Che frequenza è il 5G? Tutte le diverse gamme 5G, spiegate

Se hai pensato 5G sembra più complicato delle tecnologie cellulari precedenti, non hai tutti i torti. Il 5G promette prestazioni più veloci, una migliore copertura e una connettività onnipresente per alimentare la prossima generazione di auto autonome e dispositivi intelligenti. Per raggiungere questo obiettivo, ha bisogno di spingere i confini di ciò che era possibile con le vecchie tecnologie cellulari.

Ciò richiede anche che il 5G funzioni su una gamma di frequenze molto più ampia. Dopotutto, stiamo parlando di una tecnologia che ha il potenziale per farlo sostituire le connessioni cablate a banda larga e persino molte reti Wi-Fi tradizionali. In futuro, una rete 5G non sarà qualcosa su cui ripiegherai semplicemente quando non è disponibile una connessione migliore: potrebbe benissimo essere la migliore connessione che puoi ottenere.

Quindi, su quale frequenza opera una rete 5G? Non esiste un'unica risposta semplice a questo, ma non è nemmeno così complicato come sembra a prima vista. Le reti 5G utilizzano molte frequenze diverse, ma queste possono essere tutte raggruppate in tre intervalli specifici, ciascuno con i propri pro e contro.

Il compromesso tra velocità e autonomia

Prima di discutere le gamme di frequenza utilizzate dal 5G, è essenziale capire perché sono necessarie così tante frequenze diverse. La risposta a questa domanda è qualcosa che potresti aver già sperimentato a casa tua.

Moderno Router Wi-Fi operano su due frequenze: 2,4 GHz e 5 GHz. Se hai mai provato a ottenere la migliore copertura Wi-Fi in casa, probabilmente hai incontrato una realtà fondamentale di come funzionano le onde radio. Otterrai velocità più basse quando sei connesso alla tua rete a 2,4 GHz, ma puoi anche rimanere connesso anche quando ti allontani dal router. D'altra parte, il canale a 5 GHz ti offre prestazioni molto migliori, ma potresti non arrivare dall'altra parte della casa.

Sebbene questi abbiano naturalmente una portata molto più breve rispetto alle torri radio cellulari, si applicano gli stessi principi. Le frequenze più alte possono trasportare più dati ma non viaggiano così lontano e non penetrano altrettanto bene gli oggetti solidi. Le frequenze più basse vanno molto più lontano e sono meno soggette a interferenze, ma sono anche molto più lente.

Gli operatori di reti mobili devono considerare questi stessi compromessi quando costruiscono le loro reti 5G. I segnali 5G ad alta frequenza possono fornire velocità wireless incredibilmente elevate ma non può coprire molto più di un isolato. All'altra estremità dello spettro, i segnali a bassa frequenza possono andare per miglia ma non offrono prestazioni notevolmente migliori rispetto alle vecchie tecnologie 4G/LTE.

Sub-6 contro mmWave

Quando il 5G è stato implementato, l'industria ha diviso le frequenze in due gamme generalmente ampie: Sub-6GHz (Sub-6) E onda millimetrica (mmWave).

Come suggerisce il nome, le frequenze Sub-6 dovevano includere tutte quelle inferiori a 6 GHz, mentre lo spettro 5G mmWave iniziava a circa 24 GHz e da lì saliva.

In termini pratici, le prime implementazioni Sub-6 5G sono rimaste principalmente al di sotto della gamma di 2 GHz. Poiché queste frequenze erano già utilizzate dalle reti 4G/LTE e anche dalle reti 3G più vecchie, i carrier disponevano già delle licenze necessarie per utilizzarle. Ciò ha reso facile implementare rapidamente il 5G sulle loro reti esistenti, ed è esattamente ciò che hanno fatto T-Mobile e AT&T.

In particolare, AT&T e T-Mobile configurano le loro reti 5G sulle stesse frequenze di 850 MHz e 1,9 GHz (1900 MHz) utilizzate dal le prime reti GSM "2G" e le frequenze da 700 MHz e 1,7 GHz (1700 MHz) che sono entrate in uso con 3G e LTE implementazioni. AT&T ha anche gestito alcuni servizi 5G nella gamma 2,3 GHz, mentre T-Mobile è sceso a 600 MHz per ottenere una copertura ancora migliore per la sua rete 5G "nazionale".

Nel frattempo, Verizon ha deciso di andare nella direzione opposta con il suo lancio iniziale del 5G, utilizzando la frequenza molto più veloce di 28 GHz mmWave. Ciò ha permesso a Verizon di vantare le velocità più elevate; un 2020 OpenSignal il rapporto vedeva Verizon in testa a livello globale, con velocità di download medie di 506 Mbps poiché non disponeva di reti Sub-6 5G per abbassare il punteggio. Tuttavia, significava la gamma estremamente limitata di frequenze mmWave meno dell'1% dei clienti Verizon hanno persino visto la rete 5G dell'azienda apparire sui loro smartphone.

Le sfide del 5G a banda bassa

5G a banda bassa consentire ad AT&T e T-Mobile di mettere in funzione le loro reti molto rapidamente poiché non dovevano attendere nuove licenze, inoltre potevano anche sfruttare l'infrastruttura 4G esistente. Tuttavia, è quest'ultimo punto che ha fatto le prime prestazioni 5G così deludenti per molte persone.

Per far coesistere pacificamente 5G e 4G sulle stesse frequenze, i carrier hanno dovuto ricorrere a una tecnologia nota come Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Questa nuova funzionalità 5G gli ha permesso di cedere le onde radio al vecchio traffico 4G.

Il problema è che le reti 4G non sanno nulla di DSS; Al 4G non era stato insegnato come condividere, quindi spettava sempre al traffico 5G farsi da parte educatamente ogni volta che si presentava traffico 4G. In altre parole, i segnali 4G più vecchi e più lenti hanno sempre avuto la priorità rispetto ai nuovi e più veloci 5G.

Ciò significa che, oltre a essere ostacolate dalla capacità limitata delle frequenze più basse, le reti 5G a banda bassa hanno anche dovuto fare i conti con la possibilità di far posto a tutto il traffico 4G su quelle onde radio. Non c'è da meravigliarsi che le prime reti 5G non fossero in grado di fornire velocità notevolmente superiori al 4G.

Anche quando Verizon ha finalmente attivato la sua rete 5G nazionale a banda bassa alla fine del 2020 per portare il 5G al restante 99% dei suoi clienti, le sue prestazioni 5G erano così scarse che alcuni esperti hanno consigliato alle persone di disattivare il 5G sui loro smartphone per risparmiare durata della batteria.

Il nuovo spettro di banda media cambia il gioco

Dopo quelle implementazioni iniziali, sono successe due cose che hanno dimostrato che gli esperti del settore potrebbero aver commesso un errore nel raggruppare tutte le frequenze inferiori a 6 GHz in un'unica categoria "Sub-6".

Entrambi hanno comportato l'uso di a spettro di frequenza medio-banda più alta, sebbene i portatori si avvicinassero da due diverse angolazioni.

Grazie a la sua fusione nel 2020 con Sprint, T-Mobile aveva un asso nella manica. Sprint aveva fatto la scelta insolita di eseguire la sua rete 4G/LTE quasi esclusivamente su una fascia di spettro a 2,5 GHz, ben al di sopra della gamma utilizzata dagli altri operatori e dalle vecchie reti GSM e 3G.

Tuttavia, invece di mantenere questa vecchia rete 4G/LTE in giro, T-Mobile ha disattivato chirurgicamente tutte le torri di Sprint, liberando quello spettro di 2,5 GHz da utilizzare esclusivamente nelle nuove implementazioni 5G. Ciò ha dato a T-Mobile frequenze più veloci con cui giocare che non sarebbero state gravate dai segnali 4G. Pertanto, il traffico 5G aveva un percorso chiaro su quelle onde radio senza la necessità di utilizzare DSS per cedere al vecchio traffico 4G. Questo è diventato la spina dorsale di La rete 5G Ultra Capacity di T-Mobile.

AT&T e Verizon non sono stati così fortunati. Sebbene AT&T avesse uno spettro di 2,3 GHz, non ne aveva abbastanza per fare la differenza. Invece, entrambi i vettori hanno dovuto attendere fino a quando la Federal Communications Commission (FCC) non ha liberato più spettro in quello che ora è noto come la gamma della banda C.

Un'asta FCC all'inizio del 2021 ha visto Verizon perdere $ 45,4 miliardi per assicurarsi quanto più possibile di questo spettro. Anche AT&T ha speso oltre $ 23 miliardi e persino T-Mobile ha raccolto una fetta della torta per $ 9,3 miliardi. Ciò ha dato ai vettori il diritto di eseguire reti 5G su frequenze comprese tra 3,7 GHz e 3,98 GHz.

Entrambi i vettori ha iniziato a mettere a frutto questo nuovo spettro all'inizio di quest'anno, e le frequenze più alte lo sono già dimostrandosi più che in grado di fornire le velocità che il 5G aveva promesso in primo luogo. Mentre T-Mobile ha un vantaggio grazie alle sue precedenti implementazioni a 2,5 GHz, Verizon sta recuperando rapidamente e AT&T non è molto più indietro.

Sebbene queste frequenze della banda media e della banda C siano ancora ben al di sotto dei 6 GHz, sono in una classe completamente diversa dalle frequenze della banda bassa che inizialmente definivano la gamma Sub-6.

Dove si inserisce mmWave?

Sebbene lo spettro di fascia media si sia distinto come il punto debole per il 5G, offrendo il miglior mix di portata e prestazioni, c'è ancora posto per mmWave nelle implementazioni 5G.

Verizon potrebbe aver commesso un errore tattico mettendo tutte le sue uova nel paniere mmWave, ma aveva il nocciolo di una buona idea. Solo mmWave può fornire l'affidabilità e le prestazioni necessarie in aree densamente popolate.

AT&T e T-Mobile forse lo hanno capito meglio. Entrambi hanno implementato mmWave in modo più strategico, coprendo luoghi come stadi, sale da concerto, aeroporti e altri luoghi in cui è probabile che si riuniscano migliaia o decine di migliaia di persone.

È in situazioni come questa che brilla mmWave. La maggiore capacità delle frequenze da 28 GHz e 39 GHz utilizzate per 5G mmWave significa più larghezza di banda per molti più dispositivi. Se sei mai stato frustrato da scarse prestazioni 4G o persino da un indicatore "Nessun segnale" durante un evento sportivo o un concerto, sarai felice di sapere che mmWave risolve questo problema. Utilizzando queste frequenze più alte, i vettori possono farlo fornire solide prestazioni 5G a migliaia di partecipanti in uno stadio senza sudare.

Il mix di frequenze 5G

Probabilmente è ormai evidente che non esiste una frequenza perfetta su cui far funzionare le reti 5G. Affinché i vettori mantengano ciò che promette il 5G, devono utilizzare un mix di spettro 5G in base alle circostanze.

Mentre Banda C e altre frequenze della banda media saranno i più comunemente impiegati nelle aree urbane, quelli sono eccessivi per la copertura rurale dove la portata è più importante delle prestazioni.

Ecco perché 5G a banda bassa le torri continueranno a ricoprire la campagna e la buona notizia è che man mano che sempre più persone si spostano su smartphone 5G e altro dispositivi, la quantità di traffico 4G su quelle frequenze diminuirà, aprendo la strada a velocità 5G più elevate anche sulle frequenze più basse frequenze.

Nel frattempo, i gestori continueranno a integrare le loro reti 5G di fascia media più veloci con mmWave ricetrasmettitori in luoghi come stadi e aeroporti dove è necessaria una capacità aggiuntiva per supportare grandi gruppi di persone. Verizon inoltre non ha intenzione di chiudere la sua rete mmWave originale già presente in molte aree del centro urbano.

Quali sono le prospettive per lo spettro 5G?

Queste tre gamme di frequenza sono solo l'inizio. I vettori stanno già gareggiando per nuovi blocchi di spettro 5G, anche se ci vorrà del tempo prima che tutti i pezzi vengano messi a posto.

Ad esempio, un quarto giocatore in campo, Piatto, potrebbe finire per essere un cavallo oscuro in questa corsa. Nato dalle ceneri della fusione T-Mobile/Sprint, Dish recentemente acceso la sua nuova rete Smart 5G che utilizza una nuova rivoluzionaria tecnologia basata su cloud per rendere più veloce e conveniente l'implementazione del suo servizio 5G in tutto il paese.

Il piatto è stato facendo pressioni sulla FCC per aprire la banda a 12 GHz, sebbene sia attualmente in lotta su questo spettro con il servizio SpaceX Starlink di Elon Musk. È difficile dire come i 12 GHz si adatteranno al mix 5G: non siamo nemmeno sicuri di come chiamarlo poiché vive nel vasto divario tra Sub-6, che si ferma a 6 GHz, e mmWave, che inizia a 24 GHz.

Tuttavia, questo spettro a 12 GHz potrebbe diventare un nuovo punto debole, fornendo velocità ancora più elevate senza sacrificare quasi la stessa portata dell'onda mm a 28 GHz.

T-Mobile e anche Dish possiedono collettivamente licenze per il 99% dello spettro a 47 GHz, anche se non è ancora chiaro cosa intendano fare entrambi i vettori. La FCC prevede inoltre di concedere in licenza più spettro mmWave nelle gamme 57-64 GHz, 71 GHz, 81 GHz e 92 GHz.

Non tutti i vettori ripongono le loro speranze in questo spettro di frequenze estremamente elevate (EHF). T-Mobile ha lavorato su raggiungere velocità simili a mmWave su reti Sub-6 utilizzando una nuova funzionalità nota come tecnologia Carrier Aggregation. Come suggerisce il nome, questo collega più canali 5G a banda bassa e media, combinando la loro larghezza di banda.

Tuttavia, il più grande ostacolo a queste nuove iniziative sarà l'attesa che i produttori di chip e telefoni raggiungano. L'ultimo di Qualcomm Snapdragon X60 offre supporto di base per la strategia Carrier Aggregation di T-Mobile, mentre il nuovo X65 e X70 migliorare su quello. Questo significa il iPhone 13, Galassia S21e modelli più recenti sono pronti per questo. Tuttavia, i primi telefoni 5G come il iPhone 12 e Samsung Galaxy S20 Ultra non potrà approfittarne.

Il nuovo spettro è tutta un'altra cosa. I vettori possono aprire qualsiasi spettro consentito dalla FCC, ma anche gli smartphone devono essere pronti a farlo supportano quelle frequenze e la maggior parte non va oltre gli standard che sono già stati ampiamente diffusi schierato.

Ad esempio, non ci sono ancora telefoni sul mercato che supportano la banda a 12 GHz che Dish sta cercando di acquisire e poiché questa frequenza non è utilizzata da nessun altro, Dish dovrebbe convincere un produttore di smartphone a partecipare Esso. Lo stesso vale anche per lo spettro a 47 GHz ad alta frequenza.

Tuttavia, esiste una relazione abbastanza stretta tra operatori di reti mobili e produttori di hardware che se i gestori lo costruiscono, arriveranno i produttori di smartphone. Il punto critico è che queste cose richiedono tempo, quindi mentre lo spettro 5G si espanderà senza dubbio nei prossimi anni, non accadrà dall'oggi al domani.

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