Funkturbo dank Wave-2-WLAN

Seit Broadcom, Qualcomm, Marvell und Quantenna ihre Chipsätze für 802.11ac Wave 2 vorgestellt haben, kommt die Entwicklung und Produktion entsprechender Access-Points und Router in Schwung. Die Chipsätze ermöglichen neue Funktionen, die den Durchsatz im Funkraum erhöhen. Vor allem drei Erweiterungen beschleunigen den ursprünglichen Standard 802.11ac Wave 1: extrabreite Übertragungskanäle, bis zu acht Streams und Multi-User-MIMO (MU-MIMO). Damit soll der Datendurchsatz, der in der ersten AC-Generation 1,3 GBit/s betrug, theoretisch auf maximal 6,9 Gbit/s erhöht werden.

Schon die älteren WLAN-Standards 802.11n und 802.11.ac «Wave 1» sehen die MIMO-Technik vor. WLAN-Router und Access-Points übertragen mit MIMO (Multiple Input Multiple Output) mehrere Datenströme (MIMO-Streams) parallel auf derselben Frequenz. Dazu verwenden sie mehrere Antennen, über die sie senden und empfangen. Bei 802.11n und 802.11.ac Wave 1 können bis zu vier Antennen verbaut werden, wobei jedoch nur Single-User-MIMO (SU-MIMO) zum Einsatz kommt. Wenn bei SU-MIMO ein Gerät auf einem Kanal sendet, kann kein weiteres auf diesem Kanal funken, sondern es muss warten, bis die laufende Übertragung beendet ist.

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Wave 2 glänzt durch höheres Tempo dank extrabreiter Übertragungskanäle, maximal acht Streams und MU-MIMO.

Ein Beispiel für die Nachteile von SU-MIMO: Ein mit drei Antennen bestückter Wave-1-Router schafft im 5-GHz-Band bis zu 1300 Mbit/s, pro Antenne 433 Mbit/s. Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, muss auch der WLAN-Client, etwa ein Notebook oder Smartphone, drei Antennen haben und die Qualität der Funkverbindung muss optimal sein. Verfügt der Client jedoch nur über zwei Antennen, dann reduziert der Router seine Übertragung auf höchstens 867 Mbit/s und nutzt nur zwei Drittel der Bandbreite. Da bei Smartphones üblicherweise nur eine Antenne eingebaut ist, fällt das Tempo bei Wave-1-Geräten im 5-GHz-Band auf 433 Mbit/s – zwei Drittel der Bandbreite werden verschwendet.Ein Beispiel für die Nachteile von SU-MIMO: Ein mit drei Antennen bestückter Wave-1-Router schafft im 5-GHz-Band bis zu 1300 Mbit/s, pro Antenne 433 Mbit/s. Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, muss auch der WLAN-Client, etwa ein Notebook oder Smartphone, drei Antennen haben und die Qualität der Funkverbindung muss optimal sein. Verfügt der Client jedoch nur über zwei Antennen, dann reduziert der Router seine Übertragung auf höchstens 867 Mbit/s und nutzt nur zwei Drittel der Bandbreite. Da bei Smartphones üblicherweise nur eine Antenne eingebaut ist, fällt das Tempo bei Wave-1-Geräten im 5-GHz-Band auf 433 Mbit/s – zwei Drittel der Bandbreite werden verschwendet. Nächste Seite: WLAN-Geräte mit bis zu acht Antennen

Um die Einschränkungen von Wave-1-WLAN zu umgehen, setzen die Hersteller jetzt auf Wave 2. Das bietet Multi-User-MIMO, mit dem Access-Points und Router Daten an mehrere Clients gleichzeitig schicken können. Wave 2 ermöglicht auch Geräte mit bis zu acht Antennen, um etwa drei 2-Stream-Clients gleichzeitig optimal anzubinden. Beispiel: Bei MU-MIMO schickt ein Router mit drei Antennen Daten an drei 1-Stream-Smartphones nicht mehr nacheinander mit 433 MBit/s, sondern parallel – und nutzt so die für ihn möglichen 1300 Mbit/s voll aus. Zusätzlich wird auch bei Wave-2-WLAN, wie schon bei Wave 1, «Beamforming» eingesetzt. Dabei richtet der Access- Point das Funksignal auf die Position eines Clients aus, statt es gleichmässig in alle Richtungen auszustrahlen, und verstärkt es dadurch. Das verbessert die Qualität der Übertragung und erhöht die Reichweite. Der Client muss jedoch Multi-User-MIMO beherrschen. Allerdings gibt es auch bei Multi-User-MIMO eine Einschränkung: Nach den bisherigen Erweiterungsplänen funktioniert MU-MIMO nur im Downstream, also vom Access-Point zu den Clients.

Nicht nur die Antennenzahl beeinflusst die Datenrate im WLAN, eine wesentliche Rolle spielt auch die Kanalbreite. Schon bei IEEE 802.11n konnte man zwei benachbarte 20-MHz-Kanäle zu einem 40-MHz-Kanal bündeln. Diese Vergrösserung der Bandbreite durch Kanalbündelung, auch Channel Bonding genannt, verdoppelt in etwa die Übertragungskapazität. Die durch Channel Bonding maximal mögliche Bandbreite liegt für 802.11ac Wave 1 bei 80 MHz, für Wave 2 lassen sich sogar zwei 80-MHz-Übertragungskanäle auf 160 MHz verbreitern und so die Geschwindigkeit in einer Funkzelle verdoppeln. Damit sind im Fall von vier MIMO-Streams Datenraten von 3,5 Gbit/s möglich und bei acht MIMO-Streams sogar theoretisch 6,9 Gbit/s. Aber je breiter ein Kanal ist, desto weniger Funknetze können parallel arbeiten. Die Hersteller werben gern mit grossen Bruttodurchsatz­raten, die jedoch allenfalls von theoretischem Wert sind und nur unter idealen Bedingungen erreichbar sind. In der Praxis – wenn der Access-Point viele Clients bedienen muss und Hindernisse den Funkweg beeinträchtigen – sinkt der Datendurchsatz. Dennoch erzielt 802.11ac Wave 2 im Vergleich zu Wave 1 einen deutlichen Performance-Gewinn. Auch sind die Wave-2-Chipsätze zu den bisherigen WLAN-Standards abwärtskompatibel, sodass sich in einer Firmenumgebung ältere Access-Points einfach durch neue Wave-2-Geräte austauschen lassen.