzov (20/40/80 MHz), v páse 60 GHz je momentálne dostupná šírka pásma 2,16 GHz, čo je o dva rády viac. Táto vlastnosť umožňuje dosiahnutie prenosových kapacít teoreticky až niekoľko Gb/s bez nutnosti pokročilých technológií, ako je napríklad MIMO. Už v súčasnosti sú dostupné zariadenia v cenovom rozpätí rádovo sto eur, ktoré dokážu preniesť rýchlosť 1 Gb/s na vzdialenosť stoviek metrov.

Šírka využiteľných kanálov pri 60 GHz frekvenčnom pásme (zdroj: https://www.rfwireless-world.com/Terminology/60-GHz-RF-channels-in-the-world.html)

Vplyv prostredia na bezdrôtový signál

Okrem možnosti využívania extrémne širokých kanálov má pásmo 60 GHz ďalšiu špecifickú vlastnosť, ktorá je výhodou, no zároveň aj nevýhodou. V tesnej blízkosti frekvencie 60 GHz sa nachádza rezonančná frekvencia kyslíkových molekúl, čo výrazne zvyšuje tlmenie prostredia pre šírenie signálu. V porovnaní s bežnými pásmami do 40 GHz, ktoré majú útlm z atmosféry v rozmedzí stotín až desatín dB/km, je na frekvencii 60 GHz tento útlm až do 16 dB/km. Tento fakt je názorne ukázaný v nasledujúcom obrázku 2.

Táto konštantná a nemenná vlastnosť, na rozdiel od tlmenia dažďom, výrazne obmedzuje dosah spojenia na stovky metrov pri spojeniach typu bod-multibod a na niekoľko kilometrov pri spojeniach typu bod-bod. Zároveň však prináša jedinečnú možnosť využitia tohto pásma pre malé bunky, ktoré sa vzájomne neovplyvňujú. Vďaka tomu nie je reálne možné rušenie na veľkú vzdialenosť, ako je to v prípade bežných Wi-Fi pásiem 2,4 GHz a 5 GHz. Sieť prístupových bodov musí byť hustejšia kvôli kratšiemu dosahu, no riziko rušenia, ktoré je bežné v súčasných Wi-Fi sieťach, je minimalizované. Zároveň je možné pripojiť na jeden prístupový bod len obmedzený počet bližších klientov, čo ďalej zlepšuje kvalitu poskytovanej služby.

Útlm signálu atmosférou (dB/km) v závislosti od frekvencie (GHz)
(zdroj: https://www.researchgate.net/figure/Attenuation-of-mmW-frequencies-due-to-atmospheric-conditions-Source-International_fig2_342832039)

Smerom k lepšiemu signálu s beamformingom

Dodatočne pomáha technológia nazývaná beamforming, ktorá je v prípade pásma 60 GHz použitá vo dvoch rôznych scenároch. Beamforming umožňuje „tvarovať“ vysielaný signál (vyžarovací diagram antény) podľa konkrétnych požiadaviek. Pre klientov to znamená, že sa sami presmerujú presne na prístupový bod, aby prijímaný signál bol čo najlepší. V prípade pásma 60 GHz je toto obzvlášť dôležité, pretože hlavný vyžarovací lúč parabolickej antény je extrémne úzky a správne nasmerovanie je preto nielen náročné, ale aj citlivé na uchytenie antény z hľadiska pevnosti konštrukcie alebo vibrácií.

Na strane prístupového bodu beamforming umožňuje anténe prepínať sa medzi rôznymi vyžarovacími charakteristikami a tým najefektívnejšie smerovať signál len na pripojených klientov. Nedochádza tak k zbytočnému rušeniu na miestach, kde nikto nie je pripojený, a pre aktívnych klientov je k dispozícii vyšší vysielací/prijímací výkon.

Technicky je beamforming riešený pomocou sústavy väčšieho množstva malých vyžarovacích prvkov, pri ktorých je aktívne riadená fáza vyžarovaného signálu. Vďaka tomu je možné „skladať“ vyžarovaciu charakteristiku podľa konkrétnych požiadaviek. Základný princíp je vidieť na nasledujúcich obrázkoch, podrobnejšie informácie poskytuje napríklad anglická Wikipédia pod termínom Phased Array.

Pre konečného zákazníka aj poskytovateľa internetu prichádza zaujímavá možnosť - bez nutnosti vysokých investícií ponúknuť rýchlosti blížiace sa „gigabitu“ aj na miestach, kde by inak bolo neekonomické alebo technicky nemožné vytvárať optické pripojenia. Typickým využitím spojení v pásmu 60 GHz sú posledné metre od prístupového bodu poskytovateľa až do domácnosti. Vďaka už spomenutým fyzikálnym parametrom pásmo minimalizuje aj problém vzájomného rušenia a ovplyvňovania spojení počasím (vďaka malej vzdialenosti) alebo vzájomného rušenia klientov na rovnakej lokalite.

Z technologického hľadiska je pásmo 60 GHz pripravené výrazne zmeniť trh a vniesť čerstvý vietor do oblasti poskytovania bezdrôtového internetu. Na strane poskytovateľov internetu bude masívne nasadenie týchto spojení vyžadovať najmä investície do chrbticovej siete - tak, aby existovalo dostatočne kapacitné pripojenie ďalej smerom do internetu. Typickým scenárom mnohých slovenských miest môže byť prípad, keď je do lokality privádzaná konektivita optickým káblom a posledné skoky sú realizované množstvom malých prístupových bodov v pásme 60 GHz.

Praktický dosah prístupových bodov v tomto pásme sa pohybuje v ráde nižších stoviek metrov - v závislosti od použitej konfigurácie antén a požadovanej kapacity. Na dnes bežne dostupné prístupové body s 60° sektormi je možné sa pripojiť na vzdialenosť približne 500 metrov, čo je dostačujúce pre veľkú časť inštalácií ako vo veľkomeste, tak v malých obciach. S postupným pripájaním nových klientov je možné sieť prístupových bodov zhutňovať a polomer bunky tým znižovať za účelom udržania kvality služby. Pri uvažovaní maximálne 8 klientov na sektor dosahujeme približne 45 klientov na jedno všesmerové AP.

V Orangei vidíme v pásme 60 GHz veľký potenciál a investujeme do vývoja služieb využívajúcich tento spôsob pripojenia. Príkladom je služba Internet pre firmy učená pre menšie a stredné firny, ktorá využíva práve toto nelicencované bezdrôtové pripojenie cez 60 GHz pásmo ako jeden z mnohých spôsobov pripojenia služby.

Vzhľadom na rastúcu dopyt po vysokorýchlostnom internete a rýchlejšie technológie pripojenia sa očakáva, že pásmo 60 GHz bude hrať významnú úlohu v budúcnosti. Avšak, výzvy spojené s dosahom signálu a prenikaním cez prekážky budú vyžadovať investície do infraštruktúry a optimalizácie technológií.

Je tiež dôležité spomenúť, že pásmo 60 GHz nie je jedinou technológiou, ktorá sa rozvíja v oblasti bezdrôtového pripojenia. Existujú aj iné bezdrôtové štandardy, ako je Wi-Fi 6 a Wi-Fi 6E, ktoré sa snažia zlepšiť výkon a rýchlosť bezdrôtového pripojenia.

Celkovo je pásmo 60 GHz sľubnou technológiou, ktorá prináša významné zlepšenie v oblasti bezdrôtového pripojenia. S rastúcim záujmom o vysokorýchlostné internetové pripojenie a technologickým pokrokom je možné očakávať, že v blízkej budúcnosti sa budeme stretávať s čoraz viac aplikáciami a zariadeniami využívajúcimi toto pásma pre poskytovanie rýchleho a spoľahlivého bezdrôtového pripojenia.

Vladimír Zaťka, B2B Marketing Specialist, Orange Slovensko