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Durch Interferenz können mehrere Funksignale auf der gleichen Frequenz übertragen werden
Durch Interferenz können mehrere Funksignale auf der gleichen Frequenz übertragen werden (Bild: Wikimedia)

Mega MIMO 2.0: Mehr Flexibilität und Durchsatz in überfüllten Funknetzen

Durch Interferenz können mehrere Funksignale auf der gleichen Frequenz übertragen werden
Durch Interferenz können mehrere Funksignale auf der gleichen Frequenz übertragen werden (Bild: Wikimedia)

Durch Mega MIMO 2.0 sollen mehrere Accesspoints in einem WLAN mit mehreren Endgeräten auf derselben Frequenz kommunizieren können. In vollen Hörsälen und auf gut besuchten Messegeländen soll die Technik den Datendurchsatz vervielfachen.

MIMO (Multiple Input, Multiple Output) ist ein alter Hut. Fast jeder WLAN-Router ist mit mehreren Antennen ausgestattet, die mehrere Signale gleichzeitig über dieselbe Frequenz übertragen können. So können einzelne Clients mit deutlich größerer Bandbreite versorgt werden. Das von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt Mega MIMO 2.0 geht deutlich weiter.

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Viele Funknetzwerke werden nicht nur von einem Nutzer verwendet. Aber je größer die Zahl der Nutzer wird, umso schneller ist die Bandbreite in den Funkbändern erschöpft, und die Datenraten brechen zusammen. Mega MIMO ist ein verteiltes Multiuser-Netzwerk, in dem mehrere Nutzer von mehreren Accesspoints auf derselben Frequenz mit Daten versorgt werden können.

In der Theorie waren ähnliche Ansätze schon länger als Distributed Multi-User MIMO bekannt. Für Mega MIMO 2.0 haben die Forscher ein eigens entwickeltes Testnetzwerk aus vier Accesspoints mit je einer Antenne und vier unmodifizierten Clients realisiert, die damit gleichzeitig auf einem einzigen Kanal angesprochen werden. Das Netzwerk erreichte den 3,6-fachen Durchsatz einer einzelnen 802.11-Verbindung.

Mega MIMO bringt mehr Durchsatz auf derselben Welle

WLAN-Verbindungen auf derselben Frequenz mit getrennten Accesspoints herzustellen, ist ein großes Problem. Um die Funksignale koordinieren zu können, betreiben MIMO-Router ihre Antennen mit einem einzigen Oszillator, der die Grundfrequenz liefert. Das verhindert, dass die Funksignale der unterschiedlichen Antenne ungewollt außer Phase laufen.

Um mehrere Signale auf derselben Frequenz gezielt übertragen zu können, wird eine exakte Kontrolle über die ausgestrahlten Radiowellen benötigt. Verschieben sich die Radiowellen, die von den verschiedenen Antennen ausgestrahlt werden, nur leicht gegeneinander, schwächen sich die Signale ab oder verschwinden sogar ganz. Aber kein elektronisches Bauteil ist perfekt. Auch wenn zwei Accesspoints nominell mit exakt derselben Frequenz senden, werden ihre Signale in Sekundenbruchteilen auseinanderlaufen.

Theoretisch sind diese Probleme schon längst gelöst. In ihrem Mega-MIMO-Aufbau benutzten die Forscher nicht nur zwei, sondern vier getrennte Accesspoints, die ihre Signale koordinieren mussten. Damit solche Funkverbindungen funktionieren können, müssen die Eigenschaften aller Verbindungen - vor allem die Phase des Signals - genau vermessen und allen Sendern und Empfängern bekanntgegeben werden.

Berge und Täler müssen zueinander passen

Die Berge und Täler von phasengleichen Funksignalen erscheinen immer zur gleichen Zeit, durch Überlagerung können sie verstärkt werden. Signale, die um 180 Grad in der Phase verschoben sind, löschen sich gegenseitig aus. Durch eine geschickte Koordination der Phasenlage mehrerer Antennen können also Signale an bestimmten Stellen im Raum verstärkt oder ausgelöscht werden. Das erlaubt es erst, mit mehreren Geräten im gleichen Frequenzbereich zu kommunizieren.

Die Übertragung der Informationen zum Phasenabgleich und anderer Informationen der Verbindung ist aber äußerst zeitintensiv. Typischerweise behalten die Funkstrecken ihre Eigenschaften nur für einige Millisekunden bei. Statt nützliche Daten zu übertragen, wird ein großer Teil des Datendurchsatzes für den ständigen Abgleich der Funkverbindung verwendet. Findet der Abgleich seltener statt, verliert die Verbindung an Qualität, und der Datendurchsatz sinkt genauso.

Die Ritter der Roombas 

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M.P. 09. Sep 2016

Ich wollte eher darauf hinaus, ob die Technik das Router -Array durch diese MIMO...

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