Este posibil să fi auzit că tehnologia 5G se bazează pe spectrul undelor milimetrice pentru a atinge viteze de până la 10 Gbps. Cu toate acestea, aceasta utilizează și spectrul de frecvențe joase și medii, similar cu tehnologia 4G. Pentru a asigura o funcționare fiabilă, rețelele 5G necesită toate cele trei spectre.
Dar care sunt particularitățile fiecărui spectru? De ce diferă viteza de transfer a datelor în funcție de spectru și de ce este important ca toate cele trei să fie folosite pentru succesul 5G?
Cum transmit frecvențele electromagnetice datele?
Înainte de a aprofunda subiectul frecvențelor joase, medii și milimetrice, este esențial să înțelegem mecanismul transmisiei wireless a datelor. Această înțelegere este crucială pentru a percepe diferențele dintre aceste trei spectre.
Undele radio și microundele, invizibile cu ochiul liber, se propagă similar cu undele de pe suprafața apei. Cu cât frecvența unei unde este mai mare, cu atât distanța dintre undele succesive (lungimea de undă) este mai scurtă. Telefonul determină frecvența prin măsurarea lungimii de undă, interpretând astfel datele pe care le transmite frecvența respectivă.
Totuși, o frecvență constantă nu poate comunica cu telefonul tău. Aceasta trebuie modulată, adică rata de frecvență trebuie crescută și scăzută subtil. Telefonul detectează aceste variații minuscule prin măsurarea modificărilor lungimii de undă, transformând apoi aceste măsurători în date.
Îți poți imagina procesul ca o combinație între cod binar și codul Morse. Dacă transmiți codul Morse cu o lanternă, nu o poți menține aprinsă continuu. Trebuie să „modulezi” lumina astfel încât să fie interpretată ca limbaj.
Eficiența optimă a rețelei 5G depinde de toate cele trei spectre
Transferul de date fără fir are o limitare importantă: frecvența este direct legată de lățimea de bandă.
Undele care operează la frecvențe joase au lungimi de undă mari, ceea ce înseamnă că modulațiile au loc într-un ritm mai lent. Asta echivalează cu un mod de „vorbire” lent, rezultând o lățime de bandă redusă, adică o conexiune la internet mai lentă.
Contrar acestui fapt, undele cu frecvențe înalte „vorbesc” foarte rapid. Însă acestea sunt mai susceptibile la distorsiuni. Dacă întâlnesc obstacole (pereți, atmosferă, ploaie), telefonul poate pierde contactul cu modificările lungimii de undă, echivalent cu pierderea unor segmente de cod Morse sau binar. Astfel, o conexiune instabilă la o frecvență înaltă poate fi uneori mai lentă decât o conexiune bună la o frecvență joasă.
În trecut, operatorii preferau spectrul de frecvență medie, care are o viteză de transmisie moderată, în detrimentul spectrului de unde milimetrice, caracterizat de frecvențe înalte. Totuși, având în vedere cerința ca 5G să fie mai rapid și mai stabil decât 4G, dispozitivele 5G utilizează o tehnică numită comutare adaptivă a fasciculului, care permite trecerea rapidă între diferitele benzi de frecvență.
Comutarea adaptivă a fasciculului este mecanismul care face ca 5G să fie un înlocuitor fiabil pentru 4G. Un telefon 5G monitorizează continuu calitatea semnalului atunci când este conectat la o bandă de frecvență înaltă (unde milimetrice) și urmărește, de asemenea, alte semnale fiabile. În cazul în care telefonul detectează o degradare a calității semnalului, acesta trece automat la o altă bandă de frecvență, asigurând o conexiune mai rapidă și mai stabilă. Astfel, se evită întreruperile la vizionarea videoclipurilor, descărcarea de aplicații sau efectuarea de apeluri video. Această funcționalitate face 5G mai fiabil decât 4G, fără a compromite viteza.
Unde milimetrice: viteză mare, dar acoperire redusă
5G este primul standard wireless care utilizează spectrul undelor milimetrice. Acesta operează peste banda de 24 GHz și este foarte eficient pentru transferul de date la viteze foarte mari. Însă, așa cum am menționat anterior, acest spectru este sensibil la distorsiuni.
Poți vizualiza spectrul undelor milimetrice ca un fascicul laser: precis și intens, dar cu o zonă de acoperire limitată. În plus, este foarte vulnerabil la interferențe. Chiar și obstacole minore, precum acoperișul unei mașini sau un nor de ploaie, pot afecta transmisiile undelor milimetrice.
Acesta este motivul pentru care comutarea adaptivă a fasciculului este atât de importantă. În condiții ideale, telefonul tău 5G s-ar conecta permanent la spectrul undelor milimetrice. Dar pentru aceasta ar fi necesară o mulțime de turnuri de retransmisie, având în vedere acoperirea limitată a acestui spectru. Este puțin probabil ca operatorii să investească masiv în instalarea acestor turnuri peste tot, motiv pentru care comutarea adaptivă a fasciculului este esențială. Aceasta previne apariția întreruperilor atunci când telefonul trece de la o conexiune cu unde milimetrice la o conexiune de bandă medie.
În prezent, doar benzile de 24 și 28 GHz sunt licențiate pentru utilizarea 5G. FCC intenționează să liciteze benzile de 37, 39 și 47 GHz pentru utilizare 5G până la sfârșitul anului 2019. Aceste benzi, fiind mai înalte în spectru, oferă conexiuni mai rapide. Odată ce undele milimetrice de înaltă frecvență vor fi disponibile pentru 5G, tehnologia va deveni mult mai accesibilă.
Banda medie (Sub-6): un echilibru între viteză și acoperire
Banda medie, cunoscută și ca Sub-6, reprezintă spectrul cel mai convenabil pentru transmisia de date fără fir. Aceasta operează la frecvențe cuprinse între 1 și 6 GHz (2,5, 3,5 și 3,7-4,2 GHz). Dacă spectrul undelor milimetrice este ca un laser, cel al benzii medii poate fi comparat cu o lanternă, care acoperă o zonă semnificativă, oferind în același timp viteze de internet rezonabile. În plus, acesta poate penetra majoritatea pereților și obstacolelor.
Cea mai mare parte a spectrului de bandă medie este deja licențiată pentru transmisia de date fără fir, iar 5G va utiliza aceste benzi. De asemenea, 5G va folosi banda de 2,5 GHz, care a fost anterior destinată transmisiilor educaționale.
Banda de 2,5 GHz se află la capătul inferior al spectrului de bandă medie, ceea ce înseamnă că oferă o acoperire mai mare (și viteze mai mici) decât benzile medii utilizate deja pentru 4G. Deși poate părea contraintuitiv, industria alege banda de 2,5 GHz pentru a se asigura că zonele izolate vor beneficia de îmbunătățirea adusă de 5G, iar zonele cu trafic extrem de mare nu vor fi blocate în spectrele lente ale benzii joase.
Banda joasă: spectru cu viteză redusă pentru zonele îndepărtate
Spectrul de bandă joasă este utilizat pentru transferul de date încă de la introducerea rețelelor 2G în 1991. Acestea sunt unde radio de frecvență joasă, care operează sub pragul de 1 GHz (benzile de 600, 800 și 900 MHz).
Deoarece spectrul de bandă joasă constă din unde de frecvență joasă, acesta este practic imun la distorsiuni, având o rază mare de acoperire și putând penetra pereții. Totuși, frecvențele joase implică și rate de transfer de date reduse.
În mod ideal, telefonul tău nu se va conecta niciodată la o rețea de bandă joasă. Cu toate acestea, există anumite dispozitive conectate, precum becurile inteligente, care nu necesită transfer de date la viteze gigabit. Dacă un producător decide să producă becuri inteligente 5G (utile în cazul în care conexiunea Wi-Fi este întreruptă), este foarte probabil ca acestea să funcționeze în spectrul de bandă joasă.
Surse: FCC, RCR Wireless News, SIGNIANT