Vilken frekvens är 5G? Alla olika 5G-områden, förklaras

Om du har tänkt 5G verkar mer komplicerat än de cellulära teknikerna som kom innan, du har inte helt fel. 5G lovar snabbare prestanda, bättre täckning och allestädes närvarande anslutning för att driva nästa generation av autonoma bilar och smarta enheter. För att åstadkomma detta måste den tänja på gränserna för vad som var möjligt med äldre cellulär teknik.

Detta kräver också att 5G fungerar över ett mycket bredare frekvensområde. När allt kommer omkring talar vi om en teknik som har potential att ersätta trådbundna bredbandsanslutningar och även många traditionella Wi-Fi-nätverk. I framtiden kommer ett 5G-nätverk inte att vara något du bara faller tillbaka på när en bättre anslutning inte är tillgänglig – det kan mycket väl vara den bästa anslutningen du kan få.

Så, vilken frekvens fungerar ett 5G-nät på? Det finns inget entydigt svar på det, men det är inte heller så komplicerat som det verkar vid första anblicken. 5G-nätverk använder många olika frekvenser, men dessa kan alla grupperas i tre specifika intervall, var och en med sina egna för- och nackdelar.

Avvägningen mellan hastighet och räckvidd

Innan vi diskuterar frekvensområdena som används av 5G är det viktigt att förstå varför så många olika frekvenser behövs. Svaret på den frågan är något du kanske redan har upplevt i ditt eget hem.

Modern Wi-Fi-routrar fungerar på två frekvenser: 2,4GHz och 5GHz. Om du någonsin har försökt få den bästa Wi-Fi-täckningen i ditt hem, har du förmodligen stött på en grundläggande verklighet om hur radiovågor fungerar. Du får lägre hastigheter när du är ansluten till ditt 2,4 GHz-nätverk, men du kan också vara ansluten även när du går längre bort från routern. Å andra sidan ger 5GHz-kanalen dig mycket bättre prestanda, men du kanske inte kommer till andra änden av ditt hus.

Även om dessa naturligtvis har en mycket kortare räckvidd än mobilradiotorn, gäller samma principer. Högre frekvenser kan bära mer data men reser inte så långt och penetrerar inte fasta föremål lika bra. Lägre frekvenser går mycket längre och är mindre benägna att störa, men de är också mycket långsammare.

Mobilnätsoperatörer måste överväga samma avvägningar när de bygger sina 5G-nätverk. De högsta frekvens 5G-signalerna kan ge vansinnigt snabba trådlösa hastigheter men kan inte täcka mycket mer än ett stadskvarter. I andra änden av spektrumet kan lågfrekventa signaler sträcka sig kilometervis men erbjuder inte prestanda som är märkbart bättre än äldre 4G/LTE-tekniker.

Sub-6 kontra mmWave

När 5G rullades ut delade branschen upp frekvenserna i två generellt breda intervall: Sub-6GHz (Sub-6) och millimetervåg (mmvåg).

Som namnet antyder var Sub-6-frekvenserna avsedda att inkludera alla de under 6GHz, medan 5G mmWave-spektrumet började på cirka 24GHz och gick upp därifrån.

Rent praktiskt stannade tidiga utbyggnader av Sub-6 5G kvar huvudsakligen under 2GHz-intervallet. Eftersom dessa frekvenser redan användes av 4G/LTE och ännu äldre 3G-nät, hade operatörerna redan de nödvändiga licenserna för att använda dem. Detta gjorde det enkelt att snabbt rulla ut 5G ovanpå sina befintliga nätverk, och det är precis vad T-Mobile och AT&T gjorde.

Specifikt ställer AT&T och T-Mobile upp sina 5G-nätverk på samma 850MHz och 1,9GHz (1900MHz) frekvenser som används av tidigaste "2G" GSM-nätverk och 700MHz och 1,7GHz (1700MHz) frekvenserna som kom i bruk med 3G och LTE utrullningar. AT&T körde också några 5G-tjänster i 2,3 GHz-intervallet, medan T-Mobile gick ner till 600MHz för att få ännu bättre täckning för sitt "rikstäckande" 5G-nätverk.

Samtidigt beslutade Verizon att gå i motsatt riktning med sin initiala 5G-utbyggnad, med den mycket snabbare 28GHz mmWave-frekvensen. Detta gjorde det möjligt för Verizon att skryta med de snabbaste hastigheterna; ett 2020 OpenSignal rapporten hade Verizon väl i ledningen globalt, med genomsnittliga nedladdningshastigheter på 506 Mbps eftersom det inte hade några Sub-6 5G-nätverk att dra ner sin poäng. Men det extremt begränsade utbudet av mmWave-frekvenser innebar färre än 1 % av Verizon-kunderna såg till och med företagets 5G-nätverk visas på deras smartphones.

Utmaningarna med lågbands 5G

Lågband 5G låt AT&T och T-Mobile få igång sina nätverk mycket snabbt eftersom de inte behövde vänta på nya licenser, plus att de också kunde piggyback på befintlig 4G-infrastruktur. Det är dock den senare punkten som gjordes tidiga 5G-prestanda så underväldigande för många människor.

För att få 5G och 4G att samexistera på samma frekvenser var operatörerna tvungna att vända sig till en teknik som kallas Dynamic Spectrum Sharing (DSS). Denna nya 5G-kapacitet gjorde det möjligt för den att ge etern till äldre 4G-trafik.

Problemet med detta är att 4G-nätverk inte vet något om DSS; 4G hade inte lärt sig att dela, så det var alltid upp till 5G-trafik att artigt kliva åt sidan närhelst 4G-trafik dök upp. Med andra ord fick äldre och långsammare 4G-signaler alltid prioritet framför nyare och snabbare 5G.

Detta innebär att utöver att hämmas av den begränsade kapaciteten med lägre frekvenser, fick lågbands 5G-nätverk också kämpa med att ge plats för all 4G-trafik på dessa eter. Det är inte konstigt att tidiga 5G-nätverk inte kunde leverera hastigheter som var märkbart snabbare än 4G.

Även när Verizon äntligen slog på sitt lågbandiga Nationwide 5G-nät i slutet av 2020 för att föra 5G till de andra 99 % av sina kunder, dess 5G-prestanda var så dålig att vissa experter rekommenderade folk att stänga av 5G på sina smartphones för att spara Batteri-liv.

Nytt mellanbandsspektrum förändrar spelet

Efter de första utrullningarna hände två saker som visade att branschexperter kan ha gjort fel när de samlade alla sub-6GHz-frekvenser i en enda "Sub-6"-kategori.

Båda dessa involverade användningen av en högre frekvens mellanbandsspektrum, även om bärarna närmade sig det från två olika vinklar.

Tack vare dess sammanslagning 2020 med Sprint, T-Mobile hade ett ess i rockärmen. Sprint hade gjort det ovanliga valet att köra sitt 4G/LTE-nät nästan uteslutande på ett 2,5 GHz-spektrum, långt över räckvidden som används av andra operatörer och äldre GSM- och 3G-nätverk.

Men istället för att behålla det här äldre 4G/LTE-nätverket, avvecklade T-Mobile kirurgiskt alla Sprints torn, frigör det 2,5 GHz-spektrumet för att användas exklusivt i nya 5G-utbyggnader. Detta gav T-Mobile snabbare frekvenser att leka med som inte skulle belastas av 4G-signaler. Därför hade 5G-trafiken en tydlig väg på dessa eter utan att behöva använda DSS för att ge efter för äldre 4G-trafik. Detta blev ryggraden i T-Mobiles 5G Ultra Capacity-nätverk.

AT&T och Verizon hade inte riktigt så tur. Medan AT&T hade något 2,3 GHz-spektrum, hade det inte tillräckligt för att göra skillnad. Istället fick båda operatörerna vänta tills Federal Communications Commission (FCC) frigjorde lite mer spektrum i det som nu kallas C-bandsområdet.

En FCC-auktion i början av 2021 såg Verizon släppa 45,4 miljarder dollar för att säkra så mycket av detta spektrum som möjligt. AT&T spenderade också över 23 miljarder dollar, och till och med T-Mobile tog en del av kakan för 9,3 miljarder dollar. Detta gav operatörerna rätten att köra 5G-nätverk på frekvenser mellan 3,7 GHz och 3,98 GHz.

Båda transportörerna började använda detta nya spektrum på bästa sätt tidigare i år, och de högre frekvenserna är redan det visat sig mer än kapabla att leverera de hastigheter som 5G utlovade i första hand. Medan T-Mobile har ett försprång tack vare sina tidigare 2,5 GHz-distributioner, kommer Verizon ikapp snabbt och AT&T ligger inte mycket längre efter.

Även om dessa mellanbands- och C-bandsfrekvenser fortfarande ligger långt under 6GHz, är de i en helt annan klass än de lågbandsfrekvenser som ursprungligen definierade Sub-6-området.

Var passar mmWave in?

Även om mellanregisterspektrumet har utmärkt sig som den bästa platsen för 5G, och erbjuder den bästa blandningen av räckvidd och prestanda, finns det fortfarande plats för mmVåg i 5G-utbyggnader.

Verizon kan ha gjort ett taktiskt misstag genom att lägga alla sina ägg i mmWave-korgen, men det hade kärnan i en bra idé. Endast mmWave kan ge den tillförlitlighet och prestanda som behövs i tätbefolkade områden.

AT&T och T-Mobile förstod kanske detta bättre. Båda rullade ut mmWave mer strategiskt och täckte platser som arenor, konserthallar, flygplatser och andra platser där tusentals eller tiotusentals människor sannolikt kommer att samlas.

Det är i sådana här situationer där mmWave lyser. Den högre kapaciteten på 28GHz- och 39GHz-frekvenserna som används för 5G mmWave innebär mer bandbredd för många fler enheter. Om du någonsin har varit frustrerad över dålig 4G-prestanda eller till och med en "Ingen signal"-indikator när du går på ett hektiskt sportevenemang eller konsert, kommer du att vara glad att veta att mmWave löser detta. Genom att använda dessa högre frekvenser kan bärare ge solid 5G-prestanda till tusentals deltagare på en stadion utan att svettas.

5G-frekvensmixen

Det är förmodligen uppenbart vid det här laget att det inte finns någon perfekt frekvens för 5G-nätverk att köra på. För att operatörer ska kunna leverera vad 5G lovar måste de använda en blandning av 5G-spektrum beroende på omständigheterna.

Medan C-band och andra mellanbandsfrekvenser kommer att vara de vanligaste utplacerade i stadsområden, de är överdrivna för landsbygdstäckning där räckvidden är viktigare än prestanda.

Det här är varför lågband 5G torn kommer att fortsätta att täcka landsbygden, och den goda nyheten är att när fler människor flyttar till 5G-smartphones och andra enheter kommer mängden 4G-trafik på dessa frekvenser att minska, vilket banar väg för snabbare 5G-hastigheter även på de lägre frekvenser.

Under tiden kommer operatörerna att fortsätta att komplettera sina snabbare mellanbands 5G-nätverk med mmVåg transceivrar på platser som arenor och flygplatser där extra kapacitet behövs för att stödja stora grupper av människor. Verizon har heller inga planer på att stänga av sitt ursprungliga mmWave-nätverk som redan finns i många stadsområden.

Vad är nästa steg för 5G-spektrum?

Dessa tre frekvensområden är bara början. Operatörer tävlar redan om nya block av 5G-spektrum, även om det kommer att ta lite tid innan alla delar är på plats.

Till exempel en fjärde spelare på planen, Maträtt, kan sluta som en mörk häst i det här loppet. Reser sig ur askan efter fusionen mellan T-Mobile och Sprint, Dish nyligen slog på sitt nya Smart 5G-nätverk som använder revolutionerande ny molnbaserad teknik för att göra det snabbare och mer överkomligt att rulla ut sin 5G-tjänst över hela landet.

Maträtt har varit lobbyar FCC för att öppna upp 12GHz-bandet, även om det för närvarande är i en kamp om detta spektrum med Elon Musks SpaceX Starlink-tjänst. Det är svårt att säga hur 12GHz kommer att passa in i 5G-mixen - vi är inte ens säkra på vad vi ska kalla det eftersom det lever i det stora gapet mellan Sub-6, som stannar vid 6GHz, och mmWave, som börjar vid 24GHz.

Detta 12GHz-spektrum kan dock bli en ny sweet spot, som ger ännu högre hastigheter utan att offra nästan lika stor räckvidd som 28GHz mmWave.

T-Mobile och Dish också äger kollektivt licenser för 99 % av 47GHz-spektrumet, även om det ännu inte är klart vad någon av operatörerna planerar att göra med det. FCC planerar också att licensiera mer mmWave-spektrum i intervallen 57-64GHz, 71GHz, 81GHz och 92GHz.

Inte alla operatörer sätter sitt hopp till detta extremt högfrekventa (EHF) spektrum. T-Mobile har jobbat på uppnå mmWave-liknande hastigheter på Sub-6-nätverk använder en ny funktion som kallas Carrier Aggregation-teknik. Som namnet antyder binder detta ihop flera lågbands- och mellanbands 5G-kanaler och kombinerar deras bandbredd.

Det största hindret för dessa nya initiativ kommer dock att vänta på att chip- och telefontillverkarna ska komma ikapp. Qualcomms senaste Snapdragon X60 erbjuder baslinjestöd för T-Mobiles Carrier Aggregation-strategi, medan den nyare X65 och X70 förbättra på det. Detta betyder iPhone 13, Galaxy S21, och nyare modeller är redo för det. De tidigaste 5G-telefonerna gillar dock iPhone 12 och Samsung Galaxy S20 Ultra kommer inte att kunna dra nytta av det.

Nytt spektrum är en helt annan sak. Operatörer kan öppna upp vilket spektrum som FCC tillåter dem, men smartphones måste också vara redo för det stödja dessa frekvenser - och de flesta går inte utöver de standarder som redan har varit allmänt utplacerade.

Till exempel finns det inga telefoner på marknaden ännu som stöder 12GHz-bandet som Dish försöker skaffa, och eftersom den här frekvensen inte används av någon annan, måste Dish övertyga en smartphonetillverkare att komma ombord med Det. Detsamma gäller även det högre frekvensspektrumet på 47 GHz.

Ändå finns det ett tillräckligt nära förhållande mellan mobilnätsoperatörer och hårdvarutillverkare för att om operatörerna bygger det, kommer smartphonetillverkarna att komma. Den kritiska punkten är att dessa saker tar tid, så även om 5G-spektrumet utan tvekan kommer att expandera under de närmaste åren, kommer det inte att hända över en natt.

Redaktörens rekommendationer

• T-Mobiles enorma ledning inom 5G-hastigheter kommer inte någonstans
• Netgears nya M6 Pro-router låter dig använda snabb 5G var du än går
• T-Mobiles 5G är fortfarande oöverträffad - men har hastigheterna sjunkit?
• Här är hur snabbt 5G på din Samsung Galaxy S23 verkligen är
• Vad är 5G UW? Den verkliga innebörden bakom ikonen på din telefon