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802.11ax – ein sehr effizienter WiFi-Standard : Ausgabe 05/2017, 16.03.2017

Beste Wetterverhältnisse im WiFi

Was nützt einem schon der schnellste Ferrari, wenn die Strassen immer wieder heillos verstopft sind. Ähnlich geht es uns mit den Wireless-Verbindungen zum Internet. Das neue Protokoll 802.11ax soll endlich erheblich bessere Datendurchsatzraten bringen.

Autor: Henning Wriedt, USA-Korrespondent

Bilder: Fotolia, Wriedt

Vor 18 Jahren schaffte der damals ganz neue WiFi-Standard 802.11b bis 11 MBit/s. Ein paar Jahre später waren es beim 802.11a/g mit der OFDM-Technologie (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) schon 54 MBit/s. Die nächste Verbesserung kam 2009 mit 150 MBit/s.

Die Revision des Standards 802.11ac brachte eine Steigerung der Linkgeschwindigkeiten auf 866 MBit/s für einen einzelnen Datenstrom mit breiteren Kanälen (160 MHz) und höherer Modulation (256-QAM). Rein theo- retisch und mit acht räumlichen Datenströmen liesse sich so eine Geschwindigkeit von 6,97 GBit/s erzielen.

Wertvolle Informationen für Implementierung

Aber das sind Labordaten, während man sich in der Öffentlichkeit mit WiFi-Stationen mit recht langsamen Datenübertragungsraten zufriedengeben muss. Eine neue Revision des Wireless-LAN-Standards IEEE 802.11 – 802.11ax – soll diesen Zustand lösen. Zum Thema des neuen Standards hat National Instruments einen Applikationsbericht herausgebracht, der keine Fragen offen lässt und für die Implementierung des Standards wertvolle Informationen bietet.

High-Efficiency-Wireless

802.11ax, genannt High-Efficiency-Wireless (HEW), soll den durchschnittlichen Datendurchsatz pro Anwender auch in einer sehr belebten Wireless-Umgebung mindestens um den Faktor 4 erhöhen. Weitere Merkmale:

  • Kompatibilität mit 802.11a/b/g/n/ac
  • Datenraten und Kanalbreiten wie 802.11ac, mit Ausnahme der Modulations- und Codiersets MCS 10 und 11 mit 1024-QAM
  • spezifiziert für Downlink- und Uplink-Multi-User-Betrieb durch die Technologien MU-MIMO und OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
  • grössere OFDM FFT, engere Unterträger­abstände und längere Symbolzeiten (je Faktor 4) für verbesserte Robustheit und Performance in Mehrwegpfaden unter schwachen Umgebungsbedingungen und im Aussenbereich
  • verbesserter Datenfluss und Kanalzugriff
  • besseres Power-Management für längere Batterielaufzeiten

Das High-Efficiency-Wireless eignet sich besonders für Mobilfunkdaten-Offloading: Bis zum Jahr 2020 soll es pro Monat 38,1 EByte an WiFi-Offloadverkehr geben. Das übertrifft damit den Mobil/Cellular-Datenverkehr (30,6 EByte – Exabyte) – entsprechend dem Transfer von 6000 Blu-Ray-Videos pro Minute auf diesen Netzen. Es optimiert aber auch Umgebungen mit vielen Zugriffspunkten und hoher Konzentration von Benutzern mit heterogenen Geräten. Zudem schafft es Betriebsvorteile in Gebäuden und im Freien.

PHY-Mechanismen für höhere Effizienz

Breiteren Raum im Applikationsbericht nimmt die Beurteilung des WiFi-Datendurchsatzes in einer sehr frequentierten Umgebung ein. Das 802.11-Protokoll verwendet die CSMA-Methode. Obwohl das «Clear Channel Assessment and Collision Avoidance» einen Kanal sehr gut und gleichmässig zwischen den Anwendern innerhalb der Kollisionsdomäne aufteilt, mindert sich die Effizienz bei grosser Beteiligung doch erheblich. Ein weiterer negativer Faktor sind viele Zugriffspunkte mit überlappenden Servicebereichen.

Und ohne ein sorgfältiges Power-Management werden die Anwender der vorherigen 802.11-Standards Zweitkanal-Interferenzen erleben, die die Performance mindern.

Die Spezifikationen des 802.11ax-Standards bringen signifikante Veränderungen an der Bit­übertragungsschicht (physical layer) mit sich; die Rückwärtskompatibilität mit 802.11a/b/g/n- und /ac-Geräten bleibt aber erhalten. Die älteren Versionen können auch 802.11ax-Header-Informationen demodulieren und decodieren – aber nicht das ganze Paket.

FFT-Spezifikationen

Die FFT-Länge definiert die Zahl der gesamten Subträger im OFDM-System. So bietet zum Beispiel ein OFDM-System mit N=64 auch 64 Unterträger. Real werden nicht alle Unterträger für Datenübertragungen verwendet. Einige Unterträger sind für Pilotträger reserviert und andere bleiben unbenutzt, um als Schutzband zu wirken. Diese Subträger werden auch Null-Unterträger oder virtuelle Unterträger bezeichnet.

Traditionell spezifiziert der IEEE-802.11-Standard die folgenden Parameter für seine OFDM-Bitübertragungsschicht oder physical layer (z. B. 802.11ac):

  • FFT-Länge = 64 (also insgesamt 64 Unterträger, gebraucht und ungebraucht)
  • Zahl der Daten-Unterträger = 48 (Nd)
  • Zahl der Pilot-Unterträger = 4 (Np)
  • Zahl der USED-Unterträger = 52 (Nu = Nd + Np)
  • Zahl der UNUSED-Unterträger = 12 (Nun = Nfft – Nu)

Das Whitepaper «802.11ax – High Efficiency Wireless» liegt als PDF auf der Homepage. 

Whitepaper: 05_17.01.pdf

Infoservice

National Instruments Switzerland GmbH
Sonnenbergstrasse 53, 5408 Ennetbaden
Tel. 056 200 51 51, Fax 056 200 51 55
ni.switzerland@ni.com, www.ni.com/switzerland



Das High-Efficiency-Wireless eignet sich speziell für Mobilfunkdaten-Offloading: Bis 2020 soll es pro Monat 38,1 EByte an WiFi-Offloadverkehr geben


Vergleich der Standards 802.11ac und 802.11ax. Hier ist ersichtlich, dass der neue Standard sowohl im 2,4- als auch im 5-GHz-Band operiert