Marko Aliaksandr / ShutterstockBạn có thể đã nghe nói rằng 5G sử dụng phổ mmWave (sóng milimet) để đạt tốc độ 10 Gbps . Nhưng nó cũng sử dụng phổ dải tần thấp và trung bình, giống như 4G. Nếu không có cả ba phổ, 5G sẽ không đáng tin cậy.
Vậy, sự khác biệt giữa các phổ này là gì? Tại sao chúng truyền dữ liệu ở các tốc độ khác nhau và tại sao chúng đều quan trọng đối với sự thành công của 5G?
Mục lục
Làm thế nào để tần số điện từ truyền dữ liệu?
Trước khi đi quá sâu vào dải tần thấp, dải trung và mmWave, chúng ta cần hiểu cách thức hoạt động của việc truyền dữ liệu không dây. Nếu không, chúng ta sẽ gặp khó khăn khi xoay quanh sự khác biệt giữa ba phổ này.
Sóng vô tuyến và vi sóng không thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng chúng trông và hoạt động giống như sóng trong một vũng nước. Khi tần số của sóng tăng lên, khoảng cách giữa mỗi sóng (bước sóng) càng ngắn. Điện thoại của bạn đo bước sóng để xác định tần số và “nghe” dữ liệu mà một tần số đang cố gắng truyền.
WikipediaNhưng một tần số ổn định, không thay đổi không thể “nói chuyện” với điện thoại của bạn. Nó cần được điều chỉnh bằng cách tăng và giảm tần số một cách tinh vi. Điện thoại của bạn quan sát những điều biến nhỏ này bằng cách đo những thay đổi trong bước sóng và sau đó chuyển những phép đo đó thành dữ liệu.
5G hoạt động tốt nhất với cả ba quang phổ
Truyền dữ liệu không dây có một hạn chế nghiêm trọng: tần số bị ràng buộc quá chặt chẽ với băng thông.
Sóng hoạt động ở tần số thấp có bước sóng dài, do đó, sự điều biến xảy ra với tốc độ nhanh như ốc sên. Nói cách khác, chúng “nói chuyện” chậm, dẫn đến băng thông thấp (Internet chậm).
Như bạn mong đợi, các sóng hoạt động ở tần số cao “nói chuyện” rất nhanh. Nhưng chúng dễ bị biến dạng. Nếu có thứ gì đó cản trở chúng (tường, bầu khí quyển, mưa) thì điện thoại của bạn có thể mất dấu các thay đổi về bước sóng, giống như việc thiếu một đoạn mã Morse hoặc mã nhị phân. Vì lý do này, kết nối không đáng tin cậy với dải tần cao đôi khi có thể chậm hơn kết nối tốt với dải tần thấp
Trước đây, các nhà cung cấp dịch vụ tránh phổ mmWave tần số cao để ưu tiên sử dụng các phổ dải trung, “nói chuyện” ở tốc độ trung bình. Nhưng chúng ta cần 5G nhanh hơn và ổn định hơn 4G, đó là lý do tại sao các thiết bị 5G sử dụng thứ gọi là chuyển đổi chùm thích ứng để chuyển đổi giữa các băng tần một cách nhanh chóng.
Chuyển đổi chùm tia thích ứng là yếu tố khiến 5G trở thành sự thay thế đáng tin cậy cho 4G. Về cơ bản, điện thoại 5G liên tục theo dõi chất lượng tín hiệu của nó khi được kết nối với băng tần tần số cao (mmWave) và theo dõi các tín hiệu đáng tin cậy khác. Nếu điện thoại phát hiện chất lượng tín hiệu sắp trở nên không đáng tin cậy, điện thoại sẽ chuyển ngay sang dải tần mới cho đến khi có kết nối nhanh hơn, đáng tin cậy hơn. Điều này ngăn chặn mọi trục trặc khi xem video, tải xuống ứng dụng hoặc thực hiện cuộc gọi điện video — và đó là điều khiến 5G đáng tin cậy hơn 4G mà không làm giảm tốc độ.
mmWave: Nhanh, Mới và Phạm vi ngắn
5G là tiêu chuẩn không dây đầu tiên tận dụng phổ mmWave (sóng milimet). Phổ mmWave hoạt động trên băng tần 24 GHz và như bạn mong đợi, nó rất tốt để truyền dữ liệu siêu nhanh. Nhưng, như chúng ta đã đề cập trước đó, phổ sóng milimet dễ bị biến dạng.
Hãy nghĩ về phổ mmWave giống như một chùm tia laze: nó chính xác và dày đặc, nhưng nó chỉ có khả năng bao phủ một khu vực nhỏ. Thêm vào đó, nó không thể xử lý nhiều nhiễu. Ngay cả một chướng ngại vật nhỏ, chẳng hạn như nóc xe của bạn hoặc một đám mây mưa, cũng có thể cản trở việc truyền sóng milimet.
alphaspirit / ShutterstockMột lần nữa, đây là lý do tại sao chuyển đổi chùm tia thích ứng là rất quan trọng. Trong một thế giới hoàn hảo, điện thoại hỗ trợ 5G của bạn sẽ luôn được kết nối với phổ mmWave. Nhưng thế giới lý tưởng này sẽ cần hàng tấn tháp mmWave để bù đắp cho vùng phủ sóng kém chất lượng của sóng milimet. Các nhà cung cấp dịch vụ có thể không bao giờ bỏ tiền ra để lắp đặt các tháp mmWave ở mọi góc phố, vì vậy việc chuyển đổi chùm tia thích ứng đảm bảo điện thoại của bạn không bị trục trặc mỗi khi chuyển từ kết nối mmWave sang kết nối dải trung.
Ban đầu, chỉ có các băng tần 24 và 28 GHz được cấp phép sử dụng 5G. Vào năm 2020, FCC đã hoàn thành việc bán đấu giá các băng tần 37, 39 và 47 GHz để sử dụng 5G (ba băng tần này có phổ tần số cao hơn, vì vậy chúng cung cấp kết nối nhanh hơn). Giờ đây, sóng milimet tần số cao đã được cấp phép cho 5G, công nghệ này đang trở nên phổ biến hơn rất nhiều ở Hoa Kỳ.
Dải trung (Sub-6): Tốc độ và phạm vi phủ sóng tốt
Dải trung (còn gọi là Sub-6) là dải phổ thiết thực nhất để truyền dữ liệu không dây. Nó hoạt động trong khoảng tần số 1 đến 6 GHz ( 2,5, 3,5 và 3,7-4,2 GHz ). Nếu phổ mmWave giống như tia laser, thì quang phổ dải giữa giống như đèn pin. Nó có khả năng bao phủ một lượng lớn dung lượng với tốc độ Internet hợp lý. Ngoài ra, nó có thể di chuyển qua hầu hết các bức tường và vật cản.
Hầu hết phổ tần giữa băng tần đã được cấp phép để truyền dữ liệu không dây và theo lẽ tự nhiên, 5G sẽ tận dụng các băng tần đó. Nhưng 5G cũng sẽ sử dụng băng tần 2,5 GHz, từng được dành cho các chương trình phát sóng giáo dục.
Băng tần 2,5 GHz nằm ở cuối thấp hơn của phổ băng tần trung bình, có nghĩa là nó có phạm vi phủ sóng rộng hơn (và tốc độ chậm hơn) so với các băng tần tầm trung mà chúng tôi đang sử dụng cho 4G. Nghe có vẻ hơi phản trực quan, nhưng ngành công nghiệp muốn băng tần 2,5 GHz đảm bảo các khu vực vùng sâu vùng xa nhận thấy việc nâng cấp lên 5G và các khu vực có lưu lượng truy cập cực cao không kết thúc với phổ băng tần thấp, siêu chậm.
Băng tần thấp: Quang phổ chậm hơn cho các khu vực từ xa
Chúng tôi đã sử dụng phổ băng tần thấp để truyền dữ liệu kể từ khi 2G ra mắt vào năm 1991. Đây là các sóng vô tuyến tần số thấp hoạt động dưới ngưỡng 1 GHz (cụ thể là các băng tần 600, 800 và 900 MHZ ).
Tero Vesalainen / ShutterstockBởi vì phổ dải thấp bao gồm các sóng tần số thấp, nó thực tế không bị biến dạng – nó có phạm vi lớn và có thể di chuyển xuyên qua các bức tường. Tuy nhiên, như chúng tôi đã đề cập trước đó, tần số chậm dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu chậm.
Lý tưởng nhất là điện thoại của bạn sẽ không bao giờ kết thúc với kết nối băng tần thấp. Nhưng có một số thiết bị được kết nối, như bóng đèn thông minh, không cần truyền dữ liệu với tốc độ gigabit. Nếu một nhà sản xuất quyết định sản xuất bóng đèn thông minh 5G (hữu ích nếu Wi-Fi của bạn bị ngắt), thì có nhiều khả năng họ sẽ hoạt động trên phổ băng tần thấp.