6 sells! Schnelleres WLAN mit Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax)

Homeoffice, private mobile Geräte am Arbeitsplatz: Funktechnologie garantiert Mobilität und Flexibilität, ohne die ein moderner Arbeitsplatz nicht auskommt. In der Bahn via G4 oder vielleicht bereits G5 remote arbeiten und zuhause über das eigene bzw. in der Firma über das Unternehmens-WLAN weitermachen – so reibungslos, wie es klingt, klappt das in der Regel nicht, oder besser – klappte es in der Vergangenheit nicht.

Denn Wi-Fi 6 ist angetreten, um das zu ändern. Aber nicht nur das. Der neue Standard verspricht

• eine deutliche Erhöhung der Verbindungsstabilität,
• bis zu viermal höhere Geschwindigkeit gegenüber dem direkten Vorgänger 802.11ac in Umgebungen, in denen mehr als ein Gerät im WLAN angemeldet ist (und damit u. a. Grundlage für paralleles Ultra-HD- und Virtual-Reality-Streaming),
• bis zu 37% schnellere Datenübertragungsrate bei einem einzelnen Gerät gegenüber dem Standard 802.11ac
• schnelleres Roaming zwischen LTE und WLAN,
• bessere Energieeffizienz, die zu einer Schonung der Akkus von Mobilgeräten beiträgt,
• …

Hier steckt also Potenzial!

Welche Vorteile Wi-Fi 6 insgesamt bietet, weshalb der Wi-Fi-Standard nun einen leicht zu merkenden und für Verbraucher verständlichen Namen hat und ob sich ein Umstieg auf Wi-Fi 6 lohnt: all das lesen Sie hier.

Seit September 2019 läuft die Zertifizierung

Der neue WLAN-Standard IEEE 802.11ax wurde zwar erstmals 2018 vorgestellt, die eigentliche Zertifizierung von Geräten nach dem neuen Standard durch die Wi-Fi Alliance hat jedoch erst mit der Finalisierung des Standards Ende September 2019 begonnen. Randnotiz: Bei der Wi-Fi Alliance handelt es sich um das Konsortium aus Herstellern, das Geräte mit Funkschnittstellen zertifiziert und die Rechte am Markennamen «Wi-Fi» hält, der häufig synonym mit dem Begriff WLAN verwendet wird.

Logo – höhere Ziffer bedeutet neuer und besser

In Zuge der Einführung hat die Wi-Fi Alliance entschieden, die WLAN-Standards neu zu benennen. Ziel hinter der neuen Benennung: Käufern zu erleichtern, den technischen Stand der jeweiligen Geräte leichter zu beurteilen.

Ab sofort kann ein Käufer also anhand der Ziffer auf dem Wi-Fi-Logo erkennen, ob ein Router schneller ist als ein anderer und ob beispielsweise das Smartphone-Schnäppchen, um das die Gedanken verstärkt kreisen, den neuen Standard zweifelsfrei unterstützt. Weshalb es wichtig ist, den Hinweis zum unterstützten Wi-Fi-Standard auch auf den mobilen Endgeräten wie Smartphones, Notebooks oder Streaming-Clients oder Smartwatches zu sehen, wird weiter unten näher erläutert.

Zurück zum Logo: Nach erfolgreicher Zertifizierung durch die Wi-Fi Alliance werden die entsprechenden Geräte bzw. ihre Verpackungen künftig ein Logo tragen, das sich aus dem Markennamen «Wi-Fi» und der Ziffer des höchsten unterstützten Standards zusammensetzen. «Höchster unterstützter Standard» deshalb, weil Wi-Fi-zertifizierte Geräte abwärtskompatibel zu den vorhergehenden Wi-Fi-Standards sind und bleiben.

Visualisierungen für die Verbindung zu einem Wi-Fi 6-Netzwerk

Verbindet sich ein Endgerät, das den Wi-Fi 6-Standard beherrscht, mit einem bestehenden Wi-Fi 6-Netzwerk, wird dies künftig (analog zu 4G oder 5G-Netzwerken auf Mobilgeräten) durch ein Icon bzw. ein sogenanntes «UI Visual» auf der Benutzeroberfläche angezeigt. Hier die offizielle Visualisierung der Wi-Fi Alliance für eine Wi-Fi 6-Verbindung:

Die Wi-Fi Alliance erlaubt jedoch eine freie Gestaltung solcher Verbindungs-Visualisierungen, wobei sie Empfehlungen für die konkrete Gestaltung gibt. In einem offiziellen Dokument der Wi-Fi Alliance findet sich ein Überblick über aktuell bereits entwickelte und genutzte UI Visuals verschiedener Hersteller:

Bei Interesse finden Sie das englischsprachige Dokument, aus dem der vorige Screenshot stammt, hier

Gut zu wissen: Vorerst hilft es, auch die alten Namen noch zu kennen

Doch erst einmal bleibt wahrscheinlich einiges beim Alten. Heisst: Die neue Benennung wird vermutlich erst einmal nur auf neuen Geräten zu finden sein, die Wi-Fi 6 unterstützen und entsprechend zertifiziert sind.

Wie bereits gesagt – Wi-Fi ist ein Markenname und damit ein Begriff, der Herstellern bei der Vermarktung helfen soll (hierin besteht übrigens der Unterschied zum Begriff WLAN, der schlicht die Verbindungstechnologie beschreibt). Derzeit ist deshalb schwer vorhersehbar, ob Hersteller angesichts des neuen Standards Wi-Fi 6 ältere Geräte überhaupt mit dem Logo und dem neuen Namen versehen. Zu gross könnte die Sorge sein, dass die Geräte mit Wi-Fi 5- oder gar noch Wi-Fi 4-Standard von den Kunden als veraltet wahrgenommen werden.

Entsprechend ist es für all diejenigen, die nicht direkt auf Wi-Fi 6 umsteigen, von Vorteil, im Bedarfsfall auch die bisherigen Namen auseinanderhalten und einordnen zu können. Die folgende Tabelle listet Ihnen deshalb die wichtigsten, noch verbreiteten Wi-Fi-Standards nach dem Jahr der Veröffentlichung aufsteigend auf und ordnet dabei den bisherigen Namen dem jeweils neuen Namen zu.

Name Wi-Fi-Standard neu	Name Standard alt	Frequenzband	Veröffentlichungsjahr
Wi-Fi 1	802.11b	2,4 GHz	1999
Wi-Fi 2	802.11a	2,4 GHz	1999
Wi-Fi 3	802.11g	2,4 GHz	2003
Wi-Fi 4	802.11n	2,4 GHz oder 5,0 GHz	2009
Wi-Fi 5	802.11ac	5,0 GHz	2013
Wi-Fi 6	802.11ax	2,4 GHz oder 5,0 GHz, vorbereitet für Nutzung von 6,0 GHz	2019

Neue Benennung ist eine Vereinfachung für Verbraucher

Spätestens ab der Einführung von Wi-Fi 7 wird es dann jedoch sehr viel intuitiver und ohne Blick in eine vergleichbare Tabelle möglich sein zu prüfen, ob ein Gerät gemäss dem neuesten Standard funkt oder nicht. Eine längere Recherche, wofür Kürzel wie «ac» oder «g» etc. stehen, entfällt. Insofern ist die neue Namensgebung definitiv eine zu begrüssende Vereinfachung für Verbraucher.

Wi-Fi 6: nicht nur der Name ist ein Fortschritt

Zum Namen und dem Logo wurden die relevanten Dinge gesagt. Was Sie vermutlich aber noch stärker umtreibt ist die Frage, was Wi-Fi 6 tatsächlich bringt. Und da darf man wohl sagen: eine ganze Menge! Aber lesen Sie selbst.

Wi-Fi 6: Das Mass der Dinge in Umgebungen mit mehreren Geräten

Die Anzahl von Mobilgeräten in Haushalten und Unternehmen steigt kontinuierlich. Und damit auch die Zahl der teilnehmenden Geräte in den betreffenden lokalen WLANs. Ziel von Wi-Fi 6 war es, dieser Entwicklung Rechnung zu tragen und sicherzustellen, dass zeitgleiche Anfragen mehrerer Geräte im WLAN nicht mehr wie bisher im Grunde nacheinander, sondern parallel «bedient» werden können.

Der neue Wi-Fi 6-Standard ist also nicht angetreten, um die Datenübertragungsrate für einzelne Geräte weiter zu steigern, da die von Wi-Fi5 für alle gängigen Anwendungen ausreichend hoch ist. Vielmehr soll mithilfe von Wi-Fi 6 sichergestellt werden, dass die parallele Datenübertragung im WLAN in Gebäuden, aber auch draussen (z. B. auf öffentlichen Plätzen oder Fussballstadien) schneller und stabiler wird. Entsprechend baut der neue Wi-Fi 6-Standard auf Wi-Fi 5 auf, wobei über 50 Features des bestehenden Standards 802.11ac verbessert wurden.

MU-MIMO jetzt auch im Uplink

Eine, wenn nicht die Neuerung, die Wi-Fi 6 bringt, heisst MU-MIMO (Multiple User – Multiple Input Multiple Output). MU-MIMO ermöglicht es, parallel über mehrere Antennen unterschiedliche Datenströme an mehrere Clients zu senden. In Wi-Fi 5 ist MU-MIMO zwar ebenfalls implementiert, allerdings nur im Downstream – also vom Access Point zum Client. Hier können vier User zugleich bedient werden, im Uplink vom Client zum Access Point hingegen nur einer.

Mit Wi-Fi 6 ändert sich das signifikant. Wenn der Standard voll implementiert wird, können über die acht Kanäle, die in Wi-Fi 6 möglich sind, parallel bis zu acht Netzwerkteilnehmer im Down- und Uplink bedient werden.

Mit Wi-Fi 6 ist es ausserdem möglich, zeitgleich mehrere Streams auf einen einzelnen Client zu bündeln. Eine solche Bündelung führt zu einem erheblichen Geschwindigkeitsgewinn bei der Datenübertragung mit diesem Client. Allerdings steht die Anzahl der gebündelten Kanäle dann den anderen Teilnehmern natürlich nicht mehr zur Verfügung. Werden z. B. vier von maximal acht Kanälen auf einen Client gebündelt, dann bleiben den anderen Clients entsprechend noch maximal vier Kanäle über.

Die folgende Abbildung illustriert diesen zentralen Unterschied zwischen Wi-Fi 5 und Wi-Fi 6. Während zwei der drei verbundenen Nutzer im Wi-Fi 5-Netz warten müssen, bis die Kommunikation zwischen Router und Nutzer 1 beendet ist, können in der Wi-Fi 6-Umgebung alle drei Nutzer zugleich aktive Datenverbindungen unterhalten.

Allerdings gibt es dabei auch bei voller Implementierung der Wi-Fi 6-Spezifikationen einige Voraussetzungen, die erfüllt sein müssen, damit die maximal mögliche Leistung erreicht werden kann:

• Alle Geräte im WLAN müssen den Wi-Fi 6-Standard unterstützen. Ist ein Gerät eingeloggt, das nur einen der älteren Standards unterstützt, kommt dieser ältere Standard im WLAN zur Anwendung! Dies ist allerdings keine Besonderheit von Wi-Fi 6. Die Regel, dass das Gerät mit dem niedrigsten Standard im WLAN den Standard festlegt, gilt in jedem WLAN, damit die bereits angesprochene Abwärtskompatibilität gewährleistet werden kann.
• Die Menge der tatsächlich möglichen Verbindungen hängt von der jeweils verbauten Zahl der Antennen bei Router und Clients ab. Die Menge der verbauten Antennen sollte bei der Anschaffung immer berücksichtigt werden. 8x8-Mimo-Router sind solche, die acht Kanäle gleichzeitig betreiben können und entsprechend acht Antennen aufweisen. Entsprechend können Clients als 8x8-MIMO-Clients mit acht Antennen ausgestattet sein. Damit wäre eine Bündelung sämtlicher Kanäle auf diesen Client möglich.
  

Besser gepackt mit OFDMA

OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) ist eine Technologie, die schon lange erfolgreich bei LTE eingesetzt wird und nun Eingang in den Wi-Fi-Standard gefunden hat.

Wie bereits erwähnt, können in Wi-Fi 6 aufgrund von MU-MIMO bis zu acht Kanäle zugleich in Up- und Downlink betrieben werden. Diese Kanäle haben jeweils eine bestimmte Breite bzw. Frequenzbreite, die in MHz angegeben wird – beispielsweise 80 MHz.

Ohne die OFDMA-Technologie wäre es lediglich möglich, ein Datenpaket pro Zeiteinheit über einen der Kanäle zu senden. Bei acht Kanälen wären das also in derselben Zeiteinheit maximal acht Datenpakete. Wieviel Platz ein Paket dabei von dem 80 MHz breiten Kanal wirklich beansprucht, spielt keine Rolle. Geht ein Paket auf dem Kanal auf die Reise, ist der Kanal in diesem Zeitintervall vollständig belegt.

Zur besseren Illustration das in diesem Zusammenhang beliebte Bild einer Strasse mit LKWs: Ohne OFDMA entspräche die Situation einer Strecke mit acht ausgebauten Spuren, auf der sich jeweils ein gleichgrosser LKW mit jeweils einem Paket auf der Ladefläche befindet. Dabei kann der Laderaum durch das Paket ganz oder auch nur zu einem kleinen Teil gefüllt sein. Es wäre also möglich, dass acht LKW nebeneinander fahren und jeweils nur sehr wenig geladen haben. Sie benötigen also viel Raum für wenig Ladung und blockieren dabei ihre Spur jeweils vollständig. Das ist vergleichsweise ineffizient.

Mit OFDMA ändert sich das. Betrachten wir zum besseren Verständnis einmal einen einzelnen WLAN-Kanal genauer und nehmen wir an, er sei 80 MHz breit. OFDMA macht es möglich, Frequenzbereiche dieses WLAN-Kanals in mehrere schmalere Frequenzbereiche zu zerlegen. Dadurch entstehen bis zu 2 MHz schmale Sub-Kanäle, sogenannte Sub Carrier. Bei 80 MHz fänden also bis zu 40 Sub Carrier auf diesem Kanal Platz. Es können auch mehrere Sub Carrier für entsprechend grössere Pakete gebündelt werden. Entscheidend ist nur, dass die maximale Kanalbreite nicht überschritten werden kann.

Der Vorteil liegt auf der Hand: Jeder einzelne WLAN-Kanal kann also zur gleichen Zeit so aufgeteilt werden, dass er mehrere Pakete zeitgleich transportieren kann. Und nicht nur das: Die jeweiligen Sub-Kanäle können auch verschiedenen Clients zu gewiesen werden. Damit wird das System zwar komplex, dafür ist es jedoch äusserst flexibel und besonders schnell in Umgebungen, in denen sehr viele kleine Datenpakete verschickt werden, wie das z. B. in IoT-Umgebungen der Fall ist. Der auf dem Kanal zur Verfügung stehende Raum wird also durch OFDMA sowohl im Up- als auch im Downlink sehr viel besser genutzt.

Um im Bild mit dem LKW zu bleiben: Der Fall, dass ein kleines Paket den ganzen LKW ausfüllt, tritt damit standardmässig nicht mehr auf. Das verfügbare Transportvolumen des LKW je Zeiteinheit kann vollständig ausgenutzt werden, da mehrere Pakete verschiedener Absender an mehrere Lieferadressen zur gleichen Zeit gesendet und empfangen werden können. Weitgehend leere LKW werden also nicht mehr auf die Strasse geschickt.

In Verbindung mit MU-MIMO, das den gleichzeitigen Betrieb mehrere Kanäle im Up- und Downlink erlaubt, ist OFDMA ein Garant für sehr viel schnellere Datenübertragungen in Umgebungen mit mehreren WLAN-Teilnehmern. OFDMA läuft dabei sehr stabil, selbst auf grössere Entfernungen.

QAM-1024: mehr Bit!

Ein dritter Faktor für den Geschwindigkeitszuwachs bei Wi-Fi 6: Beim Modulationsverfahren QAM (Quadrature Amplitude Modulation) hat Wi-Fi 6 gegenüber dem Vorgängerstandard die Bits pro Symbol von acht auf zehn Bits erhöht. Die Informationen werden auf diese Art verdichtet, was bei idealen Bedingungen im Netzwerk und auf kurze Distanzen einen höheren Datendurchsatz und einen Geschwindigkeitszuwachs von bis zu 37 Prozent gegenüber dem mit Wi-Fi 5 eingeführten QAM-256 bedeutet.

Fazit

Wi-Fi 6 wird 2020 richtig durchstarten. Die Zahl der Router mit Wi-Fi 6-Zertifizierung steigt – und genauso wichtig: es kommen immer mehr Wi-Fi 6-Endgeräte auf den Markt, was sich für Verbraucher auch spürbar positiv mit Blick auf die Preise bemerkbar macht. Wi-Fi 6 wird 2020 damit auch für viele private Haushalte interessant.

Planen Sie die Anschaffung eines neuen Routers, dann sollten Sie in jedem Fall Wi-Fi 6-Geräte in Ihre Überlegungen mit einbeziehen – sonst kaufen Sie womöglich doppelt. Auch wenn Sie noch keine reine Wi-Fi 6-Gerät-Umgebung haben: Wi-Fi 6 wird das Mass der Dinge sein und entsprechende Chips werden schon bald standardmässig verbaut werden. Und da immer mehr Geräte mit Wi-Fi den Weg ins private Zuhause und die Arbeitswelt finden, wird die Performance in Wi-Fi 5-Umgebungen zunehmend schlechter.

Auch wenn Sie noch nicht gleich komplett auf Wi-Fi 6 umsteigen möchten: Die schrittweise Umrüstung – gerade im Zuge von Neuanschaffungen – lohnt sich sicher. Gerade mit Blick auf paralleles Virtual Reality- und Ultra-HD-Streaming oder das Internet der Dinge, das bald noch viel stärker Einzug in den Alltag halten wird, wird Wi-Fi 6 im Grunde unverzichtbar.

Der Umstieg kann beginnen …

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