5G اطلاعات را به صورت بی سیم از طریق طیف الکترومغناطیسی، به ویژه طیف رادیویی حمل می کند. در طیف رادیویی سطوح مختلفی از باندهای فرکانسی وجود دارد که برخی از آنها برای این فناوری نسل بعدی استفاده می شود.
با توجه به اینکه 5G هنوز در مراحل اولیه پیاده سازی خود است و هنوز در همه کشورها موجود نیست، ممکن است در مورد طیف پهنای باند 5G، حراج های طیف، mmWave 5G و غیره بشنوید.
اگر این گیج کننده است نگران نباشید. تنها چیزی که واقعاً باید در مورد باندهای فرکانسی 5G بدانید این است که شرکت های مختلف از بخش های مختلف طیف برای انتقال داده ها استفاده می کنند. استفاده از یک قسمت از طیف بر روی قسمت دیگر هم بر سرعت اتصال و هم بر مسافتی که می تواند طی کند تأثیر می گذارد.موارد بیشتر در این مورد در زیر.
تعریف طیف 5G
فرکانس‌های امواج رادیویی از ۳ کیلوهرتز (کیلوهرتز) تا ۳۰۰ گیگاهرتز (گیگاهرتز) متغیر است. هر بخش از طیف دارای طیف وسیعی از فرکانس ها است که یک باند نامیده می شود که با یک نام خاص است.
برخی از باندهای طیف رادیویی شامل فرکانس بسیار کم (ELF)، فرکانس فوق العاده پایین (ULF)، فرکانس پایین (LF)، فرکانس متوسط (MF)، فرکانس فوق العاده بالا (UHF) و فرکانس بسیار بالا (EHF).
یک قسمت از طیف رادیویی دارای محدوده فرکانس بالایی بین 30 گیگاهرتز و 300 گیگاهرتز (بخشی از باند EHF) است و اغلب باند میلی متری نامیده می شود (زیرا طول موج آن بین 1-10 میلی متر است). بنابراین به طول موج های داخل و اطراف این باند، امواج میلی متری (mmWaves) می گویند. mmWaves یک انتخاب محبوب برای 5G است اما در زمینه‌هایی مانند نجوم رادیویی، مخابرات و تفنگ‌های رادار نیز کاربرد دارد.
بخش دیگری از طیف رادیویی که برای 5G استفاده می شود، UHF است که در طیف کمتر از EHF است. باند UHF دارای محدوده فرکانسی 300 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز است و برای همه چیز از پخش تلویزیونی و GPS گرفته تا Wi-Fi، تلفن‌های بی‌سیم و بلوتوث استفاده می‌شود.
فرکانس‌های ۱ گیگاهرتز و بالاتر نیز مایکروویو نامیده می‌شوند و فرکانس‌های بین ۱ تا ۶ گیگاهرتز اغلب بخشی از طیف «زیر ۶ گیگاهرتز» هستند.
فرکانس سرعت و قدرت 5G را تعیین می کند
همه امواج رادیویی با سرعت نور حرکت می کنند، اما همه امواج به یکسان با محیط واکنش نشان نمی دهند یا مانند امواج دیگر رفتار نمی کنند. این طول موج فرکانس خاصی است که توسط یک برج 5G استفاده می شود که مستقیماً بر سرعت و فاصله انتقال آن تأثیر می گذارد.
- سرعت بیشتر.
- فاصله‌های کوتاه‌تر.
- سرعت کمتر.
- مسافت های طولانی تر.
طول موج با فرکانس نسبت معکوس دارد (یعنی فرکانس های بالا طول موج کوتاه تری دارند). برای مثال، 30 هرتز (فرکانس پایین) دارای طول موج 10000 کیلومتر (بیش از 6000 مایل) است در حالی که 300 گیگاهرتز (فرکانس بالا) فقط 1 میلی متر است.
وقتی یک طول موج واقعاً کوتاه است (مانند فرکانس‌های انتهای طیف)، شکل موج آنقدر کوچک است که می‌تواند به راحتی مخدوش شود. به همین دلیل است که فرکانس‌های واقعاً بالا نمی‌توانند به اندازه فرکانس‌های پایین‌تر سفر کنند.
سرعت عامل دیگری است. پهنای باند با اختلاف بین بالاترین و کمترین فرکانس سیگنال اندازه گیری می شود. هنگامی که در طیف رادیویی بالا می روید تا به باندهای بالاتر برسید، دامنه فرکانس ها بالاتر است و بنابراین توان عملیاتی افزایش می یابد (یعنی سرعت دانلود سریع تری دریافت می کنید).
چرا طیف 5G مهم است
از آنجایی که فرکانس استفاده شده توسط سلول 5G سرعت و مسافت را تعیین می کند، برای یک ارائه دهنده خدمات (مانند Verizon یا AT&T) مهم است که از بخشی از طیف استفاده کند که شامل فرکانس هایی است که برای کار در حال انجام است..
برای مثال، امواج میلی متری، که در طیف باند بالا هستند، این مزیت را دارند که می توانند داده های زیادی را حمل کنند. با این حال، امواج رادیویی در باندهای بالاتر نیز به راحتی توسط گازهای موجود در هوا، درختان و ساختمان های مجاور جذب می شوند.بنابراین امواج میلی‌متری در شبکه‌های پر متراکم مفید هستند، اما برای انتقال داده‌ها در فواصل طولانی (به دلیل تضعیف) مفید نیستند.
به این دلایل، واقعاً یک "طیف 5G" سیاه و سفید وجود ندارد - می توان از بخش های مختلف این طیف استفاده کرد. یک ارائه‌دهنده 5G می‌خواهد مسافت را به حداکثر برساند، مشکلات را به حداقل برساند و تا آنجا که ممکن است توان عملیاتی را دریافت کند. یکی از راه‌های دور زدن محدودیت‌های امواج میلی‌متری، متنوع کردن و استفاده از باندهای پایین‌تر است.
مثلاًفرکانس 600 مگاهرتز، پهنای باند کمتری دارد، اما چون به راحتی تحت تأثیر عواملی مانند رطوبت هوا قرار نمی گیرد، به این سرعت برق را از دست نمی دهد و می تواند به تلفن های 5G و سایر موارد دسترسی پیدا کند. دستگاه‌های 5G دورتر، و همچنین نفوذ بهتر به دیوارها برای ارائه پذیرش در داخل خانه.
برای مقایسه، انتقال‌های فرکانس پایین (LF) در محدوده 30 کیلوهرتز تا 300 کیلوهرتز برای ارتباطات از راه دور عالی هستند، زیرا تضعیف پایینی را تجربه می‌کنند و بنابراین نیازی به تقویت آن‌چنان بیشتر نیست. فرکانس هاآنها برای مواردی مانند پخش رادیویی AM استفاده می‌شوند.
ممکن است ارائه‌دهنده خدمات از فرکانس‌های 5G بالاتر در مناطقی استفاده کند که به داده‌های بیشتری نیاز دارند، مانند شهری محبوب که در آن دستگاه‌های زیادی در حال استفاده هستند. با این حال، فرکانس‌های باند پایین برای ارائه دسترسی 5G به دستگاه‌های بیشتری از یک برج واحد و مناطقی که خط دید مستقیم به سلول 5G ندارند، مانند جوامع روستایی، مفید هستند.
در اینجا برخی از محدوده‌های فرکانس 5G دیگر (به نام طیف چند لایه) آمده است:
- C-band: ۲ تا ۶ گیگاهرتز برای پوشش و ظرفیت.
- لایه داده فوق العاده: بیش از ۶ گیگاهرتز (مثلاً ۲۴–۲۹ گیگاهرتز و ۳۷–۴۳ گیگاهرتز) برای مناطق با پهنای باند بالا.
- منطقه پوشش: زیر ۲ گیگاهرتز (مانند ۷۰۰ مگاهرتز) برای مناطق تحت پوشش داخلی و وسیع‌تر.
استفاده از طیف 5G توسط شرکت مخابراتی
همه ارائه دهندگان خدمات از یک باند فرکانسی برای 5G استفاده نمی کنند. همانطور که در بالا ذکر کردیم، استفاده از هر بخشی از طیف 5G دارای مزایا و معایبی است.
- T-Mobile: از طیف باند پایین (۶۰۰ مگاهرتز) و همچنین از طیف ۲.۵ گیگاهرتز استفاده می کند. Sprint با T-Mobile ادغام شده است و ادعا می شود که دارای طیف بیشتری از هر حامل دیگر در ایالات متحده است، با سه باند طیف: 800 مگاهرتز، 1.9 گیگاهرتز و 2.5 گیگاهرتز.
- Verizon: شبکه ۵G Ultra Wideband آنها از امواج میلی متری، به ویژه ۲۸ گیگاهرتز و ۳۹ گیگاهرتز استفاده می کند.
- AT&T: از طیف موج میلی متری برای مناطق متراکم و از طیف متوسط و کم برای مکان های روستایی و حومه شهر استفاده می کند.
طیف 5G باید به اپراتورها فروخته یا مجوز داده شود، مانند مزایده ها، تا هر شرکتی بتواند از یک باند خاص استفاده کند. اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) استفاده از طیف رادیویی را در سراسر جهان تنظیم می کند و استفاده داخلی توسط نهادهای نظارتی مختلف، مانند FCC در ایالات متحده کنترل می شود.
