Explicação de mmWave, banda baixa e banda média

0
22


Marko Aliaksandr / Shutterstock

Você provavelmente já ouviu falar que o 5G usa o espectro mmWave (onda milimétrica) para atingir suas velocidades de 10 Gbps. Mas também usa os espectros de banda baixa e média, assim como o 4G. Sem todos os três espectros, o 5G não seria confiável.

Então, qual é a diferença entre esses espectros? Por que eles transferem dados em velocidades diferentes e por que todos eles são críticos para o sucesso do 5G?

Como as frequências eletromagnéticas transferem dados?

Antes de nos aprofundarmos muito nas ondas de banda baixa, banda média e milimétrica, precisamos entender como funciona a transmissão de dados sem fio. Caso contrário, teremos problemas para entender as diferenças entre esses três espectros.

Ondas de rádio e micro-ondas são invisíveis a olho nu, mas parecem e se comportam como ondas em uma poça de água. À medida que a frequência de uma onda aumenta, a distância entre cada onda (o comprimento de onda) diminui. Seu telefone mede o comprimento de onda para identificar frequências e “ouvir” os dados que uma frequência está tentando transmitir.

Exemplo visual de uma onda modulante.  À medida que a frequência aumenta, o comprimento de onda (a distância entre cada onda) diminui.
Wikipédia

Mas uma frequência estável e imutável não pode “falar” com seu telefone. Ele precisa ser modulado sutilmente aumentando e diminuindo a taxa de frequência. Seu telefone analisa essas pequenas modulações medindo as mudanças no comprimento de onda e, em seguida, traduz essas medidas em dados.

Se isso ajudar, pense nisso como binário e código Morse combinados. Se você está tentando transmitir código Morse com uma lanterna, não pode deixar a lanterna acesa. Você tem que “modular” de uma forma que possa ser interpretada como linguagem.

5G funciona melhor com todos os três espectros

A transferência de dados sem fio tem uma séria limitação: a frequência está muito ligada à largura de banda.

As ondas que operam em baixas frequências têm comprimentos de onda longos, de modo que as modulações ocorrem no ritmo de um caracol. Em outras palavras, eles “falam” devagar, o que leva à baixa largura de banda (internet lenta).

Sem surpresa, as ondas operando em alta frequência “falam” muito rapidamente. Mas eles são propensos a distorções. Se algo atrapalhar (paredes, atmosfera, chuva), seu telefone pode perder o controle das mudanças no comprimento de onda, o que é semelhante a perder um pedaço de código Morse ou binário. Por esse motivo, uma conexão não confiável a uma banda de alta frequência pode às vezes ser mais lenta do que uma boa conexão a uma banda de baixa frequência.

No passado, as operadoras evitavam o espectro de ondas milimétricas de alta frequência em favor do espectro de banda média, que “falava” em uma taxa média. Mas precisamos que o 5G seja mais rápido S mais estável que o 4G, e é por isso que os dispositivos 5G usam algo chamado comutação de feixe adaptável para pular rapidamente entre as bandas de frequência.

A comutação de feixe adaptável é o que torna o 5G um substituto confiável para o 4G. Essencialmente, um telefone 5G monitora continuamente a qualidade do sinal quando conectado a uma banda de alta frequência (mmWave) e fica atento a outros sinais confiáveis. Se o telefone detectar que a qualidade do sinal está prestes a se tornar não confiável, ele passará facilmente para uma nova banda de frequência até que uma conexão mais rápida e confiável esteja disponível. Isso evita problemas ao assistir a vídeos, baixar aplicativos ou fazer videochamadas e é o que torna o 5G mais confiável que o 4G sem sacrificar a velocidade.

mmWave: rápido, novo e de curto alcance

O 5G é o primeiro padrão sem fio a aproveitar o espectro mmWave (onda milimétrica). O espectro mmWave opera acima da banda de 24 GHz e, sem surpresa, é excelente para transmissão de dados ultrarrápida. Mas, como mencionamos anteriormente, o espectro de ondas milimétricas é propenso a distorções.

Pense no espectro mmWave como um feixe de laser: é preciso e denso, mas capaz de cobrir apenas uma pequena área. Além disso, ele não pode lidar com muita interferência. Mesmo um pequeno obstáculo, como o teto do seu carro ou uma nuvem de chuva, pode obstruir as transmissões de ondas milimétricas.

Homens
espírito alfa / Shutterstock

Novamente, é por isso que a comutação adaptativa de feixe é tão crucial. Em um mundo perfeito, seu telefone pronto para 5G estará sempre conectado ao espectro mmWave. Mas este mundo ideal precisaria por Ton de torres mmWave para compensar a baixa cobertura de ondas milimétricas. As operadoras podem nunca desembolsar o dinheiro para instalar torres mmWave em todas as esquinas, portanto, a comutação de feixe adaptável garante que seu telefone não soluce toda vez que salta de uma conexão mmWave para uma conexão de banda média.

Inicialmente, apenas as bandas de 24 e 28 GHz são licenciadas para uso 5G. Em 2020, a FCC concluiu o leilão das bandas de 37, 39 e 47 GHz para uso 5G (essas três bandas estão mais acima no espectro, oferecendo conexões mais rápidas). Agora que as ondas milimétricas de alta frequência são licenciadas para 5G, a tecnologia está se tornando muito mais onipresente nos EUA.

Mid band (Sub-6): velocidade e cobertura decentes

Mid-band (também chamado de Sub-6) é o espectro mais prático para transmissão de dados sem fio. Opera entre as frequências de 1 e 6 GHz (2,5, 3,5 e 3,7-4,2 GHz). Se o espectro mmWave é como um laser, então o espectro de banda média é como uma lanterna. É capaz de cobrir uma quantidade razoável de espaço com velocidades de internet razoáveis. Além disso, ele pode se mover através da maioria das paredes e obstruções.

A maior parte do espectro de banda média já está licenciada para transmissão de dados sem fio e, naturalmente, o 5G aproveitará essas bandas. Mas o 5G também usará a banda de 2,5 GHz, que costumava ser reservada para transmissões educacionais.

A banda de 2,5 GHz está na extremidade inferior do espectro de banda média, o que significa que tem uma cobertura mais ampla (e velocidades mais lentas) do que as bandas de médio alcance que já usamos para 4G. Parece contra-intuitivo, mas a indústria quer que a banda de 2,5 GHz garanta que as áreas remotas percebam a atualização para 5G e que as áreas de tráfego extremamente alto não acabem no espectro de banda baixa superlento.

Banda baixa: espectro mais lento para áreas remotas

Usamos espectro de banda baixa para transferir dados desde que o 2G foi lançado em 1991. São ondas de rádio de baixa frequência que operam abaixo do limite de 1 GHz (ou seja, as bandas de 600, 800 e 900 MHz).

Tero Vesalainen/Shutterstock

Como o espectro de banda baixa é composto de ondas de baixa frequência, é praticamente impermeável à distorção: tem um longo alcance e pode atravessar paredes. Mas, como mencionamos anteriormente, frequências lentas levam a taxas de transferência de dados lentas.

Idealmente, seu telefone nunca terminará em uma conexão de banda baixa. Mas existem alguns dispositivos conectados, como lâmpadas inteligentes, que não necessidade para transferir dados em velocidades de gigabit. Se um fabricante decidir fabricar lâmpadas inteligentes 5G (útil se o Wi-Fi acabar), há uma boa chance de que funcionem no espectro de banda baixa.

Fontes: FCC, RCR Wireless News, SIGNIANT