Wi-Fi 6 und 802.11ax: Was bringt der neue WLAN-Standard?

Der kommende WLAN-Standard 802.11ax entlastet bestehende Netze und ermöglicht gleichzeitig die Verbindung mit zahlreichen Clients. Bei der Geschwindigkeit sind die Vorteile nicht so eindeutig.

Artikel von Mike Wobker veröffentlicht am 24. Juli 2019, 12:03 Uhr

Je mehr Menschen im WLAN, desto mehr Latenzen. Der neue WLAN-Standard kann damit aber besser umgehen als die Vorgänger. (Bild: Ed Jones/Getty Images)

Nach dem vergeblichen Warten auf den WLAN-Standard 802.11ad kommt nun Wi-Fi 6 alias 802.11ax. Die ersten Geräte sind ebenfalls schon erhältlich, daher stellt sich die Frage: Was bringt der neue Standard und in welchem Einsatzgebiet lohnt sich ein Wechsel?

Grundsätzlich sei gesagt: Die meisten Neuerungen, die Wi-Fi 6 mit sich bringt, sind Verbesserungen von Eigenschaften, die auch der 802.11ac-Standard (Wi-Fi 5) zu bieten hat. Daher erwartet Anwender eine etwas höhere Reichweite, eine noch bessere Ausnutzung der Bänder im 2,4- und 5-Gigahertz-Bereich sowie eine schnellere Datenübertragung beim Einsatz von Multi-User-MIMO-Antennentechnik.

Letztere erfährt eine der stärksten Neuerungen, die sich vor allem in stark frequentierten drahtlosen Netzwerken bemerkbar machen wird. Denn die bisherige Technik namens Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) wird zur Multi User Orthogonal Frequency Division Multiple Access (MU-OFDMA) erweitert. Sie teilt das WLAN-Signal feiner auf, dadurch sollen sich die Latenzen beim gleichzeitigen Zugriff vieler Teilnehmer deutlich reduzieren.

Die verfügbaren Kanäle bleiben in beiden Frequenzbändern auf eine Breite von 20 Megahertz (MHz) begrenzt und können auch weiterhin nur in Blöcken bis 160 MHz zusammengefasst werden. Mit Wi-Fi 6 und MU-OFDMA steigen die verfügbaren Subcarrier allerdings um das Vierfache an, da nun 256 statt lediglich 64 Einzelverbindungen zur Verfügung stehen.

Statt die höhere Anzahl lediglich für eine schnellere Datenübertragung zu verwenden, teilt der 802.11ax-Standard die Subcarrier in Ressource Units (RU) beziehungsweise Subchannel ein, die genutzt werden, um mit mehreren Clients im WLAN gleichzeitig zu kommunizieren. So können bis zu neun Clients in einem 20-MHz-Kanal oder bis zu 74 Clients in einer 160-MHz-Gruppe miteinander Informationen austauschen, was die Latenzen verringert und die Bandbreite gleichmäßiger verteilt.

Bei Anwendungen, die eine hohe Bandbreite benötigen, sorgt der 1024-Quadrature-Amplitude-Modulation-Mode (1024-QAM) für eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bänder und Kanäle. Bisher wurden bei der Mischung aus Phasen- und Amplitudenmodulation lediglich 256 Kombinationen verwendet.

Die größere Zahl an Kombinationsmöglichkeiten birgt allerdings auch eine höhere Anfälligkeit gegenüber Interferenzen. Für die maximale Bandbreite ist daher ein starkes Signal in einer strahlungsarmen Umgebung nötig. Im Idealfall erreicht 1024-QAM eine um 20 Prozent höhere Geschwindigkeit als 256-QAM. Da aber bereits bei letztgenannter eine Sichtverbindung zwischen Client und Access-Point bestehen musste, war diese Technik beispielsweise im Mobilfunkbereich nur wenig praktikabel.

Theoretisch sind 1,2 GBit/s möglich

Für WLAN-Anwendungen ist es natürlich einfacher, einen Aufbau ohne Zwischenwände zu gewährleisten, aber auch hier zeigt sich ein starker Leistungsabfall - je nach Entfernung zum Router. Im Gespräch mit Golem.de wurde diese Technik von dem Chiphersteller Qualcomm sogar als unnütz bezeichnet, da der Client direkt neben dem Access Point stehen müsste, um den vollen Vorteil nutzen zu können.

Bei einer Bandbreite von 160 MHz stehen Anwendern 1.960 datenübertragende Subcarrier mit jeweils 8 Bit zur Verfügung. Dass hier nicht alle der 2.048 Subcarrier genutzt werden, liegt daran, dass einige von ihnen als eine Art Barriere zwischen den Känalen und andere ebenfalls nicht zur Datenübertragung genutzt werden. Details dazu liefert ein White-Paper von Aruba (PDF).

Mit 1024-QAM kann alle 13,6 Mikrosekunden (µs) ein OFDMA-Symbol mit insgesamt 15.680 Bit übertragen werden. Daraus ergeben sich 73.592,41 Symbole pro Sekunde, die dementsprechend 1.152.941.164,48 Bit pro Sekunde übertragen.

Über die Umrechnung von Kilobit zu Megabit kommen wir so auf eine Brutto-Datenübertragunsgrate von 1.125 MBit/s, die in offiziellen Dokumenten gerne auf 1,2 GBit/s aufgerundet wird. Dem Anwender wird in Ermangelung entsprechender Clients aber deutlich weniger zur Verfügung stehen.

Da sich Endkundengeräte eher auf die gleichmäßige Verteilung großer Datenmengen auf viele Clients konzentrieren werden, wird sich die Hardware mit 8x8-MIMO-Antennentechnik, wenn überhaupt, nur auf nicht-mobilen Plattformen finden. Die vielen Subcarrier spielen ihren Vorteil allerdings in Umgebungen aus, in denen sehr viele Geräte wie Smartphones mit einem Stream oder Laptops mit 2x2-Streams zu finden sind.

Hierbei dürften sich die Übertragungsgeschwindigkeiten gegenüber WLAN mit 802.11ac-Standard nicht groß ändern, eine starke Auslastung des Access Points hat aber nicht mehr so starke Auswirkungen auf die Geschwindigkeit aller Clients. Im Kern wird sich an dieser Stelle das MU-OFDMA mit seinen RUs deutlich stärker auf die Netzqualität auswirken als 1024-QAM bei der Geschwindigkeit.