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MU-MIMO-Technologie erhöht Systemkapazitäten für WLANs

Die Performance des WLANs und die Systemkapazität werden durch MU-MIMO so stark verbessert, dass einige Netzwerktechniker die Technologie mit purer Magie vergleichen.

Es war der legendäre Science-Fiction-Autor Arthur C. Clarke, der schrieb, dass sich „jede ausreichend fortgeschrittene Technologie nicht von Magie unterscheiden lässt.“

Viele würden drahtlose Netzwerke in der Kategorie Magie ablegen. Ist das der Fall, dann sind MIMO (Multiple Input, Multiple Output) und die noch jüngere MU-MIMO-Technologie (Multi-User MIMO) wirklich die sprichwörtlichen Kaninchen aus dem Hut. Selbst diejenigen unter uns, die den Großteil ihrer Karriere mit drahtlosen Netzwerken verbracht haben, sind erstaunt, was diese Technologien leisten können.

MIMO begleitet uns seit 802.11n und es hat einen enormen Performance-Schub gebracht. Die Verbesserungen spüren wir heute immer noch. Viele Netzwerktechniker und andere haben dabei relativ wenig Ahnung von MIMO. Das ist auch nicht verwunderlich, weil MIMO scheinbar die Gesetze der herkömmlichen Kommunikationstheorie aushebelt.

Kurz: MIMO nutzt zweidimensionale Radiowellen und macht sie dreidimensional. Sie können sich das so vorstellen, dass es nur Frequenz und Amplitude gibt und das sind die Variablen, die wir modulieren, um ein Trägersignal zu bekommen. Auf diese einfache Struktur werden die Informationen gelegt, die wir übertragen wollen. Die dritte Dimension ist der Raum und deswegen wird MIMO häufig auch als räumliches Multiplexing bezeichnet. Mehr Dimensionen bieten höhere Kapazität, um Informationen zu übertragen. Deswegen liefert MIMO so faszinierende Resultate und verletzt die physischen Gesetze dabei überhaupt nicht.

Überwindung des drahtlosen Interferenzproblems

Zur Performance von drahtloser Kommunikation gehört aber mehr, als nur mehr Bits auf einen bestimmten Übertragungszyklus zu packen. Drahtlos war bisher ein Medium mit seriellem Zugriff. Nur ein Sender kann an einem bestimmten Standort zu einer gewissen Zeit auf einer Frequenz aktiv sein. Versuchen zwei Sender in unmittelbarer Nähe simultane Übertragungen, dann kommt es zu einer gegenseitigen Interferenz und die gesamte Systemkapazität wird schlechter. Lizenzierte Funkdienste wie zum Beispiel Mobilfunknetze können Übertragungen planen und vermeiden das Problem auf diese Weise. Unlizenzierte Frequenzbereiche besitzen aber keine solchen Kontrollelemente. Die Stationen können sich nicht mit anderen abstimmen und müssen daher mit eventuell auftretenden Interferenzen zurechtkommen.

Als Antwort darauf hat die Drahtlosbranche viele Techniken entwickelt, um den potenziellen Schaden einzudämmen, der von Interferenz verursacht wird. Meist handelt es sich dabei um die Art, wie Informationen moduliert und kodiert werden, bevor sie über den Äther transportiert werden. Ein großes Problem bleibt aber: Nur eine Station kann zu einem bestimmten Zeitpunkt übertragen. Früher ließ sich demnach nur eine Client-Station zu einer bestimmten Zeit bedienen. Alle weitere Kommunikation müsste also warten. Das Ergebnis: Die gesamte Systemkapazität war limitiert.

Das ist nur ein Problem, dass MU-MIMO-Technologie löst. Wie eine höhere Instanz von Magie ermöglicht MU-MIMO den Access Points eine simultane Übertragung zu mehreren Clients in einem Übertragungszyklus. Jeder Client empfängt dabei einen einzigartigen Datenstrom für sich und alles wird gleichzeitig verschickt. Nun können mehrere Stationen die benötigten Daten empfangen und müssen nicht so lange darauf warten. Die Systemkapazität steigt. Die Anwender sind deswegen zufriedener bei der Arbeit und gehen glücklicher nach Hause.

SU-MIMO versus MU-MIMO.
Abbildung 1: SU-MIMO versus MU-MIMO.

Der Standard 802.11ax bringt eine neue Geschmacksrichtung der MU-MIMO-Technologie

Die Technik dahinter ist so komplex, dass es eine ausgezeichnete Bettlektüre wäre. Unnötig zu sagen, dass MU-MIMO wirklich sehr gut funktioniert. Die Tests der Fairpoint Group zeigen Performance-Zuwächse, die nahe am theoretischen Maximum liegen. Das variiert von Fall zu Fall natürlich etwas, aber das Potenzial ist enorm. Vom kommenden Standard 802.11ax wird erwartet, dass er bidirektionales MU-MIMO mit sich bringt. Das bedeutet, dass Stationen simultan an einen Access Point übertragen könnten. Hier sprechen wir nun von echter Magie.

Die Fairpoint Group rät zu einer neuen Wi-Fi-Infrastruktur und dass die Kunden speziellen Support für MU-MIMO kaufen. Ja, Sie brauchen an beiden Enden neue Hardware. Upgrades in einzelnen Bereichen sind in den meisten Fällen nicht möglich. Sie werden die neuen Anforderungen aber auf keinen Fall bereuen. Natürlich handelt es sich bei MU-MIMO-Technologie um keine echte Magie, aber zumindest sieht es danach aus.

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