Вы, наверное, слышали, что 5G использует спектр миллиметровых волн для достижения скорости 10 Гбит / с. Но он также использует низкочастотный и средний диапазоны, как и 4G. Без всех трех спектров 5G не был бы надежным.
Итак, в чем разница между этими спектрами? Почему они передают данные с разной скоростью и почему все они важны для успеха 5G?
Оглавление
Как электромагнитные частоты передают данные?
Прежде чем мы углубимся в низкочастотный, средний и миллиметровый диапазоны, нам нужно понять, как работает беспроводная передача данных. В противном случае нам будет трудно понять различия между этими тремя спектрами.
Радиоволны и микроволны невидимы невооруженным глазом, но выглядят и ведут себя как волны в бассейне с водой. По мере увеличения частоты волны расстояние между каждой волной (длина волны) сокращается. Ваш телефон измеряет длину волны, чтобы определить частоты и «услышать» данные, которые частота пытается передать.
Но стабильная, неизменная частота не может «разговаривать» с вашим телефоном. Его нужно модулировать, слегка увеличивая и уменьшая частоту. Ваш телефон наблюдает за этими крошечными модуляциями, измеряя изменения длины волны, а затем переводит эти измерения в данные.
Если это поможет, подумайте об этом как о сочетании двоичного кода и кода Морзе. Если вы пытаетесь передать азбуку Морзе с помощью фонарика, вы не можете просто оставить фонарик включенным. Вы должны «модулировать» его таким образом, чтобы это можно было интерпретировать как язык.
5G лучше всего работает со всеми тремя спектрами
Беспроводная передача данных имеет серьезное ограничение: частота слишком тесно связана с полосой пропускания.
Волны, работающие на низкой частоте, имеют большие длины волн, поэтому модуляция происходит со скоростью улитки. Другими словами, они «разговаривают» медленно, что приводит к низкой пропускной способности (медленному Интернету).
Как и следовало ожидать, волны, работающие на высокой частоте, «разговаривают» очень быстро. Но они склонны к искажению. Если что-то мешает им (стены, атмосфера, дождь), ваш телефон может потерять отслеживание изменений длины волны, что сродни отсутствию фрагмента кода Морзе или двоичного кода. По этой причине ненадежное подключение к высокочастотному диапазону иногда может быть медленнее, чем хорошее подключение к низкочастотному диапазону.
В прошлом операторы связи избегали высокочастотного спектра миллиметровых волн в пользу среднечастотных спектров, которые «разговаривают» со средней скоростью. Но нам нужно, чтобы 5G был быстрее и стабильнее 4G, поэтому в устройствах 5G используется так называемое адаптивное переключение луча для быстрого переключения частотных диапазонов.
Адаптивное переключение луча — вот что делает 5G надежной заменой 4G. По сути, телефон 5G постоянно контролирует качество своего сигнала при подключении к высокочастотному (миллиметровому) диапазону и следит за другими надежными сигналами. Если телефон обнаруживает, что качество его сигнала становится ненадежным, он плавно переключается на новую полосу частот, пока не станет доступно более быстрое и надежное соединение. Это предотвращает икоту при просмотре видео, загрузке приложений или видеозвонках — и это то, что делает 5G более надежным, чем 4G, без ущерба для скорости.
Миллиметровая волна: быстрая, новая и ближняя
5G — первый стандарт беспроводной связи, использующий преимущества спектра миллиметровых волн. Спектр миллиметровых волн работает выше диапазона 24 ГГц и, как и следовало ожидать, отлично подходит для сверхбыстрой передачи данных. Но, как мы уже упоминали ранее, спектр миллиметровых волн склонен к искажениям.
Думайте о спектре миллиметровых волн как о лазерном луче: он точный и плотный, но он способен покрыть только небольшую площадь. Кроме того, он не может справиться с большим количеством помех. Даже незначительное препятствие, такое как крыша автомобиля или тучи, может помешать передаче миллиметровых волн.
Опять же, вот почему адаптивное переключение луча так важно. В идеальном мире ваш телефон с поддержкой 5G всегда будет подключен к диапазону миллиметровых волн. Но этому идеальному миру потребуется тонна мачт миллиметрового диапазона, чтобы компенсировать плохое покрытие миллиметрового диапазона. Операторы связи могут никогда не выложить деньги на установку вышек миллиметрового диапазона на каждом углу, поэтому адаптивное переключение луча гарантирует, что ваш телефон не будет икать каждый раз, когда он переходит с соединения миллиметрового диапазона на соединение среднего диапазона.
На данный момент для использования 5G лицензированы только диапазоны 24 и 28 ГГц. Но FCC планирует выставить на аукцион диапазоны 37, 39 и 47 ГГц для использования 5G к концу 2019 года (эти три диапазона находятся выше в спектре, поэтому они предлагают более быстрые соединения). Как только высокочастотные миллиметровые волны будут лицензированы для 5G, эта технология станет гораздо более распространенной.
Mid-Band (Sub-6): достойная скорость и покрытие
Средняя полоса (также называемая Sub-6) — наиболее практичный спектр для беспроводной передачи данных. Он работает в диапазоне частот от 1 до 6 ГГц (2,5, 3,5 и 3,7-4,2 ГГц). Если спектр миллиметровых волн подобен лазеру, то спектр средних частот подобен фонарю. Он способен покрыть приличный объем пространства с разумной скоростью Интернета. Кроме того, он может проходить сквозь большинство стен и препятствий.
Большая часть среднего диапазона частот уже лицензирована для беспроводной передачи данных, и, естественно, 5G воспользуется преимуществами этих диапазонов. Но 5G также будет использовать полосу 2,5 ГГц, которая раньше была зарезервирована для образовательных трансляций.
Полоса 2,5 ГГц находится в нижней части среднего диапазона, что означает, что он имеет более широкий охват (и меньшие скорости), чем диапазоны среднего диапазона, которые мы уже используем для 4G. Это звучит нелогично, но отрасль хочет, чтобы диапазон 2,5 ГГц гарантировал, что удаленные районы заметят переход на 5G и чтобы районы с чрезвычайно высокой посещаемостью не попали в сверхмедленные низкополосные диапазоны.
Низкочастотный диапазон: более медленный спектр для удаленных областей
Мы используем низкочастотный спектр для передачи данных с момента запуска 2G в 1991 году. Это низкочастотные радиоволны, которые работают ниже порога 1 ГГц (а именно, 600, 800 и 900 МГц группы).
Поскольку спектр нижних частот состоит из низкочастотных волн, он практически невосприимчив к искажениям — он имеет большой диапазон и может проходить сквозь стены. Но, как мы упоминали ранее, низкие частоты приводят к снижению скорости передачи данных.
В идеале ваш телефон никогда не будет использовать низкочастотное соединение. Но есть некоторые подключенные устройства, например умные лампочки, которым не нужно передавать данные на гигабитных скоростях. Если производитель решит сделать умные лампочки 5G (полезно, если у вас отключается Wi-Fi), есть большая вероятность, что они будут работать в низкочастотном диапазоне.
Источники: FCC, Новости RCR Wireless, ЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ