Kakšna frekvenca je 5G? Pojasnjeni vsi različni razponi 5G

Če ste razmišljali 5G zdi bolj zapletena od celičnih tehnologij, ki so bile prej, se ne motite. 5G obljublja hitrejšo zmogljivost, boljšo pokritost in vseprisotno povezljivost za napajanje naslednje generacije avtonomni avtomobili in pametne naprave. Da bi to dosegel, mora premakniti meje tega, kar je bilo mogoče s starejšimi celičnimi tehnologijami.

To prav tako zahteva, da 5G deluje v veliko širšem razponu frekvenc. Navsezadnje govorimo o tehnologiji, ki ima potencial za zamenjati žične širokopasovne povezave in celo številna tradicionalna omrežja Wi-Fi. V prihodnosti omrežje 5G ne bo nekaj, čemur se preprosto vrnete, ko ni na voljo boljša povezava – morda bo najboljša povezava, ki jo lahko dobite.

Torej, na kateri frekvenci deluje omrežje 5G? Na to ni enoznačnega odgovora, a tudi ni tako zapleteno, kot se zdi na prvi pogled. Omrežja 5G uporabljajo veliko različnih frekvenc, vendar jih je mogoče vse združiti v tri posebne razpone, od katerih ima vsako svoje prednosti in slabosti.

Kompromis med hitrostjo in dosegom

Preden razpravljamo o frekvenčnih razponih, ki jih uporablja 5G, je bistveno razumeti, zakaj je potrebnih toliko različnih frekvenc. Odgovor na to vprašanje je nekaj, kar ste morda že izkusili v svojem domu.

Moderno Wi-Fi usmerjevalniki delujejo na dveh frekvencah: 2,4 GHz in 5 GHz. Če ste kdaj poskušali doseči najboljšo pokritost Wi-Fi v vašem domu, ste verjetno naleteli na temeljno resničnost delovanja radijskih valov. Ko ste povezani v omrežje 2,4 GHz, boste dosegli nižje hitrosti, vendar lahko ostanete povezani tudi, ko se odmaknete dlje od usmerjevalnika. Po drugi strani vam kanal 5GHz zagotavlja veliko boljšo zmogljivost, vendar morda ne boste prišli na drugi konec hiše.

Medtem ko imajo ti naravno veliko krajši doseg kot celični radijski stolpi, veljajo enaka načela. Višje frekvence lahko prenesejo več podatkov, vendar ne potujejo tako daleč in ne prodrejo skoraj tako dobro skozi trdne predmete. Nižje frekvence segajo veliko dlje in so manj dovzetne za motnje, vendar so tudi veliko počasnejše.

Operaterji mobilnih omrežij morajo pri gradnji svojih omrežij 5G upoštevati iste kompromise. Signali 5G z najvišjo frekvenco lahko zagotovijo noro visoke brezžične hitrosti vendar ne more pokriti veliko več kot mestni blok. Na drugem koncu spektra lahko nizkofrekvenčni signali segajo kilometre daleč ne ponujajo zmogljivosti, ki bi bila opazno boljša od starejših tehnologij 4G/LTE.

Sub-6 proti mmWave

Ko se je 5G uvajal, je industrija frekvence razdelila na dva na splošno široka območja: Pod-6 GHz (Sub-6) in milimetrski val (mmWave).

Kot pove že ime, naj bi bile frekvence Sub-6 vključevale vse tiste pod 6 GHz, medtem ko se je spekter 5G mmWave začel pri okoli 24 GHz in se od tam dvigoval.

V praksi so zgodnje uvedbe Sub-6 5G ostale večinoma pod območjem 2 GHz. Ker so te frekvence uporabljala že omrežja 4G/LTE in še starejša omrežja 3G, so operaterji že imeli potrebna dovoljenja za njihovo uporabo. To je olajšalo hitro uvedbo 5G poleg njihovih obstoječih omrežij in točno to sta storila T-Mobile in AT&T.

Natančneje, AT&T in T-Mobile sta svoja omrežja 5G postavila na istih frekvencah 850MHz in 1,9GHz (1900MHz), kot jih uporablja najzgodnejša omrežja GSM »2G« in frekvenci 700MHz in 1,7GHz (1700MHz), ki sta se začeli uporabljati s 3G in LTE uvajanja. AT&T je izvajal tudi nekatere storitve 5G v območju 2,3 ​​GHz, medtem ko se je T-Mobile znižal na 600 MHz, da bi dobil še boljšo pokritost za svoje "državno" omrežje 5G.

Medtem se je Verizon odločil, da bo šel v nasprotno smer s prvotno uvedbo 5G z uporabo veliko hitrejše frekvence mmWave 28 GHz. To je Verizonu omogočilo, da se ponaša z najhitrejšimi hitrostmi; a 2020 OpenSignal Po poročilu je Verizon vodil v svetovnem merilu s povprečno hitrostjo prenosa 506 Mbps, saj ni imel omrežij Sub-6 5G, ki bi znižala rezultat. Vendar je mišljeno izjemno omejeno območje frekvenc mmWave manj kot 1 % strank Verizona celo videli, da se je omrežje 5G podjetja pojavilo na njihovih pametnih telefonih.

Izzivi nizkopasovnega omrežja 5G

Nizkopasovni 5G naj AT&T in T-Mobile zelo hitro vzpostavita in zaženeta svoja omrežja, saj jima ni bilo treba čakati na nove licence, poleg tega pa sta se lahko povezala tudi z obstoječo infrastrukturo 4G. Vendar pa je ta zadnja točka tista, ki je naredila zgodnja zmogljivost 5G je tako slaba za mnoge ljudi.

Da bi 5G in 4G miroljubno sobivala na istih frekvencah, so se morali operaterji obrniti na tehnologijo, imenovano Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Ta nova zmožnost 5G je omogočila prenos radijskih valov na starejši promet 4G.

Težava pri tem je, da omrežja 4G ne poznajo ničesar o DSS; 4G niso naučili deliti, zato je bilo vedno treba vljudno umakniti promet 5G, ko se je pojavil promet 4G. Z drugimi besedami, starejši in počasnejši signali 4G so vedno imeli prednost pred novejšimi in hitrejšimi 5G.

To pomeni, da so se nizkopasovna omrežja 5G poleg tega, da jih ovira omejena zmogljivost nižjih frekvenc, morala boriti tudi z zagotavljanjem prostora za ves promet 4G na teh radijskih valovih. Nič čudnega ni, da zgodnja omrežja 5G niso mogla zagotoviti hitrosti, ki so bile opazno višje od 4G.

Tudi ko je Verizon konec leta 2020 končno vklopil svoje nizkopasovno omrežje 5G po vsej državi, da bi omogočil 5G v ostalih 99 % svojih Za stranke je bila njegova zmogljivost 5G tako slaba, da so nekateri strokovnjaki ljudem priporočali, da izklopijo 5G na svojih pametnih telefonih, da prihranijo življenjska doba baterije.

Novi srednjepasovni spekter spremeni igro

Po teh začetnih uvedbah sta se zgodili dve stvari, ki sta pokazali, da so se strokovnjaki iz industrije morda zmotili, ko so vse frekvence pod 6 GHz strnili v eno kategorijo »Pod-6«.

Oba sta vključevala uporabo a visokofrekvenčni srednjepasovni spekter, čeprav so se ga prevozniki lotili z dveh različnih zornih kotov.

Zahvale gredo njegova združitev s podjetjem Sprint leta 2020, je imel T-Mobile asa v rokavu. Sprint se je odločil nenavadno in svoje omrežje 4G/LTE izvajal skoraj izključno na območju spektra 2,5 GHz, kar je precej nad obsegom, ki ga uporabljajo drugi operaterji ter starejša omrežja GSM in 3G.

Toda namesto da bi obdržal to starejše omrežje 4G/LTE, je T-Mobile kirurško razgradil vse Sprintove stolpe, sprostitev tega spektra 2,5 GHz za uporabo izključno v novih uvedbah 5G. To je T-Mobileu omogočilo hitrejše frekvence za igranje, ki ne bi bile obremenjene s signali 4G. Zato je imel promet 5G prosto pot v teh radijskih valovih, ne da bi bilo treba uporabiti DSS, da bi se prepustil starejšemu prometu 4G. To je postalo hrbtenica T-Mobileovo omrežje 5G Ultra Capacity.

AT&T in Verizon nista imela te sreče. Čeprav je imel AT&T spekter 2,3 GHz, ni imel dovolj, da bi naredil razliko. Namesto tega sta morala oba operaterja počakati, da Zvezna komisija za komunikacije (FCC) sprosti nekaj več spektra v tem, kar je zdaj znano kot območje C-pasu.

Na dražbi FCC v začetku leta 2021 je Verizon izgubil 45,4 milijarde dolarjev, da bi zagotovil čim več tega spektra. Tudi AT&T je porabil več kot 23 milijard dolarjev in celo T-Mobile je pobral kos pogače za 9,3 milijarde dolarjev. To je operaterjem dalo pravico, da uporabljajo omrežja 5G na frekvencah med 3,7 GHz in 3,98 GHz.

Oba nosilca je ta novi spekter začel dobro izkoriščati v začetku tega leta, višje frekvence pa so že dokazali, da so več kot sposobni zagotavljati hitrosti, ki jih je 5G sploh obljubljal. Medtem ko ima T-Mobile prednost zaradi prejšnjih uvedb 2,5 GHz, Verizon hitro dohiteva in AT&T ne zaostaja veliko več.

Medtem ko so te srednjepasovne frekvence in frekvence C-pasu še vedno precej pod 6 GHz, so v povsem drugem razredu od nizkopasovnih frekvenc, ki so prvotno določale obseg Sub-6.

Kam se prilega mmWave?

Čeprav se je spekter srednjega razreda izkazal kot najboljša točka za 5G, saj ponuja najboljšo kombinacijo dosega in zmogljivosti, je še vedno prostor za mmWave pri uvedbah 5G.

Verizon je morda naredil taktično napako, ko je dal vsa svoja jajca v košarico mmWave, vendar je imel jedro dobre ideje. Samo mmWave lahko zagotovi zanesljivost in zmogljivost, ki sta potrebna v gosto poseljenih območjih.

AT&T in T-Mobile sta morda to bolje razumela. Oba sta mmWave uvedla bolj strateško in pokrivala kraje, kot so stadioni, koncertne dvorane, letališča in druga mesta, kjer se bo verjetno zbralo na tisoče ali desettisoče ljudi.

V takih situacijah mmWave blesti. Večja zmogljivost frekvenc 28 GHz in 39 GHz, uporabljenih za 5G mmWave, pomeni večjo pasovno širino za veliko več naprav. Če ste bili kdaj razočarani zaradi slabe zmogljivosti 4G ali celo indikatorja »Ni signala«, ko ste se udeležili živahnega športnega dogodka ali koncerta, boste veseli, da mmWave to rešuje. Z uporabo teh višjih frekvenc lahko nosilci zagotavlja solidno zmogljivost 5G na tisoče udeležencem na stadionu, ne da bi se pri tem utrudili.

Mešanica frekvenc 5G

Verjetno je že zdaj očitno, da ni popolne frekvence za delovanje omrežij 5G. Da bi operaterji izpolnili obljube 5G, morajo uporabiti mešanico spektra 5G glede na okoliščine.

Medtem C-pas in druge srednjepasovne frekvence bodo najpogosteje uporabljeni v mestnih območjih, ti pa so pretirani za pokritost na podeželju, kjer je doseg pomembnejši od zmogljivosti.

To je razlog, zakaj nizkopasovni 5G stolpi bodo še naprej prekrivali podeželje, dobra novica pa je, da se vse več ljudi seli na pametne telefone 5G in druge napravah se bo količina prometa 4G na teh frekvencah zmanjšala, kar bo utrlo pot hitrejšim hitrostim 5G tudi na nižjih frekvence.

Medtem bodo operaterji še naprej dopolnjevali svoja hitrejša srednjepasovna omrežja 5G z mmWave oddajniki na mestih, kot so stadioni in letališča, kjer je potrebna dodatna zmogljivost za podporo velikim skupinam ljudi. Verizon prav tako ne namerava zapreti svojega izvirnega omrežja mmWave, ki ga že najdemo v številnih mestnih središčih.

Kaj je naslednje za 5G spekter?

Ta tri frekvenčna območja so šele začetek. Prevozniki se že potegujejo za nove bloke spektra 5G, čeprav bo trajalo nekaj časa, da bodo vsi deli postavljeni na svoje mesto.

Na primer, četrti igralec na igrišču, Posoda, bi lahko postal temni konj v tej dirki. Dish, ki je nedavno vstal iz pepela združitve T-Mobile/Sprint vklopil svoje novo omrežje Smart 5G ki uporablja revolucionarno novo tehnologijo v oblaku za hitrejše in cenovno ugodnejše uvajanje svoje storitve 5G po vsej državi.

Posoda je bila lobiranje pri FCC za odprtje pasu 12 GHz, čeprav je trenutno v boju za ta spekter s storitvijo SpaceX Starlink Elona Muska. Težko je reči, kako bo 12 GHz ustrezalo mešanici 5G – nismo niti prepričani, kako bi ga poimenovali, saj živi v veliki vrzeli med Sub-6, ki se ustavi pri 6 GHz, in mmWave, ki se začne pri 24 GHz.

Vendar pa bi lahko ta spekter 12 GHz postal nova sladka točka, saj bi zagotovil še višje hitrosti, ne da bi žrtvoval skoraj tolikšen obseg kot 28 GHz mmWave.

Tudi T-Mobile in Dish Skupno lastniki licenc za 99 % spektra 47 GHz, čeprav še ni jasno, kaj namerava kateri koli prevoznik storiti s tem. FCC načrtuje tudi licenciranje več mmWave spektra v razponih 57-64GHz, 71GHz, 81GHz in 92GHz.

Vsak operater ne polaga upov na ta izjemno visokofrekvenčni (EHF) spekter. T-Mobile dela na tem doseganje hitrosti, podobne mmWave, v omrežjih Sub-6 z uporabo nove funkcije, znane kot tehnologija združevanja nosilcev. Kot pove že ime, to povezuje več nizkopasovnih in srednjepasovnih kanalov 5G skupaj in združuje njihovo pasovno širino.

Vendar pa bo največja ovira za te nove pobude čakanje na proizvajalce čipov in telefonov, da jih dohitijo. Qualcommov najnovejši Snapdragon X60 ponuja osnovno podporo za T-Mobileovo strategijo združevanja operaterjev, medtem ko novejša X65 in X70 izboljšaj to. To pomeni iPhone 13, Galaxy S21, novejši modeli pa so pripravljeni na to. Vendar pa so prvi telefoni 5G, kot je iPhone 12 in Samsung Galaxy S20 Ultra tega ne bo mogel izkoristiti.

Novi spekter je povsem druga stvar. Prevozniki lahko odprejo kateri koli spekter, ki jim ga FCC dovoli, vendar morajo biti na to pripravljeni tudi pametni telefoni podpirajo te frekvence - in večina ne presega standardov, ki so že bili široko razširjeni razporejen.

Na primer, na trgu še ni nobenega telefona, ki bi podpiral pas 12 GHz, ki ga poskuša pridobiti Dish, in ker te frekvence ne uporablja nihče drug, bi moral Dish prepričati proizvajalca pametnih telefonov, da se pridruži to. Enako velja tudi za visokofrekvenčni spekter 47 GHz.

Kljub temu obstaja dovolj tesen odnos med operaterji mobilnih omrežij in proizvajalci strojne opreme, da bodo izdelovalci pametnih telefonov prišli na vrsto, če bodo operaterji to zgradili. Kritična točka je, da te stvari zahtevajo čas, tako da se bo spekter 5G v naslednjih nekaj letih nedvomno razširil, vendar se to ne bo zgodilo čez noč.

Priporočila urednikov

• Ogromna prednost T-Mobilea pri hitrostih 5G ne gre nikamor
• Netgearjev novi usmerjevalnik M6 Pro vam omogoča uporabo hitrega 5G povsod
• 5G družbe T-Mobile še vedno nima para - a so se hitrosti ustavile?
• Evo, kako hiter je v resnici 5G na vašem Samsung Galaxy S23
• Kaj je 5G UW? Pravi pomen ikone na vašem telefonu