Definition Was ist 802.11ad (WiGig)?

Der WLAN-Standard 802.11ad wird auch als WiGig bezeichnet und ermöglicht die drahtlose Kommunikation mit hohen Datenraten im Gigabit-Bereich. Im Vergleich zu anderen WLAN-Standards nutzt er nicht das 2,4- oder 5-GHz-Band, sondern arbeitet im 60-GHz-Bereich. Die Reichweite der Signale beträgt daher nur wenige Meter.

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Bei 802.11ad handelt es sich um einen WLAN-Standard für das unlizenzierte 60-GHz-Band. Er ermöglicht die Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von bis zu circa sieben Gigabit pro Sekunde, erzielt aber wesentlich geringere Reichweiten als beispielsweise die Standards 802.11ac oder 802.11ax, die bei niedrigeren Frequenzen wie 2,4 oder fünf Gigahertz arbeiten. Aus Frequenzsicht sind die Standards nicht miteinander kompatibel. Es gibt jedoch Tri-Band-Geräte, die alle drei Frequenzbereiche (2,4 GHz, 5 GHz, 60 GHz) unterstützen.

Da der Standard in großen Teilen in Kooperation der Wireless Gigabit Alliance und der Wi-Fi Alliance erarbeitet wurde, ist 802.11ad auch unter dem Namen WiGig bekannt. Die offizielle Veröffentlichung von IEEE 802.11ad fand im Jahr 2012 statt. Aufgrund der stärkeren Dämpfung der 60-GHz-Signale im Freiraum und durch Gegenstände oder Wände ist WiGig nicht für Multi-User-Netzwerke konzipiert, die sich über mehrere Räume erstrecken, sondern bietet Lösungen für breitbandige, drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über kurze Entfernungen.

Der Standard eignet sich beispielsweise für die drahtlose Übertragung hochauflösender 4k-Videosignale oder anderer Signale aus dem Home-Entertainment-Bereich. WiGig steht in direktem Wettbewerb zu Wireless-Protokollen und -Standards im Audio- und Videobereich wie bspw. Wireless HDMI (WHDMI). Eine Erweiterung des Standards stellt 802.11ay dar. 802.11ay erreicht theoretische Datenraten von maximal 20 bis 40 Gigabit pro Sekunde.

Technische Merkmale des WLAN-Standards 802.11ad

Aufgrund der Verwendung des 60-GHz-Bandes, das sich über einen Frequenzbereich von etwa 57 bis 66 Gigahertz erstreckt, stehen WiGig im Vergleich zu den 2,4- und 5-GHz-Bändern wesentlich breitere Kanäle zur Verfügung. Das 60-GHz-Band ist in vier Kanäle mit einer Bandbreite von jeweils 2,16 GHz unterteilt. WiGig kann damit auf eine Gesamtbandbreite von rund achteinhalb Gigahertz zugreifen.

Das Modulationsverfahren muss nicht ganz so ausgefeilt wie bei 802.11ax sein, um hohe Datenraten zu erreichen. 802.11ad verwendet das Single Carrier Orthogonal Frequency Division Multiplex (SC-OFDM) Verfahren. In Kombination mit Beamforming zur Ausrichtung der Abstrahlcharakteristik der Antennen erreicht 802.11ad Datenübertragungsraten von bis zu 6,76 Gigabit pro Sekunde.

Kurz zusammengefasst besitzt 802.11ad folgende technischen Key-Features:

• Datenübertragungsraten von bis zu 6,76 Gigabit pro Sekunde

• Nutzung des 60-GHz-Bandes (Wellenlängen im Millimeterbereich)

• vier Kanäle mit jeweils 2,16 GHz Bandbreite

• spezieller Energiesparmodus für batteriebetriebene Geräte

• Unterscheidung zweier Modi: High-Performance-Datenübertragung mit hoher Datenrate und robuste Datenübertragung mit geringerer Datenrate

• Verwendung von Single Carrier Orthogonal Frequency Division Multiplex (SC-OFDM) als Modulationsverfahren

• Beamforming zur Anpassung der Abstrahlcharakteristik der Antennen

• Verfügbarkeit von Tri-Band-Geräten mit Unterstützung des 2,4-, 5- und 60-GHz-Bandes

Anwendungsbereiche des WLAN-Standards 802.11ad

Ziel der Entwicklung des 802.11ad WLAN-Standards war es, drahtlose Übertragungsmöglichkeiten für Computer und deren Zubehör sowie für Geräte aus dem Bereich des Home Entertainments zu schaffen, die Kabelverbindungen überflüssig machen. Beispielsweise sollen Fernseher, Beamer, Monitore, Computer, Smartphones, Tablets und andere Geräte vom breitbandigen WLAN-Standard profitieren. Typische Anwendungen sind direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit großem Bandbreitebedarf ohne einen zwischengeschalteten Router, wie sie beispielsweise VR-Headsets (Virtual Reality), Docking-Stationen oder 4k-Videodevices benötigen. Der eigentliche Anwendungsbereich ist also nicht die Vernetzung von mehreren Rechnern untereinander, sondern die Ad-hoc-Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Computern und Peripheriegeräten. Es entsteht eine Art Wireless-USB- oder Wireless-PCIe-Schnittstelle.

Im Folgenden einige Beispielanwendungen für den WLAN-Standard 802.11ad:

• drahtlos arbeitende Displays

• drahtlose Übertragung von ultra hochauflösenden Videosignalen

• drahtlose PC-Interconnection für die schnelle Übertragung großer Datenmengen

• automatische Synchronsiationsverbindungen mit hohem Bandbreitebedarf zwischen Smartphones und PCs oder digitalen Kameras und PCs

• alle bisher kabelgebundenen Übertragungsanwendungen von Video- und Musiksignalen im Nahbereich unter zehn Meter

• drahtlose Monitorschnittstellen an PCs, Laptops, Smartphones und Tablets

• drahtlose Zuspielung der Video- und Audiosignale von einem Blu-ray-Player an einen Beamer oder Fernseher

• drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem PC und einem Netzwerkspeicher oder einem anderen Speichermedium

• lizenzfreie Richtfunkstrecken für geringe Reichweiten auf Basis von IEEE 802.11ad

Reichweitenaspekte des WLAN-Standards 802.11ad

Die Funkwellen mit den hohen Frequenzen des 60-GHz-Bandes werden in ihrer Ausbreitung wesentlich stärker gedämpft. Der atmosphärische Sauerstoff verursacht pro Kilometer eine Dämpfung von etwa 20 dB. Die maximal erzielbare Reichweite der Funksignale ist damit stark begrenzt. Decken und Wände dämpfen die Signale zusätzlich.

In der Regel ist die Kommunikation mit hoher Bandbreite zwischen 802.11ad-Sendern und -Empfängern nur im gleichen Raum und in einem Radius von maximal zehn Metern möglich. Es sollte zwischen den Geräten eine Sichtverbindung bestehen. Personen, die sich innerhalb der direkten Sichtverbindung befinden, sorgen ebenfalls für eine starke Beeinträchtigung der Funkübertragung. Bewegungen der Personen führen zu starken Durchsatzeinbrüchen.

Ein Vorteil der beschränkten Reichweite ist, dass benachbarte WLANs, die den gleichen Frequenzbereich verwenden, das eigene WLAN kaum stören. Es lassen sich innerhalb eines Gebäudes oder einer Wohnung problemlos zahlreiche 802.11ad-Funknetze ohne gegenseitige Beeinflussungen betreiben.

Abgrenzung von WiGig zu den anderen breitbandigen WLAN-Standards 802.11ac und 802.11ax

Wichtigster Unterschied zwischen 802.11ad und den WLAN-Standards 802.11ac und 802.11ax ist der verwendete Frequenzbereich. WiGig kann im 60-GHz-Band auf vier etwa zwei Gigahertz breite Übertragungskanäle zugreifen, während 802.11ac und 802.11ax in den 2,4- und 5-GHz-Bereichen nur maximale Kanalbandbreiten von 80 beziehungsweise 160 Megahertz zur Verfügung stehen.

Um in den niederfrequenteren Bändern dennoch hohe Datenraten zu erzielen, kommen im Vergleich zu 802.11ad ausgefeiltere Multiplex- und Modulationsverfahren wie OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) und 256-QAM oder 1024-QAM zum Einsatz. WiGig begnügt sich mit Single Carrier Orthogonal Frequency Division Multiplex (SC-OFDM). 802.11ac nutzt zudem die 8x8-MIMO-Technik, um vergleichbare Datenraten von 6.936 Megabit pro Sekunde zu erreichen. High Efficiency WLAN (802.11ax) kommt mit OFDMA und 1024-QAM auf bis zu 14 Gigabit pro Sekunde. Die Standardisierung von 802.11ax ist im Vergleich zu 802.11ad aber noch nicht abgeschlossen.

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