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Die wichtigsten Spezifikationen sind Reichweite, Datenrate und Stromverbrauch: Ausgabe 13/2018, 16.08.2018

5G oder doch lieber .11ax?

Warum verfügen eigentlich Smartphones typischerweise über drei Frequenzbänder (LTE, Wi-Fi und Bluetooth) und Tablets oder Notebooks nur über zwei (Wi-Fi und Bluetooth)? Wie steht es mit 5G oder Zigbee? Welche dieser Datenkommunikationstechnologien ist wirklich relevant? Einige Antworten gibt ein Whitepaper von Cees Links, GM der Qorvo Wireless Connectivity Business Unit.

Autor: Henning Wriedt, USA-Korrespondent

Trotz allem Marketingrauschen ist es jedoch relativ leicht, sich ein richtiges Bild über diese Übertragungstechnologien zu machen, denn es geht dabei letztlich nur um drei sehr wichtige Spezifikationen: Reichweite, Datenrate und Stromverbrauch. Und das hier vorgestellte Whitepaper von Qorvo bietet einige interessante und wichtige Hintergrundinformationen.

Spezifikationen korrespondieren miteinander
Die drei erwähnten Spezifikationen sind auf interessante Weise miteinander verbunden. Verbessert man den einen Parameter, müssen die beiden anderen dafür etwas hergeben, auch wenn generelle Verbesserungen stattgefunden haben. Wenn man zum Beispiel die Datenrate erhöhen will, dann verliert man entweder etwas an der Reichweite oder man muss die Ausgangsleistung erhöhen. Das heutige Wi-Fi mit seiner höheren Datenrate hat weniger Reichweite und benötigt daher öfter Repeater.

Vierter Faktor – die Frequenz
Aber in der besagten Gleichung gibt es noch ein viertes Element, und zwar ist es die Frequenz. Höhere Frequenzen reduzieren die Reichweite oder erfordern höhere Ausgangsleistungen. Aber höhere Frequenzen bieten höhere Bandbreiten und Datenraten. Die neueste Version von Wi-Fi befindet sich im 60-GHz-Frequenzband mit einer angestrebten Datenrate von bis zu 100 GBit/s (.11ay).
In relativ kurzer Zeit konnte man die Entwicklung von drei neuen Technologien für Telefone, TV-Geräte und Laptops beobachten, deren Unterschiede aber zunehmend langsam verschwinden, denn sie werden alle zu vernetzten Computern.

Verschiedene Organisationen treiben die Standards
Die heutige Standardisierungsorganisation für Wireless-Telefone ist 3GPP. Für die Wireless-Datenkommunikation der Computer ist es IEEE 802.11. 3GPP hat seine Wurzeln in der Telefonindustrie und den Behörden, während IEEE 802.11 mit seiner grossen Mitgliederschaft aus der Computerindustrie kommt.
Beide Organisationen weisen fundamentale Unterschiede auf. Die Regierung ist Lizenzgeber des Frequenzspektrums für Kommunikationsservices, während das IEEE 802.11 Standards für die nicht lizenzierten Bänder erarbeitet, die von den Behörden für den allgemeinen Gebrauch freigegeben wurden. Diese Bänder werden ISM (Industrial, Scientific und Medical) genannt und befinden sich in den 2-, 5- und 60-GHz-Frequenzbereichen.
Die Wi-Fi Alliance sorgt nun dafür, dass diese Standards eingehalten werden. Dass Wi-Fi so erfolgreich wurde, ist auch darauf zurückzuführen, dass die Datenkommunikation per 3G (ISDN, ADSL) für die Abonnenten hohe Kosten verursachte, während Wi-Fi kostenfrei ist. Daher haben die meisten Computer und Tablets nur zwei Sender – die 3G-Integration  war im Vergleich einfach zu teuer.

Wi-Fi, Bluetooth und Zigbee
Während Wi-Fi und 3G um Marktanteile kämpften, gründeten Lieferanten für die Telefonindustrie die Bluetooth SIG (Special Interest Group), um in den ISM-Bändern die Telefonverbindungen mit sogenannten Hotspots zu verbessern und drahtlose Kopfhörer und andere Peripherie mit dem Telefon zu verbinden. Man erklärte Wi-Fi für überflüssig. Aber nach wenigen Jahren war klar, dass beide Technologien ihre Anwendungsbereiche gefunden hatten – Wi-Fi für die Vernetzung und Bluetooth für die periphere Verbindung.
Es gab das Bestreben, Bluetooth als Teil von IEEE einzuordnen, aber das führte zu keinem Ergebnis. Zigbee, die Low-Power-Variante von Wi-Fi (basierend auf IEEE 802.15.4) sieht sich von BLE (Bluetooth Low Energy) konfrontiert, der Low-Power-Variante von Bluetooth. Die Bluetooth SIG entwickelt inzwischen eine Netzvariante (Bluetooth Mesh), die mit Zigbee konkurrieren soll. Wenn man aber die ersten Vorschläge betrachtet, scheint es so, als ob es sehr komplex ist, BLE so weit zu bringen, dass es mit Zigbee konkurrieren kann. Man wird sicherlich bald sehen, wie dieses Rennen ausgehen wird.

Verfügbares Frequenzspektrum
Die Evolution dieser Wireless-Technologien basiert auf verfügbaren Frequenzbändern, die von den einschlägigen Behörden freigegeben werden. Während der kommenden 2019 World Radio Conference erwartet man für Wi-Fi und 5G neue Zuordnungen, um dem wachsenden Bedarf der Wireless-Datenkommunikation gerecht zu werden. «

Whitepaper: 13_18.01.pdf



Aktuelle und erwartete Frequenzbänder für wichtige Wireless-Technologien


Entwicklung der Spektrumverfügbarkeit für wichtige Wireless-Technologien – ungefähre Frequenzbänder und Zeitangaben