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Im sechsten Gang mit Vollgas durchs Netz

Durchbruch dank Wi-Fi 4

von - 14.05.2020
Die zunehmende Verbreitung mobiler Geräte wie Notebooks sowie später Tablets und Smartphones erhöhte den Bedarf an mobilen Breitbandverbindungen weiter. Erste Public Wire­less LANs (PWLANs) entstanden. Die passende Technik dazu lieferte die Spezifikation 802.11g, die weiterhin das 2,4-GHz-Band nutzte und unter idealen Bedingungen bereits 54 MBit/s erreichte. In der Praxis war es zwar maximal die Hälfte dieses Werts, aber gleichwohl deutlich mehr, als 801.11b liefern konnte.
Wegen des unerwarteten Booms der WLANs, verbunden mit einem wachsenden Bandbreitenbedarf auf allen Datennetzen, suchte das IEEE nach weiteren Möglichkeiten, um höhere Übertragungsgeschwindigkeiten zu erzielen. So wurde 2007 die Spezifikation IEEE 802.11n lanciert, die brutto mit bis zu 600 MBit/s aufwartet und neben dem dicht belegten 2,4-GHz-Band auch das 5-GHz-Band nutzt. IEEE 802.11n verdoppelte die Kanalbreite von bisher 20 auf 40 MHz, was in der WLAN-Praxis Datenraten von bis zu 300 MBit/s ermöglichen sollte. Wi-Fi 4 ist bis heute der am meisten verbreitete WLAN-Standard.
Entsprechend konfiguriert, schalten heute die meisten Notebooks und Smartphones automatisch auf das jeweils freie Band um – aufs 2,4-GHz- oder 5-GHz-Band. Wenig bekannt ist, dass im 2,4-GHz-Band noch weitere Drahtlosdienste wie Bluetooth, Fernbedienungen und Babyfone funken. Bluetooth erlebt seit einigen Jahren eine regelrechte Renaissance, insbesondere bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für die Unterhaltungselektronik. Dabei können sich zu viele Zugangspunkte auf zu engem Raum auf derselben 2,4-GHz-Frequenz gegenseitig stören, etwa durch überlastete oder sich überlagernde Kanäle verschiedener Technologien.

Antennenpaare mit MIMO

Der Geschwindigkeitszuwachs von 802.11n gegenüber 802.11g gründet aber nicht nur auf doppelt so breiten Kanälen, sondern auch auf der Verwendung von Multiple Input Multiple Output (MIMO). Dabei senden und empfangen mehrere Antennen gleichzeitig und parallel mehrere räumlich separierte Datenströme. Auf diese Weise steigt die Übertragungskapazität markant. Für maximal 600 MBit/s sind vier Sende- und vier Empfangsantennen nötig, mit jeweils zwei lassen sich immer noch rund 300 MBit/s erreichen. Die He­rausforderung besteht darin, die beim Sender separierten Datenströme beim Empfänger wieder konsistent zusammenzusetzen. Auch dieses Problem hat man dank ultraschneller Prozessoren inzwischen im Griff.
MIMO kommt auch im öffentlichen Mobilfunk zum Einsatz, so auch beim neuen Netzstandard 5G. Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac) verdoppelt oder vervierfacht die Bandbreite eines Kanals auf nunmehr 80 oder 160 MHz. Über derartige Funkkapazi­täten verfügt allerdings nur noch das 5-GHz-Band, weshalb Wi-Fi 5 ausschließlich hier funkt. 
Verbreitet ist bei 802.11ac eine Kombination von jeweils drei Antennen und einer Bandbreite von 80 MHz. Man erreicht damit brutto 1,3 GBit/s (Wave 1), was die Bezeichnung Gigabit-WLAN erklärt. Bei Wave 2 mit Erweiterung der Codierung (bisher maximal QAM64) auf bis zu QAM256 und bis zu acht Sende- und Empfangsantennen kann die maximale Bruttodatenrate theoretische 6,9 GBit/s erreichen.
Wichtig zu wissen ist in diesem Zusammenhang, dass sich 802.11ac im Privatkundenbereich bisher nicht durchsetzen konnte, primär wohl wegen der hohen Kanalbreite, die WLANs nach 802.11n empfindlich stören können. Zudem sind 802.11ac-fähige WLAN-Clients erst seit Anfang 2018 in Notebooks und Smartphones breit verfügbar.
Der noch junge IEEE-Standard 802.11ax steht für ein hocheffizientes WLAN mit Übertragungsgeschwindigkeiten im Bereich einiger GBit/s. Ein erster Draft von 802.11ax wurde Anfang 2018 im IEEE verabschiedet, die finale Ratifizierung erfolgte Ende September vergangenen Jahres. Wie Wi-Fi 4 nutzt auch 802.11ax als sechste Generation beide Frequenzbänder, wobei nur das 5-GHz-Band noch Platz für breite Kanäle à 80 oder 160 MHz bietet. Bei der technischen Machbarkeit die Modulation betreffend hatte man bereits bei IEEE 802.11ac ein sehr anspruchsvolles Niveau erreicht. Vierfach-MIMO ermöglicht hier bis zu vier verschiedene, räumliche Datenströme, sogenannte Spatial Streams.
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