おそらく、 5G が 10 Gbps の速度に達するために mmWave (ミリ波) スペクトルを使用していることを聞いたことがあるでしょう。ただし、4G と同様に、低帯域と中帯域のスペクトルも使用します。 3 つのスペクトルがすべてなければ、5G は信頼できません。
では、これらのスペクトルの違いは何でしょうか?なぜそれらは異なる速度でデータを転送するのでしょうか?また、それらすべてが 5G の成功にとって重要であるのはなぜですか?
電磁周波数はどのようにしてデータを転送するのでしょうか?
ローバンド、ミッドバンド、ミリ波について詳しく説明する前に、ワイヤレス データ伝送がどのように機能するかを理解する必要があります。そうしないと、これら 3 つのスペクトルの違いを理解するのが困難になります。
電波とマイクロ波は肉眼では見えませんが、水たまりの中の波のように見え、動作します。波の周波数が増加すると、各波間の距離 (波長) が短くなります。電話機は波長を測定して周波数を特定し、その周波数が送信しようとしているデータを「聞く」ことができます。
しかし、安定した変化のない周波数では、電話と「話す」ことはできません。周波数レートを微妙に増減させることで変調する必要があります。携帯電話は、波長の変化を測定することでこれらの小さな変調を観察し、それらの測定値をデータに変換します。
役立つ場合は、これをバイナリとモールス信号を組み合わせたものと考えてください。懐中電灯を使ってモールス信号を送信しようとしている場合、懐中電灯を点灯したままにすることはできません。言語として解釈できる方法で「調整」する必要があります。
5G は 3 つのスペクトルすべてで最適に動作します
ワイヤレス データ転送には、周波数が帯域幅と密接に関係しているという重大な制限があります。
低周波数で動作する波は波長が長いため、変調はカタツムリのようなペースで発生します。言い換えれば、彼らはゆっくりと「話す」ので、帯域幅が低くなります (インターネットが遅くなります)。
ご想像のとおり、高周波で動作する波は非常に速く「話します」。しかし、歪みが生じやすいのです。何かが邪魔になると (壁、大気、雨など)、携帯電話は波長の変化を追跡できなくなる可能性があります。これは、モールス信号やバイナリの一部が欠けているのと同じです。このため、高周波数帯域への信頼性の低い接続は、低周波数帯域への良好な接続よりも遅くなる場合があります。
以前は、通信事業者は高周波ミリ波スペクトルを避け、中程度のペースで「話す」中帯域スペクトルを優先していました。しかし、5G は 4G よりも高速で安定している必要があります。そのため、5G デバイスは アダプティブ ビーム スイッチングと呼ばれるものを使用して、周波数帯域間をすばやく切り替えること ができます。
アダプティブ ビーム スイッチングにより、5G は 4G に代わる信頼性の高いものになります。基本的に、5G 携帯電話は高周波 (ミリ波) 帯域に接続されているときに信号品質を継続的に監視し、他の信頼できる信号に目を光らせます。電話機は、信号品質が信頼できなくなりつつあることを検出すると、より高速で信頼性の高い接続が利用できるようになるまで、新しい周波数帯域にシームレスにジャンプします。これにより、ビデオの視聴、アプリのダウンロード、またはビデオ通話の際に問題が発生することがなくなり、速度を犠牲にすることなく 5G が 4G よりも信頼性が高くなります。
ミリ波: 高速、新しい、短距離
5G は、mmWave (ミリ波) スペクトルを利用する最初の無線規格です。ミリ波スペクトルは 24 GHz 帯域以上で動作し、ご想像のとおり、超高速データ伝送に最適です。ただし、前述したように、ミリ波スペクトルは歪みが生じやすいです。
ミリ波スペクトルはレーザー ビームのようなものだと考えてください。ミリ波スペクトルは正確で高密度ですが、狭いエリアしかカバーできません。さらに、多くの干渉に対処できません。車の屋根や雨雲などの小さな障害物でも、ミリ波の伝送が妨げられる可能性があります。
繰り返しますが、これが 適応型ビーム切り替えが 非常に重要である理由です。完璧な世界では、5G 対応携帯電話は常にミリ波スペクトルに接続されます。しかし、この理想的な世界では、ミリ波の不十分なカバー範囲を補うために大量のミリ波タワーが必要になります。通信事業者は、街角の隅々にミリ波タワーを設置するのに大金を投じることは決してないでしょう。そのため、適応型ビーム切り替えにより、携帯電話がミリ波接続からミッドバンド接続に切り替わるたびに中断することがなくなります。
当初、5G の使用は 24 GHz 帯域と 28 GHz 帯域のみが認可されています。 2020 年、FCC は 5G 用の 37、39、および 47 GHz 帯域の競売を 完了しました (これら 3 つの帯域はスペクトルの上位にあるため、より高速な接続を提供します)。現在、高周波ミリ波が 5G 用に認可されており、この技術は米国でさらに普及しつつあります。
ミッドバンド (Sub-6): 十分な速度とカバレッジ
ミッドバンド (サブ 6 とも呼ばれる) は、ワイヤレス データ送信に最も実用的なスペクトルです。 1 ～ 6 GHz の周波数 ( 2.5、3.5、および 3.7 ～ 4.2 GHz ) で動作します。ミリ波スペクトルがレーザーのようなものであれば、中帯域スペクトルは懐中電灯のようなものです。適度なインターネット速度で、かなりの量のスペースをカバーできます。さらに、ほとんどの壁や障害物を通り抜けることができます。
ミッドバンドスペクトルの大部分はすでに無線データ伝送用に認可されており、当然のことながら、5G はそれらの帯域を利用することになります。しかし、5Gでは教育放送用に予約されていた2.5GHz帯も使用されることになる。
2.5 GHz 帯域はミッドバンド スペクトルの下端にあり、これは、すでに 4G に使用されているミッドレンジ バンドよりもカバー範囲が広い (そして速度が遅い) ことを意味します。直観に反しているように聞こえますが、業界は、遠隔地が 5G へのアップグレードに確実に気づき、トラフィックが非常に多い地域が超低速の低帯域スペクトルにならないようにするために 2.5 GHz 帯域を望んでいます。
ローバンド: 遠隔地では低速スペクトル
1991 年に 2G が開始されて以来、私たちはデータ転送に低帯域スペクトルを使用してきました。これらは、1 GHz のしきい値未満で動作する低周波電波です (つまり、 600、800、および 900 MHz 帯域)。
ローバンドスペクトルは低周波で構成されているため、実質的に歪みの影響を受けません。広範囲に到達し、壁を通過することができます。ただし、前述したように、周波数が遅いとデータ転送速度も遅くなります。
理想的には、携帯電話がローバンド接続になることはありません。ただし、スマート電球など、ギガビット速度でデータを転送する必要のない接続デバイスもあります。メーカーが 5G スマート電球 (Wi-Fi が切れた場合に便利) を製造することに決めた場合、それらは低帯域スペクトルで動作する可能性が高くなります。
出典: FCC 、 RCR ワイヤレスニュース 、 SIGNIANT
