Wigig alias IEEE 802.11ad: Wo bleibt das nächste WLAN?
In zwei weiteren ausführlichen Artikeln zum Anhören und Nachlesen haben wir Li-Fi und NBase-T erklärt, zwei weitere Techniken für das Netzwerk der Zukunft.
Wireless Local Area Network (WLAN) könnte noch schneller sein, als es ist - und zwar auf Basis der Wigig-Technik alias IEEE 802.11ad. Die soll zahlreiche Probleme von WLAN lösen: Die Bänder werden immer voller, die Nutzer werden immer mehr und stören sich stark gegenseitig. Das liegt auch daran, dass sich die bisherigen Frequenzen zu gut verbreiten und jedem zur Verfügung stehen. Schon durch die Lösung dieser Probleme würde die effektive Bandbreite erhöht werden. Doch Wigig schafft durch den Wechsel auf eine andere Frequenz zusätzliche Bandbreiten, die auf dem Kabel nur mit sehr teurer Technik möglich sind.
Das neue WLAN ist seit Jahren ein Thema und doch kaum fassbar, obwohl zwei Allianzen seit 2013 zusammen an seiner Umsetzung arbeiten . Die Aufgabe der Wigig Alliance ist die Weiterentwicklung des Wigig-Standards, der auch als 802.11ad bekannt ist. Dabei geht es um die Sicherstellung der Datenübertragung von einem Gerät zum anderen auf dem 60-GHz-Band.
Die Wi-Fi Alliance kümmert sich um die Datenübertragung von WLAN auf niedrigeren Bändern. Beide Organisationen sind Industriezusammenschlüsse, die vor allem die Interoperabilität in ihrem jeweiligen Segment sichern. Es sollen zwei unterschiedliche Ansätze und für den Endkunden drei Frequenzbänder zusammengeführt werden. WLAN soll von den Wigig-Entwicklungen der letzten Jahre profitieren. Doch so weit ist es noch nicht.
Die Probleme der zweiten Welle von IEEE 802.11ac
Breit genutzt wird derzeit noch die zweite Welle (Wave 2) von IEEE 802.11ac, dem aktuellen und sich schnell verbreitenden WLAN-Standard. Es ist der erste, der einzig auf dem 5-GHz-Band arbeitet. Auch dieses Band füllt sich langsam, dank neuer Tri-Band-Router (Broadcom) oder Tri-Radio-Router (Qualcomm) .
Diese Router-Generation ist in der Nachbarschaft einer Innenstadt ziemlich lästig. Denn sie belegt nicht nur das 2,4-GHz-Band, sondern teilt das 5-GHz-Band, das über ausreichenden Platz verfügt, in ein Upper- und ein Lower-Band-WLAN auf. Dazu belegt sie bei beiden jeweils 80 statt 20 MHz Kanalbandbreite. Prinzipiell wären in einigen Fällen sogar 160 + 80 MHz möglich. Wie weit sich solche Router verbreiten, sei dahingestellt. Fakt ist: Dank der neuen Entwicklungen wird das 5-GHz-Band sehr voll.
Dabei spielt auch eine Rolle, dass sich der Nachteil einer Frequenz zunehmend zu einem Vorteil entwickelt hat: die geringe Reichweite. In der Stadt, wo Nachbarn sich gegenseitig stören, ist eine niedrige Frequenz problematisch, die eine große Reichweite hat und gut Strukturen durchdringen kann. Das große Manko von 5-GHz-WLAN, seine schlechte Ausbreitungscharakteristik, ist daher mittlerweile eher nützlich: In urbanen Gegenden gibt es auf dem Band deutlich weniger WLAN-Nachbarn.
Allerdings ist inzwischen die Access-Point-Dichte so hoch, dass die geringe Reichweite allein die Probleme nicht lösen kann. In einem typischen Innenhof konkurrieren Dutzende 5-GHz-Sender und diverse 2,4-GHz-Sender aus dem eigenen Haus und den Nachbarhäusern miteinander.
Mit Wigig soll Ruhe unter Nachbarn einkehren
Mit Wigig oder 802.11ad soll das anders werden. Denn es funkt auf dem 60-GHz-Band. Dabei ist die Reichweite bei der Durchdringung von Strukturen so gering, dass Nachbarn gar nicht gestört werden. Qualcomm wie Intel sagten uns auf der vergangenen IT-Messe Computex in Taipeh, dass auf dem 60-GHz-Band die Störungen zwischen Netzteilnehmern ein Ende haben würden. Doch die geringe Reichweite hat natürlich auch Nachteile.
Nutzer müssen sich wohl darauf einstellen, dass sie noch mehr Access Points (AP) brauchen werden. Beim Schritt von 2,4 GHz (802.11b/g/n) auf 5 GHz (802.11a/n/ac) musste bereits die AP-Dichte erhöht werden, um einen Raum zuverlässig und vor allem schnell abzudecken. Für 60 GHz (802.11ad) wird es in den meisten Fällen auf einen AP pro Raum hinauslaufen. Eine geschlossene Tür dürfte keine gute Idee sein, denn 802.11ad kommt durch Wände und Türen nicht mehr so gut durch.
Die geringe Anzahl an nicht überlappenden Kanälen, nämlich vier, ist dann immerhin kaum ein Problem, sieht man von Installationen in sehr großen Räumen oder Hallen ab.
Traumhafte Bandbreiten
Wigig ermöglicht erhebliche Bandbreiten, wie sie vor allem Nutzer von Kleingeräten bei weitem nicht erreichen. Qualcomm demonstrierte auf der Computex 2016 rund 130 MByte netto pro Sekunde zwischen einem AP und einem Smartphone. Die theoretische Bruttodatenrate des Access Points lag bei 4.600 MBit/s. Wenn man bedenkt, dass 802.11ac bei Smartphones in der Regel nur in 1x1-Konfiguration mit 433 MBit/s (brutto) praktikabel ist, ist das ein enormer Fortschritt.
2K- und 4K-Videosammlungen zu synchronisieren, aufwendige Spiele zu installieren oder auch komplette Smartphone-Backups zu erstellen, ist damit drahtlos kein Problem mehr, sofern der Access-Point in (Reflexions-)Reichweite ist. Eine direkte Sichtverbindung sei gar nicht so wichtig, versprechen die Hersteller.
Auf dem Weg ins echte Triple-Band-WLAN
Doch damit es dazu kommt, wird die notwendige Infrastruktur benötigt, sprich: WLAN-Router mit Wigig-Unterstützung, Notebooks mit Wigig-Karten und natürlich Smartphones sowie Tablets, die mit 60 GHz funken. Glaubt man den Herstellern, ist alles vorhanden - und auf der Computex war tatsächlich einiges zu sehen. Notebooks soll es von jedem größeren Hersteller geben. Fast zwei Dutzend Geräte gibt es laut Intel.
Sichtbar ist davon im regulären Markt aber wenig. Das liegt auch daran, dass manche Geräte nur in wenigen Regionen verfügbar sind. Darunter fallen auch die ersten angekündigten Smartphones wie die von LeTV und das Sirin-Luxus-Smartphone .
Im Profibereich kommt Wave 2 erst an
WLAN-Router oder gar -APs sind noch Mangelware, obwohl die Chips längst fertig sind und Routerhersteller, vor allem im Endkundensegment, sicherlich gerne mit hohen Geschwindigkeiten werben würden. Immerhin hat TP-Link ein Modell im Angebot, de Talon AD7200(öffnet im neuen Fenster) . Die Konkurrenz traut sich aber noch nicht. Zudem kann der Talon-Router die 4,6 GBit/s Datentransferrate gar nicht über das Kabel wegschaffen, da das Gerät nur GBit-LAN unterstützt. NBase-T ist noch zu neu. Im Profibereich wird zudem 802.11ac Wave 2 erst langsam interessant, denn die Zertifizierungsprozesse sind aktiv(öffnet im neuen Fenster) .
Das mutet etwas seltsam an, denn Wave-2-Hardware gibt es schon lange. Die Wi-Fi-Alliance konnte mit der Entwicklung aber nicht mithalten. Das zeigt auch, dass deren Entwicklung sich manchmal stark hinzieht. Wenn die Wave-2-Hardware noch nicht mal zertifizierbar war, wie soll es da erst mit Hardware funktionieren, die mit einem komplett neuen Frequenzband arbeitet?
Ohne Triple-Band-Router geht es nicht
Einfach ist das Entwickeln eines echten Tri-Band-Routers (2,4, 5 und 60 GHz) offenbar nicht. Qualcomm gab auf Nachfrage zu, dass das 60-GHz-Antennendesign nicht trivial sei. Die Hersteller stehen vor neuen Herausforderungen, müssen erst lernen, mit dem für sie neuen Band umzugehen. Der eine oder andere wird dafür auf Referenzdesigns zugreifen. Bei Notebooks oder Access-Points mag das gehen. Da ist Platz für wenig volumenoptimierte Designs. Gerade im Smartphone-Bereich, wo jeder Kubikmillimeter wertvoll ist, stehen die Hersteller aber vor größeren Schwierigkeiten.
Das Problem der fehlenden Infrastruktur sorgt auch dafür, dass der Markt für echte Triple-Band-WLAN-Produkte bisher kaum vorhanden ist - ein klassisches Henne-Ei-Problem. Zudem gibt es weitere Probleme: Mangels 802.11ad-Zertifizierungen gibt es derzeit keine Garantie dafür, dass beispielsweise ein Qualcomm-basierter Router mit einem Intel-basierten Wigig-Chip zusammenarbeitet.
Die Zertifizierung für echtes Netzwerken soll erst gegen Ende 2017 erfolgen. Bis dahin, so Intel, kann es funktionieren, muss aber nicht. Es wurde ein Vergleich mit der Pre-Draft-n-Ära im WLAN gezogen. Ob Interoperabilität gegeben ist, bleibt unklar. Notebook-Hersteller, die schon Wigig-Chips verbauen, konzentrieren sich zunächst einmal aufs Wireless Docking.
802.11ad ist für das Jahr 2017, aber nicht für alle
2016 ist es also noch zu früh für das nächste WLAN und den ersten Frequenzwechsel seit der Einführung von 802.11a. Wenn es dann aber so weit ist, soll es weitgehend dedizierte Bandbreite für die Wohnungsnutzer geben. Das wird laut Intel sogar so gut, dass selbst zwei Systeme in einem Raum größtenteils störungsfrei auf demselben Kanal mit Bandbreite versorgt werden können. 60 GHz wird stark gerichtet (Beamforming) verwendet.
Doch ob das alles auch praktisch wird? In einer Mehrzimmerwohnung müssten eigentlich mehrere APs aufgestellt werden, will der Anwender überall per 802.11ad Empfang haben. Aber es gibt auch eine andere Lösung. 802.11ad-Geräte bleiben kompatibel zu den anderen Netzen. Der WLAN-Router könnte beispielsweise im Wohnzimmer stehen, dort die Clients per ad versorgen. In der Küche oder am stillen Örtchen wird der Empfang per 802.11ac oder 802.11n auf dem 5-GHz-Band sichergestellt, und die Abstellkammer am anderen Ende der Wohnung wird per 802.11n oder 802.11g auf dem 2,4-GHz-Band noch erreicht.
Damit wäre 802.11ad eine Ergänzung bestehender WLAN-Standards, aber keinesfalls ein Ersatz. Dort, wo es wichtig ist, werden die Clients per ad versorgt. Bei den Randgebieten verlässt man sich auf alte Standards. Solange 802.11g/a-Geräte noch weit verbreitet sind, lassen sie sich ohnehin nicht abschaffen. WLAN-Betreiber trauen sich aber mittlerweile immerhin, 802.11b-Geräte auszuschließen. Die fallen in die Retro-Kategorie.
Manche Gerätekategorien sind weit entfernt von modernem WLAN
Während Notebooks, Smartphones und Tablets schnell auf neue Standards setzen, bleibt es bei anderen Geräten schwierig. Den meisten Haushalten dürfte es nicht einmal gelingen, ein sauberes 5-GHz-Netz aufzubauen. So manche Konsole unterstützt die Frequenz nicht, gehört deswegen aber nicht entsorgt. Fernseher und Blu-ray-Player sind ebenfalls unter den Geräten, die von Herstellern nur sehr langsam mit neuen WLAN-Standards ausgestattet werden.
Dabei wäre das wichtig. Ein 802.11b-Gerät blockiert wertvolle Zeit in der Luft für 802.11g-Geräte und diese wiederum für 802.11n-Geräte. Im 5-GHz-Band sieht es ähnlich aus bei der Beziehung zwischen 802.11a, n und ac. Techniken wie MU-MIMO helfen aber zumindest etwas dabei, die Zeit für Altgeräte einzuschränken.
Klassische Altgeräte (SU-MIMO) blockieren sämtliche Streams eines Access-Points. Per MU-MIMO lassen sich diese in Download-Richtung immerhin auf die entsprechend fähigen Geräte aufteilen. Und selbst der Mischbetrieb von SU-MIMO- und MU-MIMO-Geräten hat Vorteile, da ein Access-Point dann zwischen den Modi hin- und herschaltet. Zu einem definierten Zeitpunkt A wird beispielsweise ein SU-MIMO-Gerät exklusiv angesprochen. Darauf folgen zum Zeitpunkt B alle MU-MIMO-Geräte gleichzeitig, bis zum Limit der Streams. Beim Zeitpunkt C ist wieder ein anderes Gerät an der Reihe, entweder ein bestehendes oder ein neues SU-MIMO-Gerät oder eine weitere MU-MIMO-Gruppe. So profitieren auch Altgeräte von übertriebenen Antennenkonfigurationen mit zahlreichen Streams. Allerdings nicht so stark, wie das Marketing es den Kunden vermitteln will.
802.11ac ist ungeeignet für hohe Bandbreiten zu einzelnen Clients
802.11ac ist auch deshalb an seine Grenzen gelangt. Aufwendige 3x3- und 4x4-Antennenkonfigurationen sind für die Zukunft bei Clients unwahrscheinlich.
Hohe Bandbreiten pro Client wird es per 802.11ac trotz der theoretischen Möglichkeiten kaum geben, unter anderem aufgrund des Platzmangels. 3x3-Notebooks (450 MBit/s) mit 802.11n waren bereits 2011 eine extreme Seltenheit und wurden mit Kompromissen konstruiert . Heute ist davon nicht mehr viel zu sehen. Notebooks setzen auf 2x2-WLAN. Selbst Intel bietet keine 3x3-Lösung an.
Es gibt allerdings 4x4-WLAN-Adapter, und die sind wahre Antennen-Monster für den Desktop. 802.11ad löst erst einmal die Probleme, denn mit vergleichsweise einfachen, aber noch zu erlernenden Konstruktionen schafft dieser Standard enorme Bandbreiten.
802.11ad hat schon einen Nachfolger
Doch auch hier wird die Entwicklung nicht aufhören. Nachfolger von 802.11ad wird 802.11ay, ebenfalls auf 60 GHz. Und dort wird dem Vernehmen nach so manches übernommen, was 802.11a/b/g/n/ac so komplex machte, um die Datenraten weiter in die Höhe zu treiben. Wir wollen nicht verschweigen, dass es auch noch ein 802.11ax geben wird, den direkten Nachfolger von 802.11ac, der auch 802.11ad folgt und tatsächlich erst nach ad fertiggestellt wird, obwohl er bei den erreichbaren Datenraten vor dem ergänzenden Nachfolger 802.11ad positioniert sein wird. Schon an der verwirrenden und dennoch einleuchtenden Namensgebung (ax ist kleiner als ay, so wie ac kleiner ist als ad) erkennt man, dass hier zweibandig in die Zukunft gedacht wird und 802.11ac so effektiv drei Nachfolger bekommen wird.
Auch das 5-GHz-Band erfährt mit 802.11ax noch einmal eine Entwicklung, die die Grenzen weiter ausloten wird. Es stellt sich aber die Frage, ob das angesichts von 802.11ad noch notwendig ist. Nur beim hoffnungslos verstopften 2,4-GHz-Band ist wohl Schluss, denn dort tummelt sich das Smart Home mit Zigbee, Bluetooth Classic, DECT-ULE, Bluetooth Smart und smarten Mikrowellen plus zahlreichen Altgeräten, die uns die nächsten Jahrzehnte noch begleiten werden.
Da auch der zweite Teil unserer Netzwerkserie recht umfangreich ist, listen wir im Folgenden einige Nachrichten aus den vergangenen Jahren auf, die mit zur Entwicklung von Wigig geführt haben oder technische Meilensteine darstellen.
- (2009) IMHO: Spar-WLAN muss weg
- (2011) Startschuss für Gigabit-WLAN auf der CES
- (2012) Motorola Solutions und Tri-Radio-WLAN
- (2012) WLAN-Standard für 600 MBit/s und 3,7 GHz
- (2013) Erster Chipsatz für WLAN mit 1,7 GBit/s
- (2013) Damit WLAN schneller wird, muss 802.11b sterben
- (2013) Wigig und Wifi kooperieren
- (2014) 802.11ac mit 867 MBit/s ist in Smartphones begrenzt möglich
- (2014) 60-GHz-WLAN soll bis 2015 marktreif sein
- (2015) 802.11ac Wave 2: Hohe Bandbreiten mit zweifelhaftem Nutzen
- (2015) Broadcom und Tri-Band-WLAN
- (2016) Qualcomm und Tri-Radio-WLAN
- (2016) Wigig-Test auf den Flughafen von Tokio
- (2016) Hintergrund-Artikel zu NBase-T alias 802.3bz
In einem weiteren Artikel werden wir eine lange besprochene Alternative zum Funkwellen-basierten WLAN betrachten: Li-Fi statt Wi-Fi könnte die Zukunft heißen und ist in einigen Bereichen Wigig nicht unähnlich. Auch dort hat eine geschlossene Tür deutliche Empfangsauswirkungen.