Ви, напевно, чули, що 5G використовує міліметровий спектр хвиль для досягнення швидкості 10 Гбіт/с. Але він також використовує низькі та середні діапазони, як і 4G. Без усіх трьох спектрів 5G не був би надійним.
Отже, яка різниця між цими спектрами? Чому вони передають дані з різною швидкістю, і чому всі вони мають вирішальне значення для успіху 5G?
Як електромагнітні частоти передають дані?
Перш ніж заглибитися в низькі, середні та міліметрові хвилі, нам потрібно зрозуміти, як працює бездротова передача даних. Інакше нам буде важко зрозуміти відмінності між цими трьома спектрами.
Радіохвилі та мікрохвилі невидимі неозброєним оком, але виглядають і поводяться, як хвилі в басейні з водою. Зі збільшенням частоти хвилі відстань між кожною хвилею (довжина хвилі) стає меншою. Ваш телефон вимірює довжину хвилі, щоб визначити частоти та «почути» дані, які частота намагається передати.
Але стабільна, незмінна частота не може «розмовляти» з вашим телефоном. Його потрібно модулювати, тонко збільшуючи та зменшуючи частоту. Ваш телефон спостерігає за цими крихітними модуляціями, вимірюючи зміни довжини хвилі, а потім перетворює ці вимірювання в дані.
Якщо це допоможе, подумайте про це як про двійковий код і азбуку Морзе разом. Якщо ви намагаєтеся передати азбуку Морзе за допомогою ліхтарика, ви не можете просто залишити ліхтарик включеним. Ви повинні «модулювати» його таким чином, щоб його можна було інтерпретувати як мову.
5G найкраще працює з усіма трьома спектрами
Бездротова передача даних має серйозне обмеження: частота занадто тісно прив’язана до пропускної здатності.
Хвилі, які діють на низькій частоті, мають велику довжину хвилі, тому модуляція відбувається з темпом равлика. Іншими словами, вони «розмовляють» повільно, що призводить до низької пропускної здатності (повільний Інтернет).
Як і слід було очікувати, хвилі, які працюють на високій частоті, «розмовляють» дуже швидко. Але вони схильні до спотворення. Якщо щось стане на їхньому шляху (стіни, атмосфера, дощ), ваш телефон може втратити відлік змін у довжині хвилі, що схоже на відсутність фрагмента азбуки Морзе або двійкового коду. З цієї причини ненадійне з’єднання з високочастотним діапазоном іноді може бути повільніше, ніж хороше з’єднання з низькочастотним діапазоном.
У минулому носії уникали високочастотного спектру міліметрових хвиль на користь спектрів середньої смуги, які «розмовляють» у середньому темпі. Але нам потрібно, щоб 5G був швидшим і стабільнішим, ніж 4G, тому пристрої 5G використовують те, що називається адаптивне перемикання променя щоб швидко переходити між діапазонами частот.
Адаптивне перемикання променя – це те, що робить 5G надійною заміною 4G. По суті, телефон 5G безперервно контролює якість свого сигналу при підключенні до діапазону високої частоти (міліметрові хвилі) і стежить за іншими надійними сигналами. Якщо телефон виявляє, що якість його сигналу ось-ось стане ненадійною, він плавно переходить на новий діапазон частот, доки не буде доступне швидше та надійніше з’єднання. Це запобігає будь-яким помилкам під час перегляду відео, завантаження програм або здійснення відеодзвінків — і це те, що робить 5G надійнішим за 4G без шкоди для швидкості.
Міліметрові хвилі: швидкі, нові та короткодіючі
5G є першим бездротовим стандартом, який використовує переваги спектру міліметрових хвиль. Спектр міліметрових хвиль працює вище діапазону 24 ГГц, і, як і слід було очікувати, він чудово підходить для надшвидкої передачі даних. Але, як ми згадували раніше, спектр міліметрових хвиль схильний до спотворення.
Подумайте про міліметровий спектр хвиль, як про лазерний промінь: він точний і щільний, але здатний охопити лише невелику площу. Крім того, він не витримує великих перешкод. Навіть незначна перешкода, як-от дах вашого автомобіля або дощова хмара, може перешкодити передачі міліметрових хвиль.
Знову ж таки, ось чому адаптивне перемикання променя є таким вирішальним. У ідеальному світі ваш телефон із підтримкою 5G завжди буде підключений до міліметрового спектру хвиль. Але цьому ідеальному світу знадобиться тонна веж міліметрової хвилі, щоб компенсувати погане покриття міліметрових хвиль. Оператори можуть ніколи не витрачати гроші на встановлення веж міліметрової хвилі на кожному розі, тому адаптивне перемикання променів гарантує, що ваш телефон не замикає щоразу, коли він переходить із підключення міліметрової хвилі до з’єднання середнього діапазону.
На даний момент лише діапазони 24 і 28 ГГц ліцензовані для використання 5G. Але FCC очікує продати з аукціону діапазони 37, 39 і 47 ГГц для використання 5G до кінця 2019 року (ці три діапазони є вищими в спектрі, тому вони пропонують швидші з’єднання). Після того, як високочастотні міліметрові хвилі будуть ліцензовані для 5G, технологія стане набагато більш поширеною.
Середній діапазон (Sub-6): пристойна швидкість і покриття
Середній діапазон (також званий Sub-6) є найбільш практичним спектром для бездротової передачі даних. Він працює на частотах від 1 до 6 ГГц (2,5, 3,5 і 3,7–4,2 ГГц). Якщо спектр міліметрової хвилі схожий на лазер, то спектр середньої смуги схожий на ліхтарик. Він здатний покрити пристойний обсяг місця з розумною швидкістю Інтернету. Крім того, він може переміщатися через більшість стін і перешкод.
Більша частина середнього діапазону вже ліцензована для бездротової передачі даних, і, природно, 5G скористається перевагами цих діапазонів. Але 5G також використовуватиме діапазон 2,5 ГГц, який раніше був зарезервований для освітніх трансляцій.
Діапазон 2,5 ГГц знаходиться на нижньому кінці спектру середнього діапазону, що означає, що він має ширше покриття (і нижчу швидкість), ніж діапазони середнього діапазону, які ми вже використовуємо для 4G. Звучить неінтуїтивно, але індустрія хоче, щоб діапазон 2,5 ГГц гарантував, що віддалені райони помітили оновлення до 5G, і щоб райони з надзвичайно високим трафіком не потрапляли на надповільний, низькосмуговий спектр.
Низький діапазон: повільніший спектр для віддалених районів
Ми використовуємо низькосмуговий спектр для передачі даних з моменту запуску 2G в 1991 році. Це низькочастотні радіохвилі, які діють нижче порога 1 ГГц (а саме, 600, 800 і 900 МГц смуги).
Оскільки низькочастотний спектр складається з низькочастотних хвиль, він практично не піддається спотворенням — має великий діапазон і може переміщатися крізь стіни. Але, як ми згадували раніше, низькі частоти призводять до низької швидкості передачі даних.
В ідеалі ваш телефон ніколи не буде підключено до низькосмугового з’єднання. Але є деякі підключені пристрої, як-от розумні лампочки, яким не потрібно передавати дані з гігабітною швидкістю. Якщо виробник вирішить зробити розумні лампочки 5G (корисно, якщо ваш Wi-Fi відключається), є велика ймовірність, що вони працюватимуть у низькосмуговому спектрі.
Джерела: FCC, RCR Wireless News, ЗНАЧНИЙ