Backgrounder: WLAN-Standard IEEE 802.11ac
Next-Generation-WiFi
Der Standard 802.11ac ist als finaler Draft verabschiedet und bietet eine theoretische Geschwindigkeit von 6,5 MBit/s bis zu 866,7 MBit/s. Was gilt es beim Next-Generation-WiFi zu beachten, um das Highspeed-WLAN sinnvoll zu nutzen.
Natürlich werden laufend neue Standards von den Standardisierungsgremien verabschiedet und es fällt selbst Experten schwer, den Überblick über alle Neuerungen zu behalten. Jetzt steht mit dem IEEE-Standard 802.11ac wieder ein neuer Standard im WLAN-Bereich vor der Türe. Dieser verspricht einen noch höheren Durchsatz der Funktechnik und eine noch bessere Ausleuchtung der Funkfelder. Da man die Innovationen irgendwie an den Kunden bringen muss und dazu dessen Aufmerksamkeit benötigt, bezeichnen einige Hersteller diesen neuen Standard bereits als „5GWi-Fi“ oder „Next Gen Wi-Fi". Und in der Tat der der 802.11ac-Standard birgt einige Neuerungen:
- Der Standard liefert höhere Übertragungsgeschwindigkeiten. Diese sind dreimal höher als bei 802.11n-Netzen.
- Der Standard reduziert die Anzahl der Funklöcher innerhalb des jeweiligen Funkfeldes.
- Der Standard unterstützt jetzt auch Streaming-Medien und sorgt somit dafür, dass auch HD-Videos und große Datei-Backups über WLANs übertragen werden können.
- Der Standard stellt mehr Bandbreite für mobile Geräte zur Verfügung.
- Der Standard wurde so konzipiert, dass dieser im 5-GHz-Frequenzband abwärtskompatibel zu den älteren 802.11a- und 802.11n-Standards ist.
Der neue Standard schreibt die Nutzung der Beamforming-Technologie vor. In der Vergangenheit nutzten die meisten Access-Points nur Rundstrahlantennen. Diese Antennen geben ihre Funkenergie gleichmäßig in alle Richtungen ab. Dabei ist es egal in welcher Richtung von der Antenne sich der Empfänger befindet. Im 802.11n-Standard wurden erstmals Antennen-Arrays durch Parallelschaltung mehrerer Rundstrahlantennen eingesetzt. Dadurch waren die 802.11n-Access-Points in der Lage, die Funkenergien selektiv in die Richtung des jeweiligen Empfängers abzugeben. Diese Technologie wird als Beamforming bezeichnet. Im Funkfeld kann ein AP somit die Signale steuern und die Funkenergie konzentriert übertragen. Der 802.11n-Standard legte zur Funkfeldmessung mehrere Varianten fest, die jedoch nicht einheitlich in den Geräten implementiert wurden. Der 802.11ac-Standard vereinfacht das Beamforming durch die Verabschiedung eines einzigen Protokolls für die notwendigen Messungen.
Das Beamforming ist der Schlüssel zur Steigerung der Effizienz der Funkkanäle. Der 802.11ac-Standard ermöglicht die Nutzung von bis zu acht parallelen Spatial-Streams (nur vier Spatial-Streams bei 802.11n). Allerdings beschränkt der 802.11ac-Standard dies auf Client-Geräten bei paralleler Nutzung von maximal vier Streams. In die Praxis umgesetzt, kann man durch diese Technik eine Reihe neuer Anwendungsszenarien realisieren. Mit Hilfe einer Multi-User-MIMO- (MU-MIMO-)Empfangslogik kann ein Access-Point (AP) die zu übertragen Streams zwischen mehreren Empfangsgeräten aufteilen. So kann beispielsweise ein AP vier seiner sechs Sende-Streams für einen Highspeed-Datentransfer an einen Laptop und die verbleibenden zwei Streams für die Kommunikation mit zwei Tablet-Rechnern reservieren. Alle drei Streams können gleichzeitig aktiv sein und der AP die Streams mittels individueller Beamforming-Funktionen optimal auf die angeschlossenen Empfänger ausrichten.
Der neue Standard ermöglicht 10 Kombinationen unterschiedlicher Modulationen, Codierungen und Kanalbreiten (20 MHz bis 160 MHz). Problematisch sind solche breiten Frequenzbänder, die ein 802.11ac-Gerät vollständig belegt, da diese nicht in allen Teilen der Welt von den Regulierungsbehörden freigegeben sind. In Europa haben die Regulierungsbehörden in den meisten Ländern eine maximale Kanalbreite von 40 MHz vorgesehen. Die Verbreiterung der Kanalbreite stellt extrem hohe Herausforderung an die Funk-Hardware, da diese mit einer rechenintensiven Fourier-Transformationen einhergehen und darüber hinaus die Last auf dem Funkspektrum wesentlich höher ist als bei allen WLAN-Vorgängern.
Darüber hinaus wird die Geschwindigkeitserhöhung durch die Verwendung von aggressiveren Modulationsverfahren erreicht. Beim 802.11ac-Standard wird eine unter dem Namen „Quadrature-Amplitude-Modulation-“ (QAM-)Technik genutzt. QAM ist ein Modulationsverfahren, das statt einer einfachen An/Aus-Tastung (0 und 1) mehrere Zustände von zwei, vier, acht oder mehr Bit zusammenfasst und in ein jeweils 4-, 16-, 64- oder 256-Symbol umwandelt. Die Zahl gibt jeweils die größtmögliche Anzahl der Zustände an.
Nachdem im 802.11a-Standard vor mehr als 10 Jahren die Grundlagen für QAM-64 gelegt wurden, erhöht jetzt der 802.11ac-Standard die Anzahl der modulierten Symbole auf 256. Der Wechsel von QAM 64 auf QAM 256 bringt eine Geschwindigkeitserhöhung von 20 Prozent. Allerdings hat dieses Modulationsverfahren zur Folge, dass die WLAN-Hardware mehr Aufwand zur Kontrolle des Error-Vector-Magnitude- (EVM-)Parameter aufwenden muss. Der Parameter Error-Vector- Magnitude (EVM) ist ein Maß für die Fehlertoleranz des Demodulators beim Vorliegen von Störgrößen. Die EVM stellt die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem eines idealen Modulationsvektors jedes einzelnen Symbols dar.
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