Der neue 60-GHz-Wi-Fi-Standard IEE802.11ad erlaubt Kurzstreckenverbindungen mit hoher Datenrate von bis zu 7 GBit/s und eignet sich dazu, PCs und Smartphones mit großen Bildschirmen zu verbinden.

Der neue 60-GHz-Wi-Fi-Standard IEE802.11ad erlaubt Kurzstreckenverbindungen mit hoher Datenrate von bis zu 7 GBit/s und eignet sich dazu, PCs und Smartphones mit großen Bildschirmen zu verbinden.Digi-Key

Die 60-GHz-Technologie, die bei neuen drahtlosen IEEE802.11ad-Gigabit-Systemen zum Einsatz kommt, bietet sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeiten, allerdings nur auf kurzen Distanzen und möglichst in Sichtverbindung, denn Hindernisse wie Beton und Mauerwerk dämpfen die Funksignale stark. Somit eignet sich die Technologie besser für kurze und schnelle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Eine erste Anwendung ist das Ersetzen des HDMI-Kabels, das High-Definition- und 3D-TV-Signale von der Set-Top-Box zum Großbild-TV überträgt.

Bereit für den Massenmarkt

Diese Technologie in einem Smartphone und anderen mobilen Geräten integrieren zu können, erhöht das Interesse am Markt, denn eine kabellose Übertragung von HD-Video auf einen TV-Bildschirm erscheint als eine vielversprechende Anwendung. All dies führt ABI-Research zur Prognose eines Marktes von über einer Milliarde Einheiten pro Jahr bis zum Jahr 2017.

Eck-Daten

Die neue IEEE802.11ad-Norm standardisiert weltweit den Einsatz von Gigabit-Funksystemen im 60-GHz-Band. Hersteller von Ultrabooks integrieren sie bereits und auch der Smartphone-Markt wird die Technik wohl nutzen. Für Entwickler gibt es eine Reihe vorgefertigter Module, die den Einsatz in eigenen Projekten vereinfachen.

Der 802.11ad-Standard wurde im Januar 2013 vereinbart. Im gleichen Zeitraum haben sich die beiden großen Allianzen „Gigabit Wi-Fi Alliance“ und „Wi-Fi Alliance“ zusammengeschlossen, um die Technologie gemeinsam zu entwickeln und zu fördern. Gerätehersteller planen eine Zertifizierung bis zum Ende des Jahres, wobei die Massenproduktion von Ultrabooks und Peripheriegeräten für das Mediastreaming bereits läuft. Über dreihundert Einzelunternehmen von Geräte- und Chiplieferanten, Dienstleistern und Systemintegratoren aus über 20 Ländern nahmen im Dezember 2012 an der Ratifizierung des Standards teil. Der Abschluss dieses Prozesses dauerte nur halb so lange, wie für Wi-Fi-Standards üblich.

Das nicht lizenzierte 60-GHz-Frequenztband variiert weltweit geringfügig.

Das nicht lizenzierte 60-GHz-Frequenztband variiert weltweit geringfügig.Digi-Key

Ein wichtiger Faktor ist die weltweite Verfügbarkeit des 60-GHz-Frequenzbandes, wenngleich es in einzelnen Ländern leicht variiert. Diese Gegebenheit erfordert eine flexiblere Architektur in den Geräten.

Neue Standards

Die Norm unterteilt das nichtlizenzierte 60-GHz-Band in vier Kanäle mit 2,16 GHz Bandbreite. Datenraten von bis zu 7 GBit/s sind über OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) und weitere Modulationsverfahren möglich. Auch eine einkanalige Version für den Energiesparbetrieb ist mit einer Datenrate von bis zu 4,6 GBit/s realisierbar.

Der 802.11ad-Standard gilt als nächster Wi-Fi-Entwicklungsschritt und 802.11ac-Nachfolger. Seine Verwendung in der Smartphone-Technologie wird weitgehend von Mediastreaming und Datenübertragung getrieben, etwa zwischen Smartphone und Flachbild-TV beim Betrachten eines HD-Videos. Der Einsatz von Wi-Gig/11ad in Smartphones wird seine breite Akzeptanz in weiteren Märkten etablieren und die Übernahme in vernetzte Heimgeräte vorantreiben. Letzteres erfolgt zunächst über externe Dongles, später durch Integration in Fernsehgerät und Set-Top-Box, Bluray-Player oder Spielekonsolen der nächsten Generation, wie Xbox 720 oder Playstation 4.

Eine von der Wi-Gig-Alliance entwickelte Version des 802.11ad spezifiziert auch die Anpassung der Antennenabstrahlungscharakteristik, die einen höheren Antennengewinn und eine bessere Richtwirkung erreicht. Mit solch einer Anpassung an die Umgebung lassen sich Datenrate und Verbindungszuverlässigkeit optimieren und Interferenzen verringern. Eine Wi-Gig-Variante ermöglicht Entwicklern über PALs (Protocol Adaption Layers, Protokollanpassungsschichten) Zugriff auf Displays mit HDMI- oder Displayport-Anschluss, sowie auf PCI-Express- und USB-Schnittstellen.

Der 802.11ad-Standard erweitert die Varianten 11b, 11a, 11g, 11n and 11ac und ist abwärtskompatibel.

Der 802.11ad-Standard erweitert die Varianten 11b, 11a, 11g, 11n and 11ac und ist abwärtskompatibel.Digi-Key

Drei in einem

Die israelische Firma Wilocity arbeitet eng zusammen mit Wi-Fi-Chipentwickler Qualcomm Atheros und veröffentlichte im Januar 2013 das erste Tri-Band-Referenzdesign, welches Wireless-Funktionen nach 802.11ac und 802.11ad auf einem einzigen Modul kombiniert. Das Unternehmen startete im Jahr 2007 mit Ingenieuren der Centrino-Gruppe von Intel und nutzt den 802.11ac-Wi-Fi-Chip VIVE von Qualcomm neben seinen eigenen 802.11ad-Wi-Gig-Wireless-Technologien. Das Referenzdesign unterstützt Triband-Wi-Fi und erlaubt Benutzern die Verbindung von 60-GHz-fähigen Geräten, Docks, Displays und Speichern bei Multi-Gigabit-Datenraten, während die unternehmensweite oder wohnbereichsweite Abdeckung mit 2,4- und 5-GHz-Wi-Fi erhalten bleibt.

Die Netzwerkkarte ist in der Bauform NGFF (Next Generation Form Factor) sowie HMC (Half Mini Card) verfügbar. Das Betriebssystem sieht die Karte als PCI-Express-Schnittstelle und benötigt damit keinen speziellen Treiber – eine deutliche Vereinfachung für die Integration.

Eine 60-GHz-PCI-Express-Minikarte für den Einsatz in Ultrabooks.

Eine 60-GHz-PCI-Express-Minikarte für den Einsatz in Ultrabooks.Digi-Key

Das chip-produzierende Unternehmen Peraso Technologies in Toronto (Kanada), will bei Massenproduktion für ihre 60-GHz-Transceiver mit geringer Leistungsaufnahme Herstellungskosten von fünf US-Dollar erreichen. Die 7 x 7 x 0,6 mm3 große Komponente mit integrierten Antennen hat eine Sendeleistung von 310 mW und eine Empfangsleistung von 270 mW, so dass es sich für tragbare Geräte eignet.

Grenzen der Signalverarbeitung

Die britische Firma Blu Wireless Technology aus Bristol hat ebenfalls ihr 60-GHz-Entwicklungsteam erweitert. Daraus hervorgegangen sind eine System-IP für das 60-GHz-Band und mehrere wichtige Vertragsabschlüsse für die Verwendung des Hydra-Prozessors (Hybrid Defined Radio Architektur) mit Parallel-Baseband-Technologie. Das Unternehmen hat 15 Patente angemeldet und konzentriert sich auf Chips für drahtlose Kurzstreckenvideoverbindungen mit sehr hoher Datenrate, geeignet für mobiles Gaming, Wireless HDMI oder Wi-Fi-Displays.

Blu Wireless Technology setzt auch auf Wireless-Backhaul-Lösungen höherer Bandbreite, wie sie bei 4G/LTE-Mobiltelefonnetzen mit der gleichen IP erforderlich ist – und dies entwickelt sich schnell zu einem beliebten Gebiet.

Der deutsche Chiphersteller Infineon Technologies liefert bereits Muster seiner 60-GHz-Chipsätze BGTx0 für die neuesten Mikrowellen-Gigabit-Backhaul-Systeme an die Firma Sub10 Systems in Devon (Großbritannien). Die Transceiver-Familie bietet ein vollständiges HF-Frontend für die drahtlose Kommunikation von Wireless-Backhaul-Verbindungen und unterstützen in den Frequenzbändern 57 bis 64 GHz, 71 bis 76 GHz und 81 bis 86 GHz eine Datenrate von mehr als 1 GBit/s mit Verbindungsreichweiten von etwa 2,5 km. Der Chipsatz ging im Frühjahr 2014 in die Serienfertigung. Die Integration von zehn diskreten Komponenten in einer Baugruppe vereinfacht das Systemdesign, verringert den Stromverbrauch und entlastet nebenbei die Produktionslogistik.

High-Speed-Wi-Fi im Aufschwung

Nach vielen Jahren Entwicklung, Fehlstarts und gescheiterten Projekten, etabliert sich die 60-GHz-Technologie nun im Ultra-Breitband (UWB, Ultra Wideband), was sich auch in einer zunehmende Verfügbarkeit von Komponenten für Verbraucher und Wireless-Backhaul-Anwendungen auf dem Markt äußert. Der einheitlich globale IEEE802.11ad-Standard und eine industrielle Marketinggruppe innerhalb der Wi-Fi-Alliance bieten nun eine standardbasierte Unterstützung für Großkunden und Chiphersteller.

Die Technik hat gezeigt, dass sie funktioniert und findet bereits ihren Einsatz in Ultrabooks. Der Einzug in Smartphones wird länger dauern und erfordert mehr Softwareentwicklung und mehr Fokus auf den Energieverbrauch. Die Aussicht, den Bildschirminhalt eines Mobiltelefons auf einem großen Fernseher darzustellen, überzeugt und motiviert aber viele Gerätehersteller. Wie auch bei der Entwicklung vom 2,4-GHz-Wi-Fi in den zukunftsweisenden Anwendungen, wird die starke Nachfrage die Herstellungskosten von 60-GHz-Wi-Fi-Komponenten senken und diese für andere Verbraucheranwendungen attraktiver machen.

Mit Herstellungskosten um die fünf US-Dollar, eröffnet sich für Hochgeschwindigkeits-Drahtlosverbindungen mit kurzer Reichweite eine breite Palette von Verbraucher- und Industrieanwendungen.