Hvilken frekvens er 5G? Alle de forskjellige 5G-områdene, forklart

Hvis du har tenkt 5G virker mer komplisert enn mobilteknologiene som kom før, du tar ikke helt feil. 5G lover raskere ytelse, bedre dekning og allestedsnærværende tilkobling for å drive neste generasjon av autonome biler og smarte enheter. For å oppnå dette, må den flytte grensene for hva som var mulig med eldre mobilteknologier.

Dette krever også at 5G opererer over et mye bredere frekvensområde. Tross alt, vi snakker om en teknologi som har potensial til det erstatte kablede bredbåndsforbindelser Til og med mange tradisjonelle Wi-Fi-nettverk. I fremtiden vil ikke et 5G-nettverk være noe du bare faller tilbake på når en bedre tilkobling ikke er tilgjengelig – det kan godt være den beste tilkoblingen du kan få.

Så, hvilken frekvens opererer et 5G-nettverk på? Det er ikke noe enkelt svar på det, men det er heller ikke så komplisert som det ser ut ved første øyekast. 5G-nettverk bruker mange forskjellige frekvenser, men disse kan alle grupperes i tre spesifikke områder, hver med sine egne fordeler og ulemper.

Avveiningen mellom hastighet og rekkevidde

Før vi diskuterer frekvensområdene som brukes av 5G, er det viktig å forstå hvorfor så mange forskjellige frekvenser er nødvendig. Svaret på det spørsmålet er noe du kanskje allerede har opplevd i ditt eget hjem.

Moderne Wi-Fi-rutere operere på to frekvenser: 2,4GHz og 5GHz. Hvis du noen gang har prøvd å få den beste Wi-Fi-dekningen i hjemmet ditt, har du sannsynligvis møtt en grunnleggende realitet om hvordan radiobølger fungerer. Du får langsommere hastigheter når du er koblet til 2,4 GHz-nettverket ditt, men du kan også holde deg tilkoblet selv når du går lenger unna ruteren. På den annen side gir 5GHz-kanalen deg mye bedre ytelse, men du kommer kanskje ikke til den andre enden av huset ditt.

Selv om disse naturligvis har mye kortere rekkevidde enn mobilradiotårn, gjelder de samme prinsippene. Høyere frekvenser kan bære mer data, men reiser ikke så langt og trenger ikke i nærheten av solide gjenstander like godt. Lavere frekvenser går mye lenger og er mindre utsatt for forstyrrelser, men de er også mye tregere.

Mobilnettoperatører må vurdere de samme avveiningene når de bygger 5G-nettverkene sine. De høyeste frekvens 5G-signalene kan gi vanvittig høye trådløse hastigheter men kan ikke dekke mye mer enn en byblokk. I den andre enden av spekteret kan lavfrekvente signaler gå milevis, men tilbyr ikke ytelse som er merkbart bedre enn eldre 4G/LTE-teknologier.

Sub-6 versus mmWave

Da 5G ble rullet ut, delte industrien frekvensene inn i to generelt brede områder: Sub-6 GHz (Sub-6) og millimeterbølge (mmWave).

Som navnet tilsier, var Sub-6-frekvensene ment å inkludere alle de under 6GHz, mens 5G mmWave-spekteret startet på rundt 24GHz og gikk opp derfra.

Rent praktisk forble tidlige Sub-6 5G-utrullinger hovedsakelig under 2GHz-området. Siden disse frekvensene allerede ble brukt av 4G/LTE og enda eldre 3G-nettverk, hadde operatørene allerede de nødvendige lisensene for å bruke dem. Dette gjorde det enkelt å raskt rulle ut 5G på toppen av deres eksisterende nettverk, og det er nettopp det T-Mobile og AT&T gjorde.

Nærmere bestemt satte AT&T og T-Mobile opp 5G-nettverkene sine på de samme 850MHz og 1,9GHz (1900MHz) frekvensene som brukes av tidligste "2G" GSM-nettverk og 700MHz og 1,7GHz (1700MHz) frekvensene som ble tatt i bruk med 3G og LTE utrullinger. AT&T kjørte også noen 5G-tjenester i 2,3GHz-området, mens T-Mobile gikk ned til 600MHz for å få enda bedre dekning for sitt "landsdekkende" 5G-nettverk.

I mellomtiden bestemte Verizon seg for å gå i motsatt retning med sin første 5G-utrulling, ved å bruke den mye raskere 28GHz mmWave-frekvensen. Dette tillot Verizon å skryte av de raskeste hastighetene; en 2020 OpenSignal rapporten hadde Verizon godt i ledelsen globalt, med gjennomsnittlige nedlastingshastigheter på 506 Mbps siden den ikke hadde noen Sub-6 5G-nettverk til å trekke ned poengsummen. Imidlertid betydde det ekstremt begrensede spekteret av mmWave-frekvenser færre enn 1 % av Verizon-kundene så til og med selskapets 5G-nettverk vises på smarttelefonene deres.

Utfordringene med lavbånds 5G

Lavbånd 5G la AT&T og T-Mobile få nettverkene sine i gang veldig raskt, da de ikke trengte å vente på nye lisenser, pluss at de også kunne piggyback på eksisterende 4G-infrastruktur. Det er imidlertid det siste punktet som gjorde det tidlig 5G-ytelse så underveldende for mange mennesker.

For å få 5G og 4G til å sameksistere fredelig på de samme frekvensene, måtte operatørene vende seg til en teknologi kjent som Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Denne nye 5G-funksjonen tillot den å gi eteren til eldre 4G-trafikk.

Problemet med dette er at 4G-nettverk ikke vet noe om DSS; 4G hadde ikke blitt lært å dele, så det var alltid opp til 5G-trafikk å høflig gå til side når 4G-trafikk dukket opp. Med andre ord fikk eldre og tregere 4G-signaler alltid prioritet fremfor nyere og raskere 5G.

Dette betyr at i tillegg til å bli hemmet av den begrensede kapasiteten til lavere frekvenser, måtte lavbånds 5G-nettverk også slite med å gjøre plass for all 4G-trafikken på disse eteren. Det er ikke rart at tidlige 5G-nettverk ikke kunne levere hastigheter som var merkbart raskere enn 4G.

Selv da Verizon endelig slo på sitt lavbånds landsdekkende 5G-nettverk i slutten av 2020 for å bringe 5G til de andre 99 % av sine kunder, var 5G-ytelsen så dårlig at noen eksperter anbefalte folk å slå av 5G på smarttelefonene sine for å spare batteritid.

Nytt mellombåndspekter endrer spillet

Etter de første utrullingene skjedde det to ting som viste at bransjeeksperter kan ha tatt feil ved å samle alle sub-6GHz-frekvenser i en enkelt "Sub-6"-kategori.

Begge disse innebar bruk av en høyere frekvens mellombåndsspektrum, selv om transportørene nærmet seg det fra to forskjellige vinkler.

Takk til sin 2020-fusjon med Sprint, T-Mobile hadde et ess i ermet. Sprint hadde tatt det uvanlige valget å kjøre sitt 4G/LTE-nettverk nesten utelukkende på et 2,5 GHz-spektrum, godt over rekkevidden som brukes av de andre operatørene og eldre GSM- og 3G-nettverk.

Men i stedet for å beholde dette eldre 4G/LTE-nettverket, tok T-Mobile kirurgisk ut alle Sprints tårn, frigjør det 2,5 GHz-spekteret som utelukkende kan brukes i nye 5G-utrullinger. Dette ga T-Mobile raskere frekvenser å leke med som ikke ville bli belastet av 4G-signaler. Derfor hadde 5G-trafikk en klar bane på disse eteren uten behov for å bruke DSS for å gi etter for eldre 4G-trafikk. Dette ble ryggraden i T-Mobiles 5G Ultra Capacity-nettverk.

AT&T og Verizon var ikke fullt så heldige. Mens AT&T hadde noe 2,3 GHz-spektrum, hadde det ikke nok til å gjøre en forskjell. I stedet måtte begge operatørene vente til Federal Communications Commission (FCC) frigjorde noe mer spekter i det som nå er kjent som C-båndet.

En FCC-auksjon tidlig i 2021 så Verizon falt 45,4 milliarder dollar for å sikre så mye av dette spekteret som mulig. AT&T brukte også over 23 milliarder dollar, og til og med T-Mobile plukket opp en del av kaken for 9,3 milliarder dollar. Dette ga operatørene rett til å kjøre 5G-nettverk på frekvenser mellom 3,7 GHz og 3,98 GHz.

Begge transportører begynte å ta godt i bruk dette nye spekteret tidligere i år, og de høyere frekvensene er det allerede beviser at de er mer enn i stand til å levere hastighetene som 5G lovet i utgangspunktet. Mens T-Mobile har et forsprang takket være sine tidligere 2,5 GHz-distribusjoner, tar Verizon opp raskt, og AT&T er ikke mye lenger bak.

Mens disse mellombånds- og C-båndsfrekvensene fortsatt er godt under 6GHz, er de i en helt annen klasse enn lavbåndsfrekvensene som opprinnelig definerte Sub-6-området.

Hvor passer mmWave inn?

Selv om mellomtonespekteret har markert seg som sweet spot for 5G, og tilbyr den beste blandingen av rekkevidde og ytelse, er det fortsatt et sted for mmBølge i 5G-utbygginger.

Verizon kan ha gjort en taktisk feil ved å legge alle eggene sine i mmWave-kurven, men den hadde kjernen til en god idé. Bare mmWave kan gi påliteligheten og ytelsen som trengs i tettbygde områder.

AT&T og T-Mobile forsto kanskje dette bedre. Begge rullet ut mmWave mer strategisk, og dekket steder som stadioner, konserthaller, flyplasser og andre steder hvor tusenvis eller titusenvis av mennesker sannsynligvis vil samles.

Det er i situasjoner som dette hvor mmWave skinner. Den høyere kapasiteten til 28GHz- og 39GHz-frekvensene som brukes for 5G mmWave betyr mer båndbredde for mange flere enheter. Hvis du noen gang har vært frustrert over dårlig 4G-ytelse eller til og med en "No Signal"-indikator når du deltar på en travel sportsbegivenhet eller konsert, vil du gjerne vite at mmWave løser dette. Ved å bruke disse høyere frekvensene kan bærere gi solid 5G-ytelse til tusenvis av deltakere på et stadion uten å svette.

5G-frekvensmiksen

Det er sannsynligvis tydelig nå at det ikke er én perfekt frekvens for 5G-nettverk å kjøre på. For at operatører skal levere på det 5G lover, må de bruke en blanding av 5G-spektrum i henhold til omstendighetene.

Samtidig som C-bånd og andre mellombåndsfrekvenser vil være de mest brukte i urbane områder, de er overkill for landlig dekning der rekkevidde er viktigere enn ytelse.

Det er derfor lavbånd 5G tårnene vil fortsette å dekke landsbygda, og den gode nyheten er at etter hvert som flere mennesker flytter til 5G-smarttelefoner og andre enheter, vil mengden 4G-trafikk på disse frekvensene reduseres, og baner vei for raskere 5G-hastigheter selv på de lavere frekvenser.

I mellomtiden vil operatører fortsette å supplere sine raskere mellombånds 5G-nettverk med mmBølge sender/mottakere på steder som stadioner og flyplasser der ekstra kapasitet er nødvendig for å støtte store grupper av mennesker. Verizon har heller ingen planer om å stenge det originale mmWave-nettverket som allerede finnes i mange urbane sentrumsområder.

Hva er det neste for 5G-spektrum?

Disse tre frekvensområdene er bare begynnelsen. Transportører kjemper allerede om nye blokker med 5G-spektrum, selv om det vil ta litt tid før alle brikkene er på plass.

For eksempel en fjerde spiller på banen, Rett, kan ende opp som en mørk hest i dette løpet. Stiger opp fra asken av T-Mobile/Sprint-fusjonen, Dish nylig slått på det nye Smart 5G-nettverket som bruker revolusjonerende ny skybasert teknologi for å gjøre det raskere og rimeligere å rulle ut sin 5G-tjeneste over hele landet.

Rett har vært lobbyer FCC for å åpne opp 12GHz-båndet, selv om det for øyeblikket er i kamp om dette spekteret med Elon Musks SpaceX Starlink-tjeneste. Det er vanskelig å si hvordan 12GHz vil passe inn i 5G-miksen - vi er ikke engang sikre på hva vi skal kalle den siden den lever i det store gapet mellom Sub-6, som stopper ved 6GHz, og mmWave, som starter på 24GHz.

Imidlertid kan dette 12GHz-spekteret bli et nytt sweet spot, som gir enda høyere hastigheter uten å ofre nesten like stor rekkevidde som 28GHz mmWave.

T-Mobile og Dish også eier kollektivt lisenser for 99 % av 47GHz-spekteret, selv om det ennå ikke er klart hva noen av operatørene planlegger å gjøre med det. FCC planlegger også å lisensiere mer mmWave-spektrum i 57-64GHz, 71GHz, 81GHz og 92GHz-områdene.

Ikke alle operatører setter sitt håp til dette ekstremt høyfrekvente (EHF) spekteret. T-Mobile har jobbet med oppnå mmWave-lignende hastigheter på Sub-6-nettverk ved hjelp av en ny funksjon kjent som Carrier Aggregation-teknologi. Som navnet tilsier, binder dette flere lavbånds- og mellombånds 5G-kanaler sammen, og kombinerer båndbredden deres.

Den største hindringen for disse nye initiativene vil imidlertid være å vente på at brikke- og telefonprodusenter skal ta igjen. Qualcomms siste Snapdragon X60 tilbyr grunnleggende støtte for T-Mobiles Carrier Aggregation-strategi, mens den nyere X65 og X70 forbedre på det. Dette betyr iPhone 13, Galaxy S21, og nyere modeller er klare for det. Imidlertid liker de tidligste 5G-telefonene iPhone 12 og Samsung Galaxy S20 Ultra vil ikke kunne dra nytte av det.

Nytt spekter er en helt annen sak. Operatører kan åpne opp det spekteret FCC vil tillate dem, men smarttelefoner må også være klare til støtter disse frekvensene - og de fleste går ikke utover standardene som allerede har vært bredt utplassert.

For eksempel er det ingen telefoner på markedet ennå som støtter 12GHz-båndet som Dish prøver å skaffe seg, og siden denne frekvensen ikke brukes av noen andre, må Dish overbevise en smarttelefonprodusent for å komme ombord med den. Det samme gjelder også det høyere frekvens 47GHz spekteret.

Ikke desto mindre er det et nært nok forhold mellom mobilnettoperatører og maskinvareprodusenter til at hvis operatørene bygger det, vil smarttelefonprodusentene komme. Det kritiske punktet er at disse tingene tar tid, så selv om 5G-spekteret utvilsomt vil utvide seg i løpet av de neste årene, vil det ikke skje over natten.

Redaktørenes anbefalinger

• T-Mobiles store forsprang på 5G-hastigheter kommer ingen vei
• Netgears nye M6 Pro-ruter lar deg bruke rask 5G uansett hvor du går
• T-Mobiles 5G er fortsatt uovertruffen - men har hastighetene platået?
• Her er hvor rask 5G på din Samsung Galaxy S23 egentlig er
• Hva er 5G UW? Den virkelige betydningen bak ikonet på telefonen