Warum die vielen Antennen?

Eine besonders auffällige Veränderung zeigen die Access Points und Router: Sie bekamen mit der Zeit immer mehr Antennen. Router mit einer einzigen Antenne sind selten geworden, Spitzenmodelle bestehen aus einem regelrechten Antennenwald. Die kurze Antwort auf die Frage nach ihrem Sinn: Sie verbessern die Übertragungsleistung, indem die räumliche Dimension zusätzlich zu Frequenz, Modulation und Zeit genutzt wird. Häufig hat jedes Frequenzband eigene Antennen.

Stellenmarkt
  1. Softwareentwickler Healthcare IT (gn*)
    medavis GmbH, Karlsruhe
  2. IT Field Service Agent (m/w/d) Servicecenter
    DAW SE, Enger
Detailsuche

Um die räumliche Dimension zu nutzen, gibt es mehrere Ansätze. Bei allen bekommt der Übertragungskanal, den wir bislang nicht genauer betrachtet haben, eine zentrale Bedeutung. Denn beim Empfänger kommt nicht exakt das an, was gesendet wurde, sondern eine verzerrte Version davon. Jeder Einzelträger wird grundsätzlich unterschiedlich verzerrt - das ignorieren wir erst einmal.

Ein wichtiger Grund für die Verzerrungen ist die Mehrwegeausbreitung. Sie entsteht dadurch, dass die Senderantenne nicht zielgenau auf den Empfänger strahlt. Signalanteile, die nicht auf den Empfänger gerichtet sind, können ihn durch Reflexion indirekt erreichen, wie auf dem Bild unten dargestellt. Dabei legen sie eine längere Strecke zurück als die Komponente, die den Empfänger auf direktem Weg erreicht. So wird dort das Signal mit einer zeitverzögerten und eventuell phasenverschobenen Kopie überlagert.

Jede Antenne ist anders

Verfügt der Empfänger über mehrere, räumlich getrennte Antennen, (NRx), überlagern sich die einzelnen Signalpfade an jeder unterschiedlich. Nehmen wir vereinfacht an, die Auswirkung der Überlagerung der Signalpfade ließe sich mit einem komplexen Koeffizienten beschreiben. Dann existiert für jede Antenne ein solcher Koeffizient, der das eingehende Signal in Abhängigkeit vom gesendeten beschreibt.

Golem Akademie
  1. Kubernetes Dive-in-Workshop: virtueller Drei-Tage-Workshop
    19.-21.07.2022, Virtuell
  2. C++ Programmierung Basics: virtueller Fünf-Tage-Workshop
    30.05.-03.06.2022, virtuell
Weitere IT-Trainings

Der Sender soll nun ebenfalls über mehrere Antennen (NTx) verfügen. Sie senden unterschiedliche Signale aus, welche die Empfangsantennen auf unterschiedlichen Wegen - mit jeweils einem eigenen Koeffizienten - erreichen. Jede Empfangsantenne erreicht also eine Mischung aus NTx verschiedenen Signalen, dies zeigt das Bild ganz unten. Die Koeffizienten können übersichtlich zur sogenannten Kanalmatrix H zusammengefasst werden. Da der Kanal mehrere Ein- und Ausgänge hat (Sender- und Empfängerantennen) wird das System als Multiple Input, Multiple Output (MIMO) bezeichnet.

  • Bei Mehrantennensystemen überlagern sich an jeder Empfängerantenne die Signale aller Senderantennen. (Bild: Golem.de)
  • Ein Funksignal erreicht den Empfänger auf mehreren Wegen - hier ein direkter Pfad und zwei Reflexionen. Die Einzelsignale überlagern sich. (Bild: Golem.de)
  • Der Viterbi-Decoder decodiert ein gestörtes Signal. Zwischen zwei Übergängen steht der aktuelle Fehlerwert, ganz oben das empfangene Code-Wort. Die Einflusslänge ist k=3, der Encoder nutzt ein 2-Bit-Schieberegister, dessen Inhalt bildet die Zeilen. Der Pfad mit dem geringsten Fehler wird zurückverfolgt; geht er nach oben, wird 1 decodiert, sonst 0. (Bild: Golem.de)
Ein Funksignal erreicht den Empfänger auf mehreren Wegen - hier ein direkter Pfad und zwei Reflexionen. Die Einzelsignale überlagern sich. (Bild: Golem.de)

Aber Signalüberlagerungen sind doch schlecht!

Auf den ersten Blick klingt es nicht besonders sinnvoll, mit mehreren Antennen verschiedene Signale auf denselben Frequenzen zu senden. Ist die Kanalmatrix bekannt, kann die Überlagerung allerdings wieder zerlegt werden. Einzige Voraussetzung ist, dass die Anzahl der gesendeten Signale - meist als Streams bezeichnet - nicht größer ist als NRx, die Anzahl der Empfängerantennen.

AVM FRITZ!Box 7590 AX (Wi-Fi 6 Router mit 2.400 MBit/s (5GHz) & 1.200 MBit/s (2,4 GHz),bis zu 300 MBit/s mit VDSL-Supervectoring 35b,WLAN Mesh

Um die Kanalmatrix zu bestimmen, muss der Sender eine bekannte Datensequenz schicken. Außerdem muss er das regelmäßig tun, da die Kanalmatrix nicht konstant ist. Sie ändert sich, falls Sender, Empfänger oder ein Gegenstand, der durch Reflexion einen indirekten Pfad bildet, sich bewegen. Der Präambel, mit der jede Übertragung beginnt, wurden hierfür neue Trainingssymbole hinzugefügt. Sie dienen ausschließlich der sogenannten Kanalabschätzung (channel sounding), welche die Kanalmatrix näherungsweise bestimmt.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
  • Bei Mehrantennensystemen überlagern sich an jeder Empfängerantenne die Signale aller Senderantennen. (Bild: Golem.de)
  • Ein Funksignal erreicht den Empfänger auf mehreren Wegen - hier ein direkter Pfad und zwei Reflexionen. Die Einzelsignale überlagern sich. (Bild: Golem.de)
  • Der Viterbi-Decoder decodiert ein gestörtes Signal. Zwischen zwei Übergängen steht der aktuelle Fehlerwert, ganz oben das empfangene Code-Wort. Die Einflusslänge ist k=3, der Encoder nutzt ein 2-Bit-Schieberegister, dessen Inhalt bildet die Zeilen. Der Pfad mit dem geringsten Fehler wird zurückverfolgt; geht er nach oben, wird 1 decodiert, sonst 0. (Bild: Golem.de)
Bei Mehrantennensystemen überlagern sich an jeder Empfängerantenne die Signale aller Senderantennen. (Bild: Golem.de)
 WLAN erklärt: So erreichen Funknetzwerke Gigabit-DatenratenBesserer Empfang 
  1.  
  2. 1
  3. 2
  4. 3
  5. 4
  6. 5
  7. 6
  8.  


JensBerlin 11. Mai 2022 / Themenstart

Es kommt darauf an: Bspw. im Großraumbüro kann man mit 5GHz von oben selbst über...

Umdenker 10. Mai 2022 / Themenstart

Wir Enthusiasten der virtuellen Realität warten ja schon ne gute Weile auf die finalen...

Kommentieren



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Strange New Worlds Folge 1 bis 3
Star Trek - The Latest Generation

Strange New Worlds kehrt zu episodenhaften Geschichten zurück und will damit Star-Trek-Fans alter Schule abholen. Das gelingt mit Bravour. Achtung, Spoiler!
Eine Rezension von Oliver Nickel

Strange New Worlds Folge 1 bis 3: Star Trek - The Latest Generation
Artikel
  1. LTE-Patent: Ford droht Verkaufs- und Produktionsverbot in Deutschland
    LTE-Patent
    Ford droht Verkaufs- und Produktionsverbot in Deutschland

    Ford fehlen Mobilfunk-Patentlizenzen, weshalb das Landgericht München eine drastische Entscheidung gefällt hat. Autos droht sogar die Vernichtung.

  2. Flowcamper: Elektro-Wohnmobil Frieda Volt auf VW-Basis vorgestellt
    Flowcamper
    Elektro-Wohnmobil Frieda Volt auf VW-Basis vorgestellt

    Das elektrische Wohnmobil Frieda Volt basiert auf einem umgebauten Volkswagen T5 oder T6 und ist mit einem 72-kWh-Akku ausgerüstet.

  3. Cariad: Aufsichtsrat greift bei VWs Softwareentwicklung durch
    Cariad
    Aufsichtsrat greift bei VWs Softwareentwicklung durch

    Die Sorge um die Volkswagen-Softwarefirma Cariad hat den Aufsichtsrat veranlasst, ein überarbeitetes Konzept für die ehrgeizigen Pläne vorzulegen.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • Borderlands 3 gratis • CW: Top-Rabatte auf PC-Komponenten • Inno3D RTX 3070 614€ • Crucial P5 Plus 2 TB 229,99€ • Preis-Tipp: Kingston NV1 2 TB 129,90€ • AVM FRITZ!Repeater 1200 AX 69€ • MindStar (u. a. Palit RTX 3050 339€) • MMOGA (u. a. Total War Warhammer 3 29,49€) [Werbung]
    •  /