Яка частота 5G? Пояснення про всі діапазони 5G

Якщо ви думали 5G здається складнішим, ніж стільникові технології, які були раніше, ви не зовсім помиляєтеся. 5G обіцяє більш високу продуктивність, краще покриття та повсюдне підключення для живлення наступного покоління автономні автомобілі і розумні пристрої. Щоб досягти цього, йому потрібно розширити межі того, що було можливо завдяки старішим стільниковим технологіям.

Це також вимагає, щоб 5G працював у значно ширшому діапазоні частот. Зрештою, ми говоримо про технологію, яка має потенціал замінити дротові широкосмугові підключення і навіть багато традиційних мереж Wi-Fi. У майбутньому мережа 5G не буде тим, до чого ви просто повертатиметеся, коли немає кращого з’єднання — цілком можливо, що це найкраще з’єднання, яке ви можете отримати.

Отже, на якій частоті працює мережа 5G? На це питання немає однозначної відповіді, але це не так складно, як здається на перший погляд. Мережі 5G використовують багато різних частот, але всі вони можуть бути згруповані в три конкретні діапазони, кожен зі своїми перевагами та недоліками.

Компроміс швидкості та дальності

Перш ніж обговорювати частотні діапазони, які використовує 5G, важливо зрозуміти, навіщо потрібно так багато різних частот. Відповідь на це питання ви, можливо, вже випробували у своєму власному домі.

Сучасний Wi-Fi роутери працюють на двох частотах: 2,4 ГГц і 5 ГГц. Якщо ви коли-небудь намагалися отримати найкраще покриття Wi-Fi у своєму домі, ви, ймовірно, стикалися з фундаментальною реальністю того, як працюють радіохвилі. При підключенні до мережі 2,4 ГГц швидкість буде нижчою, але ви також зможете залишатися на зв’язку, навіть якщо відійдете далі від маршрутизатора. З іншого боку, канал 5 ГГц дає вам набагато кращу продуктивність, але ви можете не дійти до іншого кінця будинку.

Хоча вони, природно, мають набагато менший радіус дії, ніж стільникові радіовежі, застосовуються ті самі принципи. Вищі частоти можуть передавати більше даних, але не поширюються так далеко і не проникають крізь тверді об’єкти. Низькі частоти йдуть набагато далі та менш схильні до перешкод, але вони також набагато повільніші.

Оператори мобільних мереж повинні враховувати ті самі компроміси при створенні своїх мереж 5G. Найвищі частоти сигналів 5G можуть забезпечити шалено високу швидкість бездротового зв’язку але не може охопити більше, ніж квартал міста. На іншому кінці спектру низькочастотні сигнали можуть поширюватися на багато кілометрів не пропонують продуктивність, яка помітно краща, ніж старі технології 4G/LTE.

Sub-6 проти mmWave

Під час розгортання 5G промисловість розділила частоти на два широкі діапазони: Sub-6GHz (Sub-6) і міліметрова хвиля (mmWave).

Як випливає з назви, частоти Sub-6 мали включати всі частоти нижче 6 ГГц, тоді як спектр mmWave 5G починався приблизно з 24 ГГц і далі зростав.

З практичної точки зору, ранні розгортання Sub-6 5G залишилися в основному нижче діапазону 2 ГГц. Оскільки ці частоти вже використовувалися мережами 4G/LTE і навіть старішими мережами 3G, оператори вже мали необхідні ліцензії на їх використання. Це полегшило швидке розгортання 5G поверх існуючих мереж, і саме це зробили T-Mobile і AT&T.

Зокрема, AT&T і T-Mobile створили свої мережі 5G на тих самих частотах 850 МГц і 1,9 ГГц (1900 МГц), які використовуються перші мережі GSM «2G» і частоти 700 МГц і 1,7 ГГц (1700 МГц), які почали використовувати з 3G і LTE розгортання. AT&T також запустив деякі послуги 5G у діапазоні 2,3 ГГц, тоді як T-Mobile знизився до 600 МГц, щоб отримати ще краще покриття для своєї «всенаціональної» мережі 5G.

Тим часом Verizon вирішила піти в протилежному напрямку з початковим розгортанням 5G, використовуючи набагато вищу частоту mmWave 28 ГГц. Це дозволило Verizon похвалитися найвищою швидкістю; 2020 рік OpenSignal звіт показав, що Verizon лідирує в усьому світі із середньою швидкістю завантаження 506 Мбіт/с, оскільки у нього не було мереж Sub-6 5G, щоб знизити свій результат. Однак мав на увазі вкрай обмежений діапазон хвильових частот менше 1% клієнтів Verizon навіть побачили, що мережа 5G компанії з’явилася на їхніх смартфонах.

Проблеми низькочастотного 5G

Низькочастотний 5G нехай AT&T і T-Mobile дуже швидко запустять свої мережі, оскільки їм не доведеться чекати на нові ліцензії, а також вони зможуть використовувати існуючу інфраструктуру 4G. Однак це останній пункт, який зробив рання продуктивність 5G настільки приголомшлива для багатьох людей.

Щоб змусити 5G і 4G мирно співіснувати на одних і тих же частотах, операторам довелося звернутися до технології, відомої як Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Ця нова можливість 5G дозволила йому поступитися радіохвилями старішому трафіку 4G.

Проблема полягає в тому, що мережі 4G нічого не знають про DSS; 4G не вчили, як ділитися, тому завжди потрібно було ввічливо відходити в сторону, коли з’являвся трафік 4G. Іншими словами, старіші та повільніші сигнали 4G завжди мали пріоритет над новішими та швидшими 5G.

Це означає, що на додаток до перешкод через обмежену пропускну здатність нижчих частот, низькодіапазонні мережі 5G також повинні боротися з тим, щоб звільнити місце для всього трафіку 4G у цих ефірах. Не дивно, що ранні мережі 5G не могли забезпечити швидкість, яка була помітно вищою, ніж 4G.

Навіть коли наприкінці 2020 року Verizon нарешті запустив свою низькочастотну загальнонаціональну мережу 5G, щоб надати 5G іншим 99% своїх продуктивність 5G була настільки низькою, що деякі експерти рекомендували людям вимкнути 5G на своїх смартфонах, щоб заощадити час автономної роботи.

Новий спектр середнього діапазону змінює гру

Після цих початкових розгортань трапилися дві речі, які показали, що експерти галузі могли помилитися, об’єднавши всі частоти нижче 6 ГГц в одну категорію «Sub-6».

Обидва вони включали використання a високочастотний спектр середньої смуги, хоча перевізники підійшли до нього з двох різних сторін.

Завдяки її злиття з Sprint у 2020 році, T-Mobile мав туза в рукаві. Sprint зробив незвичайний вибір і запустив свою мережу 4G/LTE майже виключно на діапазоні 2,5 ГГц, що значно перевищує діапазон, який використовують інші оператори та старіші мережі GSM і 3G.

Однак замість того, щоб зберегти цю стару мережу 4G/LTE, T-Mobile хірургічним шляхом вивела з експлуатації всі вежі Sprint, звільняючи цей спектр 2,5 ГГц для використання виключно в нових розгортаннях 5G. Це дало T-Mobile швидші частоти для гри, які не були б обтяжені сигналами 4G. Таким чином, трафік 5G мав чіткий шлях у цих ефірних хвилях без необхідності використовувати DSS, щоб поступитися старішому трафіку 4G. Це стало основою Мережа 5G Ultra Capacity від T-Mobile.

AT&T і Verizon не так пощастило. Хоча AT&T мав діапазон 2,3 ГГц, цього було недостатньо, щоб змінити ситуацію. Натомість обом операторам довелося чекати, доки Федеральна комісія зв’язку (FCC) не звільнить додатковий спектр у тому, що тепер відомо як діапазон C-діапазону.

На аукціоні FCC на початку 2021 року Verizon втратила 45,4 мільярда доларів, щоб отримати якомога більше цього спектру. AT&T також витратив понад 23 мільярди доларів, і навіть T-Mobile отримав шматок пирога за 9,3 мільярда доларів. Це дало операторам право запускати мережі 5G на частотах від 3,7 ГГц до 3,98 ГГц.

Обидва перевізники на початку цього року почали ефективно використовувати цей новий спектр, а більш високі частоти вже є довели, що вони більш ніж здатні забезпечити швидкість, яку обіцяв 5G. У той час як T-Mobile має фору завдяки своїм попереднім розгортанням 2,5 ГГц, Verizon швидко наздоганяє, і AT&T не набагато відстає.

Хоча ці частоти середньої смуги та C-діапазону все ще значно нижчі за 6 ГГц, вони належать до зовсім іншого класу, ніж низькі частоти, які спочатку визначали діапазон Sub-6.

Де mmWave підходить?

Незважаючи на те, що спектр середнього діапазону став найкращим місцем для 5G, пропонуючи найкраще поєднання радіусу дії та продуктивності, все ще є місце для mmWave у розгортанні 5G.

Можливо, Verizon зробив тактичну помилку, поклавши всі свої яйця в кошик mmWave, але він мав суть гарної ідеї. Тільки mmWave може забезпечити надійність і продуктивність, необхідні в густонаселених районах.

Можливо, AT&T і T-Mobile розуміли це краще. Обидва розгорнули mmWave більш стратегічно, охоплюючи такі місця, як стадіони, концертні зали, аеропорти та інші місця, де, ймовірно, збираються тисячі чи десятки тисяч людей.

Саме в таких ситуаціях mmWave сяє. Вища пропускна здатність частот 28 ГГц і 39 ГГц, що використовуються для 5G mmWave, означає більшу пропускну здатність для багатьох пристроїв. Якщо вас коли-небудь засмучувала низька продуктивність 4G або навіть індикатор «Немає сигналу» під час відвідування жвавого спортивного заходу чи концерту, ви будете раді дізнатися, що mmWave вирішує цю проблему. Використовуючи ці вищі частоти, оператори можуть забезпечують надійну продуктивність 5G для тисяч відвідувачів на стадіоні, не потроху потіючи.

Частотний мікс 5G

Ймовірно, зараз стало зрозуміло, що ідеальної частоти для роботи мереж 5G не існує. Щоб оператори могли виконати те, що обіцяє 5G, вони повинні використовувати поєднання спектру 5G відповідно до обставин.

Поки С-діапазон та інші середні частоти будуть найчастіше розгорнуті в міських районах, це надмірно для сільської місцевості, де діапазон важливіший, ніж продуктивність.

Ось чому низькочастотний 5G вежі продовжуватимуть покривати сільську місцевість, і хороша новина полягає в тому, що все більше людей переходять на смартфони 5G та інші пристроїв, обсяг трафіку 4G на цих частотах зменшиться, прокладаючи шлях до вищих швидкостей 5G навіть на нижчих частоти.

Тим часом оператори продовжуватимуть доповнювати свої швидші мережі 5G середнього діапазону mmWave трансиверів у таких місцях, як стадіони та аеропорти, де потрібна додаткова ємність для підтримки великих груп людей. Verizon також не планує закривати свою оригінальну мережу mmWave, яка вже є в багатьох міських центрах.

Що далі для спектру 5G?

Ці три діапазони частот – це лише початок. Оператори вже змагаються за нові блоки спектру 5G, хоча потрібен деякий час, щоб усі частини були встановлені.

Наприклад, четвертий гравець на полі, Блюдо, може стати темною конячкою в цій гонці. Dish нещодавно відродився з попелу злиття T-Mobile/Sprint увімкнув свою нову мережу Smart 5G яка використовує нову революційну хмарну технологію, щоб зробити розгортання послуги 5G по всій країні швидшим і доступнішим.

Блюдо було лобіювання FCC щодо відкриття діапазону 12 ГГц, хоча зараз він бореться за цей спектр із сервісом SpaceX Starlink Ілона Маска. Важко сказати, як 12 ГГц впишеться в мікс 5G — ми навіть не впевнені, як його назвати, оскільки він живе в величезному розриві між Sub-6, який закінчується на 6 ГГц, і mmWave, який починається на 24 ГГц.

Однак цей спектр 12 ГГц може стати новою приємною точкою, забезпечуючи ще вищі швидкості, не жертвуючи майже таким же діапазоном, як mmWave 28 ГГц.

T-Mobile і Dish також колективно володіють ліцензіями на 99% спектру 47 ГГц, хоча поки незрозуміло, що будь-який з перевізників планує з цим робити. FCC також планує ліцензувати більше мм хвиль у діапазонах 57-64 ГГц, 71 ГГц, 81 ГГц і 92 ГГц.

Не кожен оператор покладає надії на цей спектр надзвичайно високих частот (КВЧ). Над цим працює T-Mobile досягнення швидкості, подібної до mmWave, у мережах Sub-6 за допомогою нової функції, відомої як технологія агрегування несучих. Як випливає з назви, це пов’язує кілька каналів 5G у низьких і середніх діапазонах, поєднуючи їхню пропускну здатність.

Однак найбільшою перешкодою для цих нових ініціатив буде очікування, коли виробники чіпів і телефонів надолужать згаяне. Остання версія Qualcomm Snapdragon X60 пропонує базову підтримку стратегії T-Mobile Carrier Aggregation, тоді як нові X65 і X70 покращити це. Це означає iPhone 13, Galaxy S21, і новіші моделі готові до цього. Однак найперші телефони 5G, такі як iPhone 12 і Samsung Galaxy S20 Ultra не зможе цим скористатися.

Зовсім інша справа – новий спектр. Оператори можуть відкрити будь-який спектр, який їм дозволить FCC, але смартфони також повинні бути до цього готові підтримують ці частоти — і більшість з них не виходять за рамки стандартів, які вже широко поширені розгорнуто.

Наприклад, на ринку ще немає телефонів, які б підтримували діапазон 12 ГГц, який Dish намагається придбати, і Оскільки ця частота не використовується ніким іншим, Dish доведеться переконати виробника смартфонів узяти на борт це. Те ж саме стосується і високочастотного спектру 47 ГГц.

Тим не менш, існує досить тісний зв’язок між операторами мобільних мереж і виробниками апаратного забезпечення, тому, якщо оператори налагодять це, з’являться виробники смартфонів. Критичним моментом є те, що для цього потрібен час, тому хоча спектр 5G, безсумнівно, розшириться в найближчі кілька років, це не станеться відразу.

Рекомендації редакції

• Величезне лідерство T-Mobile у швидкості 5G нікуди не подінеться
• Новий маршрутизатор M6 Pro від Netgear дозволяє використовувати швидкий 5G, де б ви не були
• 5G від T-Mobile все ще не має собі рівних — але чи швидкість стала плато?
• Ось наскільки насправді швидкий 5G на вашому Samsung Galaxy S23
• Що таке 5G UW? Справжнє значення піктограми на вашому телефоні