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Neuerungen, Vorteile und Schwierigkeiten

Der WLAN-Standard IEEE 802.11ax

12.04.2018
Jan Buis ist Vice President Wireless LAN und Switches bei Lancom Systems.
Mit smarten Funktionen erreicht die nächste Generation von WLAN-Geräten vor allem eines: Mehr Performance in High-Density-Umgebungen. Bis es soweit ist, müssen aber vor allem in Europa noch einige Hürden genommen werden.

Mit IEEE 802.11ax - auch als High Efficiency Wireless (HEW) bezeichnet - soll die wachsende Anzahl an bandbreitenhungrigen Anwendungen gemeistert werden. Dazu soll der neue Standard viele parallele Datenübertragungen erlauben und in Umgebungen mit einer großen Anzahl an WLAN-Clients - etwa Großveranstaltungen, Hotspots in großen Hotels oder Einkaufszentren - sehr viel leistungsfähiger sein.

Was bringt High Efficiency Wireless?
Was bringt High Efficiency Wireless?
Foto: Casezy idea - shutterstock.com

Neben der effizienteren Nutzung des unlizenzierten Spektrums im 2,4- und 5-GHz-Band (und in Zukunft eventuell auch im 6-GHz-Band) für latenzkritischen Anwendungen wie VoiP und Video-Streaming, bringt 802.11ax insbesondere die Steigerung des durchschnittlichen Durchsatzes pro WLAN-Client. Die verfügbaren Bandbreiten werden den Clients dazu effizienter zugeteilt. Das erhöht die Stabilität der Übertragung und der einzelnen Verbindungen.

802.11ax bringt mehr Effizienz durch smarte Features

Der Leistungsgewinn wird durch verbesserte, parallele Übertragungen erreicht, nicht durch insgesamt höhere Übertragungsraten. Besonders Verbesserungen bei der parallelen Übertragung mittels Multi-User-MIMO - im Gegensatz zum aktuellen Standard 802.11ac auch im Uplink - beziehungsweise die Einführung von OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) sind hervorzuheben.

Jan Buis, Vice President Wireless LAN und Switches bei Lancom Systems, erörtert für ChannelPartner Stand und Perspektiven des kommenden WLAN-Standards IEEE 802.11ax.
Jan Buis, Vice President Wireless LAN und Switches bei Lancom Systems, erörtert für ChannelPartner Stand und Perspektiven des kommenden WLAN-Standards IEEE 802.11ax.
Foto: Lancom Systems

Bisher wurde OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) genutzt, das den gesamten Frequenzbereich pro Zeiteinheit für eine Übertragung belegt. Das nun erstmals bei WLAN verwendete OFDMA ist aus dem LTE-Mobilfunk bekannt und nutzt pro Zeiteinheit mehrere Frequenzblöcke. Die werden unterschiedlichen Clients zugewiesen.

Funktionsweise von Multi-User-MIMO im WLAN.
Funktionsweise von Multi-User-MIMO im WLAN.

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Gleichzeitig wird die Anzahl der Symbole von QAM-256 auf QAM-1024 vervierfacht. Die mögliche Brutto-Datenübertragungsrate mit zwei Antennen und 80 MHz Kanalbreite steigt so auf über 1 GBit/s, theoretisches Maximum sind 9,6 GBit/s. Die Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM) ist ein Modulationsverfahren, das Amplituden- und Phasenmodulation kombiniert. Die höchstmögliche, absolute Übertragungsgeschwindigkeit liegt damit gegenüber aktuellen ac-Wave 2-Geräten bei rund 40 Prozent.

OFDMA nutzt pro Zeiteinheit mehr Frequenzblöcke als OFDM.
OFDMA nutzt pro Zeiteinheit mehr Frequenzblöcke als OFDM.

Es geht bei 11ax also eher um die verbesserte "Gleichzeitigkeit" von Übertragungen an mehrere Clients als um eine höhere absolute Geschwindigkeit. Hinzu kommen zudem eine robustere Übertragung im Outdoor-Bereich, Indoor- und Outdoor-Anwendungen sowie ein Ausbau der unter 802.11ac im 2,4-GHz Band verfügbaren Funktionen.

Sorgenkind Europa

In Europa bereitet ax den Verantwortlichen jedoch Sorgen. Die Fassung V2.1.1 der europäischen EN 301 893 regelt den Funkbetrieb für alle Geräte im 5 GHz-Band. Man möchte damit die effiziente Nutzung der Frequenzen sicherstellen und eine faire Koexistenz verschiedener Funktechniken ermöglichen.

Um WLAN-Geräten mehr Performance zu ermöglichen, beinhaltet die Norm jedoch Ausnahmen für den Kanalzugriff. Die EU-Norm berücksichtigt jedoch nur die WLAN-Standards 802.11b/g/a/n und ac - nicht jedoch 802.11ax. Die volle Performance wäre mit ax-Geräten in der EU daher aktuell nicht möglich.

Preamble und Energy Detection

Die Ausnahmen behandeln die Mechanismen "Energy Detection" (ED) und "Preamble Detection" (PD). Alle anderen Systeme im 5-GHz-Band sind verpflichtet, zur Erkennung bestehenden Funkverkehrs ED zu nutzen. Bereits ab -72 dB erhalten sie keinen Zugang mehr zum Kanal. Für WLAN-Geräte wurde diese Vorgabe aufgeweicht. Sie dürfen bis einschließlich 802.11ac zusätzlich den PD nutzen und einen höheren ED-Schwellwert ( -62 dB ) anwenden.

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Für ein WLAN-Gerät gilt der Kanal damit schon als frei, wenn andere Systeme ihn noch als belegt wahrnehmen. Im Gegenzug reagiert WLAN aber empfindlicher auf eigene Datenpakete und liegt die Schwelle für PD mit -82 dB um 10 dB niedriger als der ED-Wert für andere Funktechniken.

Kurz gesagt: WLAN ist störunempfindlicher (höherer ED-Schwellenwert) und somit im Vorteil gegenüber anderen Funksignalen, aber dafür empfindlicher gegenüber anderen WLAN-Signalen (niedriger PD-Schwellenwert). Einzige Ausnahme bislang: 802.11ax.

Jetzt sind IEEE und ETSI gefragt

Um diese europäische Problematik aufzulösen, muss ETSI die EN 301 893 überarbeiten und für ax dieselben Ausnahmen wie für die Vorgängerstandards zulassen. Geschieht dies nicht, käme IEEE 802.11ax als "verstümmelter" Standard in die EU-Märkte, Die Leistung wäre im schlimmsten Fall sogar schlechter als beim Vorgänger 802.11ac. Dies könnte den nächsten WLAN-Entwicklungsschritt behindern, befürchten Experten.

Doch nicht nur die Regularien in Europa bedürfen der Überarbeitung. Auch das ax-Standardisierungsverfahren hinkt hinter dem Zeitplan hinterher. Zwar hat die High Efficiency WLAN Study Group (HEW SG) bereits im Mai 2013 ihre Arbeit aufgenommen, die endgültige Verabschiedung wird aktuell allerdings erst für Dezember 2019 erwartet. Damit sind die ersten getesteten, marktreifen Enterprise-Produkte frühestens Ende 2019 zu erwarten.

Derzeit hat sich jedoch der Vorgänger-Standard (IEEE 802.11ac) noch nicht ansatzweise flächendeckend verbreitet. Auch das Potenzial von 11ac WAVE 2 ist noch lange nicht ausgeschöpft. Es bleibt also noch Zeit für die Standardisierer bei IEEE und ETSI, ihre Arbeit zu vollenden.

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