Jaka częstotliwość to 5G? Wyjaśniono wszystkie różne zakresy 5G

Jeśli myślałeś 5G wydaje się bardziej skomplikowany niż technologie komórkowe, które pojawiły się wcześniej, nie do końca się mylisz. 5G obiecuje szybszą wydajność, lepszy zasięg i wszechobecną łączność, aby zasilać następną generację samochody autonomiczne i inteligentnych urządzeń. Aby to osiągnąć, musi przesuwać granice tego, co było możliwe w przypadku starszych technologii komórkowych.

Wymaga to również działania sieci 5G w znacznie szerszym zakresie częstotliwości. W końcu mówimy o technologii, która ma potencjał zastąpić przewodowe łącza szerokopasmowe i nawet wielu tradycyjnych sieci Wi-Fi. W przyszłości sieć 5G nie będzie czymś, z czego można się tylko wycofać, gdy lepsze połączenie nie będzie dostępne — może to być najlepsze połączenie, jakie możesz uzyskać.

Na jakiej częstotliwości działa sieć 5G? Nie ma na to jednej prostej odpowiedzi, ale nie jest to też tak skomplikowane, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Sieci 5G wykorzystują wiele różnych częstotliwości, ale wszystkie można podzielić na trzy określone zakresy, z których każdy ma swoje zalety i wady.

Kompromis prędkości i zasięgu

Zanim omówimy zakresy częstotliwości wykorzystywane przez 5G, konieczne jest zrozumienie, dlaczego potrzebnych jest tak wiele różnych częstotliwości. Odpowiedź na to pytanie jest czymś, czego być może już doświadczyłeś we własnym domu.

Nowoczesny routery Wi-Fi działają na dwóch częstotliwościach: 2,4 GHz i 5 GHz. Jeśli kiedykolwiek próbowałeś uzyskać najlepszy zasięg Wi-Fi w swoim domu, prawdopodobnie zetknąłeś się z podstawową rzeczywistością działania fal radiowych. Uzyskasz niższe prędkości po podłączeniu do sieci 2,4 GHz, ale możesz też pozostać w kontakcie, nawet jeśli oddalisz się od routera. Z drugiej strony kanał 5 GHz zapewnia znacznie lepszą wydajność, ale możesz nie dotrzeć na drugi koniec domu.

Chociaż mają one naturalnie znacznie mniejszy zasięg niż wieże radiowe komórkowe, obowiązują te same zasady. Wyższe częstotliwości mogą przenosić więcej danych, ale nie przemieszczają się tak daleko i nie penetrują tak dobrze ciał stałych. Niższe częstotliwości docierają znacznie dalej i są mniej podatne na zakłócenia, ale są też znacznie wolniejsze.

Operatorzy sieci komórkowych muszą wziąć pod uwagę te same kompromisy, budując swoje sieci 5G. Sygnały 5G o najwyższej częstotliwości mogą zapewnić niesamowicie szybkie prędkości bezprzewodowe ale nie może obejmować znacznie więcej niż blok miejski. Na drugim końcu spektrum sygnały o niskiej częstotliwości mogą docierać na wiele mil, ale nie oferują wydajności zauważalnie lepszej niż starsze technologie 4G/LTE.

Sub-6 kontra mmWave

Kiedy wprowadzano 5G, branża podzieliła częstotliwości na dwa ogólnie szerokie zakresy: Sub-6GHz (Sub-6) I fala milimetrowa (mmWave).

Jak sama nazwa wskazuje, częstotliwości Sub-6 miały obejmować wszystkie częstotliwości poniżej 6 GHz, podczas gdy widmo 5G mmWave zaczynało się od około 24 GHz i stamtąd rosło.

W praktyce wczesne wdrożenia Sub-6 5G pozostały głównie poniżej zakresu 2GHz. Ponieważ częstotliwości te były już wykorzystywane przez sieci 4G/LTE, a nawet starsze sieci 3G, przewoźnicy posiadali już niezbędne licencje na ich używanie. Ułatwiło to szybkie wdrożenie 5G w istniejących sieciach i właśnie to zrobiły T-Mobile i AT&T.

W szczególności AT&T i T-Mobile skonfigurowały swoje sieci 5G na tych samych częstotliwościach 850 MHz i 1,9 GHz (1900 MHz), które są używane przez najwcześniejsze sieci GSM „2G” oraz częstotliwości 700 MHz i 1,7 GHz (1700 MHz), które weszły do ​​użytku wraz z 3G i LTE wdrożenia. AT&T obsługiwał również niektóre usługi 5G w zakresie 2,3 GHz, podczas gdy T-Mobile obniżył częstotliwość do 600 MHz, aby uzyskać jeszcze lepszy zasięg swojej „ogólnokrajowej” sieci 5G.

Tymczasem Verizon zdecydował się pójść w przeciwnym kierunku ze swoim początkowym wdrożeniem 5G, wykorzystując znacznie szybszą częstotliwość mmWave 28 GHz. To pozwoliło Verizonowi pochwalić się najszybszymi prędkościami; 2020 OpenSignal raport wykazał, że Verizon jest liderem na całym świecie, ze średnią prędkością pobierania 506 Mb/s, ponieważ nie miał sieci Sub-6 5G, które mogłyby obniżyć jego wynik. Jednak miał na myśli skrajnie ograniczony zakres częstotliwości mmWave mniej niż 1% klientów Verizon widzieli nawet, jak firmowa sieć 5G pojawia się na ich smartfonach.

Wyzwania związane z niskopasmową siecią 5G

Niskopasmowe 5G pozwolili AT&T i T-Mobile bardzo szybko uruchomić swoje sieci, ponieważ nie musieli czekać na nowe licencje, a ponadto mogli skorzystać z istniejącej infrastruktury 4G. Jednak to ten ostatni punkt zrobił wczesna wydajność 5G tak rozczarowująca dla wielu ludzi.

Aby 5G i 4G pokojowo współistniały na tych samych częstotliwościach, przewoźnicy musieli skorzystać z technologii znanej jako Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Ta nowa funkcja 5G umożliwiła przekazanie fal radiowych starszemu ruchowi 4G.

Problem polega na tym, że sieci 4G nie wiedzą nic o DSS; Sieci 4G nie nauczono, jak się dzielić, więc ruch 5G zawsze grzecznie ustępował, gdy tylko pojawił się ruch 4G. Innymi słowy, starsze i wolniejsze sygnały 4G zawsze miały pierwszeństwo przed nowszymi i szybszymi sygnałami 5G.

Oznacza to, że oprócz ograniczeń wynikających z ograniczonej przepustowości niższych częstotliwości, niskopasmowe sieci 5G musiały również zmagać się z utorowaniem miejsca dla całego ruchu 4G na tych falach radiowych. Nic dziwnego, że wczesne sieci 5G nie były w stanie zapewnić prędkości zauważalnie większej niż 4G.

Nawet gdy Verizon w końcu włączył swoją niskopasmową ogólnokrajową sieć 5G pod koniec 2020 r., aby zapewnić 5G pozostałym 99% swoich klientów, jego wydajność 5G była tak słaba, że ​​niektórzy eksperci zalecali ludziom wyłączenie 5G w swoich smartfonach, aby zaoszczędzić żywotność baterii.

Nowe widmo średniego pasma zmienia grę

Po tych pierwszych wdrożeniach wydarzyły się dwie rzeczy, które pokazały, że eksperci branżowi mogli popełnić błąd, wrzucając wszystkie częstotliwości poniżej 6 GHz do jednej kategorii „Sub-6”.

Oba te obejmowały użycie a widmo średniego pasma o wyższej częstotliwości, chociaż przewoźnicy podeszli do niego z dwóch różnych stron.

Dzięki fuzja ze Sprintem w 2020 roku, T-Mobile miał asa w rękawie. Sprint dokonał niezwykłego wyboru, uruchamiając swoją sieć 4G/LTE prawie wyłącznie w paśmie 2,5 GHz, znacznie powyżej zasięgu wykorzystywanego przez innych operatorów oraz starsze sieci GSM i 3G.

Jednak zamiast utrzymywać tę starszą sieć 4G/LTE, T-Mobile chirurgicznie wycofał z eksploatacji wszystkie wieże Sprinta, uwolnienie tego widma 2,5 GHz do wykorzystania wyłącznie w nowych wdrożeniach 5G. To dało T-Mobile szybsze częstotliwości do zabawy, które nie byłyby obciążone sygnałami 4G. W związku z tym ruch 5G miał wyraźną ścieżkę na tych falach radiowych bez konieczności stosowania DSS w celu ustępowania starszemu ruchowi 4G. To stało się podstawą Sieć T-Mobile 5G Ultra Capacity.

AT&T i Verizon nie miały tyle szczęścia. Chociaż AT&T miało trochę widma 2,3 GHz, nie wystarczyło, aby coś zmienić. Zamiast tego obaj przewoźnicy musieli poczekać, aż Federalna Komisja Łączności (FCC) zwolni trochę więcej widma w tak zwanym zakres pasma C.

Aukcja FCC na początku 2021 roku przyniosła Verizon spadek o 45,4 miliarda dolarów, aby zabezpieczyć jak najwięcej tego widma. AT&T również wydało ponad 23 miliardy dolarów, a nawet T-Mobile odebrał kawałek tortu za 9,3 miliarda dolarów. Dało to operatorom prawo do uruchamiania sieci 5G na częstotliwościach od 3,7 GHz do 3,98 GHz.

Obaj przewoźnicy zaczął dobrze wykorzystywać to nowe widmo na początku tego roku, a wyższe częstotliwości już są udowadniając, że są w stanie zapewnić prędkości obiecane przez 5G. Podczas gdy T-Mobile ma przewagę dzięki wcześniejszym wdrożeniom 2,5 GHz, Verizon szybko dogania, a AT&T nie pozostaje daleko w tyle.

Chociaż te częstotliwości w paśmie środkowym i C są nadal znacznie poniżej 6 GHz, należą do zupełnie innej klasy niż częstotliwości w paśmie dolnym, które początkowo definiowały zakres Sub-6.

Gdzie pasuje mmWave?

Chociaż widmo średniego zasięgu wyróżnia się jako idealne miejsce dla 5G, oferując najlepsze połączenie zasięgu i wydajności, wciąż jest miejsce dla mmFala we wdrożeniach 5G.

Verizon mógł popełnić błąd taktyczny, umieszczając wszystkie swoje jaja w koszyku mmWave, ale miał rdzeń dobrego pomysłu. Tylko mmWave może zapewnić niezawodność i wydajność wymaganą w gęsto zaludnionych obszarach.

AT&T i T-Mobile być może rozumieli to lepiej. Obie firmy wprowadziły mmWave bardziej strategicznie, obejmując miejsca takie jak stadiony, sale koncertowe, lotniska i inne miejsca, w których mogą gromadzić się tysiące lub dziesiątki tysięcy ludzi.

W takich sytuacjach mmWave błyszczy. Wyższa przepustowość częstotliwości 28 GHz i 39 GHz używanych w 5G mmWave oznacza większą przepustowość dla wielu innych urządzeń. Jeśli kiedykolwiek byłeś sfrustrowany słabą wydajnością 4G lub nawet wskaźnikiem „Brak sygnału” podczas uczestnictwa w imprezie sportowej lub koncercie, z przyjemnością dowiesz się, że mmWave rozwiązuje ten problem. Korzystając z tych wyższych częstotliwości, przewoźnicy mogą zapewnić solidną wydajność 5G tysiącom uczestników na stadionie bez wysiłku.

Mieszanka częstotliwości 5G

Prawdopodobnie jest już jasne, że nie ma jednej idealnej częstotliwości dla sieci 5G. Aby operatorzy wywiązywali się z obietnic 5G, muszą wykorzystywać kombinację widma 5G w zależności od okoliczności.

Chwila Pasmo C i inne częstotliwości pasma średniego będą najczęściej stosowane na obszarach miejskich, są one przesadą w przypadku zasięgu na obszarach wiejskich, gdzie zasięg jest ważniejszy niż wydajność.

Dlatego niskopasmowe 5G wieże będą nadal pokrywać tereny wiejskie, a dobrą wiadomością jest to, że coraz więcej ludzi przechodzi na smartfony 5G i inne urządzeń, ilość ruchu 4G na tych częstotliwościach zmniejszy się, torując drogę do szybszych prędkości 5G nawet na niższych częstotliwości.

Tymczasem operatorzy będą nadal uzupełniać swoje szybsze sieci 5G w średnim paśmie mmFala nadajników-odbiorników w miejscach takich jak stadiony i lotniska, gdzie potrzebna jest dodatkowa pojemność do obsługi dużych grup ludzi. Verizon nie planuje również zamykać swojej oryginalnej sieci mmWave, która już znajduje się w wielu miejskich obszarach śródmiejskich.

Co dalej z widmem 5G?

Te trzy zakresy częstotliwości to dopiero początek. Przewoźnicy już walczą o nowe bloki widma 5G, chociaż ułożenie wszystkich elementów zajmie trochę czasu.

Na przykład czwarty gracz na boisku, Danie, może okazać się czarnym koniem w tym wyścigu. Dish powstał niedawno z popiołów fuzji T-Mobile/Sprint włączył nową sieć Smart 5G która wykorzystuje rewolucyjną nową technologię opartą na chmurze, aby przyspieszyć i obniżyć koszty wdrożenia usługi 5G w całym kraju.

Danie było lobbowanie FCC, aby otworzyć pasmo 12 GHz, chociaż obecnie walczy o to widmo z usługą SpaceX Starlink Elona Muska. Trudno powiedzieć, jak 12 GHz zmieści się w miksie 5G — nie jesteśmy nawet pewni, jak to nazwać, ponieważ żyje w ogromnej luce między Sub-6, który zatrzymuje się na 6 GHz, a mmWave, który zaczyna się na 24 GHz.

Jednak to widmo 12 GHz może stać się nowym słodkim punktem, zapewniając jeszcze większe prędkości bez poświęcania prawie takiego samego zasięgu, jak mmWave 28 GHz.

T-Mobile i Dish też wspólnie posiadają licencje na 99% widma 47 GHz, chociaż nie jest jeszcze jasne, co którykolwiek z przewoźników planuje z tym zrobić. FCC planuje również licencjonować więcej widma mmWave w zakresach 57-64 GHz, 71 GHz, 81 GHz i 92 GHz.

Nie każdy przewoźnik pokłada nadzieje w widmie o bardzo wysokich częstotliwościach (EHF). T-Mobile pracuje nad osiąganie prędkości podobnych do mmWave w sieciach Sub-6 przy użyciu nowej funkcji znanej jako technologia Carrier Aggregation. Jak sama nazwa wskazuje, łączy to ze sobą wiele kanałów 5G o niskim i średnim paśmie, łącząc ich przepustowość.

Jednak największą przeszkodą dla tych nowych inicjatyw będzie oczekiwanie na nadrobienie zaległości przez producentów chipów i telefonów. Najnowszy Qualcomm Snapdragona X60 oferuje podstawowe wsparcie dla strategii T-Mobile Carrier Aggregation, podczas gdy nowsze X65 i X70 poprawić to. To oznacza iPhone'a 13, Galaktyka S21, a nowsze modele są na to gotowe. Jednak najwcześniejsze telefony 5G, takie jak iPhone'a 12 i Samsunga Galaxy S20 Ultra nie będzie mógł z niej skorzystać.

Nowe widmo to zupełnie inna sprawa. Operatorzy mogą udostępnić dowolne widmo, na które pozwoli im FCC, ale smartfony również muszą być na to gotowe obsługują te częstotliwości — a większość z nich nie wykracza poza standardy, które już były powszechnie stosowane rozmieszczony.

Na przykład na rynku nie ma jeszcze telefonów obsługujących pasmo 12 GHz, które Dish próbuje zdobyć, i ponieważ ta częstotliwość nie jest używana przez nikogo innego, Dish musiałby przekonać producenta smartfonów, aby się z nią zgodził To. To samo dotyczy pasma o wyższej częstotliwości 47 GHz.

Niemniej jednak istnieje na tyle bliski związek między operatorami sieci komórkowych a producentami sprzętu, że jeśli operatorzy go zbudują, pojawią się producenci smartfonów. Najważniejsze jest to, że te rzeczy wymagają czasu, więc chociaż widmo 5G niewątpliwie rozszerzy się w ciągu najbliższych kilku lat, nie stanie się to z dnia na dzień.

Zalecenia redaktorów

• Ogromna przewaga T-Mobile w prędkościach 5G nigdzie się nie wybiera
• Nowy router M6 Pro firmy Netgear umożliwia korzystanie z szybkiej sieci 5G w dowolnym miejscu
• T-Mobile 5G wciąż nie ma sobie równych — ale czy prędkość się ustabilizowała?
• Oto, jak naprawdę szybkie jest 5G w telefonie Samsung Galaxy S23
• Co to jest 5G UW? Prawdziwe znaczenie ikony w telefonie