IEEE-Websites platzieren Cookies auf Ihrem Gerät, um Ihnen die beste Benutzererfahrung zu bieten.Durch die Nutzung unserer Websites stimmen Sie der Platzierung dieser Cookies zu.Um mehr zu erfahren, lesen Sie unsere Datenschutzrichtlinie.Jenseits von 4G: Die Samsung-Ingenieure (von links) Wongsuk Choi, Daeryong Lee und Byunghwan Lee testen Mobilfunkgeräte der nächsten Generation in einem Labor in Suwon, Südkorea.Foto: DMC R&D Center, Samsung ElectronicsKleidung, Autos, Züge, Traktoren, Körpersensoren und Tracking-Tags.Bis zum Ende dieses Jahrzehnts, sagen Analysten, werden 50 Milliarden Dinge wie diese mit Mobilfunknetzen verbunden sein.Sie werden 1000-mal so viele Daten verbrauchen wie die heutigen mobilen Gadgets, und zwar 10- bis 100-mal so schnell, wie es bestehende Netzwerke unterstützen können.Während sich Netzbetreiber beeilen, 4G-Geräte auf den Markt zu bringen, beginnen Ingenieure bereits damit, eine fünfte Generation von Wireless-Standards zu definieren.Wie werden diese „5G“-Technologien aussehen?Es ist noch zu früh, um es genau zu wissen, aber Ingenieure von Samsung und der New York University sagen, dass sie auf einer vielversprechenden Lösung sind.Der in Südkorea ansässige Elektronikriese sorgte für Aufsehen, als er eine neue 5G-Beamforming-Antenne ankündigte, die mobile Daten schneller als 1 Gigabit pro Sekunde über Entfernungen von bis zu 2 Kilometern senden und empfangen kann.Obwohl das 5G-Label verfrüht ist, könnte die Technologie dazu beitragen, den Weg zu fortschrittlicheren mobilen Anwendungen und schnelleren Datenübertragungen zu ebnen.Die Technologie von Samsung ist attraktiv, weil sie für den Betrieb bei oder in der Nähe von „Millimeterwellen“-Frequenzen (3 bis 300 Gigahertz) ausgelegt ist.Mobilfunknetze haben immer niedrigere Frequenzbänder im Spektrum belegt, in denen Trägerwellen mit einer Länge von mehreren zehn Zentimetern (Hunderte von Megahertz) problemlos um Hindernisse herum und durch die Luft geleitet werden.Dieses begehrte Spektrum wird jedoch stark genutzt, was es den Betreibern erschwert, mehr davon zu erwerben.Inzwischen haben 4G-Netze fast die theoretische Grenze erreicht, wie viele Bits sie in eine bestimmte Menge an Spektrum quetschen können.Daher haben einige Ingenieure begonnen, sich nach höheren Frequenzen umzusehen, bei denen die Funknutzung geringer ist.Ingenieure von Samsung schätzen, dass staatliche Regulierungsbehörden bis zu 100 GHz Millimeterwellenspektrum für die mobile Kommunikation freigeben könnten – etwa das 200-fache dessen, was mobile Netzwerke heute verwenden.Diese Fülle an Spektrum würde Kanäle mit größerer Bandbreite und höhere Datengeschwindigkeiten ermöglichen.Drahtlose Produkte, die Millimeterwellen verwenden, gibt es bereits für feste Sichtverbindungsübertragungen.Und ein neuer WLAN-Standard für den Innenbereich namens WiGig wird bald Multigigabit-Datenübertragungen zwischen Geräten im selben Raum ermöglichen.Aber es gibt Gründe, warum Ingenieure Millimeterwellen für eine breitere Mobilfunkabdeckung lange vermieden haben.Zum einen durchdringen diese Wellen feste Materialien nicht sehr gut.Sie neigen auch dazu, über große Entfernungen mehr Energie zu verlieren als niedrigere Frequenzen, da sie leicht von Gasen, Regen und Laub absorbiert oder gestreut werden.Und weil eine einzelne Millimeterwellenantenne eine kleine Apertur hat, benötigt sie mehr Energie zum Senden und Empfangen von Daten, als für Mobilfunksysteme praktikabel ist.Die Ingenieure von Samsung sagen, dass ihre Technologie diese Herausforderungen überwinden kann, indem sie eine Reihe von mehreren Antennen verwendet, um die Funkenergie in einem schmalen, gerichteten Strahl zu konzentrieren und dadurch die Verstärkung zu erhöhen, ohne die Sendeleistung zu erhöhen.Solche strahlbildenden Arrays, die seit langem für Radar- und Weltraumkommunikation verwendet werden, werden jetzt auf vielfältigere Weise verwendet.Kymeta, ein Spin-off von Intellectual Ventures, entwickelt beispielsweise auf Metamaterialien basierende Arrays, um Hochgeschwindigkeits-Satellitenbreitband an abgelegene oder mobile Standorte wie Flugzeuge zu bringen.Der aktuelle Prototyp von Samsung ist ein streichholzschachtelgroßes Array aus 64 Antennenelementen, die mit speziell angefertigten Signalverarbeitungskomponenten verbunden sind.Durch dynamisches Variieren der Signalphase an jeder Antenne erzeugt dieser Transceiver einen Strahl von nur 10 Grad Breite, den er schnell in jede Richtung umschalten kann, als wäre er ein hyperaktiver Suchscheinwerfer.Um sich miteinander zu verbinden, würden eine Basisstation und ein Mobilfunkgerät kontinuierlich ihre Strahlen schwenken, um nach der stärksten Verbindung zu suchen und Hindernisse zu umgehen, indem sie Reflexionen ausnutzen.„Sender und Empfänger arbeiten zusammen, um den besten Strahlengang zu finden“, sagt Farooq Khan, der das Forschungs- und Entwicklungszentrum von Samsung in Dallas leitet.Khan und seine Kollegen Zhouyue Pi und Jianzhong Zhang reichten 2010 das erste Patent ein, das ein mobiles Millimeterwellen-Breitbandsystem beschreibt. Obwohl der in diesem Jahr vorgestellte Prototyp auf 28 GHz ausgelegt ist, sagen die Samsung-Ingenieure, dass ihr Ansatz auf die meisten Frequenzen angewendet werden könnte zwischen etwa 3 und 300 GHz.„Unsere Technologie ist nicht auf 28 GHz beschränkt“, sagt Pi.„Letztendlich hängt es von der Verfügbarkeit des Spektrums ab, wo es eingesetzt werden kann.“Bei Outdoor-Experimenten in der Nähe des Advanced Communications Lab von Samsung in Suwon, Südkorea, konnte ein Prototyp-Sender Daten mit mehr als 1 Gb/s an zwei Empfänger senden, die sich mit bis zu 8 Stundenkilometern bewegten – etwa so schnell wie ein schneller Joggen.Mit einer Sendeleistung, „die nicht höher ist als die derzeit in 4G-Basisstationen verwendete“, konnten die Geräte in Sichtweite eine Verbindung in einer Entfernung von bis zu 2 km herstellen, sagt Wonil Roh, Leiter des Suwon-Labors.Bei Verbindungen ohne Sichtverbindung schrumpfte die Reichweite auf etwa 200 bis 300 Meter.Theodore Rappaport, Wireless-Experte am Polytechnic Institute of NYU, hat ähnliche Ergebnisse für überfüllte städtische Räume in New York City und Austin, Texas, erzielt.Sein von Samsung finanziertes NYU Wireless-Labor arbeitet daran, die physikalischen Eigenschaften von Millimeterwellenkanälen zu charakterisieren.In kürzlich durchgeführten Experimenten simulierten er und seine Studenten strahlbildende Arrays mit megaphonartigen „Horn“-Antennen, um Signale zu steuern.Nach Messung der Pfadverluste zwischen zwei in verschiedenen Konfigurationen platzierten Horn-Transceivern kamen sie zu dem Schluss, dass eine Basisstation, die mit 28 oder 38 GHz arbeitet, eine konsistente Signalabdeckung bis zu etwa 200 Metern bieten könnte.Millimeterwellen-Transceiver sind möglicherweise kein sinnvoller Ersatz für aktuelle Mobilfunk-Basisstationen, die eine Reichweite von bis zu etwa einem Kilometer haben.Aber in Zukunft werden viele Basisstationen wahrscheinlich viel kleiner sein als heute, betont Rappaport.Netzbetreiber setzen bereits kompakte Basisstationen, sogenannte Small Cells, in Ballungszentren ein, um die Datenkapazität zu erweitern.Die Millimeterwellentechnologie könnte diese Kapazität nicht nur erweitern, sondern auch eine einfache, kostengünstige Alternative zu Backhaul-Kabeln bieten, die mobile Basisstationen mit den Kernnetzen der Betreiber verbinden.„Das Schöne an Millimeterwellen ist, dass es so viel Spektrum gibt, dass wir jetzt Systeme in Betracht ziehen können, die das Spektrum nicht nur zum Verbinden von Basisstationen mit Mobilgeräten, sondern auch zum Verbinden von Basisstationen mit anderen Basisstationen oder zurück zum Switch verwenden“, sagt Rappaport.„Wir können uns eine ganz neue Zellarchitektur vorstellen.“Andere Wireless-Experten bleiben skeptisch, dass Millimeterwellen für mobiles Breitband weit verbreitet sein können.„Das ist noch theoretisch;es muss bewiesen werden“, sagt Afif Osseiran, Master Researcher bei Ericsson und Projektkoordinator für Mobile and Wireless Communication Enablers for the Twenty-twenty Information Society (METIS).Das neu gegründete Konsortium aus europäischen Unternehmen und Universitäten arbeitet daran, bis Anfang 2015 die vielversprechendsten 5G-Lösungen zu identifizieren.Laut Osseiran erwägt METIS eine Vielzahl von Technologien, darunter neue Datencodierungs- und Modulationstechniken, besseres Interferenzmanagement, dicht geschichtete kleine Zellen, Multihop-Netzwerke und fortschrittliche Empfängerdesigns.Er betont, dass ein wesentliches Merkmal von 5G-Netzen die Nutzung vieler unterschiedlicher Systeme sein wird, die zusammenarbeiten müssen.„Die Millimeterwellentechnologie ist nur ein Teil eines größeren Kuchens“, sagt er.Dieser Artikel erschien ursprünglich in gedruckter Form als „The 5G Phone Future“.Erinnern Sie sich an die 5G-Flughafen-Kontroverse?So spielen sich solche Streitigkeiten abDie Fluggesellschaften und die Mobilfunkindustrie haben sich über die Möglichkeit gestritten, dass 5G-Übertragungen von Antennen wie dieser am Los Angeles International Airport die in Flugzeugen verwendeten Radar-Höhenmesser stören könnten.Sie haben zweifellos die beängstigenden Schlagzeilen gesehen: Wird 5G Flugzeuge zum Absturz bringen?Sie erschienen Ende letzten Jahres, nachdem die US-Luftfahrtbehörde Federal Aviation Administration davor gewarnt hatte, dass neue 5G-Dienste von AT&T und Verizon die Radar-Höhenmesser stören könnten, auf die sich Flugzeugpiloten verlassen, um sicher zu landen.Stimmt nicht, sagten AT&T und Verizon mit Unterstützung der US-amerikanischen Federal Communications Commission, die 5G autorisiert hatte.Die Höhenmesser sind sicher, sie werden gewartet.Flugreisende wussten nicht, was sie glauben sollten.Eine weitere kürzliche FCC-Entscheidung hatte ebenfalls eine Kontroverse über die öffentliche Sicherheit ausgelöst: die Genehmigung von Wi-Fi-Geräten in einem 6-Gigahertz-Frequenzband, das lange Zeit von Punkt-zu-Punkt-Mikrowellensystemen verwendet wurde, um sicherheitskritische Daten zu übertragen.Die Mikrowellenbetreiber sagten voraus, dass die Wi-Fi-Geräte ihre Systeme stören würden;die Wi-Fi-Interessen bestanden darauf, dass sie es nicht tun würden.(Als Anwalt habe ich einen Mikrowellen-Industriekonzern in dem darauffolgenden Rechtsstreit vertreten.)Ob ein neuer funkbasierter Dienst bestehende Dienste im gleichen Teil des Spektrums stört, scheint ein einfaches physikalisches Problem zu sein.Üblicherweise liefern die technischen Analysen der Gegenparteien jedoch unterschiedliche Ergebnisse.Meinungsverschiedenheiten unter den Ingenieuren machen dann den Weg frei, dass die öffentliche Sicherheit nur eines von mehreren konkurrierenden Interessen wird.Ich war mittendrin in solchen Auseinandersetzungen, deshalb wollte ich mitteilen, wie diese Probleme entstehen und wie sie gelöst werden.Nicht alle Funkfrequenzen sind gleich.Niedrigere Frequenzen breiten sich weiter aus und breiten sich besser durch Gebäude und Gelände aus.Höhere Frequenzen bieten die Bandbreite, um mehr Daten zu übertragen, und funktionieren gut mit kleineren Antennen.Jede funkbasierte Anwendung hat ihre eigenen Bedürfnisse und ihren eigenen spektralen Sweet Spot.Das geeignete Spektrum für mobile Daten – 4G, 5G, Wi-Fi, Bluetooth und viele andere – reicht von einigen hundert Megahertz bis zu einigen Gigahertz.Telefone, Tablets, Laptops, intelligente Lautsprecher, Wi-Fi-fähige Fernseher und andere Geräte, Internet-of-Things-Geräte, viele kommerzielle und industrielle Geräte – sie alle benötigen dieselben Frequenzen.Das Problem ist, dass dieser Bereich des Spektrums seit Jahrzehnten voll belegt ist.Wenn also ein neuer Dienst wie 5G erscheint oder ein älterer wie Wi-Fi Platz zum Erweitern benötigt, hat die FCC zwei Möglichkeiten.Für einen lizenzierten Dienst wie 5G löscht die FCC im Allgemeinen etablierte Nutzer von einer Reihe von Frequenzen – indem sie sie entweder auf andere Frequenzen in der Nähe umpackt oder sie in einen anderen Teil des Spektrums verlegt – und versteigert dann das freigewordene Spektrum an Anbieter der neuen Service.Um einen nicht lizenzierten Dienst wie Wi-Fi unterzubringen, überlagert die FCC die neuen Benutzer auf denselben Frequenzen wie die etablierten Betreiber, normalerweise mit geringerer Leistung.Die FCC versucht, technische Regeln für den neuen oder erweiterten Dienst zu schreiben, die die etablierten Betreiber weitgehend unberührt lassen.Es ist üblich, dass sich Neuankömmlinge darüber beschweren, dass von ihnen verursachte Interferenzen nicht ihre Schuld sind, und sie minderwertigen etablierten Empfängern zuschreiben, die unerwünschte Signale nicht ausfiltern können.Dieses Argument schlägt normalerweise fehl.Der Neuankömmling muss sich mit dem Spektrum und seinen Bewohnern so auseinandersetzen, wie er sie vorfindet.Die Strategien zur Erfüllung dieser Aufgabe variieren.Dieser Funkturm in der Nähe der Innenstadt von Los Angeles ist mit festen 6-GHz-Mikrowellenantennen geschmückt, die der örtlichen Polizei und Feuerwehr dienen.George Rose/Getty ImagesDer Kongress verbietet der FCC (und anderen Bundesbehörden), die regulatorischen Grundregeln zu ändern, ohne zuvor öffentliche Beiträge einzuholen und zu berücksichtigen.In technischen Fragen kommen diese Beiträge hauptsächlich von den betroffenen Branchen, nachdem die FCC ihre vorläufigen Pläne in einer Bekanntmachung über die vorgeschlagene Regelsetzung skizziert hat.Es folgt ein hin- und hergehender Austausch von schriftlichen Eingaben, die auf der Website der FCC veröffentlicht werden und normalerweise ein Jahr oder länger dauern.Normalerweise können die Parteien den FCC-Mitarbeitern und den fünf Kommissaren auch persönliche Präsentationen halten, wenn sie Zusammenfassungen ihrer Aussagen posten.Manchmal nutzen die Mitarbeiter diese Treffen, um mögliche Kompromisse zwischen den Parteien zu testen.All diese Offenheit und Transparenz hat eine große Ausnahme: Andere Bundesbehörden, wie die FAA, können Kommentare auf der Website der FCC einreichen und tun dies manchmal auch, aber sie haben auch einen Rückkanal, um private Mitteilungen zu übermitteln.Die Eingaben in einem Spektrumsverfahren machen im Allgemeinen zwei Arten von Punkten.Erstens legen sowohl die Neuankömmlinge als auch die etablierten Betreiber Daten vor, um die FCC mit der weit verbreiteten Nachfrage, der Bedeutung für die Wirtschaft und dem Nutzen ihrer jeweiligen Dienste bei der Förderung von Bildung, Sicherheit und anderen öffentlichen Vorteilen zu beeindrucken.Zweitens legen sowohl die Befürworter als auch die Gegner einer neuen Frequenznutzung ingenieurtechnische Studien und Simulationen vor, die teilweise Hunderte von Seiten umfassen.Wie vorauszusehen war, kommen die Studien der beiden Parteien zu gegensätzlichen Ergebnissen.Die Befürworter zeigen, dass die neuen Operationen keine schädlichen Auswirkungen auf die etablierten Betreiber haben werden, während die etablierten Betreiber demonstrieren, dass sie verheerende Eingriffe erleiden werden.Jede Partei antwortet mit Punkt-für-Punkt-Kritik an den Studien der anderen Seite und kann Gegenstudien durchführen, um weitere Beweise dafür zu liefern, dass die andere Seite falsch liegt.Wie entstehen solche alternativen Realitäten?Es liegt nicht daran, dass sie auf verschiedenen Versionen der Maxwell-Gleichungen basieren.Die Studien der beiden Seiten stimmen normalerweise nicht überein, weil sie mit unterschiedlichen Annahmen über die Sendereigenschaften des Neulings, die Empfängereigenschaften des etablierten Betreibers und die Geometrien und die Ausbreitung beginnen, die die Interaktion zwischen den beiden bestimmen.Kleine Änderungen an einigen dieser Faktoren können zu großen Änderungen in den Ergebnissen führen.Anstatt irgendetwas zu schlichten, heizen Experimente die Kontroverse nur an.Manchmal können die Parteien, die FCC oder eine andere Regierungsbehörde Hardwaretests im Labor oder im Feld durchführen, um den Grad der Interferenz und ihre Auswirkungen zu beurteilen.Anstatt jedoch irgendetwas zu schlichten, fügen diese Experimente der Kontroverse nur Treibstoff hinzu.Die Parteien sind sich uneins darüber, ob der Testaufbau realistisch war, ob die Daten richtig analysiert wurden und was die Ergebnisse für den realen Betrieb bedeuten.Als beispielsweise Luftfahrtinteressenten Tests durchführten, bei denen festgestellt wurde, dass 5G-Übertragungen Störungen bei Funkhöhenmessern verursachten, stellten Mobilfunkanbieter ihre Ergebnisse energisch in Frage.Im 6-GHz-WLAN-Verfahren, in dem es um theoretische Analysen und Simulationen ging, gab es dagegen keine Prüfung.Erschwerend kommt hinzu, dass die umstrittenen Studien und Tests Interferenzen nicht als binäres Ja/Nein, sondern als unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Interferenzgrade vorhersagen.Und die beteiligten Parteien sind sich oft uneins darüber, ob ein bestimmtes Maß an Interferenz harmlos ist oder zu einer Fehlfunktion des betroffenen Empfängers führt.Um eine Entscheidung zu Störungen zu treffen, muss sich die FCC durch ein mehrdimensionales Labyrinth widersprüchlicher Unsicherheiten bewegen.Hier sind einige konkrete Probleme, die diese allzu verbreitete Dynamik beleuchten.Diese allgegenwärtigen seitlich gerichteten Schüsseln auf Türmen und Gebäuden sind fest installierte Mikrowellenantennen.Seit den 1950er Jahren arbeiten solche Geräte zuverlässig.Das 6-GHz-Band, das heute verfügbare Mikrowellenband mit der niedrigsten Frequenz, ist das einzige, das 100-Kilometer-Hops ausführen kann, was es unverzichtbar macht.Neben mehr Fußgängernutzung trägt das Band sicherheitskritische Informationen: um Züge zu koordinieren, den Druck in Öl- und Gaspipelines zu kontrollieren, das Stromnetz auszugleichen, Wasserversorgungsunternehmen zu verwalten und Notrufe weiterzuleiten.Die roten Linien auf dieser Karte der 48 zusammenhängenden US-Bundesstaaten zeigen die Standorte bestehender 6-Gigahertz-Festnetz-Mikrowellenverbindungen, wie sie von Comsearch aufgezeichnet wurden, was Unternehmen hilft, Probleme mit Funkstörungen zu vermeiden.Diese Verbindungen verbinden Menschen in fast allen Bereichen, einschließlich weit vor der Küste im Golf von Mexiko, wo Bohrplattformen üblich sind. ComsearchAls die FCC vor vier Jahren vorschlug, Wi-Fi zum 6-GHz-Band hinzuzufügen, waren sich alle Seiten einig, dass die überwiegende Mehrheit der Wi-Fi-Geräte keine Probleme verursachen würde.Statistisch gesehen würden die meisten außerhalb der stark gerichteten Hauptstrahlen der Mikrowellenantennen oder auf der falschen Frequenz liegen oder durch Gebäude, Gelände und Bodenechos abgeschirmt sein.Der Streit konzentrierte sich auf den geringen Anteil an Geräten, die auf einer verwendeten Frequenz senden könnten, während sie sich in der Sichtlinie einer Mikrowellenantenne befinden.Die Wi-Fi-Befürworter prognostizierten knapp eine Milliarde Geräte, die zwischen 100.000 Mikrowellenempfängern betrieben werden.Die Gegner wiesen darauf hin, dass selbst ein sehr kleiner Bruchteil der vielen neuen Sender eine besorgniserregende Anzahl von Interferenzereignissen verursachen könnte.Um das Problem zu mildern, verabschiedete die FCC Regeln für ein automatisches Frequenzsteuerungssystem (AFC).Ein Wi-Fi-Gerät muss entweder seinen Standort an eine zentrale AFC-Datenbank melden, die ihm nicht störende Frequenzen für diesen Standort zuweist, oder in der Nähe und unter der Kontrolle eines AFC-geführten Geräts betrieben werden.Das AFC-System wird erst in ein oder zwei Jahren voll funktionsfähig sein, und es bestehen weiterhin Meinungsverschiedenheiten über die Einzelheiten seines späteren Betriebs.Umstrittener ist, dass die FCC auch Wi-Fi-Geräte ohne AFC autorisierte, die nach Belieben auf jeder 6-GHz-Frequenz von jedem geografischen Standort aus sendeten – aber nur in Innenräumen und mit nicht mehr als einem Viertel der maximalen AFC-gesteuerten Leistung.Die technischen Studien der Wi-Fi-Befürworter zeigten, dass die Dämpfung durch Gebäudewände Störungen verhindern würde.Die Studien der Mikrowellenbetreiber zeigten das Gegenteil: dass Störungen durch unkontrollierte Innengeräte praktisch sicher waren.Wie konnten Ingenieure mit denselben Gleichungen zu so unterschiedlichen Schlussfolgerungen kommen?Dies sind einige der Unterschiede zwischen ihren Analysen:Leistung des Wi-Fi-Geräts: Ein Wi-Fi-Gerät überträgt in kurzen Bursts, die im Durchschnitt etwa 1/250 der Zeit aktiv sind.Die Wi-Fi-Befürworter reduzierten die Leistung um einen ähnlichen Betrag und behandelten ein Gerät, das intermittierend mit beispielsweise 250 Milliwatt sendet, als würde es kontinuierlich mit 1 mW senden.Die Mikrowellenbetreiber argumentierten, dass Störungen nur auftreten können, während das Gerät tatsächlich sendet, und rechneten daher mit der vollen Leistung.Gebäudedämpfung: Ein 6-GHz-Signal wird durch Gebäudewände aus Beton und Thermofenster erheblich gedämpft, durch Holzwände weniger und durch Klarglasfenster praktisch nicht.Die Wi-Fi-Befürworter nahmen gewichtete Mittelwerte über mehrere Baumaterialien, um typische Wanddämpfungen zu berechnen.Die Mikrowellenbetreiber argumentierten, dass die Interferenz höchstwahrscheinlich von einem atypischen Wi-Fi-Gerät hinter einfachem Glas stammte, und sie rechneten entsprechend, wobei sie von einer minimalen Dämpfung ausgingen.Pfadverlust: Bei der Schätzung des Signalverlusts von einem Gebäude, in dem sich ein Wi-Fi-Gerät befindet, zu einer Mikrowellenempfangsantenne verwendeten die Wi-Fi-Befürworter ein Standard-Ausbreitungsmodell, das die Dämpfung durch andere Gebäude, Bodenechos und dergleichen berücksichtigt.Die Mikrowellenoperatoren waren am meisten besorgt über ein Gerät, das sich im Freien zwischen dem Gebäude und der Antenne befand, also verwendeten sie die Ausbreitung im freien Raum in ihren Berechnungen.Unter Verwendung ihrer bevorzugten Ausgangsannahmen bewiesen die Wi-Fi-Befürworter, dass Wi-Fi-Geräte in einem breiten Spektrum typischer Situationen kein Interferenzrisiko darstellen.Unter Verwendung anderer Annahmen bewiesen die Mikrowellenbetreiber, dass ein großes Risiko von Interferenzen durch einen kleinen Anteil von Wi-Fi-Geräten an atypischen Standorten besteht, und argumentierten, dass die Multiplikation dieses kleinen Anteils mit fast einer Milliarde Wi-Fi-Geräten Interferenzen praktisch sicher machte.Die Amerikaner wollen, dass ihre Smartphones und Tablets überall schnellen Internetzugang haben.Das braucht viel Spektrum.Der Kongress verabschiedete 2018 ein Gesetz, das die FCC aufforderte, mehr zu finden – und insbesondere 3,7 bis 4,2 GHz zu berücksichtigen, Teil des C-Bands, das seit den 1960er Jahren zum Empfang von Satellitensignalen verwendet wird.Die FCC hat das Band im Jahr 2020 aufgeteilt und 3,7 bis 3,98 GHz für mobile 5G-Daten zugewiesen.Anfang 2021 versteigerte es die neuen 5G-Frequenzen für 81 Milliarden US-Dollar, hauptsächlich an Verizon und AT&T.Die Auktionsgewinner sollten den Satellitenanbietern außerdem rund 13 Milliarden US-Dollar zahlen, um sie für die Kosten des Wechsels auf andere Frequenzen zu entschädigen.Ein nahe gelegenes Band bei 4,2 bis 4,4 GHz dient Radarhöhenmessern (auch Funkhöhenmesser genannt), Instrumenten, die einem Piloten oder einem automatischen Landesystem mitteilen, wie hoch sich das Flugzeug über dem Boden befindet.Der Höhenmesser funktioniert, indem er nach unten gerichtete Funkwellen aussendet, die vom Boden reflektiert und zu einem Empfänger im Gerät zurückgeleitet werden.Die Zeit für die Hin- und Rückfahrt gibt die Höhenmeter an.Große Flugzeuge betreiben aus Gründen der Redundanz zwei oder drei Höhenmesser gleichzeitig.Obwohl die Höhenmesser Frequenzen verwenden, die vom 5G-Band getrennt sind, können sie dennoch Störungen von 5G empfangen.Das liegt daran, dass jeder Sender, einschließlich derjenigen, die für 5G verwendet werden, unerwünschte Signale außerhalb der zugewiesenen Frequenzen aussendet.Jeder Empfänger reagiert ebenfalls empfindlich auf Signale außerhalb seines vorgesehenen Bereichs, einige mehr als andere.Störungen können auftreten, wenn Energie von einem 5G-Sender in den Empfindlichkeitsbereich des Empfängers in einem Höhenmesser fällt.Um Platz für neue 5G-Mobilfunkdienste zu machen, hat die Federal Communications Commission einen Teil des Funkspektrums neu zugewiesen.Diese Neuzuweisung führte zu 5G-Übertragungen, deren Frequenz nahe an einem Band liegt, das von Flugzeugradar-Höhenmessern verwendet wird.Die FCC regelt Außerbandemissionen von Sendern.Im Gegensatz dazu hat es nur wenige Regeln für den Außerbandempfang von Empfängern (obwohl es kürzlich eine Diskussion darüber eröffnet hat, ob diese erweitert werden sollen).Hersteller entwickeln Empfänger im Allgemeinen so, dass sie in ihren erwarteten Umgebungen zuverlässig funktionieren, was sie anfällig machen kann, wenn ein neuer Dienst in einem ehemals ruhigen Spektrum in der Nähe der Frequenzen erscheint, auf denen sie empfangen.Luftfahrtinteressen befürchteten dieses Ergebnis mit der Einführung von C-Band 5G, wobei einer die Möglichkeit eines „katastrophalen Aufpralls auf den Boden mit mehreren Todesfällen“ anführte.Die 5G-Anordnung der FCC wies Bedenken über Höhenmesserstörungen knapp zurück, forderte die Luftfahrtindustrie jedoch auf, die Angelegenheit weiter zu untersuchen.Die Industrie tat dies, erneuerte ihre Bedenken und forderte die Mobilfunkanbieter auf, 5G in der Nähe von Flughäfen nicht zu verwenden.Dies geschah jedoch, nachdem die Mobilfunkanbieter fast 100 Milliarden US-Dollar bereitgestellt und mit dem Bau von Einrichtungen begonnen hatten.Ähnlich wie im Fall von 6-GHz-WLAN gelangten die 5G-Anbieter und Luftfahrtinteressenten zu unterschiedlichen Vorhersagen über Störungen, indem sie von unterschiedlichen Annahmen ausgingen.Einige zentrale Bereiche der Meinungsverschiedenheit waren:5G-Out-of-Band-Emissionen: Die Luftfahrtinteressen gingen von höheren Werten aus als die Mobilfunkanbieter, die sagten, dass die Zahlen in der Luftfahrtstudie die FCC-Grenzwerte überschritten.Die FCC muss „im öffentlichen Interesse“ regulieren, aber die Kommissare müssen entscheiden, was das jeweils bedeutet.Off-Channel-Empfindlichkeit in Höhenmesserempfängern: Es werden verschiedene Marken und Modelle von Höhenmessern mit unterschiedlichen Empfängereigenschaften verwendet, was zu Meinungsverschiedenheiten darüber führt, welche in die Studien aufgenommen werden sollen.Höhenmesser im selben oder einem anderen Flugzeug in der Nähe.Auf einem geschäftigen Flughafen sind viele Höhenmesser in Betrieb.Mobilfunkanbieter sagten, diese würden 5G-Interferenzen überwältigen.Luftfahrtinteressen entgegneten, dass mehrere Höhenmesser in der Gegend die Interferenzspanne des anderen aufbrauchen und sie alle anfälliger für 5G machen würden.Nicken und Rollen von Flugzeugen: Luftfahrtinteressen argumentierten, dass die sich ändernden Winkel des Flugzeugs bei Annäherung an die Landebahn die Höhenmesserempfänger einem stärkeren 5G-Signal aussetzen könnten.Reflektivität des Bodens: Luftfahrtinteressen favorisierten eine Modellierung mit niedrigeren Reflektivitätswerten, die die empfangene Signalstärke am Höhenmesser verringern und damit seine Anfälligkeit für 5G-Störungen erhöhen.Die Fluggesellschaften haben die Einführung von 5G in der Nähe einiger Flughäfen vorübergehend ausgesetzt, und die Fluggesellschaften haben einige Flüge storniert und verschoben.Während dies geschrieben wird, bewertet die FAA potenziell betroffene Flugzeuge, Höhenmesser und Flughafensysteme.Höchstwahrscheinlich wird sich 5G durchsetzen.In dem äußerst unwahrscheinlichen Fall, dass sich die FAA und die FCC darauf einigen würden, dass C-Band 5G nicht sicher in der Nähe von Flughäfen betrieben werden kann, hätten die Mobilfunkanbieter vermutlich Anspruch auf eine teilweise Rückerstattung ihrer 81-Milliarden-Dollar-Auktionszahlungen.Diese Funktürme, die auf dem Black Mountain im kalifornischen Carmel Valley stehen, enthalten viele trommelähnliche Antennen, die für feste 6-Gigahertz-Mikrowellenverbindungen verwendet werden. ShutterstockKomplizierte Kompromisse einzugehen, war lange Zeit die Aufgabe der fünf FCC-Beauftragten.Sie sind politische Beauftragte, die vom Präsidenten nominiert und vom Senat bestätigt werden.Die vier jetzt im Amt (es gibt eine Vakanz) sind alle Rechtsanwälte.Es ist Jahrzehnte her, dass ein Kommissar einen technischen Hintergrund hatte.Die FCC beschäftigt hochqualifizierte Ingenieure, jedoch nur in beratender Funktion.Die Beauftragten sind nicht verpflichtet, ihren Rat anzunehmen.Der Kongress fordert die FCC auf, „im öffentlichen Interesse“ zu regulieren, aber die Kommissare müssen entscheiden, was das in jedem Fall bedeutet.Rechtlich können sie zu jedem Ergebnis kommen, das zumindest eine gewisse Unterstützung in den Eingaben hat, auch wenn andere Eingaben ein gegenteiliges Ergebnis stärker unterstützen.Eingaben bei der FCC sowohl in 6-GHz- als auch in 5G-Angelegenheiten brachten scharfe Meinungsverschiedenheiten darüber zum Ausdruck, wie viel Sicherheitsschutz das öffentliche Interesse erfordert.Um den 6-GHz-Mikrowellenbetrieb vollständig vor Interferenzen durch den kleinen Bruchteil von Wi-Fi-Geräten in der Sichtlinie der Mikrowellenempfänger zu schützen, wäre eine Verschlechterung des Wi-Fi-Dienstes für eine große Anzahl von Menschen erforderlich.In ähnlicher Weise kann es erforderlich sein, das C-Band 5G in einigen dicht besiedelten Gebieten auszuschalten, um jegliche Möglichkeit einer katastrophalen Fehlfunktion des Höhenmessers aufgrund von 5G-Interferenzen auszuschließen.Die Anordnungen, die 6-GHz-Wi-Fi und C-Band 5G genehmigten, gingen nicht so weit und behaupteten nicht, dass sie ein Nullrisiko erreicht hätten.Die Anordnung zu 5G besagte, dass Höhenmesser „allen gebotenen Schutz“ hätten.Im 6-GHz-Fall, bei dem ein Bundesberufungsgericht auf seine technische Expertise zurückgriff, sagte die FCC, sie habe „die Möglichkeit schädlicher Störungen auf das Minimum reduziert, das das öffentliche Interesse erfordert“.Diese Formulierungen machen deutlich, dass Sicherheit nur eines von mehreren Elementen im Mix der betrachteten öffentlichen Interessen ist.Die Kommissare müssen die Ziele der Minimierung des Risikos von Flugzeugabstürzen und Pipeline-Explosionen gegen die Forderung nach einem allgegenwärtigen Internetzugang und das Mandat des Kongresses, mehr Frequenzen umzuwidmen, abwägen.Am Ende stimmten die Kommissare den Behauptungen der Befürworter zu, dass das Risiko schädlicher Interferenzen durch 6-GHz-WLAN „unerheblich“ sei, wenn auch nicht Null, und ähnlich von 5G, nicht „wahrscheinlich … unter … vernünftigerweise vorhersehbaren Szenarien“ – Schlussfolgerungen die es ermöglichten, die neuen Dienstleistungen anzubieten.Die Leute glauben gerne, dass die Regierung die absolute Sicherheit ihrer Bürger über alles andere stellt.Die Regulierung ist jedoch, wie das Engineering, eine sich ständig verändernde Abfolge von Kompromissen.Die Beamten, die Geschwindigkeitsbegrenzungen auf Autobahnen festlegen, wissen, dass niedrigere Werte Leben retten, aber sie berücksichtigen auch den Wunsch der Autofahrer, rechtzeitig an ihr Ziel zu gelangen.So sollte es nicht verwundern, dass die FCC einen ähnlichen Spagat vollzieht.Dieser Artikel erscheint in der Printausgabe vom Juli 2022 als „Radio-Spectrum Turf Wars“.