Millimeterwelle (mmWave), auch bekannt als Millimeterband, ist ein Bereich elektromagnetischer Frequenzen zwischen Mikrowellen und Infrarot. Ihr Frequenzspektrum wird für drahtlose Hochgeschwindigkeitskommunikationen verwendet. Sie wird auch als extrem hohe Frequenz, oder EHF, Band von der Internationalen Fernmeldeunion bezeichnet.
Eine der vorherrschenden Anwendungen von mmWaves ist 5G. Die Kommunikation auf Basis dieses Frequenzbandes ist schnell und bietet eine erhöhte Bandbreite, was es für Netzbetreiber ideal macht, um bandbreitenintensive Anwendungen schneller zu bedienen. Das mmWave-Band enthält Wellenlängen zwischen 10 mm bei 30 Gigahertz und 1 mm bei 300 GHz.
Bei der Verwendung für 5G-Signale werden mmWellen mit kleinen, leistungsarmen Zellen erzeugt, die als kleine Zellen bezeichnet werden. Kleine Zellen werden als Netzwerk in Clustern eingesetzt, um eine akzeptable Abdeckung in einem Gebiet zu gewährleisten.
Aufgrund der hohen Frequenz von Millimeterwellen haben sie einen begrenzten Reichweite. Und wegen dieser begrenzten Reichweite verwendet 5G auch niedrigere Frequenzbänder, die als Sub-6 5G bezeichnet werden, die nicht im mmWave-Bereich liegen. Sub-6 5G ist immer noch typischerweise schneller als durchschnittliche 4G LTE-Geschwindigkeiten.
Die Vorteile der Verwendung von mmWellen umfassen Folgendes:
- Sie ermöglicht höhere Datenraten im Vergleich zu niedrigeren Frequenzen, wenn sie in der Telekommunikation eingesetzt werden, wie bei Wi-Fi und den aktuellen Mobilfunknetzen.
- Der höhere Frequenzbereich hat eine hohe Toleranz für Bandbreite.
- Sie bietet weniger Latenz aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeiten und Bandbreite.
- Es gibt weniger Störungen, da sich mmWellen nicht ausbreiten und andere nahegelegene Zellsysteme stören.
- Die kurze Ausbreitungsstrecke von mmWellen kann die Anzahl der Zugangspunkte erhöhen, um einen großen Bereich abzudecken.
- Kleine Zellen erleichtern die Wiederverwendung von Kanälen über drahtlose Netzwerke (WLAN) hinweg.
- Antennen für mmWave-Geräte sind kleiner als für andere Frequenzen, was sie für kleine Internet-of-Things- oder IoT-Geräte geeigneter macht.
- Sie bietet erhöhte Datenaufnahmeleistung, was bedeutet, dass mmWave-Netze mehr Verkehr bewältigen können im Vergleich zu anderen Frequenzen.
Trotz der deutlich größeren Geschwindigkeitssteigerung, die mmWave bietet, geht dies auch mit bemerkbaren Nachteilen einher. Dazu gehören folgende:
- Millimeterwellen bewegen sich auf Sichtweite und werden durch physische Objekte wie Bäume, Wände und Gebäude blockiert oder abgeschwächt. Ihre Ausbreitung wird auch durch die Nähe zu Menschen und Tieren beeinflusst, hauptsächlich aufgrund ihres Wassergehalts.
- Millimeterwellen werden von Gasen und Feuchtigkeit in der Atmosphäre absorbiert, was Reichweite und Stärke der Wellen reduziert. Regen und Luftfeuchtigkeit verringern ihre Signalstärke und Ausbreitungsreichweite, eine Bedingung, die als Regenausfall bekannt ist. Die Ausbreitungsreichweite bei den niedrigeren Frequenzen beträgt bis zu 1 Kilometer, während die höheren Frequenzen nur wenige Meter zurücklegen.
- Die mit der Fertigung von mmWave-fähiger Hardware verbundenen Kosten sind höher. Um eine ausreichende Abdeckung zu gewährleisten, müssen auch Cluster kleiner Zellen installiert werden.Millimeterwellen können in einer Vielzahl von Produkte und Dienstleistungen wie Hochgeschwindigkeits-WLAN von Punkt zu Punkt und Breitbandzugang. Andere Anwendungen von mmWaves sind:
- Im 5G-Netzwerk, da Mobilfunknetze mmWellen in den 24 bis 39 GHz-Bändern verwenden. 5G mmWave-Bänder bieten hohe Kapazitäten, was in Umgebungen mit vielen Benutzern nützlich ist, wie z.B. in Stadien.
- In der Telekommunikation werden mmWaves für WLANs mit großer Bandbreite und für Personalnetze mit kurzer Reichweite eingesetzt.
- IoT-Geräte nutzen mmWellen, da deren große Bandbreite ideal für Anwendungen wie kurzdistanzige drahtlose Übertragung von ultra-hochauflösendem Video und Kommunikationen ist.
- Autonome Fahrzeuge können mmWellen verwenden, da die begrenzte Ausbreitungsstrecke und die hohen Datenraten mmWellen für die Kommunikation zwischen diesen Fahrzeugen ideal machen.
- Flughafensicherheitsscanner können mmWellen zur präzisen Durchleuchtung von Körpern einsetzen und verursachen weniger Schaden bei den Probanden. Sie operieren in einem Frequenzbereich von 70 bis 80 GHz.Im Vergleich verwendet Wi-Fi derzeit Frequenzen in den 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz Bändern, die als Mikrowellenbänder bekannt sind. Mobilfunknetze verwenden Frequenzen in den 600 bis 700 Megahertz und 2,5 bis 3,7 GHz Bändern. Diese Bänder reichen weiter als Millimeterwellen, unterstützen jedoch niedrigere Bandbreiten. Frequenzen über mmWellen liegen im unteren Infrarot-Spektrum und sind auf kurze, Sichtkommunikation beschränkt.
5G-Spektren werden in mmWaves (Hochband) und Sub-6 5G (Nieder- und Mittelband) unterteilt. Nieder-Bands sind langsamer als mmWaves unter 1 GHz, aber dennoch schneller als einige 4G LTE-Geschwindigkeiten.
Mittel-Bands reichen im Vergleich von 3,4 bis 6 GHz. Mittel-Band 5G ist schneller als Nieder-Band, und obwohl es nicht so schnell ist, hat es eine größere Abdeckung als mmWave.
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