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Superhohe Frequenzen könnten eines Tages Ihr mobiles Video liefern

Mobilfunkbetreiber möchten, dass städtische Nutzer glücklich sind, wenn sie mehr nach Daten dürsten, und ein Professor in New York denkt, dass er gefunden hat, wonach er sucht.

In überfüllten Städten sehr hohe Funkfrequenzen Die meisten Leute, die sich für den Einsatz in Zellennetzwerken abgeschrieben hatten, könnten Carriern dabei helfen, eine gefürchtete Bandbreitenverknappung für Jahre zu verhindern, so Ted Rappaport von der New York University. Das ist der Grund, warum Branchenforscher diese Woche zu einer Konferenz in Brooklyn gehen, um über Millimeterwellen-Funk zu sprechen, eine aufstrebende Technologie, die Frequenzen verwendet, die um ein Vielfaches höher sind als die heute für die Übertragung von Mobilfunkdaten verwendeten. Ausrüstungshersteller erkunden auch die Frequenzen und denken, dass sie der 5G-Technologie, die 2020 kommt, einen zusätzlichen Schub verleihen könnten.

Rappaport ist kein typischer Professor: Er hat zwei Zellular-Technologie-Unternehmen gegründet und verkauft und mehr als 100 veröffentlicht oder angemeldet Patente auf seinen Namen, nach NYU. Vor kurzem gingen er und seine Studenten auf die Straßen von New York, um Millimeterwellen-Mobilfunknetze zu testen und stellten fest, dass sie besser als erwartet funktionierten. Das sind gute Nachrichten, denn diese höheren Bänder haben eine Menge an Spektrum, das nur leicht genutzt wird und eines Tages die Verfügbarkeit von Frequenzen lindern kann.

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Wenn das Spektrum knirscht Dass Carrier Angst haben, wird Realität, sie wird wahrscheinlich zuerst in großen Städten ankommen, wo es oft Tausende von Menschen gibt, die gleichzeitig in demselben Gebiet Mobilfunknetze benutzen. Die Basisstationen, mit denen Mobiltelefone kommunizieren, haben eine begrenzte Kapazität, und je mehr Teilnehmer sie teilen, desto weniger Daten erhält jeder. Schließlich, während eine einfache E-Mail-Prüfung könnte gut funktionieren, könnte streaming HD-Video auf einem Tablet zu zögern.

Millimeterwellen-Wireless könnte dazu beitragen, dieses Problem auf mindestens ein paar Arten zu verzögern.

Man ist es zu machen einfacher für einen Träger, kleine Zellen für jene dicht besiedelten Gebiete aufzustellen. Kleine Zellen sind wie die bekannten großen Zellen auf Türmen, aber sie sitzen näher beieinander und bedienen weniger Territorium. Sie können mit den regulären Zellen zusammenarbeiten und mehr Leistung über das gleiche Spektrum liefern. Da sie kleiner sind und es mehr davon gibt, ist es schwieriger, diese Funkgeräte mit einem kabelgebundenen Netzwerk zu verbinden. Bei Millimeterwellen können diese Verbindungen bereits mit Punkt-zu-Punkt-Funkstrahlen erzeugt werden, was Trägern mehr Möglichkeiten gibt, wo kleine Zellen zu vernünftigen Kosten eingerichtet werden können.

Die andere Mission für Millimeterwellen-Funkgeräte wird ein etwas mehr R & D. Dabei werden die zusätzlichen Frequenzen in Smartphones und kleinen Zellen genutzt, um Daten über die Straßen der Stadt zu strahlen, auch wenn mobile Benutzer herumlaufen und herumfahren. Eine Art und Weise, in der Millimeterwellen-Netzwerke diese Arbeit ermöglichen, besteht darin, die Strahlen von den Seiten von Gebäuden und anderen Objekten, die in städtischen Gebieten reichlich vorhanden sind, wegzuprallen.

Die zelluläre Welt hat sich von diesen Frequenzen bisher weitgehend ferngehalten schwer, sie zu einem langen Weg zu machen, besonders wenn ein Ende der Verbindung ein bewegliches Ziel wie ein Smartphone ist. Die Wellen werden nicht durch Gebäude oder Autos gehen, wie die meisten zellularen Signale können. Die Fokussierung der Energie des Radios auf einen schmalen Strahl kann das Entfernungsproblem lösen, aber typischerweise erfordert dies genaues Zielen.

Rappaports Tests in New York legen nahe, dass Millimeterwellen-Netzwerke weiter reichen können, als wir bisher angenommen haben. Ausrüstungshersteller sind begeistert von diesen Ergebnissen, aber es wird viele Fragen auf der Konferenz geben. Forscher untersuchen eine Vielzahl von möglichen Millimeterwellenbändern, die von 28 GHz bis 72 GHz reichen. Um herauszufinden, wie weit Millimeterwellensignale wandern können, sind weitere Tests erforderlich. Die Verwendung dieser hohen Frequenzen könnte auch zu kürzeren Verzögerungen im Netzwerk führen, wodurch Sprachanrufe und Videos besser funktionieren würden, aber wie viel kürzer ist noch nicht klar.

Warum die Anstrengung machen? Denn Millimeterwellen bieten eine Reihe von Vorteilen, die die aktuellen Mobilfunkfrequenzen nicht erreichen können.

Erstens reduzieren sie die Interferenz, weil die Strahlen so schmal sind, dass kaum eine Möglichkeit besteht, in eine andere zu rennen. Zweitens gibt es in den heutigen Frequenzbändern nur noch wenige Frequenzen, die nutzbar gemacht werden können. In den Millimeterwellenbändern gibt es jedoch riesige Mengen von weitgehend ungenutztem Spektrum.

Die Mobilfunkindustrie in den USA und in vielen Teilen der Welt hat ihre Aufmerksamkeit bisher begrenzt zu Frequenzen unter 6GHz, NYUs Rappaport sagte. Wenn man weit über diese Schwelle hinaus in Bänder wie 28 GHz, 38 GHz, 60 GHz und 72 GHz schaut, werden breitere Bänder und fettere Kanäle mit mehr Spektrum für alle sichtbar.

"Es ist wirklich jungfräuliches Spektrum, sehr leicht verwendet", sagte Rappaport. Es gibt einen nicht lizenzierten Teil des 60-GHz-Bandes, in dem die WiGig- und WirelessHD-Technologien hauptsächlich für Videoverbindungen im Gerät und Andocken von Geräten verwendet werden. Andere Benutzer von Millimeterwellenbändern sind Punkt-zu-Punkt-Drahtlos-Backhaul- und Mikrowellen-Kommunikationssysteme, die manchmal dort verwendet werden, wo Fiber schwer zu installieren ist, beispielsweise über Flüsse hinweg. Aber einige Länder, die auf Mobilfunkknappheit schauen, einschließlich China und Südkorea, beginnen bereits, diese Bänder für den mobilen Gebrauch zu erforschen, sagte Rappaport.

Schlechte Durchdringung und andere Probleme machen diese hohen Frequenzen zu schwierig, ohne eine klare Linie zu verwenden Sehen, sagte Analyst Craig Mathias von Farpoint Research. Das ist gut für Backhaul, aber nicht für so genannte Zugangsnetze, die mit Telefonen sprechen.

"Hier gibt es enorme Kompromisse", sagte Mathias. "Ich persönlich sehe keine sehr gute Zukunft für die Zugriffsseite der Dinge." Mobile Netzwerke hätten durch die Integration von Wi-Fi viel Raum zum Wachsen, sagte er. "Wir haben reichlich Spektrum in dem vernünftigeren Ende der Welt, wo Signale sich etwas besser ausbreiten", sagte Mathias.

Aber eine neue Art von Antenne, plus eine wachsende Menge an Rechenleistung, wird immer größer Viele Leute interessieren sich für Millimeterwellen. Zu den Unternehmen, die an der Konferenz teilnehmen, gehören Ericsson, Nokia Solutions und Networks (NSN), AT & T und Intel.

Die meisten Frequenzen im Mobilfunkbereich haben Wellenlängen von wenigen Zentimetern, genau die richtige Größe für die von uns transportierten Handys Sagte Rappaport. Es ist möglich, Antennen herzustellen, die kleiner sind als die Wellenlängen selbst, aber das ist hart und teuer, so dass die meisten Antennen in Handys ein paar Zentimeter lang sind.

Millimeterwellen sind im Gegensatz dazu nicht länger als ein Fingernagel. Das macht es möglich, eine neue Art von Antenne zu bauen, oder eine Sammlung von Antennen, die genau ausgerichtet und schnell verschoben werden kann. Dieses sogenannte phasengesteuerte Array kann in verschiedene Richtungen zeigen, basierend auf der Ladung, die auf einen gegebenen Teil des Arrays angewendet wird. Solche Richtantennen, sowohl in Basisstationen als auch in Geräten, ermöglichen es ihnen, Signale weiter zu senden, wenn ein Benutzer reist. Darüber hinaus könne mehr als ein Signal auf das gleiche mobile Gerät gelenkt werden und noch mehr Daten liefern, sagte Rappaport.

Der NYU-Professor ist auf dem richtigen Weg, sagt Analyst Phil Marshall von Tolaga Research, der früher mit Rappaport zusammengearbeitet hat an der Universität von Virginia.

"Ihr Antennendesign ist, was der Schlüssel sein wird", sagte Marshall. "Wie effektiv kann man sehr schnelle Strahlformung sein?" Phased-Array-Antennen-Technologie ist seit Jahren verfügbar, aber für den mobilen Einsatz braucht es einen leistungsstarken Prozessor, um die Antennen so zu konfigurieren, dass sie aufeinander ausgerichtet bleiben, sagte Marshall .

Auf der Konferenz werden Anbieter und Forscher Noten vergleichen, um herauszufinden, wie viel sie aus Millimeterwellen herausholen können. Das ist nur der Anfang.

"Es gibt einige verfügbare, aber nicht annähernd ausreichende Ergebnisse in verschiedenen Umgebungen", sagte Lauri Oksanen, Vizepräsident für Forschung und Technologie bei NSN.

Oksanen hofft, dass Millimeterwellen-Netzwerke in der Lage sein werden um Telefone zu erreichen, die mindestens 100 Meter entfernt sind. Das ist ungefähr, wie weit entfernt Träger kleine LTE-Zellen platzieren, sagte er. Wenn die höheren Frequenzen die gleiche Reichweite bieten, können die Betreiber die Zukunftstechnologie an denselben Standorten hinzufügen. NSNs Ergebnisse legen nahe, dass Millimeterwellen-Zellsignale mindestens einige zehn Meter gehen können. Rappaport sagt, sein Team habe auf 200 Metern auf den Straßen von New York gute Ergebnisse erzielt.

Es ist auch nicht klar, wie schnell die neuen Wellenlängen in urbanen Schluchten aufsteigen werden. Es gibt bereits eine Phased-Array-Antenne auf dem Markt für Smartphones und Tablets, die von Silicon Image für WirelessHD hergestellt wurde. Wi-Fi-Netzwerke mit mehreren Antennen und Strahlformung, die seit einigen Jahren verfügbar sind, verwenden eine ähnliche Technologie. Die Entwicklung, die bereits in diese Systeme eingeflossen ist, sollte helfen, die Entwicklung von zellularen Systemen in den hohen Bändern zu füttern, sagte Rappaport.

Marktkräfte und Regulierung werden ebenfalls eine Rolle spielen. Die Carrier haben sich bereits dazu verpflichtet, LTE-Netzwerke in den nächsten Jahren zu implementieren, so dass sie wahrscheinlich warten werden, bis zumindest der nächste große Technologiesprung auf 5G, wahrscheinlich um 2020, stattfinden wird, so Rappaport. Regierungen werden auch ihre Regeln für die hohen Frequenzen ändern müssen, wahrscheinlich ein jahrelanger Prozess.

NSN, die Millimeterwellen-Backhaul-Technologie mit Partnern entwickelt, sagt, dass die Carrier an dieser Technologie interessiert sind und der Markt dafür vermutlich abheben, sobald sie große Mengen kleiner Zellen ausrollen. Aber die Zellen werden erst später mit den Telefonen über die höheren Frequenzen sprechen. NSN erwartet, dass 5G zuerst für konventionelle Mobilfunkfrequenzen und später für Millimeterwellen herauskommt.

"Für Kapazität und Unterstützung verschiedener Anwendungsfälle brauchen wir die Millimeterwellen-Lösung noch nicht bis 2020", sagte Oksanen. "Das wäre ein paar Jahre später."

Die Mobilfunkbänder unter 6 GHz werden sich eines Tages nicht plötzlich füllen, sagte Tolagas Marshall. Es wird nur noch teurer, das nächste bisschen Kapazität aus ihnen herauszuquetschen, bis es irgendwann billiger ist, Millimeterwellen zu verwenden. Wenn das passiert, könnte sich die NYU-Forschung als weitsichtig erweisen, sagte er.

"Unterschätzt Ted Rappaport nie", sagte Marshall. "Er ist ein ziemlich kluger Typ."