Utbyggnaden av 5G har varit en katastrof i USA. Här är anledningen

Efter flera veckor av falska starter och allvarliga varningar från flygindustrin, idag är dagen då AT&T och Verizon går live med sitt nya C-band 5G-spektrum.

Dagens lansering markerar kulmen på mer än ett års arbete av Federal Communications Commission (FCC) och transportörer att allokera och auktionera ut det nya spektrumet, efter att både AT&T och Verizon vunnit rekordstora bud för att säkra stora bitar av det.

Men det har också varit ett år av gräl mellan Federal Aviation Administration (FAA), US Department of Transportation och tjänstemän inom flygindustrin, av vilka många har förutspått nästan katastrofala konsekvenser för flygresor om det nya spektrumet gå och lev.

Historien hittills

Hade det varit upp till FAA och US Department of Transportation hade det aldrig funnits någon C-bandspektrumauktion alls. Så långt tillbaka som i december 2020 varnade flygexperter från både civila och militära sidor för "katastrofala" konsekvenser på grund av potentiell störning mellan de nya 5G frekvenser och vanliga flygplansinstrument som radarhöjdmätare.

En rapport från december 2020 av Försvarsnyheter var den första att lyfta fram interna diskussioner mellan chefen för FAA och nummer två på transportdepartementet. Dessa två höga tjänstemän skickade ett gemensamt memo till dåvarande FCC-ordföranden Ajit Pai, där de uppmanade FCC att pausa försäljningen av det nya C-bandsspektrumet så att frågan kunde studeras närmare.

FCC svarade med att säga att de hade genomfört sina egna tekniska studier som visade att det var liten eller ingen risk involverad. Den vägrade att skjuta upp spektrumauktionen och förklarade att den hade för avsikt att fortsätta som planerat.

Efter FCC: s beslut började det amerikanska försvarsdepartementet och Department of Homeland Security förvränga för att säkerställa att det föreslagna spektrumet inte skulle ha några negativa effekter på militären flygplan. Vid den tiden noterade Defense News att Pentagon inte hade studerat effekterna och därför inte hade etablerat en formell ståndpunkt om försäljningen.

Det bästa scenariot, enligt tjänstemän, var att avdelningen skulle behöva "spendera miljontals dollar och tusentals mantimmar för att designa, införskaffa och installera nya radarhöjdmätare över militärens flygburna flotta system.”

Det värsta fallet, som en högre regeringstjänsteman uttryckte det, var att "det kommer att ske olyckor, egendom kommer att förstöras och människor kommer att dö."

En civilrättslig fråga

Intressant nog, även om den civila flygindustrin har slagit larm under de senaste månaderna, har den militära sidan varit anmärkningsvärt tyst. Även om den mest välgörande tolkningen skulle vara att Pentagon studerade frågan och fastställde att det inte var en stor sak, är det lika möjligt att försvarsdepartementet helt enkelt doppade i sina relativt djupa fickor och tyst uppgraderade sin hårdvara bakom scener.

Flygbranschen har inte nödvändigtvis samma alternativ. Dels är det ansvarigt för säkerheten för civila passagerare, och dels är det vinstdrivande företag som har betydligt mer begränsade budgetar, och utan tvekan större och mer varierande flottor av flygplan.

Det har förekommit diskussioner mellan flygbolagen, FAA och det amerikanska transportdepartementet om att fördela resurser att hjälpa till att uppgradera eller ersätta potentiellt påverkad utrustning, men det är fortfarande ett enormt åtagande, både logistiskt och politiskt.

Hittills har flygbolagen istället ropat på att AT&T och Verizon ska vänta med att distribuera det nya spektrumet. I november kom de två flygbolagen överens om att skjuta upp lanseringen från 5 december 2021 till 5 januari 2022, för att ge FAA och andra experter mer tid att studera effekterna.

I december kom operatörerna också överens om att begränsa C-bands 5G-effektnivåer runt flygplatser under de första sex månaderna för att undvika störningar, och genom den nya år, hade de gått ett steg längre och kommit överens om att inrätta exkluderingszoner där de nya C-bandsfrekvenserna inte skulle distribueras alls under minst sex månader.

Att insistera på att dessa eftergifter borde vara mer än tillräckligt för att dämpa rädslan hos flygtjänstemän, nekade AT&T och Verizons VD: ar ursprungligen en begäran tidigare den här månaden för ytterligare två veckors förlängning, bara efter en dag av intensiva samtal mellan Vita huset, FAA, FCC och annan industri intressenter.

Till slut gick flygbolagen motvilligt med på att ge FAA sina två veckor i utbyte mot vad som verkade vara ett bestämt uttalande från president Joe Biden själv att utbyggnaden skulle fortsätta som planerat i januari 19.

Bandbreddsföroreningar

Det verkar dock som om denna eftergift inte har lugnat flygbranschen. Tjänstemän och chefer fortsätter att varna för katastrofala konsekvenser om det nya spektrumet försvinner online som planerat – även om både AT&T och Verizon har kommit överens om att ge flygplatser en bred kaj för nu.

Grunden till oron är närheten till frekvenserna i det nya C-bandet 5G-spektrum med de som används av kritiska flygplansinstrument.

Det kontroversiella C-bandsspektrumet, som ligger i intervallet 3,7–3,98 GHz, ligger strax under de 4,2–4,4 GHz-frekvenser som används av radarhöjdmätare. Moderna militära, kommersiella och civila flygplan, och till och med många obemannade flygsystem och avancerade drönare, använder alla dessa instrument. De är avgörande för att mäta hur långt ett flygplan befinner sig över marken när de hanterar den typ av dåliga väderförhållanden som hindrar traditionella barometriska höjdmätare från att fungera korrekt.

Det är detta som gör radarhöjdmätare till en så viktig säkerhetsutrustning. Under idealiska väderförhållanden kan piloter lita på andra instrument, och till och med sina egna ögon, för att mäta avstånd när de landar på en flygplats. Vid dålig sikt är dock radarhöjdmätaren allt de har, och om den inte fungerar eller visar en höjd som är för hög, då har piloten inget sätt att veta när de är på väg att träffa marken.

Tekniskt sett är 4,2GHz, som är den nedre delen av radarhöjdmätarfrekvenserna, fortfarande över 200MHz från de högsta C-bandsspektrumfrekvenserna, vilket toppa på 3,98GHz. Så du kanske tror att det är en sund säkerhetsmarginal för att förhindra störningar, och det är just detta som FCC och transportörerna är tillverkning.

Tyvärr håller andra experter inte med och hänvisar till ett fenomen som kallas bandbreddsföroreningar. Som Intressant teknik förklarar, är det möjligt för en stark koncentration av signaler i ett givet frekvensområde att "blöda igenom" i högre frekvenser, vilket orsakar åtminstone en del störningar.

Detta är analogt med problemet med ljusföroreningar som gör det svårt att se stjärnorna på natten när du är nära en stad. Du kan vara 20 mil utanför en storstad, men koncentrationen av miljontals ljus som kommer från den kommer fortfarande att göra det svårt att se mycket av någonting på natthimlen.

Medan FCC insisterar på att det har studerat frågan och fastställt att detta inte kommer att hända, har flygindustrin sina egna studier som har blivit en källa till oro. A Forskningsuppsats 2020 av Radio Technical Commission for Aeronautics (RTCA), en oberoende teknikstandardgrupp som representerar flygtransportindustrin, visade bevis på att 5G telekommunikation i C-bandsspektrumet har potential att orsaka "skadliga störningar" på radarhöjdmätare.

Även om AT&T och Verizon fortsätter att insistera på att det inte finns några problem, har de också kommit överens om att skapa en exkluderingszon runt en FAA-designad lista över flygplatser, liknande vad som görs i andra länder som Frankrike. Men de har också bara förbundit sig att göra detta i sex månader, varefter alla spel är avstängda.

Flygbolag på grund

Det är svårt att säga vad flygtjänstemän hoppades på när alla sidor verkade gå med på en två veckors försening. Enligt alla rapporter verkade saker trevliga för två veckor sedan, men kanske antog vissa helt enkelt att tidslinjen skulle sluta förlängas ytterligare.

När dagens utrullning dök upp vid horisonten blev flygbolagen dock betydligt mer upprörda. Ett gemensamt brev som skickades ut tidigare i veckan av VD: arna för alla de stora amerikanska flygbolagen och flygfraktbolagen varnade för att det att slå på de nya C-bandsradiofrekvenserna "kan potentiellt strandar tiotusentals amerikaner utomlands" och orsakar "kaos" för inrikesflyg inom USA. "Nationens handel kommer att stanna av", brevet varnade.

Flera utländska flygbolag meddelade den 18 januari att de skulle ställa in flyg till USA som ett resultat av den nya spektrumutbyggnaden. Med uttryckligen hänvisning till den nya utbyggnaden av 5G stängde Emirates alla flyg till Boston, Chicago, på obestämd tid, Dallas-Fort Worth, Houston, Miami, San Francisco och Seattle, samt Newark, New Jersey och Orlando, Florida.

Samtidigt, Japan Airlines (JAL) inställda flyg till USA för Boeing 777 till Chicago, Los Angeles och New Yorks JFK-flygplats, med hänvisning till potentiell interferens med radiohöjdmätare från utbyggnaden av 5G på dessa specifika flygplan. Japans Air Nippon Airlines (ANA) gjorde också ett liknande tillkännagivande, liksom Air India.

Flygbolagen i fråga gav senare efter, åtminstone delvis, troligen som ett resultat av att Vita huset klargjorde att 5G skulle försenas nära "nyckelflygplatser". A uttalande av Biden sent i går tackade Verizon och AT&T för att de gick med på att försena 5G utplacering runt viktiga flygplatser och att fortsätta arbeta med transportdepartementet om säker 5G distribution på denna begränsade uppsättning platser."

JUST IN: Emirates president säger till CNN att flygbolaget inte var medvetet om några av de potentiella 5G-utbyggnadsproblemen förrän i går morse, kallar det "en av de mest brottsliga, fullständigt oansvariga" situationer han har sett i sitt flyg karriär https://t.co/Z3a4gTQ6Fo

— CNN (@CNN) 19 januari 2022

Efter detta uttalande meddelade Japans JAL och ANA båda att de skulle återinföra sina normala amerikanska scheman från den 20 januari och framåt, medan Emirates gick med på att återuppta utvalda flyg till Boston, Houston och San Francisco, även om de andra förblir avstängda tills vidare, trots att dessa flygplatser också är uteslutna av FAA lista.

"Det här avtalet skyddar flygsäkerheten och tillåter flygverksamheten att fortsätta utan betydande avbrott och kommer att ge fler höghastighetsinternetalternativ till miljontals amerikaner," sa Biden.

Hur vi kom hit

Det finns tydliga politiska faktorer som verkar här, särskilt trycket på FCC från nuvarande och tidigare administration att snabbt expandera 5G-teknik över hela USA. Men utbyggnaden av 5G av de flesta amerikanska operatörer har varit något av en enda röra från början, och FCC kan verkligen inte ta hela skulden för det.

Till skillnad från de cellulära teknikerna som har kommit tidigare, använder 5G ett mycket bredare frekvensområde, och det finns avvägningar över hela spektrumet.

I ena änden har du det ultrahögfrekventa mmWave-spektrumet, som löper i underkanten av Extremely High Frequency (EHF)-området: 26GHz och högre. Detta är långt utanför intervallet för alla frekvenser som används av civil luftfart, eller i stort sett allt annat som normala människor troligtvis kommer att bry sig om.

En av anledningarna till detta är att frekvenserna i EHF-spektrumet är extremt korta. Annan utrustning som fungerar i detta sortiment inkluderar avancerade telekommunikationssystem, satellitsatmosfärisk övervakning system, militära vapenradar, säkerhetsskärmsystem vid flygplatskontroller, polisens hastighetsradar och en del medicinsk applikationer.

I andra änden av spektrumet finns 600MHz 5G-utbyggnaderna, som har stor räckvidd, men som inte erbjuder hastigheter som är mycket av en förbättring jämfört med nuvarande 4G/LTE-tekniker.

När de amerikanska operatörerna började rulla ut 5G för några år sedan tog de alla dramatiskt olika tillvägagångssätt. Verizon gick efter hastighet över täckning och distribuerade mmWave-sändare i större stadscentra över hela landet. Detta gjorde att de kunde skryta med hastigheter i intervallet 500 Mbps till 2 Gbps, men problemet är att 99 procent av Verizon-kunderna inte får 5G alls.

T-Mobile tog det motsatta tillvägagångssättet, med målet att rulla ut täckning långt och brett, släppa ut dess kunder får "5G"-indikatorn på sina enheter även om hastighetsförbättringarna bara var marginal. T-Mobile använde främst 600MHz-spektrumet för att klara detta, så det kunde snabbt utöka 5G-täckningen utan att bygga för många fler torn. Resultatet blev att T-Mobile blev den första amerikanska operatören att skryta med 5G täckning i alla 50 stater.

AT&T tog medelvägen och valde att inte engagera sig i någon av strategierna. Kanske lära sig sin läxa av 5G Evolution-debaclet, beslutade man sig för att vara tystare när det gäller att marknadsföra 5G, ta en långsam och stadig strategi för att rulla ut saker över hela landet, med en blandning av mmWave- och sub-6GHz-tekniker.

Varför C-Band är viktigt

Den största utmaningen med att få 5G korrekt utplacerad i USA är att FCC reglerar de flesta trådlösa frekvenserna i USA behöver vi inte leta mycket längre än den nuvarande kontroversen med flygindustrin för att se varför detta är nödvändig.

Den söta punkten för 5G-teknik – lösningen som ger den bästa balansen mellan prestanda och täckning – finns i det som vanligtvis kallas mellanbandsspektrumet. Medan mmWave ger bra prestanda som bara sträcker sig över ett avstånd på ungefär ett stadskvarter, går 600MHz långt, men kan inte hantera mycket mer data än 4G/LTE redan kan.

Mitt i den frekvenssoppan sitter 2GHz till 4 GHz-frekvenserna. Dessa ger tillräckligt med bandbredd för att leverera de hastigheter som användarna förväntar sig från 5G, samtidigt som de säkerställer att operatörerna inte behöver sätta upp miljontals mobiltorn bara för att få 5G till alla sina kunder.

Tyvärr använder många andra tekniker och enheter detta mellanbandsspektrum också. Till exempel är du antagligen redan medveten om att 2,4 GHz ofta är där Wi-Fi-routrar, trådlösa telefoner, baby övervakar, och garageportöppnare live. Även mikrovågsugnar avger signaler i detta frekvensområde. Detta är i ett område som kallas "S-bandet."

Pre-5G cellulära teknologier lever mestadels under S-bandet, i allmänhet i intervallet från 600MHz upp till cirka 2,3GHz, med de flesta koncentrerade kring 800MHz och 1,9GHz.

Ovanför detta finns C-bandsspektrumet, som vanligtvis används av amatörradiotjänster, fasta satellittjänster, sjöfartsradio och radiolokaliseringstjänster.

Under 2018 kom emellertid FCC på ett sätt att frigöra en liten del av 500MHz C-bandsspektrum, i intervallet 3,7 GHz till 4,2 GHz, för användning av "nästa generations trådlösa" tjänster.” Även om det hade funnits satellittjänster i det bandet, reviderade kommissionen alla licenser för att frigöra så mycket utrymme som möjligt för användning av nya 5G utplaceringar.

Två år senare, när dammet hade lagt sig, kom FCC lägga ut 280 MHz av detta spektrum på auktion till de cellulära bärarna. Detta är intervallet 3,7 till 3,98 GHz där nya 5G-tjänster rullas ut idag.

Det nya spektrumet lovar att bli en spelväxlare för 5G-teknik i USA, särskilt från Verizon och AT&T. Verizon har redan skröt om hur det kommer att tillåta det att nå miljontals ytterligare kunder med "hastigheter upp till 10 gånger snabbare än 4G LTE." Det nya spektrumet kommer att utgöra en del av Verizons 5G Ultra Wideband-nätverk, som tidigare var begränsat till sina 28GHz och 39GHz mmWave-frekvenser.

På samma sätt har AT&T tillkännagett sina nya C-bands utrullningar i åtta storstadsområden och lovar att det kommer att täcka 200 miljoner människor i slutet av 2023.

Hur är det med T-Mobile?

Du kanske har märkt att T-Mobile har varit påfallande frånvarande från hela denna strid, även om den tappade 9,3 miljarder dollar i C-bandsauktionen förra året.

Detta beror troligen på att T-Mobile inte har visat någon avsikt att börja använda sitt nya C-bandsspektrum på samma sätt som sina konkurrenter.

Från början har T-Mobile haft ett ess i rockärmen. Det ägde redan licenser för en ansenlig del av 2,5 GHz S-bandsspektrum som kom ur sammanslagningen med Sprint för några år sedan.

Sprint använde ursprungligen dessa 2,5 GHz-frekvenser för 4G/LTE-tjänster, men efter sammanslagningen, den nya T-Mobile började stänga av de äldre Sprint-tornen, vilket gjorde det möjligt att återanvända dessa frekvenser för nyare 5G utplaceringar.

När T-Mobile också plockade upp lite nytt C-bandsspektrum förra året, var det meddelat  detta var en "strategisk investering" avsedd att "komplettera dess mycket bredare 2,5 GHz fotavtryck i utvalda stads- och förortsområden där den redan har ett tätt nätverk.” Resultatet, sa transportören, skulle vara en "mer meningsfull prestandahöjning för kunder.”

Det lägre frekvensspektrumet ger också bättre räckvidd än det nya C-bandet, samtidigt som det levererar imponerande 5G prestanda, så T-Mobile har verkligen ingen motivation att börja rulla ut C-bandsspektrumet på det sätt som AT&T och Verizon är. Den har sitt mellanbandsspektrum, och det har rullats ut som en del av sin Ultra Capacity 5G tjänst, som redan täcker mer än 200 miljoner kunder.

Vart ska vi härifrån?

Nu när både AT&T och Verizon har börjat uppfylla sina C-bandsvisioner, ska det bli intressant att se vad som händer härnäst. Medan båda operatörerna jobbar på att komma ikapp T-Mobile med detta nya C-band, kan det finnas en gräns för hur långt och hur snabbt de faktiskt kan ta sig dit.

Som PCMags Sascha Segan påpekar, kan Verizon ha gjort ett taktiskt fel genom att satsa för hårt på C-band. Det köpte förvisso den största delen av det förra året och spenderade hela 45 miljarder dollar för att förvärva det.

Så här är varför @ATT och @TMmobil kanske vill hänga @Verizon ut att torka på C-Band: Verizon har (1) problem med trängsel och (2) har lagt många ägg i C-Band-korgen. Med det nya Auction 110-resultatet, i slutet av detta år @ATT kommer att ha 40MHz

— Sascha Segan (@saschasegan) 18 januari 2022

Problemet är att Verizon har spenderat en förmögenhet på att investera i det mest omtvistade spektrumet där ute, och det är troligt att denna kontrovers inte kommer att dö ner någon gång snart. Det är möjligt att Verizon aldrig kommer att kunna distribuera sitt nya spektrum nära flygplatser, vilket gör att kunderna antingen sitter fast med 4G/LTE-tjänst eller ett 5G-erbjudande som egentligen inte är bättre än 4G/LTE.

Å andra sidan har AT&T säkrat sina insatser något. På senare tid valde det 40MHz spektrum som flygbolagen inte kommer att bry sig om, vilket kan förklara varför det tar en betydligt mer reserverad inställning till hela situationen. Som Segan antyder kan AT&T mycket väl spela båda sidor mot mitten, med längre förseningar och större uteslutningszoner för att ge det en konkurrensfördel gentemot Verizon, vilket skulle vara mycket mer hämmat av sådana rör sig.

Samtidigt sitter T-Mobile vackert och har ingen del i den aktuella kontroversen, samtidigt som den håller en obestridd 100MHz en bit av 2,5 GHz-spektrum som det redan rullade ut till kunder månader innan det nya C-bandet ens kom upp för auktion.

En sak som fortfarande är tydlig är att T-Mobile har ett betydande försprång i 5G-spelet och tjänar konsekvent högsta poäng av någon amerikansk operatör för hastighet, täckning och tillförlitlighet – en ledning som bara verkar vara ökande. Vi kan inte räkna ut Verizon och AT&T än, men det är uppenbart att båda operatörerna har sitt jobb för dem med att skapa tillräckligt med C-band för att göra verklighet 5G verklighet för sina kunder.

Redaktörens rekommendationer

• T-Mobiles enorma ledning inom 5G-hastigheter kommer inte någonstans
• Bor du på landsbygden? Verizon 5G är på väg att bli bättre för dig
• Här är hur snabbt 5G på din Samsung Galaxy S23 verkligen är
• T-Mobile lämnar AT&T och Verizon i 5G-dammet
• Verizons billigaste 5G obegränsade plan har precis blivit ännu billigare