Du har sikkert hørt, at 5G bruger millimeterbølgespektret til at nå sine 10 Gbps hastigheder. Men den bruger også lav- og mellembåndsspektrene, ligesom 4G. Uden alle tre spektre ville 5G ikke være pålidelig.
Så hvad er forskellen mellem disse spektrum? Hvorfor overfører de data ved forskellige hastigheder, og hvorfor er de alle afgørende for 5G’s succes?
Indholdsfortegnelse
Hvordan overfører elektromagnetiske frekvenser data?
Før vi kommer for dybt ind i lavbånds-, mellembånds- og millimeterbølger, skal vi forstå, hvordan trådløs datatransmission fungerer. Ellers vil vi have problemer med at vikle hovedet rundt om forskellene mellem disse tre spektrum.
Radiobølger og mikrobølger er usynlige for det blotte øje, men de ser ud og opfører sig som bølger i en vandpøl. Når en bølges frekvens stiger, bliver afstanden mellem hver bølge (bølgelængden) kortere. Din telefon måler bølgelængde for at identificere frekvenser og for at “høre” de data, som en frekvens forsøger at transmittere.
Men en stabil, uforanderlig frekvens kan ikke “tale” til din telefon. Det skal moduleres ved subtilt at øge og sænke frekvensen. Din telefon observerer disse små modulationer ved at måle ændringer i bølgelængde og omsætter derefter disse målinger til data.
Hvis det hjælper, så tænk på dette som binær- og morsekode kombineret. Hvis du forsøger at overføre morsekode med en lommelygte, kan du ikke bare lade lommelygten være tændt. Du skal “modulere” det på en måde, der kan tolkes som sprog.
5G fungerer bedst med alle tre spektrum
Trådløs dataoverførsel har en alvorlig begrænsning: frekvensen er for tæt knyttet til båndbredden.
Bølger, der opererer ved en lav frekvens, har lange bølgelængder, så moduleringer sker i sneglefart. Med andre ord, de “taler” langsomt, hvilket fører til en lav båndbredde (langsomt internet).
Som du ville forvente, “taler” bølger, der opererer ved en høj frekvens, virkelig hurtigt. Men de er tilbøjelige til forvrængning. Hvis noget kommer i vejen (vægge, atmosfære, regn) kan din telefon miste overblikket over ændringer i bølgelængde, hvilket svarer til at mangle en luns morsekode eller binær. Af denne grund kan en upålidelig forbindelse til et højfrekvensbånd nogle gange være langsommere end en god forbindelse til et lavfrekvensbånd
Tidligere undgik luftfartsselskaberne det højfrekvente millimeterbølgespektrum til fordel for mellembåndsspektre, som “taler” i et medium tempo. Men vi har brug for, at 5G er hurtigere og mere stabilt end 4G, hvorfor 5G-enheder bruger noget, der hedder adaptiv stråleskift at springe mellem frekvensbånd hurtigt.
Adaptiv stråleskift er det, der gør 5G til en pålidelig erstatning for 4G. Grundlæggende overvåger en 5G-telefon konstant sin signalkvalitet, når den er tilsluttet et højfrekvensbånd (millimeterbølge) og holder øje med andre pålidelige signaler. Hvis telefonen registrerer, at dens signalkvalitet er ved at blive upålidelig, hopper den problemfrit over til et nyt frekvensbånd, indtil en hurtigere og mere pålidelig forbindelse er tilgængelig. Dette forhindrer enhver hikke, mens du ser videoer, downloader apps eller foretager videoopkald – og det er det, der gør 5G mere pålidelig end 4G uden at ofre hastigheden.
Millimeterbølge: Hurtig, ny og kortrækkende
5G er den første trådløse standard, der drager fordel af millimeterbølgespektret. Millimeterbølgespektret fungerer over 24 GHz-båndet, og som du kunne forvente, er det fantastisk til superhurtig datatransmission. Men som vi nævnte tidligere, er millimeterbølgespektret tilbøjeligt til forvrængning.
Tænk på millimeterbølgespektret som en laserstråle: det er præcist og tæt, men det er kun i stand til at dække et lille område. Derudover kan den ikke håndtere meget interferens. Selv en mindre forhindring, f.eks. taget på din bil eller en regnsky, kan blokere for millimeterbølgetransmissioner.
Igen, det er derfor adaptiv stråleskift er så afgørende. I en perfekt verden vil din 5G-klare telefon altid være forbundet til et millimeterbølgespektrum. Men denne ideelle verden ville have brug for et ton af millimeterbølgetårne for at kompensere for millimeterbølgens dårlige dækning. Operatører vil måske aldrig udskyde pengene for at installere millimeterbølgetårne på hvert gadehjørne, så adaptiv stråleskiftning sikrer, at din telefon ikke hikker, hver gang den hopper fra en millimeterbølgeforbindelse til en mellembåndsforbindelse.
Lige nu er det kun 24- og 28 GHz-båndene, der er licenseret til 5G-brug. Men FCC forventer at bortauktionere 37, 39 og 47 GHz-båndene til 5G-brug inden udgangen af 2019 (disse tre bånd er højere i spektret, så de tilbyder hurtigere forbindelser). Når højfrekvente millimeterbølger først er godkendt til 5G, vil teknologien blive meget mere allestedsnærværende.
Mid-Band (Sub-6): Anstændig hastighed og dækning
Mid-band (også kaldet Sub-6) er det mest praktiske spektrum til trådløs datatransmission. Den fungerer mellem 1 og 6 GHz frekvenserne (2,5, 3,5 og 3,7-4,2 GHz). Hvis millimeterbølgespektret er som en laser, så er mellembåndsspektret som en lommelygte. Det er i stand til at dække en anstændig mængde plads med rimelige internethastigheder. Derudover kan den bevæge sig gennem de fleste vægge og forhindringer.
Det meste af mellembåndsspektret er allerede licenseret til trådløs datatransmission, og naturligvis vil 5G drage fordel af disse bånd. Men 5G vil også bruge 2,5 GHz-båndet, som tidligere var reserveret til undervisningsudsendelser.
2,5 GHz-båndet er i den nederste ende af mellembåndsspektret, hvilket betyder, at det har bredere dækning (og langsommere hastigheder) end de mellemområdebånd, vi allerede bruger til 4G. Det lyder kontraintuitivt, men industrien ønsker, at 2,5 GHz-båndet skal sikre, at fjerntliggende områder bemærker opgraderingen til 5G, og at områder med ekstremt høj trafik ikke ender på super-langsomme lavbåndsspektre.
Lavbånd: Langsommere spektrum til fjerntliggende områder
Vi har brugt lavbåndsspektret til at overføre data siden 2G blev lanceret i 1991. Disse er lavfrekvente radiobølger, der fungerer under 1 GHz-tærsklen (nemlig 600, 800 og 900 MHz bands).
Fordi lavbåndsspektret består af lavfrekvente bølger, er det praktisk talt uigennemtrængeligt for forvrængning – det har stor rækkevidde og kan bevæge sig gennem vægge. Men som vi nævnte tidligere, fører langsomme frekvenser til langsomme dataoverførselshastigheder.
Ideelt set ender din telefon aldrig på en lavbåndsforbindelse. Men der er nogle tilsluttede enheder, som f.eks. smartpærer, der ikke behøver at overføre data ved gigabit-hastigheder. Hvis en producent beslutter sig for at lave 5G-smartpærer (nyttigt, hvis din Wi-Fi afbrydes), er der en god chance for, at de vil fungere på lavbåndsspektret.
Kilder: FCC, RCR trådløse nyheder, SIGNANT