Wi-Fi 6 & Wi-Fi 6E
Störungsfreies High-Density-WLAN
Was sind Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E?
Wi-Fi 6, alias IEEE 802.11ax, bietet gegenüber älteren Standards den Vorteil einer geringeren Latenzzeit pro WLAN-Client. Es geht dabei nicht mehr nur um mehr Tempo, sondern um die Steigerung des durchschnittlichen Durchsatzes pro WLAN-Client. Mit der stetig steigenden Anzahl an WLAN-Endgeräten und deren übertragenen Datenmengen sowie der zunehmenden Dichte an IoT-Geräten kann die Last mit den bestehenden WLAN-Frequenzen allerdings kaum noch kollisionsfrei stattfinden.
Genau hier kommt "Wi-Fi 6E" ins Spiel: Es erweitert das bestehende Wi-Fi 6 um das 6 GHz-Band zur exklusiven WLAN-Nutzung. Dabei steht das „E“ in "Wi-Fi 6E" für "enhanced", dem englischen Wort für erweitert oder vergrößert, und bedeutet, dass Wi-Fi 6E die bestehenden Wi-Fi 6-Features in das 6 GHz-Band transferiert. Besonders in High-Density-Umgebungen, wie Fußballstadien, Flughäfen oder Universitäten, spielen Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E daher ihre Vorteile voll aus und sorgen für eine gleichzeitige und störungsfreie Bedienung vieler WLAN-Endgeräte oder IoT-Devices mit höchsten Datenraten.
Anwendungsfelder
Szenarien mit großen Nutzerzahlen
Die Schwächen vorangegangener Standards zeigten sich vor allem in sogenannten „High-Density-Umgebungen“, also in Gebieten mit einer hohen Anzahl von WLAN-Clients. Denn viele Clients die gleichzeitig funken, sorgen für Kollisionen der versandten Daten, die es zu reduzieren gilt. Durch einen effizienteren Umgang mit den knappen Bändern und Kanälen, die zur Verfügung stehen, bringen Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E mehr Stabilität und Zuverlässigkeit in diese hoch beanspruchten WLANs. Demnach liegt der Vorteil von Wi-Fi 6(E) gegenüber älteren Standards in einer geringeren Latenzzeit pro WLAN-Client. Die verfügbaren Bandbreiten werden den einzelnen Clients also wesentlich effizienter zugeteilt.
Immer mehr IoT-Geräte
Zukünftig werden vermehrt auch noch viele IoT-Geräte ins Spiel kommen, was dazu führt, dass die verfügbaren Bandbreiten noch wesentlich effizienter verwaltet und zugeteilt werden müssen. Gerade die nachfolgend beschriebene OFDMA-Technologie und die möglichen Sub Carrier werden hier einen wesentlichen Beitrag leisten. In Umgebungen mit sehr hoher IoT-Device-Dichte, wie z. B. Smart Citys, spielt ein hoher Durchsatz und eine geringe Latenz eine wichtige Rolle. Die durch IoT-Sensoren generierten Daten müssen schnell weitergeleitet, andererseits dürfen dadurch aber bandbreitenhungrige Anwendungen nicht unterbunden oder stark verzögert werden.
Wi-Fi 6E – Der VIP-Bereich im Wireless LAN
Seit Juli 2021 ist das 6 GHz-Frequenzband auch in Deutschland offiziell für die WLAN-Nutzung freigegeben und eröffnet somit ein exklusives Funkfeld frei von Störungen. Mit Wi-Fi 6E wird für Europa der Frequenzbereich zwischen 5,925 und 6,425 Gigahertz nutzbar. 6 GHz-WLAN wird erstmalig vom Wi-Fi 6E-Standard unterstützt, nicht aber von den Vorgänger-Standards Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac) und Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n) – wie ein VIP-Bereich im Wireless LAN.
Wi-Fi 6E Access Point: LANCOM LX-6500
Der LANCOM LX-6500 unterstützt Kanalbandbreiten von 20, 40, 80 und 160 MHz mit 4 Streams und verdoppelt so das bisher verfügbare WLAN-Spektrum. Somit sind Übertragungsraten von bis zu 4.800 MBit/s in 6 GHz, bis zu 2.400 MBit/s in 5 GHz sowie bis zu 1.150 MBit/s in 2,4 GHz möglich. Das sorgt für ein exklusives, besonders durchsatzstarkes und zuverlässiges WLAN-Erlebnis, das selbst bei bandbreitenhungrigen Anwendungen wie 4K- und 8K-Video-Streaming bei hohen Endgerät-Dichten bestens performt. Über eine Stromversorgung mit Power over Ethernet (PoE++) nach IEEE 802.3bt betrieben, entfaltet dieser Wi-Fi 6E Access Point sein volles Leistungspotenzial mit allen Multi-Gigabit-Ethernet-Vorzügen.
Technologien
6 GHz-Frequenzband
Mit Wi-Fi 6E wird zusätzliches Spektrum im 6 GHz-Band exklusiv für die Geräteklassen "Low Power Indoor" und "Very Low Power" geöffnet. Der Vorteil: Das 6 GHz-Band ist störungsfrei und bietet dadurch minimale Latenz und maximalen Datendurchsatz. Das verfügbare Spektrum im 2,4 und 5 GHz-Band stellt hingegen oft einen Flaschenhals dar. So ist das 2,4 GHz-Frequenzband mit einer hohen Clientanzahl wie Babyphones und Mikrowellen überfüllt. Und auch im 5 GHz-Band steigt die Nutzeranzahl stetig, wobei dort zusätzlich DFS (Radarerkennung) ein Problem darstellt.
Geräteklassen für das 6 GHz-Band
Zur bekanntesten Klasse „Low Power Indoor“ (LPI) gehören Geräte, die im Innenbereich und in Europa via Netzstecker oder PoE betrieben werden, eine Batterie- / Akkunutzung ist untersagt. Die maximale äquivalente isotrope Strahlungsleistung (kurz EIRP) beträgt 200 mW (23 dBm). Die Klasse „Very Low Power“ (VLP) beschreibt hingegen Geräte, die üblicherweise nah am Körper getragen werden und ein sogenanntes „Personal Area Network“ (PAN) aufspannen. Bekannte Beispiele dafür sind AR/VR-Headsets und Head-Up-Displays in Autoscheiben, die via Wi-Fi 6E ihre Daten von einem Bordcomputer oder Smartphone erhalten. Ihre Sendeleistung ist auf nur 25 mW (14 dBm) beschränkt.
8x8 MIMO
Bei der MIMO-Technik versendet der Access Point mehrere unabhängige Datenströme, sogenannte Spatial Streams, um Datenpakete zwischen Transmitter und Receiver zu transportieren. Je nach Antennenanzahl kann ein Access Point zwei, vier oder sogar acht Spatial Streams gleichzeitig aussenden. In der Welle 2 des Wi-Fi 5-Standards waren bis zu vier gleichzeitige Datenströme möglich. Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E unterstützen jedoch bis zu acht breite Fahrbahnen.
Wi-Fi 5, 80 MHz, QAM-256 mit bis zu 4x4 MIMO
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1x1 |
2x2 |
3x3 |
4x4 |
|---|---|---|---|
|
433,3 MBit/s |
866,7 MBit/s |
1300 MBit/s |
1733,3 MBit/s |
Wi-Fi 6, 80 MHz, QAM-1024 mit bis zu 8x8 MIMO
|
1x1 |
2x2 |
3x3 |
4x4 |
8x8 |
|---|---|---|---|---|
|
600 MBit/s |
1,2 GBit/s |
1,8 GBit/s |
2,4 GBit/s |
4,8 GBit/s |
MU-MIMO im Down- und Upload
Wave 2 des WLAN-Standards Wi-Fi 5 führte das Multi-User-MIMO-Prinzip (MU-MIMO) ein: Durch die Verteilung aller verfügbaren Spatial Streams auf mehrere unterschiedliche Endgeräte gleichzeitig statt wie bisher nacheinander wurde die Effizienz im WLAN massiv erhöht - allerdings nur im Downlink.
Mit Wi-Fi 6 wird MU-MIMO nun in beide Richtungen möglich. In Umgebungen mit einer hohen Anzahl an WLAN-Nutzern und bandbreitenhungrigen Echtzeitanwendungen ist das besonders hilfreich, weil es zusätzliche Latenz- und Durchsatzverbesserungen bringt.
Erklärung
Mit MU-MIMO können alle Streams auf mehrere Clients verteilt werden. Beispielsweise kann ein Access Point mit 4x4 MIMO vier Spatial Streams nutzen, um Daten parallel an einen 2x2 MIMO-Client und zwei weitere 1x1 MIMO-Clients (z. B. Notebook und Smartphone) zu übertragen. So werden alle verfügbaren Spatial Streams effizient genutzt.
Sender x Empfänger = Anzahl der Sende- x Empfangsantennen
8x8 MIMO = 8 Sende- und 8 Empfangsantennen
|
Sender |
Empfänger |
|---|---|
|
8 Streams |
8 1x1 Smartphones |
|
8 Streams |
4 2x2 Tablets bzw. 2x2 Notebooks |
|
8 Streams |
4 1x1 Smartphones + 1 2x2 Tablet + 1 2x2 Notebook |
Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)
OFDMA bietet große Vorteile für WLAN-Clients mit kurzen Datenpaketen, z. B. IoT-Geräte. Schon bei Wi-Fi 5 gab es Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) als Kanal-Management-Methode: Es belegt den gesamten Frequenzbereich eines WLAN-Kanals pro Zeiteinheit für eine Datenübertragung.
Mit der Einführung vom OFDMA bei Wi-Fi 6 werden bis zu 2 MHz schmale Sub Carrier erlaubt, wodurch gerade bei kleinen zu übertragenden Datenmengen ein Paket nicht alleine den ganzen Kanal blockiert. Mehrere Sub Carrier teilen sich also einen 20-, 40- oder gar 80 MHz-Kanal, können jedoch auch nach Bedarf zusammengefasst und gemeinsam transportiert werden. Das schafft eine wesentlich höhere Effizienz bei der WLAN-Kanalnutzung.
Es ist wie mit Fahrgemeinschaften: Viele mit nur einer Person besetzte Autos hemmen den Straßenverkehr, während weniger, dafür mit mehreren Insassen besetzte Autos auf den Straßen schneller vorankommen.
Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
QAM erhöht den Datendurchsatz durch eine höhere Informationsdichte bei Übertragungsvorgängen. Dabei gilt: Je höher die QAM-Stufe, desto höher der Durchsatz. Im Vergleich zu QAM-256 (8 Bits/Symbol) mit Wi-Fi 5 wird mit Wi-Fi 6 QAM-1024 (10 Bits/Symbol) eingeführt und liefert somit 25 % mehr Durchsatz als der Vorgängerstandard.
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Modulation |
Bit je Symbol |
Symbolrate |
|---|---|---|
|
QAM-16 |
4 |
4 Bit / Rate |
|
QAM-32 |
5 |
5 Bit / Rate |
|
QAM-64 |
6 |
6 Bit / Rate |
|
QAM-256 |
8 |
8 Bit / Rate |
|
QAM-1024 |
10 |
10 Bit / Rate |
Basic Service Set Coloring (BSS Coloring) und Spatial Re-Use
Die Theorie: BSS Coloring mit Spatial Re-Use ist ein Mechanismus zur Maximierung der Netzwerkleistung und der Reduktion von Interferenzen zwischen WLAN-Geräten. In Drahtlosnetzwerken stehen den Access Points eine begrenzte Anzahl Kanäle zur Verfügung. Wenn mehrere benachbarte Access Points denselben Kanal nutzen, stören sie sich zwangsläufig gegenseitig. In bisherigen WLAN-Infrastrukturen bedingt dies, dass einer sendet und alle anderen WLAN-Geräte auf dem Kanal warten mussten, auch wenn ausreichend räumlicher Abstand für eine parallele Datenübertragung besteht. Mit Wi-Fi 6 lernen WLAN-Geräte transparenter miteinander zu kommunizieren. Dies geschieht durch eine "farbliche" Markierung der einzelnen SSID. Wi-Fi 6-Geräte unterscheiden diese Farben, erkennen „andersfarbige“ Funkgeräte auf demselben Kanal und interferieren mit diesen nicht mehr so leicht.
Beispiel für BSS Coloring aus dem Alltag
Vergleichbar ist die Technologie mit einem Restaurant, in dem an verschiedenen Tischen unterschiedliche Gruppen sitzen, die nichts miteinander zu tun haben. Die Gruppe an Tisch A interessiert sich nicht für die Gespräche des benachbarten Tisches B, wodurch die Menschen am Nachbartisch bis zu einer gewissen Lautstärke reden können, ohne dass sich die Tischgruppe A gestört fühlt. Erst wenn eine bestimmte Schwelle (Lautstärke) überschritten wird, müssen beide Tische über die Einhaltung dieser Schwelle verhandeln oder eine Gruppe in einen anderen Raum gehen.
Höhere Akku-Laufzeiten dank Target Wake Time (TWT)
Bis Wi-Fi 5 mussten Smartphones, Tablets oder Notebooks ständig empfangsbereit sein. Wer nicht bereit war, verpasste seine ankommenden Datenpakete, was natürlich zulasten der Akku-Ladung ging. Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E bieten daher nun mit TWT der Stromverschwendung auf der Endgeräteseite die Stirn, weil Access Point und Client nun aushandeln, wann genau der Empfänger aufwachen wird, um den Ruf des Senders zu hören. So manches Smartphone wird dadurch seltener an der Strippe hängen.
Unterschiede zwischen Wi-Fi 6 und Wi-Fi 5
Der Fortschritt von Wi-Fi 5 zu Wi-Fi 6 kommt durch ein enges Zusammenwirken der folgenden Eigenschaften zustande:
- Multi-User MIMO (MU-MIMO)
- OFDMA
- QAM-1024
- Target Wake Time (TWT)
- Basic Service Set (BSS) Coloring
Im LANCOM Whitepaper 2x2 Wi-Fi 6 vs. 3x3 Wi-Fi 5 erfahren Sie, welche Vorteile eine auf 2x2 MIMO Wi-Fi 6 Access Points basierende WLAN-Infrastruktur gegenüber einer Installation mit 3x3 MIMO Access Points mit Wi-Fi 5 besitzt. Das Dokument kann Sie bei der Auswahl der für Sie geeigneten WLAN-Infrastruktur unterstützen.
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