Kāda frekvence ir 5G? Visi dažādie 5G diapazoni, paskaidrots

Ja esat domājis 5G šķiet sarežģītāka nekā iepriekš izmantotās mobilo sakaru tehnoloģijas, jūs nekļūdāties. 5G sola ātrāku veiktspēju, labāku pārklājumu un visuresošu savienojumu, lai nodrošinātu nākamās paaudzes darbību autonomās automašīnas un viedierīces. Lai to paveiktu, ir jāpārkāpj robežas tam, kas bija iespējams ar vecākām mobilo sakaru tehnoloģijām.

Tas arī prasa 5G, lai darbotos daudz plašākā frekvenču diapazonā. Galu galā mēs runājam par tehnoloģiju, kurai ir potenciāls nomainiet vadu platjoslas savienojumus un pat daudzi tradicionālie Wi-Fi tīkli. Nākotnē 5G tīkls nebūs tas, ko jūs vienkārši atgriezīsities, kad nav pieejams labāks savienojums — tas var būt labākais savienojums, ko varat iegūt.

Tātad, kādā frekvencē darbojas 5G tīkls? Uz to nav vienas tiešas atbildes, taču tas arī nav tik sarežģīti, kā šķiet no pirmā acu uzmetiena. 5G tīkli izmanto daudzas dažādas frekvences, taču tās visas var iedalīt trīs konkrētos diapazonos, katram no kuriem ir savi plusi un mīnusi.

Ātruma un diapazona kompromiss

Pirms mēs apspriežam 5G izmantotos frekvenču diapazonus, ir svarīgi saprast, kāpēc ir nepieciešams tik daudz dažādu frekvenču. Atbilde uz šo jautājumu ir tāda, ko jūs, iespējams, jau esat pieredzējis savās mājās.

Mūsdienīgs Wi-Fi maršrutētāji darbojas divās frekvencēs: 2,4 GHz un 5 GHz. Ja kādreiz esat mēģinājis savā mājā nodrošināt vislabāko Wi-Fi pārklājumu, iespējams, esat saskāries ar radioviļņu darbības fundamentālu realitāti. Savienojot ar 2,4 GHz tīklu, jūs iegūsit mazāku ātrumu, taču varat arī uzturēt savienojumu pat tad, ja attālināsit no maršrutētāja. No otras puses, 5 GHz kanāls sniedz jums daudz labāku veiktspēju, taču jūs, iespējams, nenokļūsit otrā mājas galā.

Lai gan tiem, protams, ir daudz mazāks darbības rādiuss nekā mobilo radio torņiem, tiek piemēroti tie paši principi. Augstākas frekvences var pārvadāt vairāk datu, taču nepārvietojas tik tālu un tikpat labi neiekļūst cietos objektos. Zemākas frekvences ir daudz tālākas un ir mazāk pakļautas traucējumiem, taču tās ir arī daudz lēnākas.

Mobilo tīklu operatoriem, veidojot savus 5G tīklus, jāņem vērā šie paši kompromisi. Augstākās frekvences 5G signāli var nodrošināt neprātīgi lielu bezvadu ātrumu bet nevar aptvert daudz vairāk par pilsētas kvartālu. Spektra otrā galā zemas frekvences signāli var iet jūdzes, bet nepiedāvā veiktspēju, kas ir ievērojami labāka par vecākām 4G/LTE tehnoloģijām.

Sub-6 pret mmWave

Kad tika ieviests 5G, nozare sadalīja frekvences divos vispārīgi plašos diapazonos: Sub-6GHz (Sub-6) un milimetru vilnis (mmWave).

Kā norāda nosaukums, Sub-6 frekvencēs bija paredzēts iekļaut visas frekvences, kas ir zemākas par 6 GHz, savukārt 5G mmWave spektrs sākās aptuveni 24 GHz un no turienes pieauga.

Praktiskā ziņā agrīnā Sub-6 5G ieviešana palika galvenokārt zem 2GHz diapazona. Tā kā šīs frekvences jau izmantoja 4G/LTE un pat vecāki 3G tīkli, operatoriem jau bija nepieciešamās licences to lietošanai. Tas atviegloja 5G ātru ieviešanu esošajos tīklos, un tieši to darīja T-Mobile un AT&T.

Konkrēti, AT&T un T-Mobile izveido savus 5G tīklus tajās pašās 850 MHz un 1,9 GHz (1900 MHz) frekvencēs, ko izmanto agrākie “2G” GSM tīkli un 700MHz un 1,7GHz (1700MHz) frekvences, kas tika izmantotas ar 3G un LTE izlaišanu. AT&T sniedza arī dažus 5G pakalpojumus 2,3 GHz diapazonā, savukārt T-Mobile samazināja līdz 600 MHz, lai iegūtu vēl labāku pārklājumu savam “valsts mēroga” 5G tīklam.

Tikmēr Verizon nolēma iet pretējā virzienā ar savu sākotnējo 5G ieviešanu, izmantojot daudz ātrāku 28 GHz mmWave frekvenci. Tas ļāva Verizon lepoties ar ātrākajiem ātrumiem; 2020. gads OpenSignal Ziņojumā Verizon bija pasaules līderpozīcijā ar vidējo lejupielādes ātrumu 506 Mbps, jo tai nebija 5G tīklu, kas varētu pazemināt rezultātu. Tomēr ārkārtīgi ierobežotais mmWave frekvenču diapazons nozīmēja mazāk nekā 1% Verizon klientu pat redzēja, ka uzņēmuma 5G tīkls parādījās viņu viedtālruņos.

Zemjoslas 5G izaicinājumi

Zemas joslas 5G Ļaujiet AT&T un T-Mobile ļoti ātri izveidot savus tīklus un darboties, jo viņiem nebija jāgaida jaunas licences, kā arī viņi varēja izmantot esošo 4G infrastruktūru. Tomēr tas ir pēdējais punkts agrīnā 5G veiktspēja ir tik neapmierinoša daudziem cilvēkiem.

Lai nodrošinātu 5G un 4G mierīgu līdzāspastāvēšanu vienās un tajās pašās frekvencēs, mobilo sakaru operatoriem bija jāizmanto tehnoloģija, kas pazīstama kā dinamiskā spektra koplietošana (DSS). Šī jaunā 5G iespēja ļāva tai nodot ētera viļņus vecākai 4G satiksmei.

Problēma ir tāda, ka 4G tīkli neko nezina par DSS; 4G nebija mācīts, kā dalīties, tāpēc 5G trafikam vienmēr pieklājīgi jāatkāpjas, kad parādījās 4G trafiks. Citiem vārdiem sakot, vecākiem un lēnākiem 4G signāliem vienmēr ir bijusi prioritāte pār jaunāku un ātrāku 5G.

Tas nozīmē, ka zemas joslas 5G tīkliem ne tikai traucēja ierobežotā zemāko frekvenču kapacitāte, bet arī bija jācīnās par visu 4G trafiku šajos ēteros. Nav brīnums, ka agrīnie 5G tīkli nevarēja nodrošināt ātrumu, kas bija ievērojami ātrāks par 4G.

Pat tad, kad Verizon 2020. gada beigās beidzot ieslēdza savu zemas joslas nacionālo 5G tīklu, lai nodrošinātu 5G citiem 99% klientiem, tā 5G veiktspēja bija tik slikta, ka daži eksperti ieteica cilvēkiem izslēgt 5G savos viedtālruņos, lai ietaupītu akumulatora darbības laiks.

Jauns vidējas joslas spektrs maina spēli

Pēc šīm sākotnējām izlaišanas notika divas lietas, kas liecināja, ka nozares eksperti, iespējams, ir kļūdījušies, apvienojot visas zem 6 GHz frekvences vienā kategorijā “Sub-6”.

Abos gadījumos tika izmantots a augstākas frekvences vidusjoslas spektrs, lai gan pārvadātāji tam tuvojās no diviem dažādiem leņķiem.

Pateicoties tās apvienošanās ar Sprint 2020, T-Mobile piedurknē bija dūzis. Sprint bija izdarījis neparastu izvēli darbināt savu 4G/LTE tīklu gandrīz tikai 2,5 GHz spektrā, kas ir krietni virs citu operatoru un vecāku GSM un 3G tīklu izmantotā diapazona.

Tomēr tā vietā, lai saglabātu šo vecāko 4G/LTE tīklu, T-Mobile ķirurģiski pārtrauca visu Sprint torņu ekspluatāciju. atbrīvojot šo 2,5 GHz spektru, lai to izmantotu tikai jaunos 5G izlaidumos. Tas nodrošināja T-Mobile ātrākas atskaņošanas frekvences, kuras neapgrūtinātu 4G signāli. Tādējādi 5G satiksmei šajos ēteros bija skaidrs ceļš bez nepieciešamības izmantot DSS, lai piekāptos vecākai 4G trafikai. Tas kļuva par mugurkaulu T-Mobile 5G Ultra Capacity tīkls.

AT&T un Verizon nebija tik paveicies. Lai gan AT&T bija 2,3 GHz spektrs, tam nebija pietiekami daudz, lai kaut ko mainītu. Tā vietā abiem pārvadātājiem bija jāgaida, līdz Federālā sakaru komisija (FCC) atbrīvos vairāk spektra, ko tagad sauc par C joslas diapazons.

FCC izsolē 2021. gada sākumā Verizon samazināja 45,4 miljardus USD, lai nodrošinātu pēc iespējas vairāk šī spektra. AT&T arī iztērēja vairāk nekā 23 miljardus ASV dolāru, un pat T-Mobile ieguva daļu no pīrāga par 9,3 miljardiem ASV dolāru. Tas sniedza pārvadātājiem tiesības darbināt 5G tīklus frekvencēs no 3,7 GHz līdz 3,98 GHz.

Abi pārvadātāji sāka lietderīgi izmantot šo jauno spektru šā gada sākumā, un augstākās frekvences jau ir pierāda sevi vairāk nekā spēj nodrošināt ātrumu, ko 5G solīja vispirms. Lai gan T-Mobile ir guvis panākumus, pateicoties tās agrākajai 2,5 GHz izvietošanai, Verizon strauji atpaliek, un AT&T vairs neatpaliek.

Lai gan šīs vidējās joslas un C joslas frekvences joprojām ir krietni zem 6 GHz, tās ir pilnīgi citā klasē nekā zemās joslas frekvences, kas sākotnēji noteica sub-6 diapazonu.

Kur iederas mmWave?

Lai gan vidēja diapazona spektrs ir izcēlies kā 5G labākā vieta, piedāvājot vislabāko diapazona un veiktspējas sajaukumu, joprojām ir vieta mmWave 5G izlaišanas laikā.

Iespējams, ka Verizon ir pieļāvusi taktisku kļūdu, ievietojot visas olas mmWave grozā, taču tai bija labas idejas pamatā. Tikai mmWave var nodrošināt uzticamību un veiktspēju, kas nepieciešama blīvi apdzīvotās vietās.

AT&T un T-Mobile, iespējams, to saprata labāk. Abas ieviesa mmWave stratēģiskāk, aptverot tādas vietas kā stadioni, koncertzāles, lidostas un citas vietas, kur, iespējams, pulcēsies tūkstošiem vai desmitiem tūkstošu cilvēku.

Tas ir tādās situācijās kā šī, kad mmWave spīd. Lielāka 28 GHz un 39 GHz frekvenču kapacitāte, ko izmanto 5G mmWave, nozīmē lielāku joslas platumu daudzām citām ierīcēm. Ja jūs kādreiz esat sarūgtināts par sliktu 4G veiktspēju vai pat indikatoru “Nav signāla”, apmeklējot aizņemtu sporta pasākumu vai koncertu, jūs priecāsities uzzināt, ka mmWave to atrisina. Izmantojot šīs augstākās frekvences, pārvadātāji var nodrošiniet stabilu 5G veiktspēju tūkstošiem stadiona apmeklētāju, nezaudējot sviedrus.

5G frekvenču kombinācija

Iespējams, jau tagad ir skaidrs, ka nav nevienas ideālas frekvences, lai 5G tīkli darbotos. Lai mobilo sakaru operatori varētu izpildīt 5G solījumu, viņiem ir jāizmanto 5G spektra kombinācija atbilstoši apstākļiem.

Kamēr C-joslas un citas vidējās joslas frekvences būs visizplatītākais pilsētu teritorijās, tās ir pārāk lielas lauku pārklājumam, kur diapazons ir svarīgāks par veiktspēju.

Šī iemesla dēļ zemas joslas 5G torņi turpinās segt laukus, un labā ziņa ir tā, ka, jo arvien vairāk cilvēku pāries uz 5G viedtālruņiem un citiem ierīcēm, 4G trafika apjoms šajās frekvencēs samazināsies, paverot ceļu ātrākam 5G ātrumam pat zemākajās frekvencēs. frekvences.

Tikmēr mobilo sakaru operatori turpinās papildināt savus ātrākos vidējas joslas 5G tīklus ar mmWave raiduztvērēji tādās vietās kā stadioni un lidostas, kur ir nepieciešama papildu jauda, ​​lai atbalstītu lielas cilvēku grupas. Verizon arī neplāno slēgt savu sākotnējo mmWave tīklu, kas jau ir atrodams daudzos pilsētas centra rajonos.

Kas notiks tālāk ar 5G spektru?

Šie trīs frekvenču diapazoni ir tikai sākums. Pārvadātāji jau pretendē uz jauniem 5G spektra blokiem, lai gan paies zināms laiks, līdz visi gabali tiks ievietoti savās vietās.

Piemēram, ceturtais spēlētājs laukumā, Trauku, varētu kļūt par tumšo zirgu šajās sacensībās. Dish nesen pacēlās no T-Mobile/Sprint apvienošanās pelniem ieslēdza savu jauno Smart 5G tīklu kas izmanto revolucionāri jaunu mākoņa tehnoloģiju, lai padarītu ātrāku un pieejamāku 5G pakalpojuma izplatīšanu visā valstī.

Trauks ir bijis lobējot FCC, lai atvērtu 12 GHz joslu, lai gan pašlaik tas cīnās par šo spektru ar Elona Muska SpaceX Starlink pakalpojumu. Ir grūti pateikt, kā 12 GHz iederēsies 5G savienojumā — mēs pat nezinām, kā to nosaukt, jo tas atrodas lielajā plaisā starp Sub-6, kas apstājas pie 6 GHz, un mmWave, kas sākas ar 24 GHz.

Tomēr šis 12 GHz spektrs varētu kļūt par jaunu patīkamu vietu, nodrošinot vēl lielāku ātrumu, nezaudējot gandrīz tikpat lielu diapazonu kā 28 GHz mmWave.

Arī T-Mobile un Dish kolektīvi pieder licences 99% no 47 GHz spektra, lai gan vēl nav skaidrs, ko kāds no operatoriem plāno ar to darīt. FCC arī plāno licencēt vairāk mmWave spektra 57-64GHz, 71GHz, 81GHz un 92GHz diapazonā.

Ne katrs operators liek cerības uz šo ārkārtīgi augstas frekvences (EHF) spektru. T-Mobile ir strādājis pie sasniegt mmWave līdzīgu ātrumu Sub-6 tīklos izmantojot jaunu funkciju, kas pazīstama kā Carrier Aggregation tehnoloģija. Kā norāda nosaukums, tas savieno vairākus zemas joslas un vidējas joslas 5G kanālus, apvienojot to joslas platumu.

Tomēr lielākais šķērslis šīm jaunajām iniciatīvām būs gaidīšana, kad mikroshēmu un tālruņu ražotāji panāks. Qualcomm jaunākais Snapdragon X60 piedāvā bāzes atbalstu T-Mobile mobilo sakaru operatoru apkopošanas stratēģijai, savukārt jaunākais X65 un X70 uzlabot to. Tas nozīmē, iPhone 13, Galaxy S21, un tam ir gatavi jaunāki modeļi. Tomēr agrākajiem 5G tālruņiem patīk iPhone 12 un Samsung Galaxy S20 Ultra nevarēs to izmantot.

Jauns spektrs ir pavisam cits jautājums. Pārvadātāji var atvērt jebkuru spektru, ko FCC viņiem atļaus, taču arī viedtālruņiem ir jābūt gataviem atbalsta šīs frekvences — un lielākā daļa nepārsniedz standartus, kas jau ir plaši izplatīti izvietoti.

Piemēram, tirgū vēl nav neviena tālruņa, kas atbalstītu 12 GHz joslu, ko Dish mēģina iegūt, un Tā kā šo frekvenci neizmanto neviens cits, Dišam būtu jāpārliecina viedtālruņa ražotājs, lai tas iesaistītos to. Tas pats attiecas arī uz augstākas frekvences 47 GHz spektru.

Tomēr pastāv pietiekami ciešas attiecības starp mobilo tīklu operatoriem un aparatūras ražotājiem, tāpēc, ja operatori to izveidos, nāks viedtālruņu ražotāji. Kritiskais punkts ir tas, ka šīs lietas prasa laiku, tāpēc, lai gan 5G spektrs neapšaubāmi paplašināsies dažu nākamo gadu laikā, tas nenotiks vienas nakts laikā.

Redaktoru ieteikumi

• T-Mobile milzīgais pārsvars 5G ātruma jomā nekur nepazudīs
• Netgear jaunais M6 Pro maršrutētājs ļauj izmantot ātru 5G jebkurā vietā
• T-Mobile 5G joprojām ir nepārspējams, taču vai ātrums ir mainījies?
• Lūk, cik ātrs patiesībā ir 5G jūsu Samsung Galaxy S23
• Kas ir 5G UW? Tālruņa ikonas patiesā nozīme