Der kommende WLAN-Standard 802.11ax entlastet bestehende Netze und ermöglicht gleichzeitig die Verbindung mit zahlreichen Clients. Bei der Geschwindigkeit sind die Vorteile nicht so eindeutig.
Nach dem vergeblichen Warten auf den WLAN-Standard 802.11ad kommt nun Wi-Fi 6 alias 802.11ax. Die ersten Geräte sind ebenfalls schon erhältlich, daher stellt sich die Frage: Was bringt der neue Standard und in welchem Einsatzgebiet lohnt sich ein Wechsel?
Grundsätzlich sei gesagt: Die meisten Neuerungen, die Wi-Fi 6 mit sich bringt, sind Verbesserungen von Eigenschaften, die auch der 802.11ac-Standard (Wi-Fi 5) zu bieten hat. Daher erwartet Anwender eine etwas höhere Reichweite, eine noch bessere Ausnutzung der Bänder im 2,4- und 5-Gigahertz-Bereich sowie eine schnellere Datenübertragung beim Einsatz von Multi-User-MIMO-Antennentechnik.
Letztere erfährt eine der stärksten Neuerungen, die sich vor allem in stark frequentierten drahtlosen Netzwerken bemerkbar machen wird. Denn die bisherige Technik namens Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) wird zur Multi User Orthogonal Frequency Division Multiple Access (MU-OFDMA) erweitert. Sie teilt das WLAN-Signal feiner auf, dadurch sollen sich die Latenzen beim gleichzeitigen Zugriff vieler Teilnehmer deutlich reduzieren.
Die verfügbaren Kanäle bleiben in beiden Frequenzbändern auf eine Breite von 20 Megahertz (MHz) begrenzt und können auch weiterhin nur in Blöcken bis 160 MHz zusammengefasst werden. Mit Wi-Fi 6 und MU-OFDMA steigen die verfügbaren Subcarrier allerdings um das Vierfache an, da nun 256 statt lediglich 64 Einzelverbindungen zur Verfügung stehen.
Statt die höhere Anzahl lediglich für eine schnellere Datenübertragung zu verwenden, teilt der 802.11ax-Standard die Subcarrier in Ressource Units (RU) beziehungsweise Subchannel ein, die genutzt werden, um mit mehreren Clients im WLAN gleichzeitig zu kommunizieren. So können bis zu neun Clients in einem 20-MHz-Kanal oder bis zu 74 Clients in einer 160-MHz-Gruppe miteinander Informationen austauschen, was die Latenzen verringert und die Bandbreite gleichmäßiger verteilt.
Bei Anwendungen, die eine hohe Bandbreite benötigen, sorgt der 1024-Quadrature-Amplitude-Modulation-Mode (1024-QAM) für eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bänder und Kanäle. Bisher wurden bei der Mischung aus Phasen- und Amplitudenmodulation lediglich 256 Kombinationen verwendet.
Die größere Zahl an Kombinationsmöglichkeiten birgt allerdings auch eine höhere Anfälligkeit gegenüber Interferenzen. Für die maximale Bandbreite ist daher ein starkes Signal in einer strahlungsarmen Umgebung nötig. Im Idealfall erreicht 1024-QAM eine um 20 Prozent höhere Geschwindigkeit als 256-QAM. Da aber bereits bei letztgenannter eine Sichtverbindung zwischen Client und Access-Point bestehen musste, war diese Technik beispielsweise im Mobilfunkbereich nur wenig praktikabel.
Theoretisch sind 1,2 GBit/s möglich
Für WLAN-Anwendungen ist es natürlich einfacher, einen Aufbau ohne Zwischenwände zu gewährleisten, aber auch hier zeigt sich ein starker Leistungsabfall - je nach Entfernung zum Router. Im Gespräch mit Golem.de wurde diese Technik von dem Chiphersteller Qualcomm sogar als unnütz bezeichnet, da der Client direkt neben dem Access Point stehen müsste, um den vollen Vorteil nutzen zu können.
Bei einer Bandbreite von 160 MHz stehen Anwendern 1.960 datenübertragende Subcarrier mit jeweils 8 Bit zur Verfügung. Dass hier nicht alle der 2.048 Subcarrier genutzt werden, liegt daran, dass einige von ihnen als eine Art Barriere zwischen den Känalen und andere ebenfalls nicht zur Datenübertragung genutzt werden. Details dazu liefert ein White-Paper von Aruba (PDF).
Mit 1024-QAM kann alle 13,6 Mikrosekunden (µs) ein OFDMA-Symbol mit insgesamt 15.680 Bit übertragen werden. Daraus ergeben sich 73.592,41 Symbole pro Sekunde, die dementsprechend 1.152.941.164,48 Bit pro Sekunde übertragen.
Über die Umrechnung von Kilobit zu Megabit kommen wir so auf eine Brutto-Datenübertragunsgrate von 1.125 MBit/s, die in offiziellen Dokumenten gerne auf 1,2 GBit/s aufgerundet wird. Dem Anwender wird in Ermangelung entsprechender Clients aber deutlich weniger zur Verfügung stehen.
Da sich Endkundengeräte eher auf die gleichmäßige Verteilung großer Datenmengen auf viele Clients konzentrieren werden, wird sich die Hardware mit 8x8-MIMO-Antennentechnik, wenn überhaupt, nur auf nicht-mobilen Plattformen finden. Die vielen Subcarrier spielen ihren Vorteil allerdings in Umgebungen aus, in denen sehr viele Geräte wie Smartphones mit einem Stream oder Laptops mit 2x2-Streams zu finden sind.
Hierbei dürften sich die Übertragungsgeschwindigkeiten gegenüber WLAN mit 802.11ac-Standard nicht groß ändern, eine starke Auslastung des Access Points hat aber nicht mehr so starke Auswirkungen auf die Geschwindigkeit aller Clients. Im Kern wird sich an dieser Stelle das MU-OFDMA mit seinen RUs deutlich stärker auf die Netzqualität auswirken als 1024-QAM bei der Geschwindigkeit.
Bei den Chips gibt es noch Nachholbedarf
Um den Vorteil der 8x8-MU-MIMO zu nutzen, müssen entsprechende Geräte vorhanden sein, von denen mittels ax-Standard bis zu acht Stück ihre Daten gleichzeitig mit dem Access Point austauschen können. Auf der Seite der Router stehen schon einige Anbieter mit entsprechender Hardware bereit, die auch für den Endkunden erhältlich ist.
Auf der Client-Seite, also in Smartphone, Notebook, PC und Co. sieht es allerdings noch nicht so gut aus. Qualcomm hat mit dem Snapdragon 855 zwar ein System-on-a-Chip (SoC) im Angebot, das einige Features des 802.11ax-Standards unterstützt. Da dieses aber vor der endgültigen Verifizierung des Standards erschien, ist es nicht mit allen Punkten von Wi-Fi 6 kompatibel. Dafür können beispielsweise Nutzer von Samsungs Galaxy S10 und S10+ bereits auf den ax-Standard setzen und auch HP bietet das Omen 15 mit optionalem 802.11ax-WLAN an.
Beide Hersteller ermöglichen 2x2-MU-MIMO-Verbindungen, vermerken aber ebenfalls, dass die Spezifikation zu Wi-Fi 6 zum Zeitpunkt der Geräteentwicklung noch nicht endgültig festgestanden habe und es bei Änderungen der Entwurfsspezifikationen zu Einschränkungen bei der Konnektivität kommen könne.
Wi-Fi 6 kann gut mit mehreren WLANs umgehen
Eine weitere Verbesserung, die mit Wi-Fi 6 Einzug hält, betrifft das Problem der sich überlappenden Kanäle zweier benachbarter WLANs. Hierbei werden ein Access Point und die verbundenen Clients zu einem Basic Service Set (BSS) zusammengefasst und mit einem zusätzlichen Frame (Farbe) versehen.
Durch das daraus resultierende BSS Coloring muss der Client nun nicht mehr warten, ob er angesprochen wird, wenn er eine Kommunikation in seinem Kanal feststellt, sondern kann unterscheiden, ob diese zu seinem oder einem fremden Access Point gehört. Gehört der Kanal zum eigenen Netzwerk, kann direkt ein Sendeversuch gestartet werden. Von dieser Technik profitieren sowohl 2,4- als auch 5-GHz-Netze, die sich in Umgebungen mit einer starken Häufung von getrennten WLANs befinden.
Erste Router mit 802.11ax-Unterstützung konnten bereits unter anderem auf der Consumer Electronics Show (CES) 2018 bestaunt werden. Diese erreichen laut Herstellerangaben Geschwindigkeiten von circa 6.000 MBit/s, wobei fraglich bleibt, ob ein einzelner Client für den Massenmarkt diese Bandbreite wirklich nutzen können wird.
In Modellversuchen konnten Client-Server-Verbindungen Geschwindigkeiten von bis zu 11 GBit/s erreichen, wobei hier natürlich optimale Rahmenbedingungen vorherrschten. Für Endkunden in Deutschland ist aber bereits jetzt eher selten das WLAN der begrenzende Faktor der Geschwindigkeit, sondern der Internet-Anschluss des Providers. Daher werden Wi-Fi-6-Geräte ihre Vorzüge wohl noch ein ganze Weile nur in Umgebungen mit vielen Nutzern ausspielen können, da dort von der verbesserten Signalverteilung und den niedrigeren Latenzen am deutlichsten profitiert werden kann.
Obwohl der ax-Standard keine verbesserten Sicherheitsfeatures einbezieht, setzen viele Hersteller in ihren neuen Routern auf WPA 3, wodurch sich letztendlich auch der Nutzer sicherer im drahtlosem Netzwerk bewegen kann.
Smartphone zeigt den Standard an
Dass die WLAN-Standards nicht mehr in erster Linie 802.11n, 802.11ac und 802.11ax heißen, sondern Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 und Wi-Fi 6, ist erst seit dem vergangenen Jahr so. Damals verabschiedete sich die Wi-Fi-Alliance von den sperrigen Namen und führte eingängigere ein
Das Thema Kennzeichnung ist damit aber noch nicht abgeschlossen. Zukünftig sollen Nutzer beispielsweise auf ihrem Smartphone erkennen können, ob sie sich in einem Wi-Fi-4-, Wi-Fi-5- oder Wi-Fi-6-Netzwerk befinden. Ähnlich wie bei den Balken für den Mobilfunkempfang, wird dann auch beim WLAN-Symbol eine kleine Ziffer den Standard anzeigen.
Neuer WLAN-Standard, neues Symbol (Bild: Wi-Fi Alliance/Golem.de)
Vor nicht allzu langer Zeit war noch ein weiterer WLAN-Standard in aller Munde, der allerdings nicht über sein Nischendasein hinaus kam. Der auch als WiGig bezeichnete Standard 802.11ad trat in direkte Konkurrenz zu drahtlosen Streaming-Angeboten wie Googles Chromecast, Miracast und Apples AirPlay.
Der große Vorteil lag in der enorm großen Bandbreite, die nicht nur drahtlose Videoübertragungen in sehr hohen Auflösungen ermöglicht, sondern generell für die drahtlose Übertragung sehr hoher Datenmengen geeignet ist. Durch den Einsatz des 60-GHz-Bandes unterliegt eine solche Verbindung allerdings sehr großen Dämpfungseffekten und bringt es ohne zusätzlichen Aufwand auf eine Distanz von maximal zehn Metern, wobei selbst durch das Signal hindurch laufende Personen eine starke Einschränkung verursachen.
Mit der Verabschiedung des 802.11-ay-Standards erfährt nun auch das ad-WLAN eine deutliche Verbesserung. Das Einsatzgebiet ist zwar immer noch auf Spezialanwendungen beschränkt. Gerichtete WLAN-Signale, die mit hohen Übertragungsraten Entfernungen von mehreren Hundert Metern überbrücken können, sind nun aber möglich. Die starke Dämpfung durch Objekte wie Bäume oder Hauswände bleibt dabei allerdings vorhanden, womit das Einsatzgebiet nicht beim Heimanwender zu suchen sein dürfte.
Quelle; golem
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Nach dem vergeblichen Warten auf den WLAN-Standard 802.11ad kommt nun Wi-Fi 6 alias 802.11ax. Die ersten Geräte sind ebenfalls schon erhältlich, daher stellt sich die Frage: Was bringt der neue Standard und in welchem Einsatzgebiet lohnt sich ein Wechsel?
Grundsätzlich sei gesagt: Die meisten Neuerungen, die Wi-Fi 6 mit sich bringt, sind Verbesserungen von Eigenschaften, die auch der 802.11ac-Standard (Wi-Fi 5) zu bieten hat. Daher erwartet Anwender eine etwas höhere Reichweite, eine noch bessere Ausnutzung der Bänder im 2,4- und 5-Gigahertz-Bereich sowie eine schnellere Datenübertragung beim Einsatz von Multi-User-MIMO-Antennentechnik.
Letztere erfährt eine der stärksten Neuerungen, die sich vor allem in stark frequentierten drahtlosen Netzwerken bemerkbar machen wird. Denn die bisherige Technik namens Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) wird zur Multi User Orthogonal Frequency Division Multiple Access (MU-OFDMA) erweitert. Sie teilt das WLAN-Signal feiner auf, dadurch sollen sich die Latenzen beim gleichzeitigen Zugriff vieler Teilnehmer deutlich reduzieren.
Die verfügbaren Kanäle bleiben in beiden Frequenzbändern auf eine Breite von 20 Megahertz (MHz) begrenzt und können auch weiterhin nur in Blöcken bis 160 MHz zusammengefasst werden. Mit Wi-Fi 6 und MU-OFDMA steigen die verfügbaren Subcarrier allerdings um das Vierfache an, da nun 256 statt lediglich 64 Einzelverbindungen zur Verfügung stehen.
Statt die höhere Anzahl lediglich für eine schnellere Datenübertragung zu verwenden, teilt der 802.11ax-Standard die Subcarrier in Ressource Units (RU) beziehungsweise Subchannel ein, die genutzt werden, um mit mehreren Clients im WLAN gleichzeitig zu kommunizieren. So können bis zu neun Clients in einem 20-MHz-Kanal oder bis zu 74 Clients in einer 160-MHz-Gruppe miteinander Informationen austauschen, was die Latenzen verringert und die Bandbreite gleichmäßiger verteilt.
Bei Anwendungen, die eine hohe Bandbreite benötigen, sorgt der 1024-Quadrature-Amplitude-Modulation-Mode (1024-QAM) für eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bänder und Kanäle. Bisher wurden bei der Mischung aus Phasen- und Amplitudenmodulation lediglich 256 Kombinationen verwendet.
Die größere Zahl an Kombinationsmöglichkeiten birgt allerdings auch eine höhere Anfälligkeit gegenüber Interferenzen. Für die maximale Bandbreite ist daher ein starkes Signal in einer strahlungsarmen Umgebung nötig. Im Idealfall erreicht 1024-QAM eine um 20 Prozent höhere Geschwindigkeit als 256-QAM. Da aber bereits bei letztgenannter eine Sichtverbindung zwischen Client und Access-Point bestehen musste, war diese Technik beispielsweise im Mobilfunkbereich nur wenig praktikabel.
Theoretisch sind 1,2 GBit/s möglich
Für WLAN-Anwendungen ist es natürlich einfacher, einen Aufbau ohne Zwischenwände zu gewährleisten, aber auch hier zeigt sich ein starker Leistungsabfall - je nach Entfernung zum Router. Im Gespräch mit Golem.de wurde diese Technik von dem Chiphersteller Qualcomm sogar als unnütz bezeichnet, da der Client direkt neben dem Access Point stehen müsste, um den vollen Vorteil nutzen zu können.
Bei einer Bandbreite von 160 MHz stehen Anwendern 1.960 datenübertragende Subcarrier mit jeweils 8 Bit zur Verfügung. Dass hier nicht alle der 2.048 Subcarrier genutzt werden, liegt daran, dass einige von ihnen als eine Art Barriere zwischen den Känalen und andere ebenfalls nicht zur Datenübertragung genutzt werden. Details dazu liefert ein White-Paper von Aruba (PDF).
Mit 1024-QAM kann alle 13,6 Mikrosekunden (µs) ein OFDMA-Symbol mit insgesamt 15.680 Bit übertragen werden. Daraus ergeben sich 73.592,41 Symbole pro Sekunde, die dementsprechend 1.152.941.164,48 Bit pro Sekunde übertragen.
Über die Umrechnung von Kilobit zu Megabit kommen wir so auf eine Brutto-Datenübertragunsgrate von 1.125 MBit/s, die in offiziellen Dokumenten gerne auf 1,2 GBit/s aufgerundet wird. Dem Anwender wird in Ermangelung entsprechender Clients aber deutlich weniger zur Verfügung stehen.
Da sich Endkundengeräte eher auf die gleichmäßige Verteilung großer Datenmengen auf viele Clients konzentrieren werden, wird sich die Hardware mit 8x8-MIMO-Antennentechnik, wenn überhaupt, nur auf nicht-mobilen Plattformen finden. Die vielen Subcarrier spielen ihren Vorteil allerdings in Umgebungen aus, in denen sehr viele Geräte wie Smartphones mit einem Stream oder Laptops mit 2x2-Streams zu finden sind.
Hierbei dürften sich die Übertragungsgeschwindigkeiten gegenüber WLAN mit 802.11ac-Standard nicht groß ändern, eine starke Auslastung des Access Points hat aber nicht mehr so starke Auswirkungen auf die Geschwindigkeit aller Clients. Im Kern wird sich an dieser Stelle das MU-OFDMA mit seinen RUs deutlich stärker auf die Netzqualität auswirken als 1024-QAM bei der Geschwindigkeit.
Bei den Chips gibt es noch Nachholbedarf
Um den Vorteil der 8x8-MU-MIMO zu nutzen, müssen entsprechende Geräte vorhanden sein, von denen mittels ax-Standard bis zu acht Stück ihre Daten gleichzeitig mit dem Access Point austauschen können. Auf der Seite der Router stehen schon einige Anbieter mit entsprechender Hardware bereit, die auch für den Endkunden erhältlich ist.
Auf der Client-Seite, also in Smartphone, Notebook, PC und Co. sieht es allerdings noch nicht so gut aus. Qualcomm hat mit dem Snapdragon 855 zwar ein System-on-a-Chip (SoC) im Angebot, das einige Features des 802.11ax-Standards unterstützt. Da dieses aber vor der endgültigen Verifizierung des Standards erschien, ist es nicht mit allen Punkten von Wi-Fi 6 kompatibel. Dafür können beispielsweise Nutzer von Samsungs Galaxy S10 und S10+ bereits auf den ax-Standard setzen und auch HP bietet das Omen 15 mit optionalem 802.11ax-WLAN an.
Beide Hersteller ermöglichen 2x2-MU-MIMO-Verbindungen, vermerken aber ebenfalls, dass die Spezifikation zu Wi-Fi 6 zum Zeitpunkt der Geräteentwicklung noch nicht endgültig festgestanden habe und es bei Änderungen der Entwurfsspezifikationen zu Einschränkungen bei der Konnektivität kommen könne.
Wi-Fi 6 kann gut mit mehreren WLANs umgehen
Eine weitere Verbesserung, die mit Wi-Fi 6 Einzug hält, betrifft das Problem der sich überlappenden Kanäle zweier benachbarter WLANs. Hierbei werden ein Access Point und die verbundenen Clients zu einem Basic Service Set (BSS) zusammengefasst und mit einem zusätzlichen Frame (Farbe) versehen.
Durch das daraus resultierende BSS Coloring muss der Client nun nicht mehr warten, ob er angesprochen wird, wenn er eine Kommunikation in seinem Kanal feststellt, sondern kann unterscheiden, ob diese zu seinem oder einem fremden Access Point gehört. Gehört der Kanal zum eigenen Netzwerk, kann direkt ein Sendeversuch gestartet werden. Von dieser Technik profitieren sowohl 2,4- als auch 5-GHz-Netze, die sich in Umgebungen mit einer starken Häufung von getrennten WLANs befinden.
Erste Router mit 802.11ax-Unterstützung konnten bereits unter anderem auf der Consumer Electronics Show (CES) 2018 bestaunt werden. Diese erreichen laut Herstellerangaben Geschwindigkeiten von circa 6.000 MBit/s, wobei fraglich bleibt, ob ein einzelner Client für den Massenmarkt diese Bandbreite wirklich nutzen können wird.
In Modellversuchen konnten Client-Server-Verbindungen Geschwindigkeiten von bis zu 11 GBit/s erreichen, wobei hier natürlich optimale Rahmenbedingungen vorherrschten. Für Endkunden in Deutschland ist aber bereits jetzt eher selten das WLAN der begrenzende Faktor der Geschwindigkeit, sondern der Internet-Anschluss des Providers. Daher werden Wi-Fi-6-Geräte ihre Vorzüge wohl noch ein ganze Weile nur in Umgebungen mit vielen Nutzern ausspielen können, da dort von der verbesserten Signalverteilung und den niedrigeren Latenzen am deutlichsten profitiert werden kann.
Obwohl der ax-Standard keine verbesserten Sicherheitsfeatures einbezieht, setzen viele Hersteller in ihren neuen Routern auf WPA 3, wodurch sich letztendlich auch der Nutzer sicherer im drahtlosem Netzwerk bewegen kann.
Smartphone zeigt den Standard an
Dass die WLAN-Standards nicht mehr in erster Linie 802.11n, 802.11ac und 802.11ax heißen, sondern Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 und Wi-Fi 6, ist erst seit dem vergangenen Jahr so. Damals verabschiedete sich die Wi-Fi-Alliance von den sperrigen Namen und führte eingängigere ein
Das Thema Kennzeichnung ist damit aber noch nicht abgeschlossen. Zukünftig sollen Nutzer beispielsweise auf ihrem Smartphone erkennen können, ob sie sich in einem Wi-Fi-4-, Wi-Fi-5- oder Wi-Fi-6-Netzwerk befinden. Ähnlich wie bei den Balken für den Mobilfunkempfang, wird dann auch beim WLAN-Symbol eine kleine Ziffer den Standard anzeigen.
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Neuer WLAN-Standard, neues Symbol (Bild: Wi-Fi Alliance/Golem.de)
Vor nicht allzu langer Zeit war noch ein weiterer WLAN-Standard in aller Munde, der allerdings nicht über sein Nischendasein hinaus kam. Der auch als WiGig bezeichnete Standard 802.11ad trat in direkte Konkurrenz zu drahtlosen Streaming-Angeboten wie Googles Chromecast, Miracast und Apples AirPlay.
Der große Vorteil lag in der enorm großen Bandbreite, die nicht nur drahtlose Videoübertragungen in sehr hohen Auflösungen ermöglicht, sondern generell für die drahtlose Übertragung sehr hoher Datenmengen geeignet ist. Durch den Einsatz des 60-GHz-Bandes unterliegt eine solche Verbindung allerdings sehr großen Dämpfungseffekten und bringt es ohne zusätzlichen Aufwand auf eine Distanz von maximal zehn Metern, wobei selbst durch das Signal hindurch laufende Personen eine starke Einschränkung verursachen.
Mit der Verabschiedung des 802.11-ay-Standards erfährt nun auch das ad-WLAN eine deutliche Verbesserung. Das Einsatzgebiet ist zwar immer noch auf Spezialanwendungen beschränkt. Gerichtete WLAN-Signale, die mit hohen Übertragungsraten Entfernungen von mehreren Hundert Metern überbrücken können, sind nun aber möglich. Die starke Dämpfung durch Objekte wie Bäume oder Hauswände bleibt dabei allerdings vorhanden, womit das Einsatzgebiet nicht beim Heimanwender zu suchen sein dürfte.
Quelle; golem
