Sie haben wahrscheinlich gehört, dass 5G das Millimeterwellenspektrum verwendet, um seine Geschwindigkeit von 10 Gbit/s zu erreichen. Es verwendet aber auch das Low- und Mid-Band-Spektrum, genau wie 4G. Ohne alle drei Spektren wäre 5G nicht zuverlässig.
Was ist der Unterschied zwischen diesen Spektren? Warum übertragen sie Daten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und warum sind sie alle entscheidend für den Erfolg von 5G?
Inhaltsverzeichnis
Wie übertragen elektromagnetische Frequenzen Daten?
Bevor wir zu tief in Low-Band, Mid-Band und Millimeterwellen vordringen, müssen wir verstehen, wie die drahtlose Datenübertragung funktioniert. Andernfalls werden wir Schwierigkeiten haben, uns mit den Unterschieden zwischen diesen drei Spektren auseinanderzusetzen.
Radiowellen und Mikrowellen sind für das bloße Auge unsichtbar, aber sie sehen aus und verhalten sich wie Wellen in einem Wasserbecken. Wenn die Frequenz einer Welle zunimmt, wird der Abstand zwischen den einzelnen Wellen (die Wellenlänge) kürzer. Ihr Telefon misst die Wellenlänge, um Frequenzen zu identifizieren und die Daten zu „hören“, die eine Frequenz zu übertragen versucht.
Aber eine stabile, unveränderliche Frequenz kann nicht mit Ihrem Telefon „sprechen“. Es muss durch subtiles Erhöhen und Verringern der Frequenz moduliert werden. Ihr Telefon beobachtet diese winzigen Modulationen, indem es Wellenlängenänderungen misst und diese Messungen dann in Daten umwandelt.
Wenn es hilft, stellen Sie sich dies als kombinierten Binär- und Morsecode vor. Wenn Sie versuchen, Morsecode mit einer Taschenlampe zu übertragen, können Sie die Taschenlampe nicht einfach eingeschaltet lassen. Man muss es so „modulieren“, dass es als Sprache interpretiert werden kann.
5G funktioniert am besten mit allen drei Spektren
Die drahtlose Datenübertragung hat eine gravierende Einschränkung: Die Frequenz ist zu eng an die Bandbreite gebunden.
Wellen, die mit einer niedrigen Frequenz arbeiten, haben lange Wellenlängen, sodass die Modulationen im Schneckentempo erfolgen. Mit anderen Worten, sie „sprechen“ langsam, was zu einer geringen Bandbreite führt (langsames Internet).
Wie zu erwarten, „sprechen“ Wellen, die mit einer hohen Frequenz arbeiten, sehr schnell. Aber sie sind anfällig für Verzerrungen. Wenn ihnen etwas in die Quere kommt (Wände, Atmosphäre, Regen), kann Ihr Telefon Änderungen der Wellenlänge verlieren, was vergleichbar ist, als würde ein Stück Morsecode oder Binärcode fehlen. Aus diesem Grund kann eine unzuverlässige Verbindung zu einem Hochfrequenzband manchmal langsamer sein als eine gute Verbindung zu einem Niederfrequenzband
In der Vergangenheit mieden Träger das hochfrequente Millimeterwellenspektrum zugunsten von Mittelbandspektren, die mit mittlerer Geschwindigkeit „sprechen“. Aber wir brauchen 5G, um schneller und stabiler als 4G zu sein, deshalb verwenden 5G-Geräte so genanntes adaptive Strahlumschaltung um schnell zwischen den Frequenzbändern zu springen.
Adaptive Beam Switching macht 5G zu einem zuverlässigen Ersatz für 4G. Im Wesentlichen überwacht ein 5G-Telefon kontinuierlich seine Signalqualität, wenn es mit einem Hochfrequenzband (Millimeterwellen) verbunden ist, und hält Ausschau nach anderen zuverlässigen Signalen. Wenn das Telefon erkennt, dass seine Signalqualität unzuverlässig wird, springt es nahtlos auf ein neues Frequenzband um, bis eine schnellere und zuverlässigere Verbindung verfügbar ist. Dies verhindert Schluckauf beim Ansehen von Videos, Herunterladen von Apps oder Tätigen von Videoanrufen – und es macht 5G zuverlässiger als 4G, ohne die Geschwindigkeit zu beeinträchtigen.
Millimeterwelle: Schnell, neu und mit kurzer Reichweite
5G ist der erste Mobilfunkstandard, der das Millimeterwellenspektrum nutzt. Das Millimeterwellenspektrum arbeitet oberhalb des 24-GHz-Bands und eignet sich erwartungsgemäß hervorragend für die superschnelle Datenübertragung. Aber wie bereits erwähnt, ist das Millimeterwellenspektrum anfällig für Verzerrungen.
Stellen Sie sich das Millimeterwellenspektrum wie einen Laserstrahl vor: Es ist präzise und dicht, aber es kann nur einen kleinen Bereich abdecken. Außerdem kann es nicht mit vielen Störungen umgehen. Selbst ein kleines Hindernis, wie das Dach Ihres Autos oder eine Regenwolke, kann die Übertragung von Millimeterwellen behindern.
Auch deshalb adaptive Strahlumschaltung ist so entscheidend. In einer perfekten Welt ist Ihr 5G-fähiges Telefon immer mit einem Millimeterwellenspektrum verbunden. Aber diese ideale Welt würde eine Tonne von Millimeterwellentürmen brauchen, um die schlechte Abdeckung der Millimeterwellen auszugleichen. Mobilfunkanbieter werden möglicherweise nie das Geld ausgeben, um Millimeterwellentürme an jeder Straßenecke zu installieren. Daher stellt die adaptive Strahlumschaltung sicher, dass Ihr Telefon nicht jedes Mal ruckelt, wenn es von einer Millimeterwellenverbindung zu einer Mittelbandverbindung springt.
Derzeit sind nur die Bänder 24 und 28 GHz für die 5G-Nutzung lizenziert. Die FCC erwartet jedoch, bis Ende 2019 die 37-, 39- und 47-GHz-Bänder für die 5G-Nutzung zu versteigern (diese drei Bänder liegen höher im Spektrum, bieten also schnellere Verbindungen). Sobald hochfrequente Millimeterwellen für 5G lizenziert sind, wird die Technologie viel allgegenwärtiger.
Mid-Band (Sub-6): Anständige Geschwindigkeit und Abdeckung
Midband (auch Sub-6) genannt ist das praktischste Spektrum für die drahtlose Datenübertragung. Es arbeitet zwischen den 1- und 6-GHz-Frequenzen (2,5, 3,5 und 3,7-4,2 GHz). Wenn das Millimeterwellenspektrum wie ein Laser ist, dann ist das Mittelbandspektrum wie eine Taschenlampe. Es ist in der Lage, mit angemessenen Internetgeschwindigkeiten eine anständige Menge an Speicherplatz abzudecken. Darüber hinaus kann es sich durch die meisten Wände und Hindernisse bewegen.
Der größte Teil des Midband-Spektrums ist bereits für die drahtlose Datenübertragung lizenziert und natürlich wird 5G diese Bänder nutzen. 5G wird aber auch das 2,5-GHz-Band nutzen, das früher für Bildungssendungen reserviert war.
Das 2,5-GHz-Band liegt am unteren Ende des Mittelbandspektrums, was bedeutet, dass es eine breitere Abdeckung (und langsamere Geschwindigkeiten) hat als die Mittelbandbänder, die wir bereits für 4G verwenden. Es klingt widersinnig, aber die Industrie möchte, dass das 2,5-GHz-Band dafür sorgt, dass abgelegene Gebiete das Upgrade auf 5G bemerken und dass Gebiete mit extrem hohem Datenverkehr nicht in superlangsamen Low-Band-Spektren landen.
Low-Band: Langsameres Spektrum für abgelegene Gebiete
Seit der Einführung von 2G im Jahr 1991 verwenden wir das Niederbandspektrum zur Datenübertragung. Dies sind niederfrequente Funkwellen, die unterhalb der 1-GHz-Schwelle arbeiten (nämlich die 600, 800 und 900 MHz Bänder).
Da das Tiefbandspektrum aus niederfrequenten Wellen besteht, ist es praktisch unempfindlich gegenüber Verzerrungen – es hat eine große Reichweite und kann sich durch Wände bewegen. Aber, wie bereits erwähnt, führen langsame Frequenzen zu langsamen Datenübertragungsraten.
Im Idealfall landet Ihr Telefon nie auf einer Lowband-Verbindung. Es gibt jedoch einige verbundene Geräte, wie z. B. intelligente Glühbirnen, die keine Daten mit Gigabit-Raten übertragen müssen. Wenn ein Hersteller beschließt, intelligente 5G-Glühbirnen herzustellen (nützlich, wenn Ihr WLAN ausfällt), besteht eine gute Chance, dass sie im Low-Band-Spektrum arbeiten.
Quellen: FCC, RCR Wireless-Nachrichten, SIGNIANT