Zřejmě jste již zaslechli, že technologie 5G využívá milimetrové vlny pro dosažení úžasných rychlostí až 10 Gb/s. Nicméně, stejně jako 4G, pracuje také v nízkém a středním pásmu. Pro skutečně spolehlivý provoz 5G je nutné zapojit všechna tato tři frekvenční spektra.
Jak se ale tato spektra odlišují? Proč se rychlost přenosu dat v jednotlivých pásmech liší a proč jsou všechny tak zásadní pro úspěšnou implementaci 5G?
Jak elektromagnetické frekvence přenášejí data?
Než se ponoříme hlouběji do specifik nízkého, středního a milimetrového vlnění, je nezbytné porozumět principu bezdrátového přenosu dat. Bez toho by pochopení rozdílů mezi těmito třemi spektry bylo mnohem obtížnější.
Rádiové vlny a mikrovlny, neviditelné pro lidské oko, se chovají a vypadají jako vlny na vodní hladině. S rostoucí frekvencí vlny se zmenšuje vzdálenost mezi jednotlivými vlnami (vlnová délka). Váš mobilní telefon měří tuto vlnovou délku, aby identifikoval frekvenci a „dekódoval“ data, která jsou touto frekvencí přenášena.
Nicméně, stabilní, neměnná frekvence nemůže komunikovat s vaším telefonem. Frekvenci je nutné modulovat, tedy jemně ji zvyšovat a snižovat. Váš telefon monitoruje tyto drobné změny měřením změn vlnové délky a následně tyto měření převádí do podoby dat.
Pro lepší představu si to můžeme přirovnat ke kombinaci binárního kódu a Morseovy abecedy. Pokud chcete předávat zprávu pomocí Morseovy abecedy pomocí baterky, nestačí jen svítit. Musíte světlo „modulovat“, aby bylo možné ho interpretovat jako jazyk.
5G dosahuje optimálního výkonu s využitím všech tří spekter
Bezdrátový přenos dat má jedno zásadní omezení: frekvence je přímo úměrná šířce pásma.
Vlny s nízkou frekvencí mají dlouhé vlnové délky, což znamená, že modulace probíhají velmi pomalu. Jinými slovy, „mluví“ pomalu, což se projeví v malé šířce pásma (pomalém internetu).
Naopak, vlny s vysokou frekvencí „mluví“ velmi rychle. Jsou však náchylnější k rušení. Pokud se jim postaví do cesty jakákoli překážka (stěna, atmosféra, déšť), může telefon ztratit přehled o změnách vlnové délky, což je srovnatelné s chybějící částí Morseovy abecedy nebo binárního kódu. Kvůli tomu může být vysokofrekvenční spojení někdy méně spolehlivé a pomalejší než kvalitní nízkofrekvenční spojení.
V minulosti se operátoři vyhýbali vysokofrekvenčnímu spektru milimetrových vln a upřednostňovali středopásmové spektrum, které „mluví“ středním tempem. Nicméně, aby 5G bylo rychlejší a stabilnější než 4G, využívají 5G zařízení tzv. adaptivní přepínání paprsků pro rychlé přepínání mezi frekvenčními pásmy.
Právě adaptivní přepínání paprsků dělá z 5G spolehlivou náhradu za 4G. Telefon s podporou 5G neustále monitoruje kvalitu signálu, když je připojen k vysokofrekvenčnímu (milimetrovému vlnovému) pásmu, a zároveň vyhledává další spolehlivé signály. Pokud telefon zjistí, že kvalita signálu je nestabilní, plynule přeskočí na nové frekvenční pásmo, dokud nenajde rychlejší a spolehlivější připojení. Tím se zamezí jakýmkoli výpadkům při sledování videí, stahování aplikací nebo videohovorech a činí se tak 5G spolehlivější než 4G, aniž by se snížila rychlost.
Milimetrové vlny: Rychlé, inovativní, s krátkým dosahem
5G je prvním bezdrátovým standardem, který využívá spektrum milimetrových vln. Toto spektrum pracuje nad 24 GHz a, jak se dá očekávat, je skvělé pro ultra rychlý přenos dat. Nicméně, jak již bylo zmíněno, milimetrové vlny jsou náchylné k rušení.
Představte si milimetrové vlny jako laserový paprsek: je přesný a koncentrovaný, ale dokáže pokrýt jen malou oblast. Navíc je velmi citlivý na překážky. I malá překážka, jako je střecha auta nebo dešťový mrak, může bránit přenosu milimetrových vln.
Právě proto je adaptivní přepínání paprsků tak zásadní. V ideálním případě by byl váš telefon s 5G vždy připojen k milimetrovým vlnám. Nicméně, pro to by bylo potřeba obrovské množství věží s milimetrovými vlnami, které by kompenzovaly jejich omezené pokrytí. Je málo pravděpodobné, že by operátoři investovali do tak rozsáhlé infrastruktury, proto adaptivní přepínání paprsků zajišťuje, že nedojde k přerušení, když se přepínáte z milimetrových vln na střední pásmo.
V současnosti jsou pro 5G licencována pouze pásma 24 a 28 GHz. Nicméně FCC plánuje do konce roku 2019 vydražit pásma 37, 39 a 47 GHz, která jsou ještě výše ve spektru a nabízejí tak rychlejší připojení. Jakmile budou i tato vysokofrekvenční milimetrová pásma licencována, stane se tato technologie mnohem rozšířenější.
Střední pásmo (Sub-6): Rozumná rychlost a pokrytí
Střední pásmo (označované také jako Sub-6) je nejpraktičtější spektrum pro bezdrátový přenos dat. Pracuje na frekvencích mezi 1 a 6 GHz (2,5, 3,5 a 3,7-4,2 GHz). Pokud jsou milimetrové vlny jako laser, pak střední pásmo je jako svítilna. Dokáže pokrýt slušný prostor s rozumnou rychlostí internetu. Navíc se dokáže šířit přes většinu stěn a překážek.
Většina středního pásma je již licencována pro bezdrátový přenos dat a 5G je samozřejmě využívá. 5G ale bude využívat i pásmo 2,5 GHz, které bylo dříve vyhrazeno pro vzdělávací vysílání.
Pásmo 2,5 GHz se nachází na spodním okraji středního pásma, což znamená, že má širší pokrytí (a nižší rychlosti) než pásma, která již používáme pro 4G. Zní to možná neintuitivně, ale průmysl usiluje o pásmo 2,5 GHz, aby zajistil, že i vzdálené oblasti získají 5G a že oblasti s velkým provozem nebudou omezeny na pomalé, nízkopásmové spektrum.
Nízké pásmo: Pomalejší spektrum pro odlehlejší oblasti
Nízkopásmové spektrum využíváme pro přenos dat již od zavedení 2G v roce 1991. Jedná se o nízkofrekvenční rádiové vlny pracující pod 1 GHz (konkrétně 600, 800 a 900 MHz pásma).
Nízkopásmové spektrum, protože se skládá z nízkofrekvenčních vln, je téměř odolné vůči rušení – má velký dosah a dokáže procházet stěnami. Jak jsme ale již zmínili, pomalé frekvence mají za následek i pomalejší rychlost přenosu dat.
V ideálním případě by se váš telefon neměl dostat k nízkopásmovému připojení. Existují však i připojená zařízení, jako jsou chytré žárovky, která nepotřebují tak vysokou rychlost přenosu dat. Pokud se výrobce rozhodne vyvinout chytré žárovky s 5G (což se může hodit, když přestane fungovat Wi-Fi), je velmi pravděpodobné, že budou fungovat v nízkopásmovém spektru.
Zdroje: FCC, RCR Wireless News, SIGNIANT