Hvilken frekvens er 5G? Alle de forskellige 5G-områder, forklaret

hvis du har tænkt 5G virker mere kompliceret end de cellulære teknologier, der kom før, du tager ikke helt fejl. 5G lover hurtigere ydeevne, bedre dækning og allestedsnærværende tilslutningsmuligheder for at drive næste generation af autonome biler og smarte enheder. For at opnå dette er det nødvendigt at skubbe grænserne for, hvad der var muligt med ældre cellulære teknologier.

Dette kræver også, at 5G fungerer på tværs af et meget bredere frekvensområde. Vi taler jo om en teknologi, der har potentialet til erstatte kablede bredbåndsforbindelser og endda mange traditionelle Wi-Fi-netværk. I fremtiden vil et 5G-netværk ikke være noget, du kun falder tilbage på, når en bedre forbindelse ikke er tilgængelig - det kan meget vel være den bedste forbindelse, du kan få.

Så hvilken frekvens opererer et 5G-netværk på? Det er der ikke et enkelt svar på, men det er heller ikke så kompliceret, som det ser ud ved første øjekast. 5G-netværk bruger mange forskellige frekvenser, men disse kan alle grupperes i tre specifikke områder, hver med sine egne fordele og ulemper.

Afvejningen mellem hastighed og rækkevidde

Før vi diskuterer de frekvensområder, der bruges af 5G, er det vigtigt at forstå, hvorfor så mange forskellige frekvenser er nødvendige. Svaret på det spørgsmål er noget, du måske allerede har oplevet i dit eget hjem.

Moderne Wi-Fi routere fungerer på to frekvenser: 2,4 GHz og 5 GHz. Hvis du nogensinde har forsøgt at få den bedste Wi-Fi-dækning i dit hjem, har du sandsynligvis stødt på en grundlæggende realitet om, hvordan radiobølger fungerer. Du får langsommere hastigheder, når du er tilsluttet dit 2,4 GHz-netværk, men du kan også forblive forbundet, selv når du går længere væk fra routeren. På den anden side giver 5GHz-kanalen dig meget bedre ydeevne, men du kommer måske ikke til den anden ende af dit hus.

Selvom disse naturligvis har en meget kortere rækkevidde end mobilradiotårne, gælder de samme principper. Højere frekvenser kan bære flere data, men rejser ikke så langt og trænger ikke så godt ind i faste genstande. Lavere frekvenser går meget længere og er mindre tilbøjelige til interferens, men de er også meget langsommere.

Mobilnetværksoperatører skal overveje de samme afvejninger, når de bygger deres 5G-netværk. De højest frekvens 5G-signaler kan give sindssygt hurtige trådløse hastigheder men kan ikke dække meget mere end en byblok. I den anden ende af spektret kan lavfrekvente signaler gå kilometervis, men tilbyder ikke ydeevne, der er mærkbart bedre end ældre 4G/LTE-teknologier.

Sub-6 versus mmWave

Da 5G blev udrullet, opdelte industrien frekvenserne i to generelt brede områder: Sub-6GHz (Sub-6) og millimeterbølge (mmWave).

Som navnet antyder, var Sub-6-frekvenserne beregnet til at inkludere alle dem under 6GHz, mens 5G mmWave-spektret startede ved omkring 24GHz og gik op derfra.

Rent praktisk forblev tidlige Sub-6 5G-udrulninger hovedsageligt under 2GHz-området. Da disse frekvenser allerede blev brugt af 4G/LTE og endnu ældre 3G-netværk, havde operatører allerede de nødvendige licenser til at bruge dem. Dette gjorde det nemt hurtigt at udrulle 5G oven på deres eksisterende netværk, og det er præcis, hvad T-Mobile og AT&T gjorde.

Specifikt opsætter AT&T og T-Mobile deres 5G-netværk på de samme 850MHz og 1,9GHz (1900MHz) frekvenser, som bruges af tidligste "2G" GSM-netværk og 700MHz og 1,7GHz (1700MHz) frekvenserne, der kom i brug med 3G og LTE udrulninger. AT&T kørte også nogle 5G-tjenester i 2,3GHz-området, mens T-Mobile gik ned til 600MHz for at få endnu bedre dækning til sit "landsdækkende" 5G-netværk.

I mellemtiden besluttede Verizon at gå i den modsatte retning med sin indledende 5G-udrulning ved at bruge den meget hurtigere 28GHz mmWave-frekvens. Dette gjorde det muligt for Verizon at prale af de hurtigste hastigheder; en 2020 OpenSignal rapporten havde Verizon godt i spidsen globalt, med gennemsnitlige downloadhastigheder på 506 Mbps, da det ikke havde nogen Sub-6 5G-netværk til at trække sin score ned. Det yderst begrænsede udvalg af mmWave-frekvenser betød dog færre end 1 % af Verizon-kunderne så endda virksomhedens 5G-netværk vises på deres smartphones.

Udfordringerne ved lavbånds 5G

Lavbånds 5G lad AT&T og T-Mobile få deres netværk op at køre meget hurtigt, da de ikke behøvede at vente på nye licenser, plus de kunne også piggyback på eksisterende 4G-infrastruktur. Det er dog sidstnævnte pointe, der gjorde tidlig 5G-ydeevne så undervældende for mange mennesker.

For at få 5G og 4G til at eksistere fredeligt på de samme frekvenser, måtte luftfartsselskaberne vende sig til en teknologi kendt som Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Denne nye 5G-funktion gjorde det muligt for den at give æteren til ældre 4G-trafik.

Problemet med dette er, at 4G-netværk ikke kender noget til DSS; 4G var ikke blevet undervist i at dele, så det var altid op til 5G-trafik høfligt at træde til side, når 4G-trafik dukkede op. Med andre ord fik ældre og langsommere 4G-signaler altid prioritet frem for nyere og hurtigere 5G.

Det betyder, at ud over at være hæmmet af den begrænsede kapacitet af lavere frekvenser, så måtte lavbånds 5G-netværk også kæmpe med at give plads til al 4G-trafik på disse radiobølger. Det er ikke så mærkeligt, at tidlige 5G-netværk ikke kunne levere hastigheder, der var mærkbart hurtigere end 4G.

Selv da Verizon endelig tændte sit lavbånds landsdækkende 5G-netværk i slutningen af ​​2020 for at bringe 5G til de andre 99 % af dets kunder, dens 5G-ydelse var så dårlig, at nogle eksperter anbefalede folk at slukke for 5G på deres smartphones for at spare batteri liv.

Nyt mellembåndsspektrum ændrer spillet

Efter de indledende udrulninger skete der to ting, der viste, at industrieksperter kan have taget fejl ved at samle alle sub-6GHz-frekvenser i en enkelt "Sub-6"-kategori.

Begge disse involverede brugen af ​​en højere frekvens mellembåndsspektrum, selvom transportørerne nærmede sig det fra to forskellige vinkler.

Tak til sin fusion i 2020 med Sprint, T-Mobile havde et es i ærmet. Sprint havde truffet det usædvanlige valg at køre sit 4G/LTE-netværk næsten udelukkende på et 2,5 GHz-spektrum, et godt stykke over det interval, der blev brugt af de andre operatører og ældre GSM- og 3G-netværk.

Men i stedet for at beholde dette ældre 4G/LTE-netværk, dekommissionerede T-Mobile kirurgisk alle Sprints tårne, frigør det 2,5 GHz-spektrum til udelukkende at blive brugt i nye 5G-udrulninger. Dette gav T-Mobile hurtigere frekvenser at spille med, som ikke ville blive belastet af 4G-signaler. Derfor havde 5G-trafik en klar sti på disse radiobølger uden behov for at bruge DSS for at give efter for ældre 4G-trafik. Dette blev rygraden i T-Mobiles 5G Ultra Capacity-netværk.

AT&T og Verizon var ikke helt så heldige. Mens AT&T havde noget 2,3 GHz-spektrum, havde det ikke nok til at gøre en forskel. I stedet måtte begge luftfartsselskaber vente, indtil Federal Communications Commission (FCC) frigjorde noget mere spektrum i det, der nu er kendt som C-bånd serien.

En FCC-auktion i begyndelsen af ​​2021 så Verizon falde $45,4 milliarder for at sikre så meget af dette spektrum, som det kunne. AT&T brugte også over $23 milliarder, og selv T-Mobile hentede en del af kagen for $9,3 milliarder. Dette gav luftfartsselskaberne ret til at køre 5G-netværk på frekvenser mellem 3,7 GHz og 3,98 GHz.

Begge transportører begyndte at bruge dette nye spektrum til god brug tidligere på året, og de højere frekvenser er det allerede beviser, at de er mere end i stand til at levere de hastigheder, som 5G lovede i første omgang. Mens T-Mobile har et forspring takket være sine tidligere 2,5 GHz-implementeringer, indhenter Verizon det hurtigt, og AT&T er ikke meget længere bagud.

Mens disse mellembånds- og C-båndsfrekvenser stadig er et godt stykke under 6GHz, er de i en helt anden klasse end lavbåndsfrekvenserne, der oprindeligt definerede Sub-6-området.

Hvor passer mmWave ind?

Selvom mellemtonespektret har markeret sig som det bedste sted for 5G, der tilbyder den bedste blanding af rækkevidde og ydeevne, er der stadig plads til mmBølge i 5G-udrulning.

Verizon kan have lavet en taktisk fejl ved at lægge alle sine æg i mmWave-kurven, men det havde kernen i en god idé. Kun mmWave kan levere den pålidelighed og ydeevne, der er nødvendig i tætbefolkede områder.

AT&T og T-Mobile forstod det måske bedre. Begge udrullede mmWave mere strategisk og dækkede steder som stadioner, koncertsale, lufthavne og andre steder, hvor tusinder eller titusindvis af mennesker sandsynligvis vil samles.

Det er i situationer som denne, hvor mmWave skinner. Den højere kapacitet på 28GHz- og 39GHz-frekvenserne, der bruges til 5G mmWave, betyder mere båndbredde til mange flere enheder. Hvis du nogensinde har været frustreret over dårlig 4G-ydelse eller endda en "Intet signal"-indikator, når du deltager i en travl sportsbegivenhed eller koncert, vil du være glad for at vide, at mmWave løser dette. Ved at bruge disse højere frekvenser kan bærere give solid 5G-ydelse til tusindvis af deltagere på et stadion uden at svede.

5G-frekvensblandingen

Det er nok tydeligt nu, at der ikke er én perfekt frekvens for 5G-netværk at køre på. For at luftfartsselskaberne kan levere, hvad 5G lover, skal de bruge en blanding af 5G-spektrum i henhold til omstændighederne.

Mens C-bånd og andre mellembåndsfrekvenser vil være de mest almindeligt anvendte i byområder, de er overkill til landdistriktsdækning, hvor rækkevidde er vigtigere end ydeevne.

Det er derfor lavbånds 5G tårne ​​vil fortsætte med at dække landskabet, og den gode nyhed er, at efterhånden som flere mennesker flytter til 5G-smartphones og andre enheder, vil mængden af ​​4G-trafik på disse frekvenser mindskes, hvilket baner vejen for hurtigere 5G-hastigheder selv på de lavere frekvenser.

I mellemtiden vil operatører fortsætte med at supplere deres hurtigere mellembånds 5G-netværk med mmBølge transceivere på steder som stadioner og lufthavne, hvor der er behov for ekstra kapacitet til at støtte store grupper af mennesker. Verizon har heller ingen planer om at lukke ned for sit originale mmWave-netværk, der allerede findes i mange byområder i centrum.

Hvad er det næste for 5G-spektrum?

Disse tre frekvensområder er kun begyndelsen. Luftfartsselskaber kappes allerede om nye blokke af 5G-spektrum, selvom det vil tage noget tid, før alle brikkerne er sat på plads.

For eksempel en fjerde spiller på banen, Fad, kunne ende med at blive en dark horse i dette løb. Rejste sig fra asken af ​​T-Mobile/Sprint-fusionen, Dish for nylig tændt for sit nye Smart 5G-netværk der bruger revolutionerende ny cloud-baseret teknologi til at gøre det hurtigere og mere overkommeligt at udrulle sin 5G-tjeneste i hele landet.

Fadet har været lobbyer FCC for at åbne 12GHz-båndet, selvom det i øjeblikket er i en kamp om dette spektrum med Elon Musks SpaceX Starlink-tjeneste. Det er svært at sige, hvordan 12GHz vil passe ind i 5G-mixet - vi er ikke engang sikre på, hvad vi skal kalde det, da det lever i det store hul mellem Sub-6, der stopper ved 6GHz, og mmWave, som starter ved 24GHz.

Dette 12GHz-spektrum kan dog blive et nyt sweet spot, der giver endnu hurtigere hastigheder uden at ofre næsten lige så meget rækkevidde som 28GHz mmWave.

T-Mobile og Dish også ejer i fællesskab licenser til 99 % af 47GHz-spektret, selvom det endnu ikke er klart, hvad nogen af ​​luftfartsselskaberne planlægger at gøre med det. FCC planlægger også at licensere mere mmWave-spektrum i 57-64GHz, 71GHz, 81GHz og 92GHz områderne.

Ikke alle luftfartsselskaber sætter sit håb på dette ekstremt højfrekvensspektrum (EHF). T-Mobile har arbejdet på opnå mmWave-lignende hastigheder på Sub-6 netværk ved hjælp af en ny funktion kendt som Carrier Aggregation-teknologi. Som navnet antyder, binder dette flere lavbånds- og mellembånds 5G-kanaler sammen og kombinerer deres båndbredde.

Den største hindring for disse nye tiltag vil dog være at vente på, at chip- og telefonproducenterne indhenter det. Qualcomms seneste Snapdragon X60 tilbyder baseline support til T-Mobiles Carrier Aggregation-strategi, mens den nyere X65 og X70 forbedre på det. Dette betyder iPhone 13, Galaxy S21, og nyere modeller er klar til det. Men de tidligste 5G-telefoner kan lide iPhone 12 og Samsung Galaxy S20 Ultra vil ikke kunne udnytte det.

Nyt spektrum er en helt anden sag. Transportører kan åbne det spektrum, som FCC vil tillade dem, men smartphones skal også være klar til understøtter disse frekvenser - og de fleste går ikke ud over de standarder, der allerede har været udbredt indsat.

For eksempel er der endnu ingen telefoner på markedet, der understøtter 12GHz-båndet, som Dish forsøger at erhverve, og da denne frekvens ikke bruges af andre, ville Dish være nødt til at overbevise en smartphone-producent for at komme ombord med det. Det samme er tilfældet med det højere frekvens 47GHz spektrum.

Ikke desto mindre er der et tæt nok forhold mellem mobilnetværksoperatører og hardwareproducenter til, at hvis operatørerne bygger det, vil smartphone-producenterne komme. Det kritiske punkt er, at disse ting tager tid, så selvom 5G-spektret utvivlsomt vil udvide sig i de næste par år, vil det ikke ske fra den ene dag til den anden.

Redaktørens anbefalinger

• T-Mobiles store forspring inden for 5G-hastigheder går ingen vegne
• Netgears nye M6 Pro-router lader dig bruge hurtig 5G, uanset hvor du er
• T-Mobiles 5G er stadig uovertruffen - men er hastighederne plateauet?
• Her er, hvor hurtigt 5G på din Samsung Galaxy S23 virkelig er
• Hvad er 5G UW? Den virkelige betydning bag ikonet på din telefon