Neue WLAN-Features

Mit Riesenschritten voran geht es beim Tempo: Aktuell ist der WLAN-Standard N mit theoretischen 300 Mbit/s das Maß der Dinge, wovon in der Praxis rund die Hälfte übrig bleibt. Doch derzeit werden von den Kabelnetz­betreibern die ersten Internet­zugänge mit 100 Mbit/s geschaltet – damit wird der Download und die drahtlose Weiter­verteilung von HD-Video­inhalten im Haus zum Thema. Und WLAN 802.11 n, wie der derzeit schnellste Datenfunkstandard offiziell benannt ist, ist noch lange nicht das Ende der Fahnenstange – hier stehen uns noch einige Entwicklungsstufen ins Haus.

Räumlicher Multiplex

Während bisher zur Steigerung der Durchsatzraten vor allem mit Frequenzmultiplex oder mit Zeitmultiplex gearbeitet wird – beispielsweise senden UKW-Radiostationen auf verschiedenen Frequenzen, GSM-Handys dagegen auf einem Kanal, aber zu unterschiedlichen Zeiten – kommt bei WLAN 11n die räumliche Komponente hinzu. Sogenannte Spatial Streams (räumliche Ströme) sind Datenströme, die zur gleichen Zeit auf der gleichen Frequenz ausgesendet werden, aber unterschiedliche Wege bis zum Empfänger nehmen.

Genau das ist normalerweise bei Funkübertragungen für die Verbindung tödlich, da sich beide Ströme im ungünstigsten Fall wie beim Antischall durch Interferenzen auslöschen. Mit technischen Tricks kann man sich Interferenz aber auch positiv zunutze machen. Dazu später mehr.

Für Spatial Streams müssen die Entwickler mehrere Sende- und Empfangsantennen einsetzen, also MIMO-Technik (Multiple Input Mulitple Output). Im Normalfall nutzt man jeweils eine Sende- und Empfangsantenne je Stream, wobei pro Stream derzeit 150 Mbit/s erreichbar sind. Billige Systeme, aber auch die meisten WLAN-N-Konfigurationen in Mo­biltelefonen sowie im iPad arbeiten mit einer Antenne, derzeit marktübliche hochwertige Systeme wie die Fritzbox Fon WLAN 7270 oder 7390 arbeiten mit 2x2 Antennen und damit zwei Spatial Streams.

Demnächst gehen Systeme mit 3x3 Antennen, also drei Streams und 450 Mbit/s, an den Start. Geschwindigkeitsjunkies sollten deshalb immer auf die Anzahl der Spatial Streams achten, die ein WLAN-Router bietet. In diesem Zusammenhang kommt noch eine Weiterentwicklung ins Spiel.

Vermessung der Funkstrecke

Denn die pure Antennenanzahl bewirkt noch nicht das Maximum an Geschwindigkeit, damit ist erst mal nur die sogenannte Diversity möglich: Das Empfängersystem wertet die empfangenen Ströme aus und schaltet auf die Antenne, die das beste Signal empfängt. Um mit mehreren Spatial Streams die Datenrate zu steigern, müssen die Ingenieure dafür sorgen, dass es nicht zu Interferenzen kommt und dass man die unterschiedlichen Ströme in Kombination nutzen kann.

Das wird unter anderem durch Tx-Beamforming erreicht. Hier darf allerdings der Name nicht wörtlich genommen werden, es findet also keine Antennenausrichtung statt. Vielmehr schickt der Sender vor einer Übertragung erst mal Trainingssequenzen, sogenannte Sounding-Pakete, durch die Luft. Der Empfänger ermittelt die Signalqualität und prüft, ob sich die Ströme gegenseitig auslöschen. Aus diesen Informationen generiert der Empfänger eine Optimierungsempfehlung und schickt diese an den Sender, der die Phasen­lage des Signals entsprechend modifiziert und den momentanen Bedingungen anpasst.

Diese Funkstreckenvermessung erfolgt regelmäßig, da sich die Gegebenheiten beispielsweise durch im Raum befindliche Personen ständig ändern. Der Lohn der Mühe: Durch Tx-Beamforming erhöht sich der Durchsatz bei mittleren Entfernungen um rund 50 Prozent.

Zu Tx-Beamforming gehört auch das Empfangsmerkmal Maximum Ratio Combining (MRC). Dadurch verbessert sich der Empfang bei großen Distanzen. So wird die Reichweite künftiger WLAN-Geräte merklich steigen. MRC ist eine Empfängerfunktion, bei der die MIMO-Signalpfade optimal kombiniert und Zeit sowie Phase der empfangenen Signale zur Verbesserung der Linkzuverlässigkeit abgeglichen werden.

Problemlösung bei Kurzstrecken

Man sollte es nicht glauben, aber ein starkes Funksignal bedeutet nicht zwangsläufig eine gute Übertragung. Denn je näher Sender (WLAN-Router) und Empfänger (Client) beieinander sind, desto mehr „brüllen“ sie sich auf Funk­ebene an, da das Signal auf kurzen Strecken relativ stark ist. Das führt gerade bei MIMO-Systemen zu Verzerrungen. Diesen wird in künftigen WLAN-Systemen durch die sogenannte Maximum Likelyhood Demodulation (MLD) begegnet. Diese Demodulationsart ist deutlich genauer als die bisher eingesetzte Zero-Forcing-Methode.

Neue Codierung

Vor Kurzem bereits implementiert wurde Space Time Block Coding (STBC), eine neue Codiermethode. Diese bringt keine direkten Geschwindigkeitsvorteile, sondern erhöht die Stabilität von WLAN-Verbindungen. Und zwar vor allem dann, wenn auf der Funkstrecke viele Reflektionen auf­treten und der Router zwar mehrere Sendeketten hat, der Empfänger aber nur eine – was wie gesagt häufig bei billigen WLAN-Systemen oder bei Smartphones der Fall ist.

Neue Systeme bald erhältlich

Mit Ausnahme der bereits jetzt implementierten STBC kommen die vorgestellten Systeme wie Tx-Beamforming, MRC und MLD erst noch auf den Markt. Voraussetzung hierfür sind neue Chipsätze, die demnächst in größeren Stückzahlen verfügbar werden. Vorreiter ist einmal mehr die Berliner Fritzbox-Schmiede AVM, die als einer der ersten Hersteller entsprechende Produkte bringt.

Ab Herbst soll mit der Fritzbox 3370 und brandneuen Atheros-Chipsätzen das nächste WLAN-Zeitalter eingeläutet werden. Die Box bietet drei Sende- und Empfangsketten, entsprechend drei Spatial Streams und damit 450 Mbit/s brutto. Sämtliche erwähnten WLAN-Verbesserungen sind in die Box mit eingeflossen. Leider haben die Berliner noch keinen entsprechenden Empfangsstick angekündigt, den man an den PC anstöpseln kann – aber was nicht ist, kann ja noch werden.