Was ist mmWave? High-Band 5G erklärt
Der weltweite Rollout der 5G-Technologie war wesentlich komplexer als die bisherigen Funkstandards. Da 5G ein beispielloses Leistungsniveau erfordert, müssen Netzbetreiber durch ein kniffliges Meer von Funkfrequenzen navigieren, um sicherzustellen, dass sie die bestmöglichen Geschwindigkeiten und Abdeckungen liefern können .
Ältere GSM-, 3G- und 4G/LTE-Technologien liefen in einem relativ schmalen Frequenzband, was den Netzbetreibern eine etwas eingeschränkte Auswahl beim Einsatz ihrer Netze ließ. Im Vergleich dazu deckt 5G das gesamte Spektrum ab, von Low-Band-600-MHz- bis zu extrem hohen 47-GHz-Frequenzen.
Das Ergebnis ist, dass 5G Netzbetreibern eine Fülle von Optionen bietet, wie sie ihre 5G-Netze am besten ausbauen können, sodass sie versuchen können, ein ideales Gleichgewicht zwischen Abdeckung und Leistung zu finden. Im Idealfall würde dies das beste 5G für alle bieten. In der realen Welt sind die Dinge jedoch erheblich komplizierter.
Was ist mmWave?
Am oberen Ende dieses Bereichs des 5G-Spektrums leben die mmWave- oder „Millimeterwellen“-Frequenzen, die von 24 GHz bis 47 GHz reichen. Technisch gesehen ist Millimeterwelle definiert als der Bereich extrem hoher Frequenzen (EHF) von 30 GHz bis 300 GHz, so genannt, weil dies die Frequenzen sind, bei denen Wellenlängen bis zu einem Millimeter kurz werden.
Wie beim C-Band-Spektrum hat die Federal Communications Commission (FCC) jedoch das untere Ende des mmWave-Bereichs in den USA neu definiert, um im oberen Bereich der Super High Frequency (SHF)-Zone zu beginnen, beginnend bei 24 GHz, überqueren in EHF auf dem Weg zu 47 GHz, was derzeit das obere Ende des für 5G zugewiesenen Spektrums ist.
Die FCC plant, irgendwann ein noch höheres mmWave-Spektrum zu lizenzieren – sie betrachtet den derzeit nicht lizenzierten Bereich von 57–64 GHz und die wenig genutzten Frequenzen von 71 GHz, 81 GHz und 92 GHz. Bis dahin dürfte es allerdings noch einige Jahre dauern, zumal Carrier das bereits vorhandene mmWave-Spektrum noch nicht voll ausschöpfen müssen.
Reichweite vs. Geschwindigkeit
Wie jeder weiß, der mit Heim-WLAN-Routern gearbeitet hat, bieten höhere Frequenzen mehr Bandbreite für höhere Geschwindigkeiten, aber dies geht zu Lasten der Reichweite und Abdeckung. Das 2,4-GHz-Signal Ihres Routers deckt wahrscheinlich Ihr gesamtes Zuhause ab, jedoch mit relativ geringen Geschwindigkeiten, während die 5-GHz-Frequenzen eine hervorragende Leistung für Spiele und Streaming bieten, es aber möglicherweise nicht bis in Ihren Keller oder Ihr Hinterzimmer schaffen.
So funktionieren die Gesetze der Physik, wenn es um Funkwellen geht. Höhere Frequenzen sind schneller, können sich aber nicht annähernd so weit ausbreiten wie die niedrigeren und langsameren Frequenzen.
Mobilfunkanbieter stehen bei der Bereitstellung starker und schneller Signale an ihre Kunden vor denselben Herausforderungen wie bei der Suche nach einem idealen Standort für Ihren Wi-Fi-Router. Nur müssen sich Spediteure in viel größerem Umfang damit auseinandersetzen.
Die Verwendung höherer Frequenzen ermöglicht es Netzbetreibern, schnellere Geschwindigkeiten zu liefern, aber der Kompromiss besteht darin, dass sie mehr Türme bauen und sie näher beieinander platzieren müssen, um die gleiche Abdeckung wie ein Signal mit niedrigerer Frequenz bereitzustellen.
Phänomenale kosmische Geschwindigkeiten, winzige Reichweite
Früher war das hochfrequente mmWave-5G-Band das, was viele für die Zukunft der 5G-Technologie hielten. Schließlich kann es lächerlich beeindruckende Geschwindigkeiten liefern, 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 es üblicher ist, Geräte im Bereich von 500 Mbit/s bis 1 Gbit/s zu finden . Allerdings sind selbst die langsamsten mmWave-Geschwindigkeiten 3- bis 4-mal schneller als die durchschnittliche 5G-Leistung, die bei Verwendung niedrigerer Frequenzen verfügbar ist.
Wie einige Träger schnell herausfanden, besteht das Problem darin, dass diese extrem hohen Frequenzen eine deprimierend kurze Reichweite haben; Ein einzelner mmWave-Transceiver bietet wahrscheinlich keine solide Abdeckung für etwas, das viel größer als ein Häuserblock 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 Mobilfunk verwendet werden.
Das bringt 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 finden Sie das EHF-Spektrum, das von Satellitenwettersystemen, militärischen Waffenradaren, Geschwindigkeitsradaren der Polizei und Sicherheitskontrollsystemen an Flughafenkontrollen verwendet wird.
Die mmWave-Landschaft
In Anbetracht dessen ist es nicht verwunderlich, dass die meisten Netzbetreiber nicht viel mit der mmWave-Technologie gemacht haben.
Unter den US-Carriern hat nur Verizon bei seinen frühen 5G-Bereitstellungen stark auf mmWave gesetzt . AT&T versuchte sich daran, während T-Mobile sich hauptsächlich von diesem Spektrum fernhielt.
Verizons Glücksspiel ermöglichte es ihm, schon früh erstaunlich schnelle 5G-Geschwindigkeiten zu erzielen. Ein Bericht von OpenSignal aus dem Jahr 2020 zeigte, dass Verizon einen massiven globalen Vorsprung hat, mit durchschnittlichen Download-Geschwindigkeiten, die mehr als doppelt so hoch sind wie der nächstnächste Rivale, das südkoreanische LG U+.
Der Trick bei diesen hohen Geschwindigkeiten war jedoch, dass Verizon das mmWave-Spektrum ausschließlich für sein 5G-Netzwerk nutzte. Der Netzbetreiber hatte keine langsameren Midband- oder Lowband-5G-Netzwerke, um seine Zahlen nach unten zu ziehen. Dies war das 5G Ultra Wideband Network von Verizon, wie es ursprünglich existierte. Es lief fast ausschließlich im 28-GHz-Spektrum.
Außerdem mussten die Geschwindigkeiten von Verizon mit 506 Mbit/s mit einem ziemlich großen Qualifikator versehen werden – sie standen 99 % der Kunden des Netzbetreibers nicht zur Verfügung. Die extrem kurze Reichweite von mmWave bedeutete, dass Verizon es nicht über einige große städtische Zentren hinaus eingesetzt hatte, und OpenSignal stellte fest, dass die Kunden von Verizon nur etwa 0,4 % der Zeit auf sein mmWave-5G-Netzwerk zugegriffen hatten. Diese Zahl verdoppelte sich bis 2021 auf 0,8 % , 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 wenigen Städten eingesetzt wurde. Später ließ es 1,2 Milliarden US-Dollar fallen, um einen beträchtlichen Teil des 39-GHz-Spektrums zu erwerben, das es seinen Kunden aktiver zur Verfügung stellt. AT&T nennt dies seinen 5G+-Dienst.
Technisch gesehen hat T-Mobile einige mmWave-Einsätze in einigen Städten, aber der Netzbetreiber spricht nicht viel darüber. T-Mobile hatte lange bevor seine Konkurrenten das begehrte C-Band-Spektrum in die Finger bekommen konnten, ein nettes Stück schnelles Midband-Spektrum zum Spielen, daher war mmWave für die Pläne des Netzbetreibers nicht annähernd so wichtig.
Vorteile von mmWave
Anstatt sein gesamtes 5G-Netzwerk auf mmWave zu stützen, wie es Verizon getan hat, hat sich AT&T darauf konzentriert, sein niederfrequentes 5G mit mmWave-Zellen in extrem dichten Bereichen wie Stadien und Flughäfen zu erweitern.
Dies nutzt einen der wichtigsten Vorteile von mmWave. Die extrem hohen Frequenzen bieten nicht nur eine höhere Bandbreite für einzelne Benutzer; All diese zusätzliche Bandbreite ermöglicht es auch, Staus viel effektiver zu bewältigen.
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 aufgestellt hat, um ein Fußballstadion abzudecken, kann es Tausende von Menschen, die an einem Spiel oder einer Veranstaltung teilnehmen , effizient mit leistungsstarkem 5G versorgen.
Genauso ist mmWave auf Flughäfen ideal, nicht nur wegen der hohen Anzahl von Passagieren, sondern auch, weil diese Frequenzen so weit von allem entfernt sind, was in der Luftfahrt verwendet wird, dass es keine Kontroversen um sie gibt .
T-Mobile hat auch leise gesagt, dass es den Ausbau von mmWave fortsetzen wird, wo es sinnvoll ist, aber im Gegensatz zu AT&T und Verizon plant es nicht, sein mmWave-Netzwerk zu differenzieren. T-Mobile-Kunden sehen kein „5G+“- oder „5G UW“-Symbol auf ihren Telefonen, wenn sie mit mmWave verbunden sind. Stattdessen erhalten die Leute bei T-Mobile 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 das meiste davon wahrscheinlich in absehbarer Zeit nicht zur Verfügung stehen wird.
Beispielsweise besitzen T-Mobile und Dish Lizenzen, die 99 % des 47-GHz-Spektrums ausmachen. Es ist unklar, was diese Netzbetreiber damit vorhaben, zumal 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 die 47-GHz-Frequenzen erreichen kann. Apples 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-Netzbetreibern verwendet; die anderen dienen der Kompatibilität mit mmWave 5G-Diensten weltweit.
Die Zukunft ist C-Band
So aufregend das mmWave-Spektrum in den ersten Tagen von 5G auch klang, die Netzbetreiber haben erkannt, dass hier nicht die Zukunft der 5G-Technologie liegt.
Verizon musste diese Lektion am härtesten lernen, mit einem frühen 5G-Netzwerk, das für 99 % seiner Kunden nicht existierte. Verizon folgte dem mit einem „Landesweiten 5G-Netzwerk“ mit niedrigerer Frequenz, das sich den Raum mit seinen 4G/LTE-Signalen teilte. Dies gab den Kunden die „5G“-Anzeige auf ihren Telefonen, lieferte aber im Allgemeinen Geschwindigkeiten, die nicht besser als 4G waren.
Erst als Verizon sein C-Band-Spektrum bereitstellen konnte, begann sich sein 5G-Vermögen wirklich zu ändern. Das war nicht allein Verizons Schuld; es musste zunächst 45 Milliarden US-Dollar für die Lizenzierung des C-Band-Spektrums aufwenden und dann gegen eine Luftfahrtindustrie ankämpfen , die befürchtete, dass dies Probleme mit Flugzeuginstrumenten verursachen würde .
Als Verizon Anfang 2022 endlich den Schlüssel für sein neues C-Band umdrehte, begannen jedoch viel mehr seiner Kunden, 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 seinen C-Band-Dienst schrittweise eingeführt hat, haben Kunden in den wenigen Städten, in denen dieser verfügbar ist, auch eine beeindruckende Steigerung ihrer 5G-Geschwindigkeiten festgestellt.
Sogar T-Mobile, das bereits über sein starkes 2,5-GHz-Ultra-Capacity-5G-Netz verfügt, plant, das höherfrequente C-Band-Spektrum zu nutzen, um seinen Kunden in den Bereichen, in denen mehr Kapazität benötigt wird, den notwendigen Schub zu geben.
Letztendlich besteht die Rolle von mmWave in der öffentlichen 5G-Technologie darin, bestehende Netzwerke zu erweitern, nicht sie zu ersetzen. Die enorme Kapazität des mmWave-Spektrums macht es ideal für die Bereitstellung zuverlässiger 5G in extrem dicht besiedelten Ballungszentren. Die kurze Reichweite bedeutet jedoch, dass es niemals in der Lage sein wird, alleine zu stehen. mmWave wird immer am besten geeignet sein, wenn es als „Power-up“ verwendet wird, um 5G in bestimmten Bereichen zu stärken.