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Definition Was ist eine mmWave (Millimeterwelle)?

Elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge zwischen einem Millimeter und zehn Millimetern werden als Millimeterwellen (mmWave) bezeichnet. Sie liegen im Frequenzbereich von 30 bis 300 Gigahertz und erlauben hohe Datenraten. Die Reichweite der Millimeterwellen ist durch die hohe Freiraumdämpfung jedoch begrenzt. Zum Einsatz kommen Millimeterwellen beispielsweise im 5G-Mobilfunk oder im WLAN-Standard 802.11ad.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

Millimeterwelle ist die Bezeichnung für elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen zwischen einem und zehn Millimetern. Das entspricht dem Frequenzbereich von 30 bis 300 Gigahertz, der auch als EHF-Band (Extremely High Frequency) bezeichnet wird. Eine ebenfalls gebräuchliche Bezeichnung für Millimeterwelle ist mmWave.

Aufgrund der hohen Frequenzen lassen sich mit Millimeterwellen große Informationsinhalte in kurzer Zeit übertragen. Drahtlose digitale Kommunikationssysteme erzielen durch den Einsatz von Millimeterwellen hohe Datenraten im Multi-Gigabit-Bereich. Allerdings ist die Reichweite im Vergleich zu niederfrequenten, langwelligen elektromagnetischen Funksignalen deutlich kürzer. Das ist auf die hohe mmWave-Freiraumdämpfung und die schlechte Durchdringung von massiven Gegenständen oder Wänden zurückzuführen.

Typische Anwendungen für Millimeterwellen sind Radarsysteme, Bewegungsmelder, Abstandsmesser, Nacktscanner oder mobile Übertragungstechniken wie 802.11ad-WLAN und 5G-Mobilfunk.

Eigenschaften von Millimeterwellen

Millimeterwellen haben mit einer hohen atmosphärische Dämpfung zu kämpfen und erzielen relativ geringe Reichweiten. Regen, Schneefall oder die bloße Luftfeuchtigkeit können starken Einfluss auf die Ausbreitung der Wellen haben. Die Distanz zwischen dem mmWave-Sender und dem mmWave-Empfänger darf in der Regel maximal nur wenige hundert Meter betragen. Zudem sollte die Strecke frei von Hindernissen sein.

Gleichzeitig beeinflussen und stören sich aufgrund der räumlichen Begrenzung der Wellenausbreitung benachbarte Übertragungssysteme weniger. Die hohen Frequenzen der Millimeterwellen eignen sich für Datenraten bis in den Multi-Gigabit-Bereich. Die kurzen Wellenlängen und die gute Richtwirkung der Millimeterwellen machen sie für Anwendungen wie die Entfernungsmessung nutzbar. Sie bieten eine Auflösung bis in den Millimeterbereich. Die benötigte Antennentechnik lässt sich aufgrund der kurzen Wellenlängen sehr kompakt und klein halten.

Eine weitere Eigenschaft der Millimeterwellen ist, dass sie bestimmte Materialien wie dünne Kleidung oder Kunststoff gut durchdringen und von anderen Materialien wie Metall reflektiert oder von Körpern gestreut werden. Dies macht sie für den Einsatz in Körperscannern, auch Nacktscanner oder Body-Scanner genannt, geeignet.

Millimeterwellen im WLAN

WLAN nach den WLAN-Standards IEEE 802.11ad, auch als WiGig bezeichnet, und IEEE 802.11ay, WiGig 2.0, nutzt Millimeterwellen im Frequenzbereich von 60 Gigahertz. Die Reichweite der WLAN-Signale beträgt nur wenige Meter. Die Verwendung des unlizenzierten 60-GHz-Bands erlaubt Datenraten von bis zu circa sieben Gigabit pro Sekunde. Aus Frequenzsicht ist WiGig nicht mit WLAN nach 802.11ac oder 802.11ax, das die Frequenzbänder 2,4 oder fünf Gigahertz verwendet, kompatibel. Typische Einsatzbereiche von WiGig sind drahtlose breitbandige Point-to-Point-Connections über kurze Entfernungen wie beispielsweise für die Übertragung hochauflösender Videosignale.

Millimeterwellen im 5G-Mobilfunk

Die Mobilfunktechnik der fünften Generation (5G) kann neben niederfrequenten Funkbändern beispielsweise im Bereich von 700 MHz, 2 GHz oder 3,4 GHz auch das so genannte FR-Band nutzen. Es beginnt bei 24 Gigahertz und reicht in den Millimeterwellenbereich hinein. 5G mit mmWave Technik erreicht Datenraten im Multi-Gigabit-Bereich, erzielt aber nur geringe Reichweiten. Es ist eine hohe Dichte an Funkzellen notwendig. In Deutschland findet der Ausbau der 5G-Mobilfunknetze durch die Provider derzeit (Stand Mitte 2021) noch ohne mmWave-Technik statt.

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