Welche Frequenz hat 5G? Alle verschiedenen 5G-Bereiche, erklärt

Wenn Sie nachgedacht haben 5G scheint komplizierter zu sein als die Mobilfunktechnologien zuvor, da liegen Sie nicht ganz falsch. 5G verspricht schnellere Leistung, bessere Abdeckung und allgegenwärtige Konnektivität für die nächste Generation autonome Autos und intelligente Geräte. Um dies zu erreichen, müssen die Grenzen dessen, was mit älteren Mobilfunktechnologien möglich war, erweitert werden.

Dies erfordert auch, dass 5G in einem viel größeren Frequenzbereich funktioniert. Schließlich handelt es sich um eine Technologie, die das Potenzial dazu hat Ersetzen Sie kabelgebundene Breitbandverbindungen und selbst viele traditionelle Wi-Fi-Netzwerke. In Zukunft wird man nicht mehr einfach auf ein 5G-Netzwerk zurückgreifen, wenn keine bessere Verbindung verfügbar ist – es könnte durchaus die beste Verbindung sein, die man bekommen kann.

Auf welcher Frequenz arbeitet also ein 5G-Netzwerk? Darauf gibt es keine eindeutige Antwort, aber es ist auch nicht so kompliziert, wie es auf den ersten Blick scheint. 5G-Netzwerke nutzen viele verschiedene Frequenzen, diese können jedoch alle in drei spezifische Bereiche eingeteilt werden, von denen jeder seine eigenen Vor- und Nachteile hat.

Der Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Reichweite

Bevor wir die von 5G genutzten Frequenzbereiche diskutieren, ist es wichtig zu verstehen, warum so viele verschiedene Frequenzen benötigt werden. Die Antwort auf diese Frage haben Sie vielleicht schon in Ihrem eigenen Zuhause erfahren.

Modern WLAN-Router arbeiten auf zwei Frequenzen: 2,4 GHz und 5 GHz. Wenn Sie jemals versucht haben, in Ihrem Zuhause die beste WLAN-Abdeckung zu erreichen, sind Sie wahrscheinlich auf eine grundlegende Realität der Funktionsweise von Radiowellen gestoßen. Wenn Sie mit Ihrem 2,4-GHz-Netzwerk verbunden sind, erzielen Sie langsamere Geschwindigkeiten, können aber auch dann in Verbindung bleiben, wenn Sie sich weiter vom Router entfernen. Auf der anderen Seite bietet Ihnen der 5-GHz-Kanal eine viel bessere Leistung, aber Sie schaffen es möglicherweise nicht bis zum anderen Ende Ihres Hauses.

Obwohl diese naturgemäß eine viel geringere Reichweite haben als Mobilfunkmasten, gelten die gleichen Prinzipien. Höhere Frequenzen können mehr Daten übertragen, reichen aber nicht so weit und durchdringen feste Objekte nicht annähernd so gut. Niedrigere Frequenzen reichen viel weiter und sind weniger anfällig für Störungen, aber sie sind auch viel langsamer.

Mobilfunknetzbetreiber müssen beim Aufbau ihrer 5G-Netze dieselben Kompromisse berücksichtigen. Die höchstfrequenten 5G-Signale können wahnsinnig hohe WLAN-Geschwindigkeiten ermöglichen kann aber nicht viel mehr als einen Stadtblock abdecken. Am anderen Ende des Spektrums können niederfrequente Signale jedoch kilometerweit reichen bieten keine deutlich bessere Leistung als ältere 4G/LTE-Technologien.

Sub-6 versus mmWave

Als 5G eingeführt wurde, teilte die Industrie die Frequenzen in zwei allgemein große Bereiche ein: Sub-6GHz (Sub-6) Und Millimeterwelle (mmWave).

Wie der Name schon sagt, sollten die Sub-6-Frequenzen alle Frequenzen unter 6 GHz umfassen, während das 5G-mmWave-Spektrum bei etwa 24 GHz begann und von dort aus anstieg.

In der Praxis blieben die frühen 5G-Einführungen von Sub-6 bestehen hauptsächlich unterhalb des 2GHz-Bereichs. Da diese Frequenzen bereits von 4G/LTE und sogar älteren 3G-Netzen genutzt wurden, verfügten die Netzbetreiber bereits über die notwendigen Lizenzen, um sie zu nutzen. Dies machte es einfach, 5G schnell zusätzlich zu ihren bestehenden Netzwerken einzuführen, und genau das haben T-Mobile und AT&T getan.

Konkret richten AT&T und T-Mobile ihre 5G-Netze auf denselben Frequenzen von 850 MHz und 1,9 GHz (1900 MHz) ein, die auch von verwendet werden Die ersten „2G“-GSM-Netze und die Frequenzen 700 MHz und 1,7 GHz (1700 MHz), die mit 3G und LTE zum Einsatz kamen Rollouts. AT&T betrieb einige 5G-Dienste auch im 2,3-GHz-Bereich, während T-Mobile auf 600 MHz herunterging, um eine noch bessere Abdeckung für sein „landesweites“ 5G-Netz zu erreichen.

In der Zwischenzeit hat Verizon beschlossen, mit der ersten 5G-Einführung den umgekehrten Weg einzuschlagen und die viel schnellere 28-GHz-mmWave-Frequenz zu verwenden. Dadurch konnte Verizon die höchsten Geschwindigkeiten vorweisen; ein 2020 OpenSignal Dem Bericht zufolge liegt Verizon mit durchschnittlichen Download-Geschwindigkeiten von 506 Mbit/s weltweit deutlich an der Spitze, da es keine Sub-6-5G-Netzwerke gab, die seinen Wert senken konnten. Dies bedeutete jedoch einen extrem begrenzten Bereich der mmWave-Frequenzen weniger als 1 % der Verizon-Kunden haben sogar das 5G-Netzwerk des Unternehmens auf ihren Smartphones gesehen.

Die Herausforderungen von Low-Band 5G

Low-Band 5G Lassen Sie AT&T und T-Mobile ihre Netzwerke sehr schnell in Betrieb nehmen, da sie nicht auf neue Lizenzen warten mussten, und konnten außerdem auf die bestehende 4G-Infrastruktur zurückgreifen. Es war jedoch der letztgenannte Punkt, der den Ausschlag gab Die frühe 5G-Leistung ist so enttäuschend für viele Leute.

Um eine friedliche Koexistenz von 5G und 4G auf denselben Frequenzen zu gewährleisten, mussten Netzbetreiber auf eine Technologie namens Dynamic Spectrum Sharing (DSS) zurückgreifen. Diese neue 5G-Fähigkeit ermöglichte es, die Funkwellen dem älteren 4G-Verkehr zu überlassen.

Das Problem dabei ist, dass 4G-Netze nichts über DSS wissen; 4G hatte nicht gelernt, wie man Daten teilt, daher war es immer Sache des 5G-Verkehrs, höflich beiseite zu treten, wenn 4G-Verkehr auftauchte. Mit anderen Worten: Ältere und langsamere 4G-Signale hatten immer Vorrang vor neueren und schnelleren 5G-Signalen.

Das bedeutet, dass Low-Band-5G-Netze nicht nur durch die begrenzte Kapazität niedrigerer Frequenzen behindert werden, sondern auch damit zu kämpfen haben, Platz für den gesamten 4G-Verkehr auf diesen Funkwellen zu machen. Es ist kein Wunder, dass die ersten 5G-Netze keine spürbar höheren Geschwindigkeiten als 4G liefern konnten.

Selbst als Verizon Ende 2020 endlich sein landesweites Low-Band-5G-Netzwerk einschaltete, um 5G auf die anderen 99 % seines Netzwerks zu bringen Kunden war die 5G-Leistung so schlecht, dass einige Experten ihnen empfahlen, 5G auf ihren Smartphones auszuschalten, um Geld zu sparen Batterielebensdauer.

Das neue Mittelbandspektrum verändert das Spiel

Nach diesen ersten Einführungen geschahen zwei Dinge, die zeigten, dass Branchenexperten möglicherweise einen Fehler begangen hatten, als sie alle Sub-6-GHz-Frequenzen in einer einzigen „Sub-6“-Kategorie zusammenfassten.

Beides beinhaltete die Verwendung von a höherfrequentes Mittelbandspektrum, obwohl die Träger sich ihm aus zwei verschiedenen Winkeln näherten.

Dank an die Fusion mit Sprint im Jahr 2020, T-Mobile hatte ein Ass im Ärmel. Sprint hatte die ungewöhnliche Entscheidung getroffen, sein 4G/LTE-Netzwerk fast ausschließlich im 2,5-GHz-Spektrum zu betreiben, was weit über dem Bereich liegt, der von den anderen Netzbetreibern und älteren GSM- und 3G-Netzwerken genutzt wird.

Anstatt jedoch dieses ältere 4G/LTE-Netzwerk beizubehalten, hat T-Mobile alle Sprint-Türme chirurgisch stillgelegt. Dadurch wird das 2,5-GHz-Spektrum für die ausschließliche Verwendung bei neuen 5G-Einführungen freigegeben. Dadurch konnte T-Mobile schnellere Frequenzen nutzen, die nicht durch 4G-Signale belastet wurden. Somit hatte der 5G-Verkehr einen freien Weg auf diesen Funkwellen, ohne dass DSS eingesetzt werden musste, um dem älteren 4G-Verkehr Platz zu machen. Dies wurde zum Rückgrat von Das 5G Ultra Capacity-Netzwerk von T-Mobile.

AT&T und Verizon hatten nicht ganz so viel Glück. Obwohl AT&T über ein 2,3-GHz-Spektrum verfügte, reichte es nicht aus, um einen Unterschied zu machen. Stattdessen mussten beide Netzbetreiber warten, bis die Federal Communications Commission (FCC) weitere Frequenzen in dem sogenannten Frequenzbereich freigab dem C-Band-Bereich.

Bei einer FCC-Auktion Anfang 2021 ließ Verizon 45,4 Milliarden US-Dollar einbüßen, um sich so viel wie möglich von diesem Spektrum zu sichern. AT&T gab ebenfalls über 23 Milliarden US-Dollar aus, und sogar T-Mobile bekam mit 9,3 Milliarden US-Dollar ein Stück vom Kuchen. Dies gab den Netzbetreibern das Recht, 5G-Netze auf Frequenzen zwischen 3,7 GHz und 3,98 GHz zu betreiben.

Beide Träger begann dieses Jahr damit, dieses neue Spektrum sinnvoll zu nutzen, und die höheren Frequenzen sind es bereits Sie haben bewiesen, dass sie mehr als fähig sind, die Geschwindigkeiten zu liefern, die 5G ursprünglich versprochen hatte. Während T-Mobile dank seiner früheren 2,5-GHz-Implementierungen einen Vorsprung hat, holt Verizon schnell auf und AT&T liegt nicht viel weiter zurück.

Obwohl diese Mittelband- und C-Band-Frequenzen immer noch deutlich unter 6 GHz liegen, gehören sie zu einer völlig anderen Klasse als die Tiefbandfrequenzen, die ursprünglich den Sub-6-Bereich definierten.

Wo passt mmWave hinein?

Obwohl sich das mittlere Spektrum als Sweet Spot für 5G herausgestellt hat und die beste Mischung aus Reichweite und Leistung bietet, gibt es immer noch Platz dafür mmWelle bei der Einführung von 5G.

Verizon hat vielleicht einen taktischen Fehler begangen, indem es alles auf mmWave gesetzt hat, aber im Kern war es eine gute Idee. Nur mmWave kann die Zuverlässigkeit und Leistung bieten, die in dicht besiedelten Gebieten erforderlich ist.

AT&T und T-Mobile haben das vielleicht besser verstanden. Beide führten mmWave strategischer ein und deckten Orte wie Stadien, Konzertsäle, Flughäfen und andere Orte ab, an denen sich wahrscheinlich Tausende oder Zehntausende Menschen versammeln.

In Situationen wie dieser glänzt mmWave. Die höhere Kapazität der 28-GHz- und 39-GHz-Frequenzen, die für 5G mmWave verwendet werden, bedeutet mehr Bandbreite für viel mehr Geräte. Wenn Sie jemals frustriert waren über eine schlechte 4G-Leistung oder sogar über die Anzeige „Kein Signal“, wenn Sie eine geschäftige Sportveranstaltung oder ein Konzert besuchten, werden Sie froh sein zu erfahren, dass mmWave dieses Problem löst. Durch die Nutzung dieser höheren Frequenzen können Netzbetreiber dies tun Bieten Sie Tausenden von Stadionbesuchern eine solide 5G-Leistung, ohne ins Schwitzen zu geraten.

Der 5G-Frequenzmix

Mittlerweile ist wahrscheinlich klar, dass es keine perfekte Frequenz für den Betrieb von 5G-Netzen gibt. Damit Netzbetreiber halten können, was 5G verspricht, müssen sie den jeweiligen Umständen entsprechend eine Mischung aus 5G-Spektren nutzen.

Während C-Band und andere Mittelbandfrequenzen werden am häufigsten in städtischen Gebieten eingesetzt. Für die Abdeckung ländlicher Gebiete, wo die Reichweite wichtiger ist als die Leistung, sind sie jedoch übertrieben.

Deshalb Low-Band 5G Türme werden weiterhin das Land bedecken, und die gute Nachricht ist, dass immer mehr Menschen auf 5G-Smartphones und andere Geräte umsteigen Geräte wird die Menge des 4G-Verkehrs auf diesen Frequenzen abnehmen und den Weg für schnellere 5G-Geschwindigkeiten auch auf den niedrigeren Frequenzen ebnen Frequenzen.

In der Zwischenzeit werden die Netzbetreiber ihre schnelleren 5G-Mittelbandnetze weiterhin mit ergänzen mmWelle Transceiver an Orten wie Stadien und Flughäfen, wo zusätzliche Kapazität benötigt wird, um große Gruppen von Menschen zu unterstützen. Verizon hat auch nicht vor, sein ursprüngliches mmWave-Netzwerk, das bereits in vielen städtischen Innenstädten vorhanden ist, abzuschalten.

Wie geht es weiter mit dem 5G-Spektrum?

Diese drei Frequenzbereiche sind nur der Anfang. Netzbetreiber wetteifern bereits um neue Blöcke des 5G-Spektrums, obwohl es einige Zeit dauern wird, bis alle Teile vorhanden sind.

Zum Beispiel ein vierter Spieler auf dem Spielfeld, GerichtEr könnte in diesem Rennen ein Außenseiter sein. Dish ist kürzlich aus der Asche der T-Mobile/Sprint-Fusion auferstanden hat sein neues Smart 5G-Netzwerk eingeschaltet das eine revolutionäre neue cloudbasierte Technologie nutzt, um die landesweite Einführung seines 5G-Dienstes schneller und erschwinglicher zu machen.

Gericht war Lobbyarbeit bei der FCC, um das 12-GHz-Band zu öffnen, obwohl es derzeit einen Streit um dieses Spektrum mit Elon Musks SpaceX Starlink-Dienst gibt. Es ist schwer zu sagen, wie 12 GHz in den 5G-Mix passen werden – wir sind uns nicht einmal sicher, wie wir es nennen sollen, da es in der großen Lücke zwischen Sub-6, das bei 6 GHz aufhört, und mmWave, das bei 24 GHz beginnt, angesiedelt ist.

Dieses 12-GHz-Spektrum könnte sich jedoch zu einem neuen Sweet Spot entwickeln und noch höhere Geschwindigkeiten ermöglichen, ohne annähernd so viel Reichweite einzubüßen wie das 28-GHz-mmWave-Band.

T-Mobile und Dish auch besitzen gemeinsam Lizenzen für 99 % des 47-GHz-Spektrums, obwohl noch nicht klar ist, was einer der beiden Anbieter damit vorhat. Die FCC plant außerdem, mehr mmWave-Spektrum in den Bereichen 57–64 GHz, 71 GHz, 81 GHz und 92 GHz zu lizenzieren.

Nicht jeder Mobilfunkanbieter setzt seine Hoffnungen auf dieses extrem hohe Frequenzspektrum (EHF). T-Mobile hat daran gearbeitet Erreichen von mmWave-ähnlichen Geschwindigkeiten in Sub-6-Netzwerken unter Verwendung einer neuen Funktion, die als Carrier Aggregation-Technologie bekannt ist. Wie der Name schon sagt, werden dadurch mehrere Low-Band- und Mid-Band-5G-Kanäle miteinander verbunden und ihre Bandbreite gebündelt.

Das größte Hindernis für diese neuen Initiativen wird jedoch darin bestehen, darauf zu warten, dass die Chip- und Telefonhersteller aufholen. Das Neueste von Qualcomm Snapdragon X60 bietet grundlegende Unterstützung für die Carrier Aggregation-Strategie von T-Mobile, während die neueren X65 und X70 das verbessern. Das bedeutet die iPhone 13, Galaxy S21, und neuere Modelle sind dafür bereit. Allerdings waren die ersten 5G-Telefone wie das iPhone 12 und Samsung Galaxy S20 Ultra werde es nicht ausnutzen können.

Neues Spektrum ist eine ganz andere Sache. Mobilfunkanbieter können jedes Spektrum freigeben, das ihnen die FCC erlaubt, aber auch Smartphones müssen dazu bereit sein unterstützen diese Frequenzen – und die meisten gehen nicht über die bereits weit verbreiteten Standards hinaus eingesetzt.

Beispielsweise gibt es noch keine Telefone auf dem Markt, die das 12-GHz-Band unterstützen, das Dish zu erwerben versucht, und Da diese Frequenz von niemand anderem genutzt wird, müsste Dish einen Smartphone-Hersteller davon überzeugen, mitzumachen Es. Gleiches gilt auch für das höherfrequente 47-GHz-Spektrum.

Dennoch besteht eine so enge Beziehung zwischen Mobilfunknetzbetreibern und Hardwareherstellern, dass die Smartphone-Hersteller kommen werden, wenn die Netzbetreiber sie aufbauen. Der entscheidende Punkt ist, dass diese Dinge Zeit brauchen. Auch wenn das 5G-Spektrum in den nächsten Jahren zweifellos erweitert wird, wird dies nicht über Nacht geschehen.

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