Die Nutzung des 5G-Frequenzspektrums fällt in drei große Bereiche mit jeweils unterschiedlichen Merkmalen, die die Abdeckung und die Einführungsstrategien beeinflussen können. [...]
Während die 5G-Technologie enorme Verbesserungen gegenüber den lizenzierten drahtlosen Netzwerken der vorherigen Generation bietet, kommt ein Großteil des Anstoßes, 5G in neue Frequenzbereiche zu drängen, nach Ansicht von Experten aus der altmodischen Physik.
Es kann schwierig sein, genau festzulegen, welche Frequenzen die 5G-Technologie nutzen wird, zum Teil deshalb, weil sie von Land zu Land und sogar von Träger zu Träger stark variiert. Es gibt jedoch drei Hauptgruppierungen, in die die meisten 5G-Frequenzen passen werden.
Das untere Ende: 650MHz bis 1GHz
Niedrigere Frequenzen – von ca. 650 MHz auf der untersten Stufe bis zu ca. 1 GHz – werden von Mobilfunkunternehmen, die 5G einsetzen, besonders geschätzt. Signale in diesem Bereich breiten sich über relativ große Entfernungen aus, was bedeutet, dass Dienstanbieter mit einem einzigen Zugangspunkt ein riesiges Gebiet abdecken können.
Allerdings gibt es laut Gartner-Analyst Bill Ray im unteren Bereich des RF-Spektrums einen ernsthaften Begrenzungsfaktor für die 5G-Nutzung.
„[Dies] sind sehr beliebte Frequenzen“, sagte er. „Und das Militär und die Fernsehsender besitzen immer noch viele davon.“
Das ist ein Problem, denn während die Kanalkapazität am unteren Ende die gleiche ist wie bei höheren Frequenzen – d.h. ein 5MHz-breiter Kanal im 850MHz-Bereich bietet den gleichen Durchsatz wie ein 5MHz-breiter Kanal im 2,6GHz-Bereich – bedeutet der Mangel an verfügbarem Spektrum, dass es einfach nicht genügend Kanäle gibt, um die hohen Verbindungsgeschwindigkeiten bereitzustellen, für die 5G wirbt.
Um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, verwendet 5G breitere Kanäle. „Bei 3G war die Standardübertragung 5MHz breit“, fügte Ray hinzu. „Bei 5G sprechen wir über Schlitze mit einer Breite von 100 MHz, so dass Ihre Übertragung [Kanal] von 2,4 bis 2,5 GHz laufen kann“.
Die Mitte: Unter 6GHz und der Frequenzrausch
Ein Großteil der Leistungs- und Effizienzsteigerungen, die durch die 5G-Technologie versprochen werden, beruhen auf Teilen des Frequenzspektrums, die nahe am Wi-Fi liegen – der „Sub-6GHz“-Bereich zwischen 2,4GHz und 6GHz, womit Diensteanbieter, die es gewohnt sind, auf dem drahtlosen Frequenzspektrum etwas niedriger zu spielen, einen anderen Weg einschlagen.
„Der Sub-6GHz-Bereich ist ein neues Spektrum für sie“, sagte Patrick Filkins, ein leitender Forschungsanalyst beim IDC. „Es bedeutet größere Kanäle und Latenzverbesserungen.“
Ein zusätzliches Problem besteht darin, dass in diesem Frequenzband freie Frequenzen zur Verfügung stehen, insbesondere im CBRS/GAA-Spektrum (Broadband Radio Service/Allgemeiner Autorisierter Zugang für Bürger) zwischen 3,5 GHz und 3,7 GHz. Für dieses Spektrum wird ein System des vorrangigen Zugangs verwendet, wobei die etablierten Betreiber – insbesondere die US-Marine und Satellitenbodenstationen – die ersten Zugriffsrechte erhalten, aber andere können die Frequenzen überall dort nutzen, wo sie diese etablierten Betreiber nicht stören. Selbstverständlich sind die spektrumhungrigen Träger auch daran interessiert.
In dem Maße, in dem die einzelnen Carrier ihre eigenen Teile dieses wertvollen Spektrums herausschneiden, wird sich die 5G-Abdeckung weiter ausdehnen, und ihre Vorteile gegenüber Wi-Fi werden in einem bestimmten Aspekt deutlicher werden. Das 5G-Spektrum wird auf einen Lizenznehmer je geographisches Gebiet aufgeteilt, während Wi-Fi keine solche Exklusivität bietet; jeder kann es überall nutzen, wodurch die Voraussetzungen für überlappende Signale und Interferenzen geschaffen werden.
„Die Art und Weise, wie das Mobilfunksystem eingesetzt wird, ist sehr deterministisch – einer der großen Vorteile gegenüber Wi-Fi ist, dass es in der Lage ist, das Interferenzproblem zu überwinden, für das Wi-Fi noch keine gute Lösung hat“, erklärte Filkins.
Die hohe Spitze: Millimeter-Welle
Trotz aller Optimierung und Raffinesse benötigt 5G immer noch sehr viel Bandbreite, um seine Versprechungen hinsichtlich des Durchsatzes im Gigabit-Bereich einzulösen. Und trotz des aggressiven Strebens der Wireless-Industrie nach Bandbreite in niedrigeren Frequenzen gibt es einfach nicht genug verfügbaren Platz in den wünschenswerteren Bereichen unter 6 GHz und 1 GHz.
Treten Sie in die Millimeterwellentechnologie ein, die im Bereich zwischen 24 GHz und 60 GHz arbeitet, je nachdem, mit welchem Experten Sie sprechen und um welche Technologie es sich handelt. Diese besonders hochfrequenten Bänder ermöglichen besonders breite Übertragungskanäle, die diese blitzschnellen Verbindungsgeschwindigkeiten ermöglichen, aber es gibt eine Reihe von Nachteilen.
„Das einzig Gute an den [Millimeterwellen-]Frequenzen“, sagte Ray, „ist, dass sie leer sind, also viel Platz vorhanden ist“.
Zum einen breiten sich Signale im Millimeterwellenbereich dank der grundlegenden Physik im Vergleich zu denen in den unteren Bereichen des HF-Spektrums einfach nicht sehr weit aus, und sie durchdringen keine festen Objekte wie Wände und Fenster. Das bedeutet, dass die Abdeckung eines bestimmten Bereichs, selbst innerhalb eines einzelnen Gebäudes, den Einsatz von vielen und vielen Zugangspunkten erfordert.
„Es ist noch nicht bereit für den Einsatz in Unternehmen“, sagte Filkins. „Im Moment heißt es, es sei nicht robust, aber es ist vielversprechend.“
Die Millimeterwellen-Technologie gibt es seit mindestens einem Jahrzehnt. In der lizenzfreien drahtlosen Welt gibt es seit langem den Standard 802.11ad, der im Wesentlichen auf Wi-Fi mit Millimeterwellenfrequenzen beruht. Sowohl Qualcomm als auch Huawei stellen Geräte her, die in diesem Bereich arbeiten, aber die Grenzen dieser Technologie in Verbindung mit der anhaltenden Dürre bei den Endpunkten, die sie tatsächlich nutzen können, bedeuten, dass sie auf der Strecke geblieben ist.
Das wird natürlich nicht ewig der Fall sein. Die Trends bei der Nachfrage nach drahtloser Bandbreite deuten darauf hin, dass es einen so großen Bedarf an Frequenzen geben wird, dass Millimeterwellen erforderlich sein werden, um damit fertig zu werden.
„Der Rest der Welt wird [Millimeterwellen] irgendwann nutzen, nur nutzen sie es jetzt noch nicht“, so Ray.
Im Moment jedoch – vor allem angesichts der Tatsache, dass das Hinzufügen von millimeterwellenfähigen Antennen und Modems zu Mobiltelefonen und Laptops deren Stückkosten laut Ray um satte 20 Dollar in die Höhe treibt – wird Millimeterwellen eine Technologie der Zukunft bleiben.
*Jon Gold deckt IoT und drahtlose Netzwerke für Network World ab.
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