Du har troligtvis stött på informationen att 5G nyttjar millimetervågspektrat för att uppnå sina imponerande hastigheter på 10 Gbps. Det är dock viktigt att notera att det också använder låg- och mellanbandsspektrum, precis som 4G gjorde. För att 5G ska fungera tillförlitligt krävs en kombination av alla tre spektrumen.
Men vad skiljer egentligen dessa spektrum åt? Varför resulterar de i olika dataöverföringshastigheter, och varför är alla tre så centrala för 5G:s framgång?
Hur överförs data via elektromagnetiska frekvenser?
Innan vi går djupare in på lågband, mellanband och millimetervågor, är det nödvändigt att förstå hur trådlös dataöverföring fungerar. Annars kan det vara svårt att greppa skillnaderna mellan dessa tre spektrum.
Radiovågor och mikrovågor är osynliga, men de beter sig som vågor i vatten. När en vågs frekvens ökar, minskar avståndet mellan varje våg (våglängden). Din mobil mäter våglängd för att identifiera frekvenser och för att ”lyssna” på data som en frekvens sänder.
En konstant frekvens kan inte ”kommunicera” med din mobil. Den måste moduleras genom små ökningar och minskningar i frekvensen. Din mobil observerar dessa förändringar genom att mäta skillnader i våglängd och omvandlar dessa mätningar till data.
Det kan vara hjälpsamt att tänka på detta som en kombination av binär kod och morsekod. Om du vill sända morsekod med en ficklampa, kan du inte bara ha den tänd. Du måste ”modulera” ljuset på ett sätt som kan tolkas som ett språk.
5G:s optimala prestanda kräver alla tre spektrumen
Trådlös dataöverföring har en grundläggande begränsning: frekvensen är relaterad till bandbredden.
Vågor med låg frekvens har långa våglängder, vilket innebär att moduleringarna sker långsamt. Det betyder att de ”talar” långsamt, vilket resulterar i låg bandbredd och långsamt internet.
Som väntat ”talar” vågor med hög frekvens mycket snabbt. Dock är de mer känsliga för störningar. Om något blockerar dem, som väggar, atmosfären eller regn, kan din mobil förlora förmågan att mäta förändringar i våglängd, vilket kan liknas vid att missa en del av morsekoden. Därför kan en instabil anslutning till ett högfrekvensband ibland vara långsammare än en stabil anslutning till ett lågfrekvensband.
Tidigare undvek operatörer det högfrekventa millimetervågspektrumet till förmån för mellanbandsspektrat, som ”talar” i en måttlig hastighet. Men 5G ska vara snabbare och mer stabilt än 4G. Därför använder 5G-enheter något som kallas adaptiv strålformning för att snabbt växla mellan frekvensband.
Adaptiv strålformning gör 5G till ett pålitligt alternativ till 4G. En 5G-telefon övervakar kontinuerligt signalkvaliteten när den är ansluten till ett högfrekvensband (millimetervåg) och letar efter andra pålitliga signaler. Om telefonen upptäcker att signalkvaliteten är på väg att bli dålig, byter den smidigt till ett annat frekvensband tills en snabbare, mer tillförlitlig anslutning hittas. Detta förhindrar avbrott under videoströmning, appnedladdning eller videosamtal – och det är det som gör 5G mer pålitligt än 4G utan att kompromissa med hastigheten.
Millimetervåg: Snabbt, nytt och med kort räckvidd
5G är den första trådlösa standarden som fullt utnyttjar millimetervågspektrumet. Detta spektrum fungerar över 24 GHz-bandet och är mycket effektivt för supersnabb dataöverföring. Som tidigare nämnts är dock millimetervågspektrumet känsligt för störningar.
Tänk på millimetervågspektrumet som en laserstråle: det är exakt och koncentrerat, men täcker bara ett litet område. Dessutom är det känsligt för störningar. Till och med mindre hinder, som biltaket eller ett regnmoln, kan hindra överföringar via millimetervågor.
Det är därför adaptiv strålformning är så avgörande. I en ideal värld skulle din 5G-telefon alltid vara ansluten till millimetervågspektrumet. Men det skulle kräva massor av millimetervågstorn för att kompensera för dess begränsade räckvidd. Operatörer kanske aldrig gör den investeringen, så adaptiv strålformning säkerställer att din telefon inte får avbrott varje gång den växlar mellan millimetervågs- och mellanbandsanslutningar.
För närvarande är endast 24- och 28 GHz-banden licensierade för 5G-användning. FCC planerar dock att auktionera ut 37, 39 och 47 GHz-banden för 5G-användning. Dessa band ligger högre i spektrumet och ger snabbare anslutningar. När högfrekventa millimetervågor är allmänt licensierade kommer tekniken att bli betydligt mer utbredd.
Mellanband (Sub-6): Balans mellan hastighet och räckvidd
Mellanbandet (även kallat Sub-6) är det mest praktiska spektrumet för trådlös dataöverföring. Det arbetar med frekvenser mellan 1 och 6 GHz (2,5, 3,5 och 3,7-4,2 GHz). Om millimetervågspektrumet är som en laser, är mellanbandsspektrumet som en ficklampa. Det kan täcka ett ganska stort område med acceptabla internethastigheter och kan tränga igenom de flesta väggar och hinder.
Största delen av mellanbandsspektrumet är redan licensierat för trådlös dataöverföring, och 5G kommer att dra nytta av dessa band. Men 5G kommer även att använda 2,5 GHz-bandet, som tidigare var reserverat för utbildningssändningar.
2,5 GHz-bandet ligger i den nedre delen av mellanbandsspektrumet, vilket innebär att det har bredare täckning (men lägre hastigheter) än de mellanbandsfrekvenser som redan används för 4G. Detta kan verka konstigt, men tanken är att 2,5 GHz-bandet ska säkerställa att avlägsna områden får tillgång till 5G och att områden med mycket trafik inte tvingas använda de långsamma lågbandsspektrumen.
Lågband: Långsammare hastighet för avlägsna områden
Vi har använt lågbandsspektrumet för dataöverföring sedan 2G introducerades 1991. Dessa är lågfrekventa radiovågor som arbetar under 1 GHz (600, 800 och 900 MHz band).
Eftersom lågbandsspektrumet använder lågfrekventa vågor, är det nästan omöjligt att störa. Det har lång räckvidd och kan tränga igenom väggar. Men som tidigare nämnts leder långsamma frekvenser till långsamma dataöverföringshastigheter.
Helst ska din mobil inte hamna på en lågbandsuppkoppling. Vissa enheter, som smarta glödlampor, behöver dock inte dataöverföring med gigabithastighet. Om en tillverkare skulle producera 5G-smarta glödlampor (vilket är praktiskt om ditt Wi-Fi faller ut), är det troligt att de kommer att använda lågbandsspektrumet.
Källor: FCC, RCR trådlösa nyheter, SIGNIANT