Quelle est la fréquence de la 5G? Toutes les différentes gammes 5G, expliquées

Si vous avez pensé 5G semble plus compliqué que les technologies cellulaires précédentes, vous n'avez pas tout à fait tort. La 5G promet des performances plus rapides, une meilleure couverture et une connectivité omniprésente pour alimenter la prochaine génération de voitures autonomes et appareils intelligents. Pour ce faire, il doit repousser les limites de ce qui était possible avec les anciennes technologies cellulaires.

Cela nécessite également que la 5G fonctionne sur une gamme de fréquences beaucoup plus large. Après tout, nous parlons d'une technologie qui a le potentiel de remplacer les connexions haut débit filaires et même de nombreux réseaux Wi-Fi traditionnels. À l'avenir, un réseau 5G ne sera pas quelque chose sur lequel vous vous rabattrez simplement lorsqu'une meilleure connexion n'est pas disponible - il pourrait très bien être la meilleure connexion que vous puissiez obtenir.

Alors, à quelle fréquence un réseau 5G fonctionne-t-il? Il n'y a pas de réponse simple et simple à cela, mais ce n'est pas aussi compliqué qu'il n'y paraît à première vue. Les réseaux 5G utilisent de nombreuses fréquences différentes, mais celles-ci peuvent toutes être regroupées en trois plages spécifiques, chacune avec ses propres avantages et inconvénients.

Le compromis entre vitesse et portée

Avant de discuter des gammes de fréquences utilisées par la 5G, il est essentiel de comprendre pourquoi tant de fréquences différentes sont nécessaires. La réponse à cette question est quelque chose que vous avez peut-être déjà vécu chez vous.

Moderne Routeurs Wi-Fi fonctionnent sur deux fréquences: 2,4 GHz et 5 GHz. Si vous avez déjà essayé d'obtenir la meilleure couverture Wi-Fi chez vous, vous avez probablement rencontré une réalité fondamentale sur le fonctionnement des ondes radio. Vous obtiendrez des vitesses plus lentes lorsque vous êtes connecté à votre réseau 2,4 GHz, mais vous pouvez également rester connecté même lorsque vous vous éloignez du routeur. D'autre part, le canal 5 GHz vous offre de bien meilleures performances, mais vous ne pourrez peut-être pas vous rendre à l'autre bout de votre maison.

Bien que ceux-ci aient naturellement une portée beaucoup plus courte que les tours radio cellulaires, les mêmes principes s'appliquent. Des fréquences plus élevées peuvent transporter plus de données mais ne voyagent pas aussi loin et ne pénètrent pas aussi bien dans les objets solides. Les basses fréquences vont beaucoup plus loin et sont moins sujettes aux interférences, mais elles sont aussi beaucoup plus lentes.

Les opérateurs de réseaux mobiles doivent tenir compte de ces mêmes compromis lors de la construction de leurs réseaux 5G. Les signaux 5G à plus haute fréquence peuvent fournir des vitesses sans fil incroyablement rapides mais ne peut pas couvrir beaucoup plus qu'un pâté de maisons. À l'autre extrémité du spectre, les signaux basse fréquence peuvent parcourir des kilomètres, mais n'offrent pas des performances nettement meilleures que les anciennes technologies 4G/LTE.

Sub-6 contre mmWave

Lors du déploiement de la 5G, l'industrie a divisé les fréquences en deux plages généralement larges: Sous-6GHz (Sous-6) et onde millimétrique (mmWave).

Comme son nom l'indique, les fréquences Sub-6 étaient destinées à inclure toutes celles en dessous de 6 GHz, tandis que le spectre 5G mmWave commençait à environ 24 GHz et augmentait à partir de là.

Concrètement, les premiers déploiements Sub-6 5G sont restés principalement en dessous de la gamme 2GHz. Étant donné que ces fréquences étaient déjà utilisées par les réseaux 4G/LTE et même 3G plus anciens, les opérateurs disposaient déjà des licences nécessaires pour les utiliser. Cela a facilité le déploiement rapide de la 5G au-dessus de leurs réseaux existants, et c'est précisément ce que T-Mobile et AT&T ont fait.

Plus précisément, AT&T et T-Mobile ont configuré leurs réseaux 5G sur les mêmes fréquences de 850 MHz et 1,9 GHz (1900 MHz) utilisées par le les premiers réseaux GSM « 2G » et les fréquences de 700 MHz et 1,7 GHz (1 700 MHz) qui ont été utilisées avec la 3G et la LTE déploiements. AT&T a également exploité certains services 5G dans la gamme 2,3 GHz, tandis que T-Mobile est descendu à 600 MHz pour obtenir une couverture encore meilleure pour son réseau 5G « national ».

Pendant ce temps, Verizon a décidé d'aller dans la direction opposée avec son déploiement initial de la 5G, en utilisant la fréquence beaucoup plus rapide de 28 GHz mmWave. Cela a permis à Verizon de se vanter des vitesses les plus rapides; un 2020 Signal ouvert rapport avait Verizon bien en tête au niveau mondial, avec des vitesses de téléchargement moyennes de 506 Mbps car il n'avait pas de réseaux Sub-6 5G pour faire baisser son score. Cependant, la gamme extrêmement limitée de fréquences mmWave signifiait moins de 1 % des clients Verizon ont même vu le réseau 5G de l'entreprise apparaître sur leurs smartphones.

Les enjeux de la 5G bas débit

5G bande basse laissez AT&T et T-Mobile mettre leurs réseaux en service très rapidement car ils n'ont pas eu à attendre de nouvelles licences, et ils pouvaient également se greffer sur l'infrastructure 4G existante. Cependant, c'est ce dernier point qui a fait premières performances 5G si décevantes pour de nombreuses personnes.

Pour faire coexister pacifiquement la 5G et la 4G sur les mêmes fréquences, les opérateurs ont dû se tourner vers une technologie connue sous le nom de Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Cette nouvelle capacité 5G lui a permis de céder les ondes au trafic 4G plus ancien.

Le problème avec cela est que les réseaux 4G ne connaissent rien du DSS; La 4G n'avait pas appris à partager, il appartenait donc toujours au trafic 5G de se retirer poliment chaque fois que le trafic 4G apparaissait. En d'autres termes, les signaux 4G plus anciens et plus lents ont toujours la priorité sur la 5G plus récente et plus rapide.

Cela signifie qu'en plus d'être gênés par la capacité limitée des fréquences inférieures, les réseaux 5G à bande basse ont également dû faire face à l'ensemble du trafic 4G sur ces ondes. Il n'est pas étonnant que les premiers réseaux 5G ne puissent pas offrir des vitesses sensiblement plus rapides que la 4G.

Même lorsque Verizon a finalement activé son réseau 5G national à bande basse fin 2020 pour apporter la 5G aux 99% restants de son clients, ses performances 5G étaient si médiocres que certains experts ont recommandé aux gens de désactiver la 5G sur leurs smartphones pour économiser vie de la batterie.

Le nouveau spectre de la bande médiane change la donne

Suite à ces déploiements initiaux, deux choses se sont produites qui ont montré que les experts de l'industrie avaient peut-être commis une erreur en regroupant toutes les fréquences inférieures à 6 GHz dans une seule catégorie "Sub-6".

Les deux impliquaient l'utilisation d'un spectre médian à haute fréquence, même si les transporteurs l'ont abordé sous deux angles différents.

Grâce à sa fusion en 2020 avec Sprint, T-Mobile avait un atout dans sa manche. Sprint avait fait le choix inhabituel de faire fonctionner son réseau 4G/LTE presque exclusivement sur une bande de spectre de 2,5 GHz, bien au-dessus de la gamme utilisée par les autres opérateurs et les anciens réseaux GSM et 3G.

Cependant, au lieu de conserver cet ancien réseau 4G / LTE, T-Mobile a chirurgicalement mis hors service toutes les tours de Sprint, libérer ce spectre de 2,5 GHz pour qu'il soit utilisé exclusivement dans les nouveaux déploiements 5G. Cela a donné à T-Mobile des fréquences plus rapides pour jouer avec qui ne seraient pas alourdies par les signaux 4G. Par conséquent, le trafic 5G avait une voie dégagée sur ces ondes sans qu'il soit nécessaire d'utiliser le DSS pour céder au trafic 4G plus ancien. Ceci est devenu l'épine dorsale de Le réseau 5G Ultra Capacity de T-Mobile.

AT&T et Verizon n'ont pas été aussi chanceux. Alors qu'AT&T disposait d'un spectre de 2,3 GHz, il n'en avait pas assez pour faire la différence. Au lieu de cela, les deux opérateurs ont dû attendre que la Federal Communications Commission (FCC) libère du spectre supplémentaire dans ce qui est maintenant connu sous le nom de la gamme bande C.

Une vente aux enchères de la FCC au début de 2021 a vu Verizon perdre 45,4 milliards de dollars pour sécuriser autant de ce spectre que possible. AT&T a également dépensé plus de 23 milliards de dollars, et même T-Mobile a récupéré une part du gâteau pour 9,3 milliards de dollars. Cela a donné aux opérateurs le droit d'exploiter des réseaux 5G sur des fréquences comprises entre 3,7 GHz et 3,98 GHz.

Les deux transporteurs commencé à utiliser ce nouveau spectre à bon escient plus tôt cette année, et les hautes fréquences sont déjà prouver qu'ils sont plus que capables de fournir les vitesses promises par la 5G en premier lieu. Alors que T-Mobile a une longueur d'avance grâce à ses déploiements antérieurs à 2,5 GHz, Verizon rattrape rapidement son retard et AT&T n'est pas beaucoup plus loin derrière.

Bien que ces fréquences de bande médiane et de bande C soient encore bien inférieures à 6 GHz, elles appartiennent à une classe entièrement différente des fréquences de bande basse qui définissaient initialement la gamme Sub-6.

Quelle est la place de mmWave ?

Bien que le spectre de milieu de gamme se soit distingué comme le point idéal pour la 5G, offrant le meilleur mélange de portée et de performances, il y a toujours une place pour Onde mm dans les déploiements 5G.

Verizon a peut-être commis une erreur tactique en mettant tous ses œufs dans le panier mmWave, mais il avait le cœur d'une bonne idée. Seul mmWave peut fournir la fiabilité et les performances nécessaires dans les zones densément peuplées.

AT&T et T-Mobile l'ont peut-être mieux compris. Les deux ont déployé mmWave de manière plus stratégique, couvrant des endroits comme les stades, les salles de concert, les aéroports et d'autres endroits où des milliers ou des dizaines de milliers de personnes sont susceptibles de se rassembler.

C'est dans des situations comme celle-ci que mmWave brille. La plus grande capacité des fréquences 28 GHz et 39 GHz utilisées pour la 5G mmWave signifie plus de bande passante pour beaucoup plus d'appareils. Si vous avez déjà été frustré par de mauvaises performances 4G ou même un indicateur "Aucun signal" lorsque vous assistez à un événement sportif ou à un concert animé, vous serez heureux de savoir que mmWave résout ce problème. En utilisant ces fréquences plus élevées, les transporteurs peuvent fournir des performances 5G solides à des milliers de participants dans un stade sans transpirer.

Le mix de fréquences 5G

Il est probablement évident maintenant qu'il n'y a pas de fréquence parfaite sur laquelle les réseaux 5G peuvent fonctionner. Pour que les opérateurs tiennent les promesses de la 5G, ils doivent utiliser un mélange de spectre 5G en fonction des circonstances.

Alors que Bande C et autres fréquences moyennes seront les plus couramment déployés dans les zones urbaines, ceux-ci sont exagérés pour la couverture rurale où la portée est plus importante que la performance.

C'est pourquoi 5G bande basse les tours continueront de recouvrir la campagne, et la bonne nouvelle est que, à mesure que de plus en plus de personnes passeront aux smartphones 5G et autres appareils, la quantité de trafic 4G sur ces fréquences diminuera, ouvrant la voie à des vitesses 5G plus rapides, même sur les fréquences inférieures. fréquences.

Pendant ce temps, les opérateurs continueront de compléter leurs réseaux 5G à bande moyenne plus rapides avec Onde mm des émetteurs-récepteurs dans des endroits comme les stades et les aéroports où une capacité supplémentaire est nécessaire pour prendre en charge de grands groupes de personnes. Verizon n'a pas non plus l'intention de fermer son réseau original mmWave déjà présent dans de nombreuses zones urbaines du centre-ville.

Quelle est la prochaine étape pour le spectre 5G ?

Ces trois gammes de fréquences ne sont qu'un début. Les opérateurs se disputent déjà de nouveaux blocs de spectre 5G, même s'il faudra un certain temps pour que toutes les pièces soient mises en place.

Par exemple, un quatrième joueur sur le terrain, Plat, pourrait finir par être un cheval noir dans cette course. Renaître des cendres de la fusion T-Mobile/Sprint, Dish a récemment a allumé son nouveau réseau Smart 5G qui utilise une nouvelle technologie révolutionnaire basée sur le cloud pour accélérer et rendre plus abordable le déploiement de son service 5G à travers le pays.

Le plat a été faire pression sur la FCC pour ouvrir la bande 12 GHz, bien qu'il soit actuellement en conflit sur ce spectre avec le service SpaceX Starlink d'Elon Musk. Il est difficile de dire comment 12 GHz s'intégrera dans le mix 5G - nous ne savons même pas comment l'appeler car il vit dans le vaste écart entre Sub-6, qui s'arrête à 6 GHz, et mmWave, qui commence à 24 GHz.

Cependant, ce spectre de 12 GHz pourrait devenir un nouveau point idéal, offrant des vitesses encore plus rapides sans sacrifier presque autant de portée que le mmWave de 28 GHz.

T-Mobile et Dish aussi détiennent collectivement des licences pour 99 % du spectre 47 GHz, bien que l'on ne sache pas encore ce que l'un ou l'autre des transporteurs prévoit d'en faire. La FCC prévoit également de concéder sous licence davantage de spectre d'ondes millimétriques dans les gammes 57-64 GHz, 71 GHz, 81 GHz et 92 GHz.

Tous les transporteurs ne placent pas leurs espoirs dans ce spectre extrêmement haute fréquence (EHF). T-Mobile travaille sur atteindre des vitesses de type mmWave sur les réseaux Sub-6 à l'aide d'une nouvelle fonctionnalité connue sous le nom de technologie d'agrégation de transporteurs. Comme son nom l'indique, cela relie plusieurs canaux 5G à bande basse et moyenne bande, combinant leur bande passante.

Cependant, le plus grand obstacle à ces nouvelles initiatives sera d'attendre que les fabricants de puces et de téléphones rattrapent leur retard. Le dernier de Qualcomm Muflier X60 offre un support de base pour la stratégie d'agrégation de transporteurs de T-Mobile, tandis que les nouveaux X65 et X70 améliorer cela. Cela signifie que le iPhone 13, Galaxie S21, et les modèles plus récents sont prêts pour cela. Cependant, les premiers téléphones 5G comme le iPhone 12 et Samsung Galaxy S20 Ultra ne pourra pas en profiter.

Le nouveau spectre est une tout autre affaire. Les opérateurs peuvent ouvrir tout le spectre que la FCC leur autorise, mais les smartphones doivent également être prêts à prennent en charge ces fréquences - et la plupart ne vont pas au-delà des normes qui ont déjà été largement déployé.

Par exemple, il n'y a pas encore de téléphones sur le marché qui prennent en charge la bande 12 GHz que Dish essaie d'acquérir, et puisque cette fréquence n'est utilisée par personne d'autre, Dish devrait convaincre un fabricant de smartphones de monter à bord avec il. Il en va de même pour le spectre à haute fréquence de 47 GHz.

Néanmoins, il existe une relation suffisamment étroite entre les opérateurs de réseaux mobiles et les fabricants de matériel pour que si les opérateurs le construisent, les fabricants de smartphones viendront. Le point critique est que ces choses prennent du temps, donc même si le spectre 5G s'étendra sans aucun doute dans les prochaines années, cela ne se fera pas du jour au lendemain.

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