IEEE 802.11ad / Wireless Gigabit (WiGig)

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IEEE 802.11ad - Wireless Gigabit (WiGig) IEEE 802.11ad wird als Wireless Gigabit, kurz WiGig, bezeichnet und liegt seit 2012 als Standard vor. Es handelt sich dabei um eine Spezifikation für eine schnelle drahtlose Verbindung auf Basis von WLAN nach IEEE 802.11. Die typische Anwendung ist allerdings nicht die Vernetzung von Computern, sondern das Verbinden von digitalen Videosystemen oder auch Computer-Peripherie. Zum Beispiel zwischen einem Fernseher und einem Mediaplayer (DVD, Blu-ray) oder einem Computer und einem Drucker. So eine Art Wireless USB oder Wireless PCIe.
Was genau aus IEEE 802.11ad wird, das ist noch nicht so sicher. Angedacht ist ein Funknetz mit Übertragungsgeschwindigkeiten im Gigabit-Bereich. Um das zu erreichen wird auf Abwärtskompatibilität zu allen vorhergehenden WLAN-Standards verzichtet. Ebenso findet mit IEEE 802.11ad ein Frequenzwechsel auf 60 GHz statt. Hier sind auf mehreren 2 GHz breiten Kanälen jeweils bis zu 7 GBit/s brutto machbar.
Obwohl IEEE 802.11ad noch keine Marktbedeutung hat, sind schon einige Firmen dabei die Geschwindigkeit auf bis zu 20 GBit/s hochzutreiben.
Denkbar wäre auch, dass in Zukunft ein Funknetz auf Basis von IEEE 802.11ad mit weiteren Optimierungen und breiteren Kanälen bis zu 100 GBit/s Übertragungsrate haben kann.

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Was lernen Sie in diesem Kurs?

Wireless
WLAN
Funknetz

Themenkreis

Frequenzbereich, Übertragungsgeschwindigkeit und Reichweite

Da in den bisher für IEEE 802.11 genutzten Frequenzbereichen bei 2,4 und 5 GHz keine ausreichend große Bandbreite vorhanden ist, steht mit IEEE 802.11ad ein Frequenzwechsel auf 60 GHz an. Dort stehen, je nach nationaler Regulierung, 4 bis 7 GHz Gesamtbandbreite zur Verfügung. Auf einem von drei oder vier rund 2 GHz (z.B. 57,24 bis 59,40 GHz) breiten Funkkanälen wäre mit 64QAM bis zu 7 GBit/s brutto machbar.
Allerdings ist die Streckendämpfung für das Funksignal bei 60 GHz enorm. Bei dieser Frequenz erreicht die Absorption durch den atmosphärischen Sauerstoff rund 20 dB pro Kilometer (dB/km). Um genauer zu sein, der Sauerstoff erreicht hier sein Absorbationsmaximum. Bei 60 GHz zu funken bedeutet auf Reichweite zu verzichten.
IEEE 802.11ad kommt in diesem Frequenzbereich nicht mehr durch Decken und Wände. Eine optimale Übertragungsgeschwindigkeit ist nur im selben Zimmer möglich. Ein Vorteil ist, dass sich die von Nachbarn betriebenen WLANs auf den selben Funkkanälen nicht in die Quere kommen können.

Übertragungstechnik

Mit IEEE 802.11ad bricht das Standardisierungsgremium erstmals mit der Abwärtskompatibilität. Das hat Vorteile. So wurde das Zugriffsprotokoll optimiert. Deshalb hat IEEE 802.11ad ein deutlich besseres Brutto/Netto-Verhältnis bei der Übertragungsgeschwindigkeit als IEEE 802.11n oder 802.11ac.
Auch baut IEEE 802.11ad auf Beamforming. Dank der kurzen Wellenlängen bei 60 GHz weisen die Antennen nur wenige Millimeter Länge auf. Ein Antennen-Array, dass sich in seiner Richtwirkung steuern lässt, ist dann nicht größer als ein Briefmarke. Somit kompensiert die höhere Übertragungsrate die geringe Reichweite.
Dank der geringen Größe ist die MIMO-Technik (ohne räumliche Datenströme) mit bis zu 32 Antennen in einem Array denkbar. Die geringen Wellenlänge von 0,5 cm lassen sich wesentlich stärker fokussieren, als das bei 2,4 und 5 GHz (13 bzw. 6 cm) möglich ist.

Anwendungen

Dieser Standard kann Stationen nur über kurze Entfernungen, bis etwa 10 Meter und auch dann nur auf Sicht, mit hohen Datenraten verbinden. In den meisten Fällen nur innerhalb desselben Zimmers. Zum Beispiel um sich ein Kabel zwischen zwei Geräten zu sparen.
Typische Anwendungen sind Punkt-zu-Punkt-Verbindungen im Adhoc-Modus. Beispielsweise um HD-Videos vom Smartphone oder Notebook auf den Fernseher zu übertragen. Oder für schnelle drahtlose Verbindungen zwischen PC und Peripherie. IEEE 802.11ad ist also mit Ultrawideband-Techniken, wie Wireless HDMI und Wireless USB vergleichbar.

Durch die Kooperation mit anderen Arbeitsgruppen sollen PCIe, USB, HDMI (4K) und DisplayPort mit IEEE 802.11ad per Funk übertragen werden (wPCIE - Wireless PCI Express). Neben dem Einsatz als Patchkabel- oder Videokabel-Ersatz ist also auch eine drahtlose Docking-Station-Verbindung angedacht.

Interessant ist IEEE 802.11ad nicht nur wegen der höheren Geschwindigkeit auf kurzen Strecken, sondern die extrem kurzen Antennen, die auch in kleinen mobilen Geräten Platz finden. In dieser Sache wollen das Industriekonsortium Wi-Fi Alliance (WFA) und die WiGig Alliance zusammenarbeiten, damit die Endgeräte zwischen den unterschiedlichen Übertragungsarten wählen können. Allerdings brauchen die unterschiedlichen Frequenzbereiche eigene Elektronik und Antennen, was die Kosten für die Hardware und den Energieverbrauch nach oben treibt.

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