Можливо, ви чули, що технологія 5G використовує міліметрові хвилі для досягнення швидкості передачі даних до 10 Гбіт/с. Але вона також застосовує низькі та середні частотні діапазони, подібно до 4G. Надійність 5G забезпечується завдяки комбінації всіх трьох спектрів.
У чому ж полягає різниця між цими спектрами? Чому вони забезпечують різну швидкість передачі даних і чому всі вони є ключовими для успішної роботи 5G?
Як електромагнітні частоти передають інформацію?
Перш ніж глибше розглядати низькі, середні та міліметрові хвилі, необхідно зрозуміти, як функціонує бездротова передача даних. Без цього розуміння буде складно збагнути відмінності між цими трьома спектральними діапазонами.
Радіохвилі та мікрохвилі невидимі для людського ока, але вони поводяться подібно до хвиль на поверхні води у басейні. Зі зростанням частоти хвилі відстань між її гребенями (довжина хвилі) стає меншою. Ваш мобільний пристрій визначає частоти шляхом вимірювання довжини хвилі, що дає йому можливість “почути” дані, які передаються на цій частоті.
Однак стабільна, незмінна частота не здатна “спілкуватися” з вашим телефоном. Її потрібно модулювати, тобто тонко змінювати частоту. Ваш телефон відстежує ці мінімальні модуляції, вимірюючи зміни довжини хвилі, і перетворює їх на дані.
Для кращого розуміння, уявіть собі це як поєднання двійкового коду та азбуки Морзе. Якщо ви хочете передати повідомлення азбукою Морзе за допомогою ліхтарика, ви не можете просто залишити його постійно увімкненим. Вам необхідно “модулювати” його світло, щоб це можна було сприйняти як мову.
Оптимальна робота 5G забезпечується всіма трьома спектральними діапазонами
У бездротовій передачі даних існує важливе обмеження: частота тісно пов’язана з пропускною спроможністю.
Хвилі, що функціонують на низьких частотах, мають значну довжину, тому модуляція відбувається з повільною швидкістю. Іншими словами, вони “говорять” повільно, що призводить до низької пропускної здатності (повільний інтернет).
Очікувано, що хвилі, які працюють на високій частоті, “говорять” набагато швидше. Однак вони схильні до спотворень. Якщо на їхньому шляху з’являється перешкода (стіни, атмосферні умови, дощ), ваш телефон може втратити здатність відстежувати зміни довжини хвилі, подібно до втрати елемента азбуки Морзе або двійкового коду. Саме тому ненадійне з’єднання з високочастотним діапазоном іноді може бути повільнішим, ніж якісне з’єднання з низькочастотним діапазоном.
Раніше оператори віддавали перевагу спектру середньої смуги, який “говорить” із середньою швидкістю, уникаючи високочастотного міліметрового спектра. Однак, для того, щоб 5G був швидшим та стабільнішим за 4G, пристрої 5G використовують так зване адаптивне перемикання променів для швидкого переходу між різними частотними діапазонами.
Адаптивне перемикання променів є ключовим фактором, що робить 5G надійним наступником 4G. Фактично, 5G-телефон постійно аналізує якість сигналу при підключенні до високочастотного діапазону (міліметрових хвиль) та шукає інші надійні сигнали. Якщо телефон виявляє, що якість сигналу погіршується, він плавно перемикається на інший частотний діапазон до тих пір, поки не буде встановлено швидше та надійніше з’єднання. Завдяки цьому, перегляд відео, завантаження додатків та відеодзвінки відбуваються безперебійно, що забезпечує надійність 5G без шкоди для швидкості.
Міліметрові хвилі: швидкі, нові, але з обмеженим покриттям
5G – це перший бездротовий стандарт, який використовує можливості міліметрового спектра хвиль. Цей спектр функціонує вище 24 ГГц і, як і очікувалося, ідеально підходить для надшвидкісної передачі даних. Однак, як вже зазначалося, міліметровий спектр хвиль схильний до спотворень.
Міліметровий спектр хвиль можна порівняти з лазерним променем: він точний і концентрований, але здатний охопити лише невелику територію. Крім того, він погано переносить перешкоди. Навіть незначна перешкода, наприклад, дах автомобіля або дощова хмара, може перешкодити передачі міліметрових хвиль.
Знову ж таки, саме тому адаптивне перемикання променів є таким важливим. В ідеалі ваш 5G-телефон завжди повинен бути підключений до міліметрового спектру хвиль. Але для цього ідеального сценарію знадобиться велика кількість веж міліметрових хвиль, щоб компенсувати їх обмежене покриття. Оператори, ймовірно, не захочуть витрачати кошти на встановлення веж міліметрових хвиль на кожному розі, тому адаптивне перемикання променів гарантує, що ваш телефон не буде відключатися кожного разу, коли він переходить з міліметрового на середньосмугове з’єднання.
На даний момент тільки діапазони 24 і 28 ГГц ліцензовані для використання 5G. Але FCC планує продати з аукціону діапазони 37, 39 і 47 ГГц для використання 5G до кінця 2019 року (ці три діапазони знаходяться вище в спектрі, тому вони забезпечують швидші з’єднання). Після того, як високочастотні міліметрові хвилі будуть ліцензовані для 5G, технологія стане значно поширенішою.
Середній діапазон (Sub-6): компроміс між швидкістю та покриттям
Середній діапазон (також відомий як Sub-6) є найбільш практичним спектром для бездротової передачі даних. Він функціонує на частотах від 1 до 6 ГГц (2,5, 3,5 і 3,7–4,2 ГГц). Якщо міліметровий спектр хвиль можна порівняти з лазером, то середній спектр подібний до ліхтарика. Він здатний охопити досить велику територію із прийнятною швидкістю інтернету. Крім того, він здатний проникати крізь більшість стін та перешкод.
Більша частина середнього діапазону вже ліцензована для бездротової передачі даних, і, звичайно, 5G буде використовувати ці діапазони. Однак, 5G також застосовуватиме діапазон 2,5 ГГц, який раніше був зарезервований для освітніх трансляцій.
Діапазон 2,5 ГГц знаходиться на нижньому кінці спектра середнього діапазону, що означає, що він має ширше покриття (і нижчу швидкість), ніж середні діапазони, які вже використовуються для 4G. Це може здатися нелогічним, але галузь прагне, щоб діапазон 2,5 ГГц забезпечив оновлення до 5G у віддалених районах, і щоб райони з дуже високим трафіком не потрапляли у надто повільний, низькосмуговий спектр.
Низький діапазон: повільніший спектр для віддалених районів
Низькосмуговий спектр використовується для передачі даних ще з часів запуску 2G у 1991 році. Це низькочастотні радіохвилі, що працюють нижче порогу 1 ГГц (а саме, 600, 800 і 900 МГц смуги).
Оскільки низькочастотний спектр складається з низькочастотних хвиль, він є стійким до спотворень, має широкий радіус дії та може проходити крізь стіни. Однак, як вже зазначалося, низькі частоти призводять до низької швидкості передачі даних.
В ідеалі ваш телефон ніколи не повинен підключатися до низькосмугового з’єднання. Однак існують деякі підключені пристрої, такі як розумні лампочки, яким не потрібна гігабітна швидкість передачі даних. Якщо виробник вирішить випустити 5G-розумні лампочки (що може бути корисно у разі відключення Wi-Fi), цілком ймовірно, що вони функціонуватимуть у низькосмуговому спектрі.
Джерела: FCC, RCR Wireless News, SIGNIANT