Was ist mmWave? High-Band 5G erklärt

Der Rollout von 5G-Technologie auf der ganzen Welt ist erheblich komplexer als die vorangegangenen drahtlosen Standards. Da 5G ein beispielloses Leistungsniveau erfordert, müssen sich Netzbetreiber durch ein schwieriges Meer von Funkfrequenzen navigieren, um sicherzustellen, dass sie liefern können die bestmögliche Geschwindigkeit und Abdeckung.

Ältere GSM-, 3G- und 4G/LTE-Technologien liefen in einem relativ schmalen Frequenzband, sodass den Netzbetreibern bei der Bereitstellung ihrer Netze nur begrenzte Möglichkeiten zur Verfügung standen. Im Vergleich, 5G deckt das gesamte Spektrum ab, von Low-Band-Frequenzen mit 600 MHz bis hin zu extrem hohen 47-GHz-Frequenzen.

Das Ergebnis ist, dass 5G den Netzbetreibern eine Fülle von Optionen für den optimalen Ausbau ihrer 5G-Netze bietet und es ihnen ermöglicht, ein ideales Gleichgewicht zwischen Abdeckung und Leistung zu finden. Unter idealen Umständen würde dies das beste 5G für alle bereitstellen. In der realen Welt sind die Dinge jedoch wesentlich komplizierter.

Was ist mmWave?

Am oberen Ende dieses Bereichs des 5G-Spektrums befinden sich die mmWave- oder „Millimeterwellen“-Frequenzen, die von 24 GHz bis 47 GHz reichen. Technisch gesehen Millimeter Welle ist definiert als der extrem hohe Frequenzbereich (EHF) von 30 GHz bis 300 GHz. Dieser Name kommt daher, dass dies die Frequenzen sind, bei denen die Wellenlänge nur eins beträgt Millimeter.

Allerdings wie bei das C-Band-Spektrum, hat die Federal Communications Commission (FCC) das untere Ende des mmWave-Bereichs in den USA neu definiert, um im oberen Bereich des Super High zu beginnen Frequenzbereich (SHF), beginnend bei 24 GHz, Übergang zum EHF auf dem Weg zu 47 GHz, dem derzeit oberen Ende des zugewiesenen Spektrums 5G.

Die FCC plant, irgendwann ein noch höheres mmWave-Spektrum zu lizenzieren – dabei geht es um den derzeit nicht lizenzierten Bereich von 57–64 GHz und die wenig genutzten Frequenzen 71 GHz, 81 GHz und 92 GHz. Allerdings wird dies wahrscheinlich noch einige Jahre dauern, insbesondere da die Netzbetreiber das mmWave-Spektrum, das ihnen bereits zur Verfügung steht, noch nicht vollständig nutzen müssen.

Reichweite vs. Geschwindigkeit

Wie jeder, der mit gearbeitet hat Heim-WLAN-Router weiß, dass höhere Frequenzen mehr Bandbreite für schnellere Geschwindigkeiten bieten, dies geht jedoch auf Kosten der Reichweite und Abdeckung. Das 2,4-GHz-Signal Ihres Routers deckt wahrscheinlich Ihr gesamtes Zuhause ab, allerdings mit relativ geringer Geschwindigkeit, während das 5-GHz-Signal Frequenzen bieten eine hervorragende Leistung für Spiele und Streaming, schaffen es aber möglicherweise nicht in Ihren Keller oder zurück Zimmer.

Genau so funktionieren die Gesetze der Physik, wenn es um Radiowellen geht. Höhere Frequenzen sind schneller, können aber nicht annähernd so weit reichen wie die niedrigeren und langsameren Frequenzen.

Mobilfunkanbieter stehen bei der Bereitstellung starker und schneller Signale für ihre Kunden vor den gleichen Herausforderungen wie bei der Suche nach einem idealen Standort für Ihren WLAN-Router. Es ist nur so, dass sich die Transportunternehmen damit in viel größerem Umfang auseinandersetzen müssen.

Durch die Verwendung höherer Frequenzen können Netzbetreiber schnellere Geschwindigkeiten liefern, allerdings müssen sie dies tun Bauen Sie mehr Türme und platzieren Sie sie näher beieinander, um die gleiche Abdeckung wie ein Signal mit niedrigerer Frequenz zu gewährleisten würde.

Phänomenale kosmische Geschwindigkeiten, winzige Reichweite

Einst glaubten viele, dass das Hochfrequenz-mmWave-5G-Band die Zukunft der 5G-Technologie sein würde. Schließlich kann es liefern unglaublich beeindruckende Geschwindigkeiten die weit über das hinausgehen, wozu die meisten kabelgebundenen Breitbanddienste überhaupt in der Lage sind.

Unter idealen Bedingungen können 5G-Geschwindigkeiten über mmWave-Frequenzen 4 Gbit/s erreichen, obwohl dies der Fall ist Typischer ist es, Geräte im Bereich von 500 Mbit/s bis 1 Gbit/s zu finden. Allerdings sind selbst die langsamsten mmWave-Geschwindigkeiten drei- bis viermal schneller als die durchschnittliche 5G-Leistung, die bei Verwendung niedrigerer Frequenzen verfügbar ist.

Wie einige Betreiber schnell herausfanden, besteht das Problem darin, dass diese extrem hohen Frequenzen eine bedrückend kurze Reichweite haben; Ein einzelner mmWave-Transceiver wird wahrscheinlich keine solide Abdeckung für etwas bieten, das viel größer als ein Stadtblock ist.

Das sollte nicht überraschen, wenn man bedenkt, dass mmWave-Signale bei 24 GHz beginnen – eine Größenordnung über den Frequenzen, die üblicherweise für Wi-Fi und Mobilfunkkommunikation verwendet werden.

Damit liegen sie jedoch weit außerhalb der Reichweite von allem, was normalerweise Störungen verursachen würde, zumal alles auf diesen Frequenzen auch eine ähnlich kurze Reichweite hat. Normalerweise wird das EHF-Spektrum von Satellitenwettersystemen, militärischen Waffenradaren, Polizeigeschwindigkeitsradaren und Sicherheitskontrollsystemen an Flughafenkontrollpunkten verwendet.

Die mmWave-Landschaft

Vor diesem Hintergrund ist es nicht verwunderlich, dass die meisten Netzbetreiber noch nicht viel mit der mmWave-Technologie gemacht haben.

Unter den US-amerikanischen Fluggesellschaften ist nur Verizon vertreten setzt bei seinen frühen 5G-Implementierungen stark auf mmWave. AT&T versuchte sich daran, während T-Mobile sich weitgehend von diesem Spektrum fernhielt.

Das Wagnis von Verizon ermöglichte es dem Unternehmen, schon früh mit atemberaubend hohen 5G-Geschwindigkeiten aufwarten zu können. Ein Bericht aus dem Jahr 2020 von OpenSignal zeigte, dass Verizon weltweit einen gewaltigen Vorsprung hat, mit durchschnittlichen Download-Geschwindigkeiten, die mehr als doppelt so hoch sind wie die seines nächstnächsten Konkurrenten, dem südkoreanischen LG U+.

Der Trick bei diesen hohen Geschwindigkeiten bestand jedoch darin, dass Verizon das mmWave-Spektrum ausschließlich für sein 5G-Netzwerk nutzte. Der Mobilfunkanbieter hatte keine langsameren Midband- oder Lowband-5G-Netzwerke, die seine Zahlen senken könnten. Dies war das 5G Ultra Wideband Network von Verizon in seiner ursprünglichen Form. Es lief fast ausschließlich im 28-GHz-Spektrum.

Darüber hinaus mussten die 506 Mbit/s-Geschwindigkeiten von Verizon mit einem ziemlich großen Kriterium versehen werden – sie standen 99 % der Kunden des Netzbetreibers nicht zur Verfügung. Die extrem kurze Reichweite von mmWave bedeutete, dass Verizon es nicht darüber hinaus eingesetzt hatte einige große städtische Zentren, Und OpenSignal stellte fest, dass die Kunden von Verizon nur etwa 0,4 % der Zeit auf das mmWave 5G-Netzwerk zugegriffen haben. Diese Figur bis 2021 auf 0,8 % verdoppelt, aber das bedeutete immer noch, dass die Kunden von Verizon mehr als 99 % ihrer Zeit mit einer 4G/LTE-Verbindung verbrachten.

AT&T entschied sich für einen strategischeren Einsatz von mmWave. Es hatte schon früh einen Teil des 24-GHz-5G-Spektrums lizenziert, das hauptsächlich für die geschäftliche Nutzung in einigen Städten eingesetzt wurde. Später gab das Unternehmen 1,2 Milliarden US-Dollar aus, um einen beträchtlichen Teil des 39-GHz-Spektrums zu erwerben, das es nun aktiver für seine Kunden einsetzt. AT&T nennt dies seinen 5G+-Dienst.

Technisch gesehen verfügt T-Mobile in einigen Städten über einige mmWave-Einsätze, der Mobilfunkanbieter spricht jedoch nicht viel darüber. T-Mobile verfügte über einen schönen Teil des schnellen Mittelbandspektrums, mit dem es spielen konnte, lange bevor seine Konkurrenten in die Hände bekamen das begehrte C-Band-SpektrumDaher war mmWave für die Pläne des Netzbetreibers nicht annähernd so wichtig.

Vorteile von mmWave

Anstatt wie Verizon sein gesamtes 5G-Netzwerk auf mmWave zu stützen, hat sich AT&T darauf konzentriert, sein niederfrequentes 5G mit mmWave-Zellen zu erweitern in extrem dicht besiedelten Bereichen wie Stadien und Flughäfen.

Dies nutzt einen der bedeutendsten Vorteile von mmWave. Die extrem hohen Frequenzen bieten nicht nur eine höhere Bandbreite für einzelne Benutzer; Dank der zusätzlichen Bandbreite können Überlastungen auch weitaus effektiver bewältigt werden.

Vereinfacht ausgedrückt: Wenn ein mmWave-Transceiver einem einzelnen Gerät einen Durchsatz von bis zu 4 Gbit/s bieten kann, können 40 Geräte problemlos stabile 100-Mbit/s-Verbindungen herstellen, ohne sich gegenseitig zu verlangsamen.

Darüber hinaus bedeutet die kürzere Reichweite von mmWave, dass Netzbetreiber viel mehr Transceiver einsetzen müssen. Wenn AT&T genügend Transceiver installiert hat, um ein Fußballstadion abzudecken, kann es effizient leistungsstarkes 5G bereitstellen Tausende Menschen besuchen ein Spiel oder eine Veranstaltung.

Auch auf Flughäfen ist mmWave ideal, nicht nur wegen der hohen Passagierzahl durch, sondern auch, weil diese Frequenzen so weit von allem entfernt sind, was in der Luftfahrt verwendet wird Es gibt Keine Kontroverse um sie herum.

T-Mobile hat auch stillschweigend erklärt, dass es mmWave dort weiter ausbauen wird, wo es sinnvoll ist, aber im Gegensatz zu AT&T und Verizon plant das Unternehmen nicht, sein mmWave-Netzwerk zu differenzieren. T-Mobile-Kunden sehen auf ihren Telefonen kein „5G+“- oder „5G UW“-Symbol, wenn sie mit mmWave verbunden sind. Stattdessen erhalten T-Mobile-Nutzer eine solide Abdeckung und Leistung, egal ob sie zu Hause sitzen oder den Super Bowl besuchen.

Wichtige mmWave-Frequenzen

Einige Netzbetreiber haben auch andere Teile des mmWave-Spektrums lizenziert, obwohl der Großteil davon wahrscheinlich in absehbarer Zeit nicht zur Nutzung verfügbar sein wird.

T-Mobile und Dish verfügen beispielsweise über Lizenzen, die 99 % des 47-GHz-Spektrums ausmachen. Es ist unklar, was diese Netzbetreiber damit vorhaben, insbesondere da es eine noch schlechtere Abdeckung gegenüber den 28 GHz von Verizon und den 39 GHz von AT&T bieten wird.

Noch wichtiger ist, dass derzeit kein Consumer-Smartphone überhaupt die 47-GHz-Frequenzen erreichen kann. Äpfel iPhone 13-Reihe Und Samsungs Galaxy S22-Modelle unterstützen nur eine Handvoll mmWave-5G-Bänder, die als n257 (28 GHz), n258 (26 GHz), n260 (39 GHz) und n261 (28 GHz) bezeichnet werden. Von diesen werden nur n260 und n261 von US-Fluggesellschaften verwendet; Die anderen dienen der Kompatibilität mit mmWave 5G-Diensten weltweit.

Die Zukunft liegt im C-Band

So aufregend das mmWave-Spektrum in den ersten Tagen von 5G auch klang, die Netzbetreiber haben erkannt, dass die Zukunft der 5G-Technologie nicht darin liegt.

Verizon musste diese Lektion am härtesten von allen lernen, da ein frühes 5G-Netzwerk für 99 % seiner Kunden nicht existierte. Verizon folgte mit einem „Nationwide 5G Network“ mit niedrigerer Frequenz, das sich den Raum mit seinen 4G/LTE-Signalen teilte. Dies gab den Kunden die „5G“-Anzeige auf ihren Telefonen, lieferte jedoch im Allgemeinen Geschwindigkeiten, die nicht besser als 4G waren.

Erst Verizon konnte es bereitstellen C-Band-Spektrum dass sich sein 5G-Vermögen tatsächlich zu ändern begann. Das war nicht allein die Schuld von Verizon; Damals musste das Unternehmen zunächst 45 Milliarden US-Dollar für die Lizenzierung des C-Band-Spektrums aufbringen Kampf gegen eine Luftfahrtindustrie Das befürchtete, dass es Probleme mit Flugzeuginstrumenten geben würde.

Doch als Verizon Anfang 2022 endlich den Schlüssel zu seinem neuen C-Band umdrehte, zogen viele weitere seiner Kunden an begann, echte 5G-Geschwindigkeiten zu sehen. Es war ein solcher Leistungssprung, dass Verizon das neue C-Band-Netzwerk zu einem Teil seines Ultra Wideband 5G-Dienstes machte.

Während AT&T es war Einführung seines C-Band-Dienstes schrittweiseKunden in den wenigen Städten, in denen dies verfügbar ist, haben ebenfalls eine beeindruckende Steigerung ihrer 5G-Geschwindigkeit festgestellt.

Sogar T-Mobile, das bereits eines hat starkes 2,5-GHz-Ultra-Capacity-5G-Netzwerk, plant, das höherfrequente C-Band-Spektrum zu nutzen, um seinen Kunden dort den nötigen Schub zu geben, wo mehr Kapazität benötigt wird.

Letztendlich besteht die Rolle von mmWave in der öffentlichen 5G-Technologie darin, bestehende Netzwerke zu erweitern und nicht, sie zu ersetzen. Die enorme Kapazität des mmWave-Spektrums macht es ideal für die Bereitstellung zuverlässiger 5G in extrem dicht bevölkerten Ballungszentren. Aufgrund der geringen Reichweite wird es jedoch niemals alleine stehen können. mmWave eignet sich immer am besten, wenn es als „Power-Up“ zur Stärkung von 5G in bestimmten Bereichen eingesetzt wird.

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