Effizientere Vorwärtsfehlerkorrektur

Faltungscodes sind zwar recht einfach, haben geringe Hardwarekosten und sind trotzdem sehr leistungsfähig. Es gibt allerdings Verfahren, die für die gleiche Korrekturleistung weniger Redundanz erfordern: die Low-Density Parity Checks (LDPC). Allerdings sind sie recht aufwendig zu implementieren - so aufwendig, dass sie nach ihrer Entwicklung durch Robert Gray Gallager im Rahmen seiner 1960 abgeschlossenen Dissertation erst einmal vergessen wurden.

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Im Gegensatz zu den Faltungscodes, die einen seriellen Strom von Datenbits verarbeiten, sind LDPCs sogenannte Block Codes. Sie verarbeiten einen Block von Datenbits (Datenwörter) parallel und erzeugen daraus Blöcke von Code-Bits (Code-Wörter). Die werden durch Multiplikation der Datenbits mit einer Generatormatrix erzeugt, die wiederum von einer dünn besetzten (low-density) Paritätstestmatrix abgeleitet wird. Die Matrix ist in Blöcke fester Größe unterteilt, die meisten davon bestehen nur aus Nullen. Matrizen, die hauptsächlich Nullen enthalten, werden als dünn besetzt bezeichnet.

Die Datenwörter umfassen Hunderte, teils Tausende Bits (beim Wi-Fi-Standard sind es zwischen 324 und 1.620). Dadurch ergeben sich komplexere Zusammenhänge zwischen den Code-Bits, als Faltungscodes sie ermöglichen. Allerdings ist die Decodierung weniger intuitiv als bei Letzteren. Der Empfänger versucht, das empfangene Code-Wort so umzuformen, dass es bezüglich der Paritätsmatrix gültig ist.

Das erinnert ein wenig an die Lösung eines Sudokus. Die einzelnen Bits des Code-Worts hängen voneinander ab und können nur nach bestimmten Regeln geändert werden. Nicht für alle Bits können dabei sofort Entscheidungen getroffen werden, die Lösung des Problems erfolgt daher iterativ. Aufgrund der aufwendigeren Hardware müssen Wi-Fi-Chips LDPC erst ab der ax-Erweiterung implementieren, Teil des Standards sind sie seit 802.11n.

Und was bringt mir das jetzt alles?

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Damit haben wir jetzt fast alle zentralen Komponenten betrachtet, die bei WLAN - und auch anderen modernen Standards für Funkkommunikation - für hohen Datendurchsatz sorgen. Außen vor geblieben ist OFDM Multiple Access (OFDMA), das die Träger eines Funkkanals auf mehrere Empfänger verteilt. Im Mobilfunk wurde das schon länger genutzt, seit 802.11ax ist es Teil des WLAN-Standards.

Der Standard ist sehr komplex geworden und die Grenzen zwischen WLAN und Mobilfunk verschwimmen. Bleiben zwei Fragen: Was bringt das alles? Und: Ist alles sinnvoll? Die Antwort auf die erste Frage ist vielschichtig. Grob lässt sich sagen, dass viele Neuerungen lediglich für Betreiber großer Funknetze sinnvoll sind, also für Firmen. Wer, wie die meisten Privatanwender, nur wenige Geräte in seinem Netzwerk hat, profitiert von Neuerungen wie MU-MIMO oder OFDMA kaum bis gar nicht.

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

Einige Neuerungen können sogar Nachteile haben. Kanalbündelung kann zu schlechterer Verfügbarkeit und längeren Wartezeiten führen, wenn viele unabhängige Netze in der Nähe sind. Das ist in Städten oft der Fall. Hier kann es sinnvoller sein, weniger Bandbreite zu nutzen. Damit verzichtet man zwar auf eine theoretisch höhere Datenrate, es können aber mehr Netzwerke betrieben werden, die einander nicht stören.

Einige Neuerungen sind Marketing, Netzwerkmanagement sinnvoll

Andere Neuerungen wie die 4096-QAM dienen vor allem dem Marketing, um mit Datenraten von mehreren Gbit/s werben zu können. Praktisch erfordert es einen so großen Signal-Rausch-Abstand, dass es quasi nicht nutzbar ist. Der kommende 802.11be-Standard bringt mit MLO eine sinnvolle Neuerung. Ein ganz großes Problem gibt es allerdings: Alle neuen Entwicklungen lassen sich nur nutzen, wenn neben dem Access Point auch die Geräte sie unterstützen.

Wer noch alte Geräte nutzt, die nur den 802.11g- oder -n-Standard unterstützen, profitiert wenig von der Anschaffung eines neueren Access Points. Das Problem an der Stelle ist, dass die alten Geräte die neuen ausbremsen, da sie dieselben Funkressourcen nutzen. Sinnvoll wäre es, sie zu trennen und alte Geräte auf einen eigenen Kanal zu verschieben. Neue Geräte könnten dann die verfügbaren Ressourcen effizient nutzen und ihr Potential entfalten.

Das ist allerdings kleinteilige Handarbeit. Auch kann die Trennung nur nach Frequenzbändern erfolgen (beispielsweise g/n-Geräte im 2,4-GHz-Band, ac/ax im 5-GHz-Band), da zumindest Access Points für den Privatgebrauch nur für einen Kanal pro Band ausgelegt sind. MU-MIMO klingt vielversprechend, erfordert aber, dass auch die Geräte es unterstützen - es funktioniert also nur mit neuerer Hardware. Ob die Anschaffung eines ax- oder bald be-Access-Point für wenige kompatible Geräte sinnvoll ist, bleibt am Ende eine individuelle Entscheidung.

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 Vorwärtsfehlerkorrektur
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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...

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