Prawdopodobnie słyszałeś, że 5G wykorzystuje widmo fali milimetrowej (fala milimetrowa), aby osiągnąć 10 Gbps. Ale używa również niskich i średnich pasm, podobnie jak 4G. Bez wszystkich trzech widm 5G nie byłoby niezawodne.
Jaka jest więc różnica między tymi widmami? Dlaczego przesyłają dane z różnymi prędkościami i dlaczego wszystkie mają kluczowe znaczenie dla sukcesu 5G?
Jak częstotliwości elektromagnetyczne przesyłają dane?
Zanim zagłębimy się w zakres niskich częstotliwości, średnich i mmWave, musimy zrozumieć, jak działa bezprzewodowa transmisja danych. W przeciwnym razie będziemy mieć problemy ze zrozumieniem różnic między tymi trzema widmami.
Fale radiowe i mikrofale są niewidoczne gołym okiem, ale wyglądają i zachowują się jak fale w kałuży wody. Wraz ze wzrostem częstotliwości fali odległość między każdą falą (długość fali) ulega skróceniu. Telefon mierzy długość fali, aby określić częstotliwości i „usłyszeć” dane, które częstotliwość próbuje przesłać.
Ale stabilna, niezmienna częstotliwość nie może „rozmawiać” z telefonem. Musi być modulowany poprzez nieznaczne zwiększanie i zmniejszanie częstotliwości. Twój telefon obserwuje te drobne modulacje, mierząc zmiany długości fali, a następnie przekształcając te pomiary w dane.
Jeśli to pomaga, pomyśl o tym jako o kombinacji kodu binarnego i Morse’a. Jeśli próbujesz przesłać alfabetem Morse’a za pomocą latarki, nie możesz po prostu zostawić włączonej latarki. Musisz go „modulować” w taki sposób, aby można go było interpretować jako język.
5G działa najlepiej ze wszystkimi trzema częstotliwościami
Bezprzewodowa transmisja danych ma poważne ograniczenie: częstotliwość jest zbyt ściśle związana z przepustowością.
Fale działające na niskiej częstotliwości mają dużą długość fali, więc modulacja następuje w tempie ślimaka. Innymi słowy, „mówią” powoli, co skutkuje niską przepustowością (wolny internet).
Jak można by się spodziewać, fale działające na wysokiej częstotliwości „rozmawiają” bardzo szybko. Ale są podatne na zniekształcenia. Jeśli coś stanie na przeszkodzie (ściany, atmosfera, deszcz), telefon może stracić kontrolę nad zmianami długości fali, co jest podobne do pomijania fragmentu kodu Morse’a lub kodu binarnego. Z tego powodu zawodne połączenie górnego pasma może czasami być wolniejsze niż dobre połączenie dolnego pasma.
W przeszłości nosiciele unikali widma fal milimetrowych o wysokiej częstotliwości na rzecz widm środkowych, które „mówią” w średnim tempie. Ale potrzebujemy 5G, aby było szybsze i bardziej stabilne niż 4G, więc urządzenia 5G używają tak zwanego adaptacyjnego przełączania wiązki, aby szybko przełączać się między pasmami częstotliwości.
Adaptacyjne przełączanie wiązki sprawia, że 5G jest solidnym zamiennikiem 4G. Zasadniczo telefon 5G stale monitoruje jakość swojego sygnału, gdy jest podłączony do pasma wysokiej częstotliwości (mmWave) i obserwuje inne niezawodne sygnały. Jeśli telefon wykryje, że jakość sygnału może być niepewna, bezproblemowo przełączy się na nowe pasmo częstotliwości, aż do uzyskania szybszego i bardziej niezawodnego połączenia. Zapobiega to awariom podczas oglądania filmów, pobierania aplikacji lub prowadzenia wideorozmów – i to sprawia, że 5G jest bardziej niezawodne niż 4G bez poświęcania prędkości.
mmWave: szybki, nowy i bliski
5G to pierwszy standard komunikacji bezprzewodowej wykorzystujący widmo mmWave (fale milimetrowe). Widmo mmWave działa powyżej pasma 24 GHz i, jak można się spodziewać, doskonale nadaje się do ultraszybkiego przesyłania danych. Ale, jak wspomnieliśmy wcześniej, widmo fal milimetrowych podlega zniekształceniom.
Pomyśl o widmie mmWave jak o wiązce laserowej: jest precyzyjne i gęste, ale może pokryć tylko niewielki obszar. Ponadto nie wytrzymuje dużych zakłóceń. Nawet niewielka przeszkoda, taka jak dach samochodu lub chmura deszczowa, może zakłócać transmisję fal milimetrowych.
Ponownie, dlatego tak ważne jest adaptacyjne przełączanie wiązki . W idealnym świecie Twój telefon z obsługą 5G będzie zawsze połączony z pasmem mmWave. Ale w tym idealnym świecie potrzeba by tony wież mmWave, aby zrekompensować słabe pokrycie mmWave. Operatorzy nigdy nie będą wydawać pieniędzy na instalowanie wież mmWave na każdym rogu ulicy, więc adaptacyjne przełączanie wiązki zapewnia, że Twój telefon nie będzie czkał za każdym razem, gdy przełącza się z połączenia mmWave na połączenie średniego zasięgu.
Początkowo licencje na użytkowanie w 5G posiadały tylko pasma 24 i 28 GHz. W 2020 roku FCC zakończyło aukcję pasm 37, 39 i 47 GHz do użytku 5G (te trzy pasma znajdują się wyżej w widmie, więc zapewniają szybsze połączenia). Teraz, gdy fale milimetrowe o wysokiej częstotliwości zostały licencjonowane dla 5G, technologia ta staje się coraz bardziej rozpowszechniona w USA.
Średni zakres (Sub-6): przyzwoita prędkość i zasięg
Pasmo średnie (zwane również Sub-6) to najbardziej praktyczne widmo do bezprzewodowej transmisji danych. Działa od 1 do 6 GHz ( 2,5, 3,5 i 3,7-4,2 GHz ). Jeśli widmo mmWave jest jak laser, to widmo średniego zasięgu jest jak latarka. Jest w stanie pokryć przyzwoitą ilość miejsca przy rozsądnych prędkościach Internetu. Ponadto może przejść przez większość ścian i przeszkód.
Większość widma średniego zasięgu jest już licencjonowana do bezprzewodowej transmisji danych i oczywiście 5G będzie korzystać z tych pasm. Ale 5G będzie również korzystać z pasma 2,5 GHz, które było zarezerwowane dla transmisji edukacyjnych.
Pasmo 2,5 GHz znajduje się w niższej średnicy, co oznacza, że ma szerszy zasięg (i wolniejsze prędkości) niż pasma średnie, których już używamy w 4G. Brzmi to sprzecznie z intuicją, ale branża chce, aby pasmo 2,5 GHz było gwarancją, że odległe obszary zauważą aktualizację do 5G, a obszary o wyjątkowo dużym natężeniu ruchu nie znajdą się w bardzo wolnych pasmach niskich częstotliwości.
Low-Band: wolniejsze widmo dla odległych obszarów
Do transmisji danych wykorzystujemy widmo niskich częstotliwości od momentu uruchomienia 2G w 1991 roku. Są to fale radiowe niskich częstotliwości, które działają poniżej progu 1 GHz (czyli w pasmach 600, 800 i 900 MHz ).
Ponieważ widmo o niskiej częstotliwości składa się z fal o niskiej częstotliwości, jest praktycznie odporne na zniekształcenia – ma duży zasięg i może przechodzić przez ściany. Ale jak wspomnieliśmy wcześniej, niskie częstotliwości skutkują niskimi szybkościami transmisji danych.
Najlepiej byłoby, gdyby Twój telefon nigdy nie był w połączeniu z niską częstotliwością. Istnieją jednak podłączone urządzenia, takie jak inteligentne żarówki, które nie muszą przesyłać danych z szybkością gigabitową. Jeśli producent zdecyduje się na inteligentne żarówki 5G (przydatne w przypadku awarii sieci Wi-Fi), istnieje duża szansa, że będą one działać w zakresie niskich częstotliwości.
Źródła: FCC , RCR Wireless News , SIGNIANT.
Dodaj komentarz