Was ist Midrange-5G? C-Band erklärt


Sie haben vielleicht bemerkt, dass die Einführung von 5G viel komplizierter war als frühere Fortschritte in der Mobilfunktechnologie. Sicherlich haben wir in den Tagen der 3G- und 4G/LTE-Einführung keine Begriffe wie „Midband“, „C-Band“, „mmWave“ und „Sub-6GHz“ gehört, die herumgeworfen wurden.

Natürlich versprachen diese Technologien nicht, die drahtlose Kommunikation auf die gleiche Weise zu revolutionieren wie 5G. Man kann durchaus sagen, dass selbst der beste 4G/LTE-Dienst hauptsächlich auf die Nutzung durch Smartphones und Tablets beschränkt war. Im Gegensatz dazu entwickelt sich 5G bereits zu einem praktikablen Ersatz für private und geschäftliche Internetdienste.

Luftaufnahme der Stadt bei Sonnenuntergang, die die 5G- und Wi-Fi-Konnektivität zwischen Gebäuden veranschaulicht.
Mavenir

Schließlich kann 5G die hohen Geschwindigkeiten und geringeren Latenzzeiten liefern, die einst die ausschließliche Domäne teurer kabelgebundener Breitbandtarife waren. All diese Macht bringt jedoch ihre eigenen Herausforderungen mit sich.

Dazu gehört vor allem die Suche nach den besten Frequenzen für 5G-Funksignale. Der Äther wird nicht weniger überfüllt, und Netzbetreiber und Regulierungsbehörden müssen herausfinden, wo sie diese 5G-Signale platzieren müssen, damit sie nichts anderes stören.

Damit 5G sein Versprechen halten kann, muss es jedoch auch neue Wege im Funkspektrum gehen und Frequenzen verwenden, die noch nie zuvor Mobilfunkdienste übertragen haben.

Der Frequenzkompromiss

Bei der Arbeit mit Funkfrequenzen besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Frequenz, Geschwindigkeit und Reichweite. Höhere Frequenzen bieten mehr Bandbreite, was höhere Geschwindigkeiten bedeutet, aber sie können nicht annähernd so einen großen Bereich abdecken. Niedrigere Frequenzen breiten sich viel weiter aus und können sogar feste Objekte wie Wände viel effektiver durchdringen, aber sie sind vergleichsweise langsam.

Sie sind wahrscheinlich bereits mit diesem Konzept vertraut, wenn Sie jemals versucht haben, Ihren WLAN-Heimrouter zu optimieren. Das 2,4-GHz-Band bietet Ihnen eine bessere Reichweite bei niedrigeren Geschwindigkeiten, während das 5-GHz-Band höhere Geschwindigkeiten bei kürzerer Entfernung liefert. Es ist das gleiche Prinzip mit zellularen Frequenzen.

Zwei hohe zellulare Mikrowellen-Funktürme vor blauem Himmel.
Kabiur Rahman Riad / Unsplash

In Ihrem Zuhause kann dies gelöst werden, indem Sie Ihren Wi-Fi-Router an einen besseren Standort verlegen oder in ein Mesh-Wi-Fi-System investieren, um zusätzliche Abdeckung zu bieten. Mobilfunkanbieter müssen im Wesentlichen dasselbe tun; Die Verwendung höherer Frequenzen erfordert, dass sie mehr Türme bauen.

Da wir davon ausgehen, dass 5G deutlich schneller sein wird als die bisherigen Mobilfunkdienste, muss es auf höheren Frequenzen laufen als die älteren 3G- oder 4G/LTE-Dienste. Obwohl 5G einige Innovationen bietet, die es ihm ermöglichen, die vorhandene Bandbreite besser zu nutzen, ist es immer noch durch die Gesetze der Physik begrenzt, wie viele Daten es in eine bestimmte Frequenz packen kann.

Der Kampf um das Spektrum

Natürlich sind Mobilfunksignale nicht die einzigen Dinge, die den Äther verwenden. Sogar in Ihrem Zuhause arbeitet alles, von Ihrem Wi-Fi-Router bis zu Ihrem Garagentoröffner, im selben allgemeinen Funkfrequenzspektrum (RF). In der weiteren Welt gibt es Amateurfunkdienste, Luftfahrtausrüstung, Seefunk, GPS, meteorologische Ausrüstung und vieles mehr.

Damit sich all diese Dinge nicht gegenseitig stören, regelt die US Federal Communications Commission (FCC) durch Lizenzvereinbarungen, welche Frequenzen genutzt werden dürfen und wer sie nutzen darf.

Bevor 5G auf den Markt kam, lebten Mobilfunkdienste immer in der Zone von 600 MHz bis 2.300 MHz (2,3 GHz), hauptsächlich konzentriert um 800 MHz und 1,9 GHz. Die Netzbetreiber haben vor vielen Jahren Lizenzen für dieses Spektrum von der FCC erworben, und da neuere Technologien wie 3G und 4G/LTE in derselben Reichweite betrieben werden, war es selten erforderlich, neues Spektrum zu kaufen.

Das änderte sich alles, als 5G kam. Während der Betrieb von 5G auf diesen niedrigeren Frequenzen immer noch möglich ist, ist dies nicht das ideale Zuhause. Low-Band-5G bietet aus verschiedenen Gründen nur schrittweise Leistungssteigerungen gegenüber 4G/LTE. Um wirklich von dem zu profitieren, was 5G zu bieten hat, mussten die Netzbetreiber ein höherfrequentes Spektrum in die Hände bekommen.

Das Midband-Spektrum

Über den Frequenzen, die am häufigsten für Mobilfunkdienste verwendet werden, befindet sich das „Midband“- oder „Midrange“-Spektrum. Während dieser von 1 GHz bis 6 GHz reicht, wird das „5G-Mittelband“ im Bereich von 2,4 GHz bis 4 GHz betrachtet. Dies ist auch der Sweetspot für 5G. Es bietet die beste Balance zwischen Leistung und Reichweite; Es kann deutlich höhere Geschwindigkeiten als 4G/LTE liefern, ohne dass Netzbetreiber Hunderte von zusätzlichen Türmen installieren müssen.

Hier befindet sich das „C-Band-Spektrum“, von dem wir alle in letzter Zeit so viel gehört haben. „C-Band“ bezieht sich in diesem Fall auf das 3,7-3,98-GHz-Spektrum die die FCC Anfang 2021 versteigert hat.

Technisch gesehen werden die Frequenzen von 2–4 GHz jedoch als Teil des „S-Bands“ bezeichnet, während das C-Band von 4–8 GHz verläuft. Als die FCC nach einem Spektrum suchte, das für die 5G-Nutzung neu zugewiesen werden konnte, gelang es ihr, einen Teil von 3,7–4,2 GHz zu finden, der freigegeben werden konnte, und da dieser in das C-Band-Territorium überging, entschied sie sich dafür, diesen Namen zu verwenden den ganzen Spektrumblock.

Diagramm des 5G-Mittelbandspektrums, das von US-Netzbetreibern verwendet wird.
Jesse Hollington / Digitale Trends

Das 3,7-4,2-GHz-Band wurde ursprünglich für die Verwendung durch den festen Satellitendienst (FSS) zur Übertragung von Daten aus dem Weltraum zu erdgestützten Stationen zugewiesen. Da es mit dem 5,925-6,425-GHz-Band gekoppelt war, um Signale zurück in den Weltraum zu senden, war der gesamte Block als „konventionelles C-Band“ bekannt, da dort der Großteil der Signale lebte.

Die FCC konnte 280 MHz Spektrum in diesem Band herausschneiden – die 3,7-3,98-GHz-Frequenzen – zur Verwendung durch 5G-Betreiber. Dies wurde Teil der wegweisenden FCC-Auktion 2020–2021, bei der Verizon rekordverdächtige 45,4 Milliarden US-Dollar zahlte, um dieses wichtige neue Spektrum in die Hände zu bekommen.

Allerdings war Verizon damit nicht allein. AT&T verlor 23,4 Milliarden US-Dollar, und das Angebot von T-Mobile belief sich auf 9,3 Milliarden US-Dollar.

Der C-Band-Rollout

Nachdem sich der Staub auf der Frequenzauktion der FCC gelegt hatte, machten sich Verizon und AT&T schnell an die Arbeit und nutzten ihre neuen Frequenzen, um am 5. Dezember 2021 mit der Einführung zu beginnen.

Leider, Es kam zu Kontroversen, als die Federal Aviation Administration (FAA) und das US-Verkehrsministerium eine Verzögerung der Einführung forderten und warnten, dass die neuen Frequenzen gefährlich nahe am 4,2-4,4-GHz-Bereich liegen, der von Flugzeugradar-Höhenmessern verwendet wird. Nach einer Reihe von Verzögerungen drehten die beiden Netzbetreiber am 19. Januar 2022 den Schlüssel zu ihrem neuen Midband-Dienst und lieferten ihren Kunden endlich echte 5G-Geschwindigkeiten.

Verizon hat das neue C-Band in seinen 5G-Ultrabreitbanddienst integriert, der ursprünglich mit dem mmWave-Spektrum mit viel höherer Frequenz und kürzerer Reichweite eingeführt wurde. Das Ergebnis, so die Fluggesellschaft, sei, dass mehr als 100 Millionen Menschen mehr in mehr als 1.700 Städten abgedeckt würden.

AT&T hat einen langsamen, aber stetigen Ansatz gewählt und sein C-Band-Spektrum zunächst in nur sieben Städten eingeführt, mit Plänen, es schrittweise zu erweitern.

Allerdings hat AT&T seine Karten auch vorsichtiger gespielt. Während Verizon sein ganzes Geld in die 3,7–3,98-GHz-Auktion investierte, sicherte AT&T seine Wetten ab, indem es sich ein wenig des höherfrequenten Spektrums sicherte, sich aber zurückhielt, bis es in einer späteren Auktion einen weniger umstrittenen Teil ergattern konnte: 40-MHz-Spektrum im Bereich von 3,45–3,55 GHz.

Die Landschaft verändern

Die Einführung von 5G-Diensten auf dem neuen C-Band-Spektrum verändert bereits die 5G-Landschaft, indem sie dies ermöglicht alle drei Netzbetreiber bieten die Geschwindigkeiten, für die 5G geboren wurde.

Vor der C-Band-Einführung waren AT&T und Verizon festgefahren, indem sie ein niedrigeres Frequenzspektrum nutzten und dieses mit ihren 4G/LTE-Netzwerken unter Verwendung der Distributed Spread Spectrum (DSS)-Technologie teilten. Das Ergebnis waren 5G-Geschwindigkeiten, die kaum von 4G/LTE-Diensten zu unterscheiden waren.

T-Mobile war der einzige Anbieter, der die Nase vorn hatte. Dank seiner Fusion mit Sprint im Jahr 2020 hatte der Un-Carrier einen größeren Teil des 2,5-GHz-Spektrums in die Hände bekommen, der zuvor für die 4G/LTE-Dienste von Sprint genutzt wurde. Es hat diese Sprint-Türme schnell außer Betrieb genommen und dieses Spektrum für seinen Ultra Capacity 5G-Dienst wiederverwendet.

Infolgedessen erreichte T-Mobile mehr als 200 Millionen Kunden mit beeindruckenden 5G-Geschwindigkeiten, Monate bevor AT&T und Verizon überhaupt mit der Einführung des C-Bands beginnen konnten. Aus diesem Grund wurde T-Mobile in Bezug auf 5G-Leistung, -Abdeckung und -Zuverlässigkeit stets als Nummer eins eingestuft.

Diese Lücke hat sich jedoch in den letzten Monaten geschlossen, da Verizon und AT&T ihr neues C-Band-Spektrum sinnvoll genutzt haben. Obwohl T-Mobile bei der letztjährigen Auktion ebenfalls einen Teil dieses Spektrums erworben hat, nutzt es es, um sein bestehendes 2,5-GHz-Netz zu ergänzen, anstatt völlig neue Zellen einzurichten.

Während T-Mobile einen offensichtlichen Vorsprung hatte, könnten AT&T und Verizon einen entscheidenden Vorteil haben, indem sie ausschließlich die höheren C-Band-Frequenzen nutzen. Es wird nicht so bedeutend sein wie der Wechsel vom Low-Band zum C-Band, aber das 3,7–3,98-GHz-Spektrum sollte es beiden Carriern dennoch ermöglichen, noch höhere Geschwindigkeiten anzubieten, auch wenn dies bedeutet, dass sie dafür ein paar weitere Türme bauen müssen sorgen für eine optimale Abdeckung.

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