Millimeterwellen: Schnell und direkt ans Ziel
Die Millimeterwellentechnologie gewinnt zunehmend an Bedeutung, vor allem in der drahtlosen Kommunikation und Sensortechnik. In der Schweiz ist sie für den Mobilfunk noch nicht freigegeben, kommt aber anderweitig bereits zum Einsatz.
Millimeterwellen, oft auch als MMW bezeichnet, sind elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen zwischen 1 und 10 Millimetern. Dies entspricht Frequenzen von etwa 30 bis 300 Gigahertz. Im elektromagnetischen Spektrum liegen sie zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlen. Einer der herausragenden Vorteile der Millimeterwellen ist ihre Fähigkeit, hohe Datenübertragungsraten zu ermöglichen: Durch ihre hohen Frequenzen bieten sie grosse Bandbreiten, was sie ideal für die Übertragung grosser Datenmengen macht. Ein weiterer Vorteil der Millimeterwellen ist ihre geringe Störanfälligkeit. Da die Wellen stark gerichtet sind und sich in relativ kurzen Abständen ausbreiten, sind sie weniger anfällig für Interferenzen durch andere Signale, was insbesondere in städtischen Umgebungen von Vorteil ist.
Die geringe Reichweite bedeutet gleichzeitig aber, dass Millimeterwellen durch Hindernisse wie Wände oder Bäume blockiert werden können. Diese Eigenschaft von Millimeterwellen erschwert die Bereitstellung eines flächendeckenden Netzes. Ausserdem ist die Frequenz wetterabhängig – Regen oder Nebel können die Leistung beeinträchtigen.
Einsatzmöglichkeiten sind mannigfaltig
Die Millimeterwellentechnologie hat in den letzten Jahren zahlreiche Anwendungen gefunden, darunter in der Telekommunikation, der Medizin und der Sicherheitstechnik. Ein besonders prominentes Einsatzgebiet ist die 5G-Mobilfunktechnologie. Hier ermöglichen Millimeterwellen sehr schnelle Verbindungen und niedrige Latenzzeiten. Dies ist entscheidend für Anwendungen wie Ultra-HD-Streaming, Cloud-Gaming und die vernetzte Welt des Internets der Dinge (IoT). Ausserdem wird erwartet, dass Millimeterwellen eine zentrale Rolle in zukünftigen Technologien oder Konzepten wie dem autonomen Fahren und Smart Cities spielen.
Aktuelle Situation in der Schweiz in a Nutshell:
Der Bundesrat hat Ende 2023 ein potenzielles Vorgehen für den Mobilfunk im Millimeterwellenbereich aufgezeigt. Die Millimeterwellen sollen erst dann für den Mobilfunk freigegeben werden, wenn die entsprechenden Bedürfnisse der Wirtschaft vorhanden sind und die notwendigen umweltrechtlichen Rahmenbedingungen geschaffen wurden. Im Sommer 2024 wurde vor der Vergabe von Mobilfunkfrequenzen im Millimeterwellenbereich eine öffentliche Konsultation durchgeführt. Die Stellungnahmen zeigen, dass die Zeit für die Öffnung neuer Frequenzbänder noch nicht reif ist. Es gibt jedoch bereits Anwendungen, die Millimeterwellen nutzen, wie zum Beispiel Richtfunkverbindungen und Distanzradare im Strassenverkehr.
Künftig soll in der Schweiz der Einsatzbereich ausgeweitet werden. Die Telekomanbieter haben bei der öffentlichen Konsultation betreffend «Vergabe der ab 2029 verfügbaren Mobilfunkfrequenzen» teilgenommen, und ihre Bedürfnisse platziert. Dabei haben sie aufgezeigt, dass sie diese Frequenzen nutzen werden, um die steigende Nachfrage nach mobilen Telekommunikationsdiensten zu bedienen, die durch die zunehmende Nutzung von Smartphones und drahtlos verbundenen Geräten angetrieben wird. Die Millimeterwellen sind entscheidend, um die Anforderungen an Bandbreite, Kapazität und Latenz für zukünftige Anwendungen zu erfüllen. Auch bei den sogenannten «Fixed Wireless Access (FWA)» ist die Millimeterwellen-Frequenzen vorgesehen, um Breitbanddienste in unterversorgte Regionen zu bringen und die Gigabitstrategie des Bundes zu unterstützen. Hierbei sind hohe Kapazitäten erforderlich, die durch den Ausbau höherfrequenter Bänder erreicht werden können. Klar ist, dass Millimeterwellen eine wichtige Rolle spielen werden in der zukünftigen Mobilfunktechnologie.
3 Fragen an Karin Frick
Principal Researcher am Gottlieb Duttweiler Institut
Warum tut die Schweiz gut daran, Millimeterwellen zu ermöglichen?
Der Nutzen von Millimeterwellen muss im Kontext des gesamten Telekommunikationssystems betrachtet werden und nicht nur bei einzelnen Anwendungen. In einer digitalen Wirtschaft gewinnt, wer schneller Informationen verarbeiten, Entscheidungen treffen und Dienste bereitstellen kann. Um KI-gestützte Systeme flächendeckend und effizient zu betreiben, ist eine ultraschnelle und zuverlässige Dateninfrastruktur unerlässlich. Für die Implementierung von digitalen Dienstleistungen, vom Verkehrsmanagement bis zur Energieeffizienz, braucht es höhere Bandbreiten, mehr Geschwindigkeit, Stabilität, Reichweite und Sicherheit.
Was wird möglich sein?
Was in der digitalen Welt möglich wird, hängt zum einen von der Fantasie der Entwickler ab und zum anderen von der Dateninfrastruktur. In einer ersten Phase wird es darum gehen, bestehende digitale Dienste schneller, besser und billiger zu machen und neue Dienste zu skalieren. Neue Anwendungsfelder sind zum Beispiel: medizinische Diagnostik (nicht-invasive Gesundheitsüberwachungen), Materialprüfung (Materialdichte oder Erkennung von Fremdkörpern in Lebensmitteln), Kommunikation zwischen Satelliten und Bodenstationen, Beobachtung von Klimadaten, kollaborative Robotik und Fahrassistenzsysteme.
Wo steht das Ausland, wie werden sie bereits genutzt?
Im internationalen Wettbewerb geht es primär um die Leistungsfähigkeit des gesamten Kommunikationsnetzes. Millimeterwellen-Technologie ist ein Bestandteil davon. Der ICT Development Index bietet einen Überblick über die digitale Infrastruktur. Dieser Index bewertet Länder, basierend auf verschiedenen Indikatoren. Während Singapur, Chile und die Vereinigten Arabischen Emirate führend in Bezug auf Internetgeschwindigkeit sind, überzeugen Länder wie die Schweiz, Schweden, Dänemark und die Niederlande bisher durch stabile und zuverlässige Verbindungen. Die Qualität von Dateninfrastrukturen zu vergleichen, ist aus Sicht des Nutzers schwierig. Ähnlich wie bei Strom geht man heute davon aus, dass das Kommunikationsnetz reibungslos funktioniert, und denkt erst darüber nach, wenn es ausfällt.
