Explication des ondes millimétriques, de la bande basse et de la bande moyenne

Vous avez probablement entendu dire que la 5G utilise le spectre mmWave (ondes millimétriques) pour atteindre ses vitesses de 10 Gbps. Mais il utilise également les spectres basse et moyenne bande, tout comme la 4G. Sans les trois spectres, la 5G ne serait pas fiable.

Alors, quelle est la différence entre ces spectres ? Pourquoi transfèrent-ils des données à des vitesses différentes et pourquoi sont-ils tous essentiels au succès de la 5G ?

Comment les fréquences électromagnétiques transfèrent-elles les données ?

Avant d’aller trop loin dans la bande basse, la bande moyenne et les ondes millimétriques, nous devons comprendre comment fonctionne la transmission de données sans fil. Sinon, nous aurons du mal à comprendre les différences entre ces trois spectres.

Les ondes radio et les micro-ondes sont invisibles à l’œil nu, mais ils ressemblent et se comportent comme des vagues dans une mare d’eau. À mesure que la fréquence d’une onde augmente, la distance entre chaque onde (la longueur d’onde) diminue. Votre téléphone mesure la longueur d’onde pour identifier les fréquences et « entendre » les données qu’une fréquence essaie de transmettre.

Mais une fréquence stable et immuable ne peut pas « parler » à votre téléphone. Il doit être modulé en augmentant et en diminuant subtilement le taux de fréquence. Votre téléphone observe ces minuscules modulations en mesurant les changements de longueur d’onde, puis traduit ces mesures en données.

Si cela vous aide, considérez cela comme du code binaire et du code Morse combinés. Si vous essayez de transmettre le code Morse avec une lampe de poche, vous ne pouvez pas simplement laisser la lampe de poche allumée. Vous devez le « moduler » d’une manière qui peut être interprétée comme un langage.

La 5G fonctionne mieux avec les trois spectres

Le transfert de données sans fil a une sérieuse limitation : la fréquence est trop étroitement liée à la bande passante.

Les ondes qui fonctionnent à basse fréquence ont de longues longueurs d’onde, de sorte que les modulations se produisent à la vitesse d’un escargot. En d’autres termes, ils « parlent » lentement, ce qui entraîne une faible bande passante (Internet lent).

Comme on pouvait s’y attendre, les ondes qui opèrent à haute fréquence « parlent » très vite. Mais ils sont sujets à la distorsion. Si quelque chose se met en travers de leur chemin (murs, atmosphère, pluie), votre téléphone peut perdre la trace des changements de longueur d’onde, ce qui revient à manquer un morceau de code Morse ou binaire. Pour cette raison, une connexion non fiable à une bande haute fréquence peut parfois être plus lente qu’une bonne connexion à une bande basse fréquence

Dans le passé, les porteuses évitaient le spectre des ondes millimétriques à haute fréquence au profit des spectres de la bande moyenne, qui « parlent » à un rythme moyen. Mais nous avons besoin de la 5G pour être plus rapide et plus stable que la 4G, c’est pourquoi les appareils 5G utilisent ce qu’on appelle la commutation de faisceau adaptative pour passer rapidement d’une bande de fréquence à l’autre.

La commutation de faisceau adaptative est ce qui fait de la 5G un remplacement fiable de la 4G. Essentiellement, un téléphone 5G surveille en permanence la qualité de son signal lorsqu’il est connecté à une bande haute fréquence (mmWave) et garde un œil sur d’autres signaux fiables. Si le téléphone détecte que la qualité de son signal est sur le point de devenir peu fiable, il passe de manière transparente à une nouvelle bande de fréquences jusqu’à ce qu’une connexion plus rapide et plus fiable soit disponible. Cela évite tout accroc lors du visionnage de vidéos, du téléchargement d’applications ou des appels vidéo, et c’est ce qui rend la 5G plus fiable que la 4G sans sacrifier la vitesse.

mmWave : rapide, nouveau et à courte portée

La 5G est la première norme sans fil à tirer parti du spectre mmWave (ondes millimétriques). Le spectre mmWave fonctionne au-dessus de la bande 24 GHz et, comme vous vous en doutez, il est idéal pour une transmission de données ultra-rapide. Mais, comme nous l’avons mentionné précédemment, le spectre des ondes millimétriques est sujet à la distorsion.

Considérez le spectre mmWave comme un faisceau laser : il est précis et dense, mais il n’est capable de couvrir qu’une petite zone. De plus, il ne peut pas gérer beaucoup d’interférences. Même un obstacle mineur, comme le toit de votre voiture ou un nuage de pluie, peut obstruer les transmissions d’ondes millimétriques.

Encore une fois, c’est pourquoi la commutation de faisceau adaptative est si cruciale. Dans un monde parfait, votre téléphone compatible 5G sera toujours connecté à un spectre mmWave. Mais ce monde idéal aurait besoin une tonne de tours mmWave pour compenser la mauvaise couverture des ondes millimétriques. Les opérateurs pourraient ne jamais débourser de l’argent pour installer des tours mmWave à chaque coin de rue, donc la commutation de faisceau adaptative garantit que votre téléphone ne hoque pas chaque fois qu’il passe d’une connexion mmWave à une connexion à bande moyenne.

Initialement, seules les bandes 24 et 28 GHz sont autorisées pour une utilisation 5G. En 2020, la FCC a achevé la mise aux enchères des bandes 37, 39 et 47 GHz pour une utilisation 5G (ces trois bandes sont plus élevées dans le spectre, elles offrent donc des connexions plus rapides). Maintenant que les ondes millimétriques à haute fréquence sont autorisées pour la 5G, la technologie devient beaucoup plus omniprésente aux États-Unis.

Mi-bande (sous-6) : vitesse et couverture décentes

La bande médiane (également appelée Sub-6) est le spectre le plus pratique pour la transmission de données sans fil. Il fonctionne entre les fréquences 1 et 6 GHz (2,5, 3,5 et 3,7-4,2 GHz). Si le spectre mmWave ressemble à un laser, le spectre de la bande médiane ressemble à une lampe de poche. Il est capable de couvrir une quantité décente d’espace avec des vitesses Internet raisonnables. De plus, il peut traverser la plupart des murs et des obstacles.

La majeure partie du spectre de la bande médiane est déjà autorisée pour la transmission de données sans fil et, naturellement, la 5G tirera parti de ces bandes. Mais la 5G utilisera également la bande 2,5 GHz, autrefois réservée aux émissions éducatives.

La bande 2,5 GHz se situe à l’extrémité inférieure du spectre de la bande médiane, ce qui signifie qu’elle a une couverture plus large (et des vitesses plus lentes) que les bandes de milieu de gamme que nous utilisons déjà pour la 4G. Cela semble contre-intuitif, mais l’industrie veut que la bande 2,5 GHz garantisse que les zones éloignées remarquent la mise à niveau vers la 5G et que les zones à trafic extrêmement élevé ne se retrouvent pas sur des spectres à bande basse très lents.

Bande basse : spectre plus lent pour les régions éloignées

Nous utilisons le spectre à bande basse pour transférer des données depuis le lancement de la 2G en 1991. Ce sont des ondes radio à basse fréquence qui fonctionnent en dessous du seuil de 1 GHz (à savoir, les bandes 600, 800 et 900 MHZ).

Parce que le spectre de la bande basse est composé d’ondes basse fréquence, il est pratiquement insensible à la distorsion – il a une grande portée et peut se déplacer à travers les murs. Mais, comme nous l’avons mentionné précédemment, les fréquences lentes entraînent des taux de transfert de données lents.

Idéalement, votre téléphone ne se retrouvera jamais sur une connexion à bande basse. Mais il existe certains appareils connectés, comme les ampoules intelligentes, qui ne avoir besoin pour transférer des données à des débits gigabits. Si un fabricant décide de fabriquer des ampoules intelligentes 5G (utiles si votre Wi-Fi est coupé), il y a de fortes chances qu’elles fonctionnent sur le spectre à bande basse.

Sources : FCC, RCR Wireless News, SIGNIANT