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Die Vorteile von Wi-Fi 6 – 802.11ax

Die im Standard 802.11ax High Efficiency (HE) definierte Wi-Fi 6-Technologie ist der Nachfolger der Drahtlostechnologie Wi-Fi 5 nach dem IEEE Standard 802.11ac.

Zielsetzung bei der Entwicklung des neuen Standards war, den Betrieb in Umgebungen mit einer hohen WLAN Nutzerdichte zu optimieren. Zu den weiteren Merkmalen zählen die Latenzzeitreduzierung sowie die Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeit bei gleicher Empfangsfeldstärke. Bei der Reichweite werden ähnliche Werte des Vorgängerstandards erreicht, aber mit besserer Übertragungsgeschwindigkeit.

Highlights & Vorteile

MU-MIMO

802.11n und auch die erste Version von 802.11ac  (Wave1) unterstützen lediglich Single User Multiple Input Multiple Output SU-MIMO (bzw. MIMO). Zwar unterstützte bereits 802.11ac (Wave2) das MU-MIMO (Multiple User Multiple Input Multiple Output), allerdings nur in Downstream Richtung. 802.11ax hingegen unterstützt MU-MIMO in Down und Upstream Richtung.

Der Vorteil von MU-MIMO gegenüber von SU-MIMO ist die Parallelisierung der Datenübertragung. Bei SU-MIMO werden die Daten mehrerer Clients sequenziell übertragen. Bei MU-MIMO können alle zur Verfügung stehenden Sendestreams und Empfangsstreams (Antennen) des Access Points (z.B.4x4) gleichzeitig genutzt werden, so wird eine Parallelisierung der Datenübertragung ermöglicht und Wartezeiten bei der Übertragung reduziert.

Beispiel für die Parallelisierung des Datenflusses zwischen verschiedenen Stationen bei einem Zugangspunkt (AP) mit MU-MIMO-Implementierung.

Orthogonaler Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff OFDMA

WiFi-Standards wie 802.11ac arbeiten mit dem orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). Diese Methode ist bei kleinen Datenpaketen ineffizient, da die Stationen die gesamte verfügbare Bandbreite ausnutzen bzw. blockieren. Bei OFDMA wird der Kanal in verschiedene Fragmente unterteilt, die als Resource Units (RU) bezeichnet werden. Jedes Fragment bzw. jede RU kann von einem Client verwendet werden, je nachdem, ob eine Parallelisierung der Datenübertragung und des Herunterladens innerhalb der Bandbreite des Kanals erforderlich ist.

Durch diese Fragmentierung wird verhindert, dass Clients, die kleine Datenpakete  übertragen, die Luftschnittstelle übermäßig belegen und ineffizient nutzen. Die kombinierte Nutzung von OFDMA und MU-MIMO ermöglicht den Mehrbenutzerzugriff und den Einsatz in Umgebungen mit hoher Nutzerdichte.

Unterschied zwischen OFDM 802.11ac und OFDMA 802.11ax. Nutzung des fragmentierten Kanals, der jeder Station RUs zur Verfügung stellt (je nach Bedarf).

BSS Coloring

Eines der Hauptprobleme bei der Realisierung von WiFi-Netzwerken mit hoher Nutzerdichte ist die Frequenzüberlappung von Zugangspunkten (oder OBSS). Diese wirkt sich auf die Netzwerkleistung aus, indem sie die Latenzzeiten aufgrund der Wartezeit bei der Übertragung erhöht, da sich ein oder mehrere Zugangspunkte denselben Kanal teilen (Co Channel Interference, CCI).

Beide Access Points senden auf dem gleichen Kanal, da sie sich nicht sehen können. Ein Client, der die Signale beider Access Points empfangen kann, wird bei der Übertragung von Daten immer solange warten, bis alle „sichtbaren“ Access Points keine Daten mehr übertragen. BSS Coloring Spatial Reuse wird als Technik der räumlichen Frequenzwiederverwendung eingeführt, um es Clients zu ermöglichen, in derartigen Situationen ohne zusätzliche Wartezeiten Daten zu senden.

Verwendung von BSS Coloring zwischen zwei Zugangspunkten mit 802.11ax

Die Station (Client 2) kann den BSS-Farbwert in den von beiden Zugangspunkten gesendeten Frames überprüfen und den Signalwert des Intra-BSS-Zugangspunkts (d. h. des Zugangspunkt- oder Client-Frames außerhalb des Inter-BSS innerhalb des Arbeits-BSS) berechnen. Nach der Berechnung des Signalwerts und unter Berücksichtigung der Leistungsreduzierung, die erfolgen muss, um Interferenzen mit externen Zugangspunkten zu vermeiden, kann die Station gleichzeitig senden (was die Effizienz des überlappenden Kanals erhöht). Diese Funktionalität erhöht die Nutzung der 2,4-GHz-Bandbreite erheblich, da diese Frequenz im verwendeten elektromagnetischen Spektrum nur drei nicht überlappende 20-MHz-Kanäle hat.

1024-QAM

Eine weitere Verbesserung bei 802.11ax stellt die Nutzung von mehr Modulationsstufen als bei früheren WiFi-Technologien dar. Auf diese Weise erhöht sich die Datenrate, bei guten Signal-Rauschverhältnis, im Vergleich zu älteren Standards. Die QAM-Modulation arbeitet mit zwei orthogonalen Trägern, deren Amplitude und Phase sich ändern und so eine größere Codierung der Datenübertragung pro Symbol sicherstellen.

Modulationen bei QAM-256 802.11ac, QAM-1024 802.11ax

TWT (Target Wake Time)

Durch die Verwendung der TWT-Funktion (Target Wake-up Time) können Geräte wählen, wann sie inaktiv geschaltet werden und somit bei Datenübertragungen mit dem Zugangspunkt Energie sparen. Daher ist TWT eine hervorragende Möglichkeit zum Energie sparen und besonders interessant für batteriebetrieben Mobil und IoT-Geräte.

Was Sie schon immer über Wi-Fi 6 wissen wollten

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