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Chip Magazin Sonderheft WLAN Handbuch 2018

SCHNELLES NETZ |

SCHNELLES NETZ | ax-WLAN ax-WLANlöst Funk-Bremsen Schneller als bisher wirdes, das ist klar.Der neue WLAN- Standard802.11ax setzt aber noch einen Schwerpunkt: Er nutzt LTE-Technik, um mehr Geräte zu versorgen VON JÖRG GEIGER AlteWLAN-Gerätekönnen aber nicht alle neuen ax-Funktionen nutzen. In dessen Paket-Header sind deshalb zwei Bereiche vorgesehen: Ein Legacy-Teil für die Kompatibilität mit bestehenden Standards und einer für High Efficiency. Dass ein einzigerBuchstabe viel ausmachen kann, zeigtvor allem dasneue Modulationsverfahren, das nur ax-Clients verstehen. Zusätzlich zum bestehenden OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) beherrscht das neue ax-WLAN OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access). Das haben die Entwickler von LTEübernommen. OFDMA ist dann erforderlich, wenn die Zahl der gleichzeitigen Nutzer sehr hoch und beim Standardbetrieb die Mehrheit der Clients mit Warten beschäftigt ist. Die üblichen Kanäle von 20, 40, 80und 160 MHz werden dazu inviele kleine Subcarrier unterteilt, die dann festen WLAN-Clients zugewiesen werden. Die kleinen Subcarrier-Bündel (Resource Units) werden dabei dynamisch aufdie vorhandenenWLAN-Geräte aufgeteilt, und zwar immer alle. ImVergleich zu OFDM reduziert OFDMA den Overhead an Steuerungsdaten, was besonders bei kleinen Datenpaketen wie Messenger-Nachrichten viel ausmacht. Seit 2013 tüftelt eine Arbeitsgruppe am WLAN der Zukunft. Der Nachfolger der beiden aktuellen Standards 802.11n (2,4 GHz) und 802.11ac (5 GHz) wird 802.11ax heißen. Bis erste ax- Geräte auf den Markt kommen, wird es zwar noch ein bisschen dauern, aber große Tech-Firmen wie Qualcomm oder Quantenna liefern schon Test-Equipment für das WLAN von morgen aus. Ein ax- Router wird wahrscheinlich erst 2019 in unsere Wohnungen einziehen. Aber die Wahrscheinlichkeit ist hoch, dass auf der Packung dieses Routers „10 GBit-WLAN“ oder Ähnliches stehen wird. Theoretisch stimmt das sogar, denn ein ax-Router kann acht Datenströme gleichzeitig aussenden, von denen jeder maximal 1.200 MBit/s schafft. Das ergibt summa summarum 9.600 MBit/s, und wenn man nicht kleinlich ist, kann man von 10GBit/s reden. Den um 27 Prozent höheren Datendurchsatz im Vergleich zumVorgänger ac holt sich dasax-WLAN durch Tuning an der Modulation: Bisher konnte im WLAN eine 8-Bit-Modulation mit 256 Symbolen (256-QAM, Quadratur- Amplituden-Modulation) genutztwerden. 802.11ax beherrscht nun 10Bit und damit 1024-QAM. Einen damit machbaren großen Speed-Boost haben die Entwickler von 802.11ax jedoch gar nicht im Sinn, zumindest nichtbei der maximal erreichbarenDatenrate. Gegen die WLAN-Überfüllung Der neue Standard ist zwar noch nicht finalisiert, aber in den entsprechenden Arbeitsgruppen nennt man ihn heute schon High-Efficiency-Wireless. Der Effizienzgedanke dahinter: ax-WLAN soll nicht nur mehr Nutzer versorgen als die Vorgänger, sondern diese auch schneller bedienen, und das vor allem, wenn andere Nutzer schon viel Bandbreite abknapsen. Höhere Effizienz bedeutet hier konkret: Wenn es eng wird imWLAN, sollen ax-Router den durchschnittlichen Funknetz-Nutzer viermal schneller beliefern. Das spiegelt die schon jetzt erlebte Praxis wieder, denn die Zahl der WLANfähigen Geräte in einem durchschnittlichen Haushalt steigt ständig. Die Überfüllung hat mit der Einführung von 802.11ac und der Nutzung des 5-GHz-Frequenzbandes nur eine kurze Verschnaufpause eingelegt, nachdem das 2,4-GHz-Band bis dahin hoffnungslos überfrachtet war. 802.11ax funkt in beiden Frequenzbändern und kann mit bestehenden WLAN- Clients umgehen. Abwärtskompatibel ist ax bis zum 1999 eingeführten 802.11b. Kompatibilitätsprobleme mit Ihrem bestehenden WLAN-Gerätepark sollten also dieabsoluteAusnahme bilden. LTE-Technik übernommen Mehr MU-MIMO im Upload behebt den Flaschenhals in aktuellen Heimnetzen, die mit ac-WLAN funken Multi-User-MIMO im Uplink Das Warten auf freie Kanäle hat der Vorgänger 802.11ac durch Multi-User-MIMO (Multiple Input Multiple Output) verkürzt. Bis zu acht WLAN-Geräte kann eine Basisstation nach 802.11ac Wave 2 gleichzeitig versorgen (8x8), aber das klappt bisher nur im Downstream. Dagegen integriert ax- WLAN das Multi-User- MIMO vollständig inden Upstream, sodass bis zu acht Geräte gleichzeitig Daten andie Basisstation senden können. Ein netter Nebeneffekt: Den Upload- Boost spüren selbst ältere ac-Geräte, weil sie nicht so lange warten müssen. Möglichst schnelle Uploadssind für Live- Streaming oder Video-Sharing nötig. Für das gleichzeitige Senden und Empfangen mit mehreren Geräten bedient sich ax- WLAN der bekannten Beamforming- Technik, bei der jedes WLAN-Gerät mit einer Art Fingerabdruck identifiziert wird. Dieser ergibt sich aus der räumlichen Anordnung der Antennen. Gleichzeitig optimiert ax an anderen Stellen und unterteilt das Frequenzspektrum feiner auf mehrere Subcarrier. Die Symbollänge wird von 4(AC) auf 16 Mikrosekunden gestreckt.Zieldieser Maßnahmen ist eine robustere Übertragung bis anden Rand der Funkzelle. Ein neuer Scheduler sorgt dafür,dass Basisstation und Geräte die Nutzung des stärkeren Upstreams vernünftig aushandeln. Das Sagen hat dabei die Basisstation, die analle WLAN-Geräte einen sogenannten Trigger-Frame sendet. Dieser Frame legt fest, welche Streams ein Gerät wann für den Uplink nutzen darf. Auch wenn es nurkurze Wartezeiten sind, können Geräte bis dahin in einen Tiefschlaf fallen und so Strom sparen. 24 2018 | WLAN-Handbuch

ax-WLAN | SCHNELLES NETZ 802.11ax: Gut für viele Geräte Für den neuen WLAN-Standard802.11ax haben sich dieEntwickler eine höhereEffizienz zum Ziel gesetzt. Vorallem in übervollen WLANssollen dievielen Geräte schneller versorgtwerden Internetfähige Geräte pro 4-Personen-Haushalt 2012 8 2017 24 2022 50 Quelle: GSM Association 802.11ac Multi-User-MIMO 802.11ackonnte anfangs nur vier WLAN-Clients gleichzeitigmit Daten versorgen,seitWave 2 sind acht Ströme möglich, dievon der Basisstation zu denGerätenfließen. EinFlaschenhalsfindet sich aber im Upstream, denn vonden Gerätenzur Basiswirdhierimmer nur genau eine Verbindung aufgebaut. 802.11ax Multi-User-MIMO Das ax-WLAN baut Multi- User-MIMO an einer wichtigen Stelleaus.Wie bisher kanneineBasis achtGeräte gleichzeitig bedienen. Neu ist, dass die Multi-User-Funktion auchfür den Upload funktioniert, also für den Wegvon den Clients zur Basis bereitsteht. Davonprofitierenauch ältereClients. OFDMA: Effizienter Daten übertragen Bei OFDM(links) imac-WLAN belegenauchwenigeNutzdaten komplettePakete.OFDMAimax-WLAN (rechts) kombiniert unterschiedlicheNutzdaten,umden Overhead zu reduzieren Subcarrier-Spacing: Mehr Daten übertragen BeiWLANist das Spektrumder Frequenzblöcke in Subcarrier aufgeteilt. In ac sinddie Subcarrier 312,5kHz breit, bei axnur 78,125 kHz, was Datentransfers störungsunempfindlicher macht 802.11ac 802.11ax Frame Nutzer 1 (Webseite) Nutzer 1 (Webseite) Signal 802.11ac Frequenz 312,5 kHz Frame Nutzer 2 (Streaming) Frame Nutzer 2 (Streaming) Signal 802.11ax Frame Nutzer 3 (Messenger) Nutzer 3 (Messenger) Frequenz 78,125 kHz WLAN-Standards im Vergleich WLANhat vorrund18Jahrenmit 802.11b bescheiden angefangen, sich aber schnell etabliert. Durchsatz und Tempobestimmen dieweitere Entwicklung. ac-WLAN erhöht diemaximaleDatenrate drastisch, während ax-WLAN das Multi-User-MIMOoptimiert –das istgut, wenn viele Geräte gleichzeitigfunken 802.11b 802.11g/a 802.11n 802.11ac 802.11ax Maximale Datenrate proStream (in MBit/s) Frequenzband (in GHz) 11 54 150 866 1.200 2,4 2,4/5 2,4 und 5 5 2,4 und 5 Kanalbreite (in MHz) 20 20/20 20 und 40 20, 40, 80 oder 160 20, 40, 80 oder 160 Antennentechnologie Übertragungstechnik Maximale Anzahl an Spatial Streams Single Input Single Output (SISO) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Single Input Single Output (SISO) DSSS und Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)/OFDM Multiple Input Multiple Output (MIMO) Orthogonal Frequency- Division Multiplexing (OFDM) MIMO/MU-MIMO (nur Downstream) Orthogonal Frequency- Division Multiplexing (OFDM) MIMO/MU-MIMO (Down- und Upstream) OFDM, Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) 1 1 4 8 8 WLAN-Handbuch | 2018 25

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