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In Kooperation mit AVM
Drahtlose Netzwerke sind ein schneller und einfacher Weg Geräte über eine drahtlose Verbindung miteinander zu verbinden und einen Zugang zum Internet herzustellen. Ob nun Zuhause, in der Bahn oder in anderen Umgebungen – die genauen Details eines WLAN-Netzwerkes kennen die Wenigsten. Inzwischen erreichen WLAN-Netzwerke ungeahnte Durchsatzraten und sind dank einer möglichen Mesh-Erweiterung auch deutlich flexibler geworden. Dabei gibt es viele technische Details, die es wert sind, einmal genauer beleuchtet zu werden. Eben dies wollen wir nun einmal tun.
Für viele ist ein WLAN-Netzwerk eine Blackbox, also eine schwarze Kiste, über die man nicht viel weiß und vielleicht auch nicht wissen will. An zentraler Stelle wird ein Router aufgestellt, allenfalls kommt ein Mesh-Netzwerk zum Einsatz und die Clients verbinden sich nach Eingabe des Passworts mit dem Router oder den Access Points. Im Hintergrund aber müssen Router und Clients einen Standard aushandeln, sich zuvor über die Verschlüsselung einig werden und das Zusammenspiel aus Hard- und Software spielt eine entscheidende Rolle, um die Sicherheit und den Funktionsumfang eines WLAN-Netzwerks gewährleisten zu können.
Glücklicherweise muss der Nutzer zu einem WLAN zunächst nicht viel wissen. Der Name und das Passwort reichen aus, damit der Client und Router oder Access Point die Aufnahme einer Verbindung untereinander aushandeln können. Die Hardware und die Software in Form der Firmware bzw. des Betriebssystems machen alles weitere untereinander aus.
Doch im Hintergrund laufen viele Mechanismen und Techniken ab, um eine möglichst schnelle Verbindung zwischen Client und Router herzustellen. So wird über mehrere Antennen eine multiple Verbindung aufgebaut, die gleichzeitige Datenstreams ermöglicht.
Die WLAN-Technik hat sich in den vergangenen Jahren extrem weiterentwickelt. Verschiedene technische Erweiterungen ermöglichen die Übertragung vieler parallelisierter Datenstreams. Inzwischen können die Standards mehrere Gigabit pro Sekunde übertragen – zumindest in der Theorie. In der Praxis sind die Erfahrungen der Nutzer stark von der jeweiligen Umgebung abhängig.
Wi-Fi 7 für Multi-Gigabit-WLAN
Spätestens in diesem Jahr kommt man am Thema Wi-Fi 7 kaum noch vorbei. Egal ob Apples neue iPhones, die neuen Android-Flaggschiffe, Notebooks mit Lunar-Lake-Prozessor oder die aktuellen Mainboards mit WLAN-Modul: Allesamt bieten sie inzwischen die Unterstützung von Wi-Fi 7.
Der aktuellste Standard hört eigentlich auf die technische Bezeichnung 802.11be. Einfacher und für den Endkunden besser verständlich aber ist Wi-Fi 7. Die höhere Nummer gibt an, dass es sich um einen aktuellen WLAN-Standard handelt – mehr soll und muss der Kunde eigentlich nicht wissen. Wi-Fi 7 ist aber mehr als nur eine immer größere Bandbreite für drahtlose Verbindungen. Der neue Standard soll die Wi-Fi-Verbindungen effizienter machen, kann Frequenzbänder kombinieren, macht diese breiter und moduliert anders.
Aber auch Wi-Fi 7 hat optionale Komponenten, die nicht jedes Gerät mit Wi-Fi-7-Sticker umsetzen muss. Dazu gehört unter anderem, dass der Einsatz des 6-GHz-Frequenzbereichs keine Pflicht ist. Gerade der Einsatz von 6 GHz kann aber von Vorteil sein, wenn die Umgebung bereits von vielen 2,4- und 5-GHz-Netzen umgeben ist und die automatische Kanalauswahl an ihre Grenzen kommt. Der meist noch freie 6-GHz-Bereich kann dann primär genutzt werden.
Den Vorteil des störungsarmen 6-GHz-Bandes hat Wi-Fi 7 aber nicht als exklusive Neuheit, sondern vom direkten Vorgänger Wi-Fi 6E übernommen. Während Wi-Fi 6E aber nur auf drei 160-MHz-Kanälen gleichzeitig arbeiten durfte, darf bei Wi-Fi 7 einer der Kanäle sogar 320 MHz breit sein.
Das Frequenzband und die Kanalbreiten bestimmen aber nicht alleine, wie schnell das WLAN letztendlich ist. Es kommt vor allem darauf an, wie viele Antennen im WLAN-Router und Endgerät verbaut sind. Dies ist auch schon bei den vorherigen Standards ein entscheidender Faktor. Es dürfte aber auch klar sein, dass eine Mehrzahl an Antennen auch bedeutet, dass dazu der entsprechende Platz vorhanden sein muss. Kann man im Gehäuse eines Routers vergleichsweise viele Antennen unterbringen, wird dies in einem Notebook oder gar Smartphone schon deutlich schwieriger.
Ein 802.11ax / Wi-Fi 6(E) kann mit acht sogenannten Spacial Streams (SS) und entsprechend acht Antennen umgesetzt werden und erreicht dann eine theoretische Durchsatzrate von 9,6 GBit/s. Für ein 802.11be / Wi-Fi 7 sind sogar bis zu 16 Antennen vorgesehen und mit den breiteren Kanälen können dann bis zu 46 GBit/s erreicht werden.
Eine AVM FRITZ!Box 5690 Pro setzt beispielsweise auf eine 4x4-MIMO-Konfiguration auf drei Bändern und kommt damit für das Wi-Fi 7 auf 11,53 GBit/s. Die AVM FRITZ!Box 7690 verzichtet auf den 6-GHz-Frequenzbereich, bietet aber ebenfalls eine 4x4-MIMO-Konfiguration und kommt damit auf 5,76 GBit/s. In den meisten Endgeräten wiederum kommen im Falle von Notebooks und Smartphones häufig nur zwei Antennen zum Einsatz.
MLO: Multi-Link-Operation
Während sich ältere WLAN-Standards häufig auf das 2,4- und später das 5-GHz-Frequenzband beschränkten, konnten ab Wi-Fi 4 zwei Frequenzbänder genutzt werden. Ein Wi-Fi 6E beispielsweise aber konzentrierte sich wiederum ausschließlich auf den neuen Bereich um 6 GHz.
Mit Wi-Fi 7 eingeführt wurde die Funktion MLO (Multi-Link-Operation). Mittels MLO können mehrere Kanäle aus verschiedenen Frequenzbändern in einer einzigen Verbindung gebündelt werden. Aber Durchsatz ist nicht alles und ein MLO könnte im Zweifel sogar einen negativen Effekt auf die Latenzen haben. Als High-Band Simultaneous Multi-Link Operation gibt es daher eine spezielle Umsetzung von MLO, die einen hohen Datendurchsatz und geringe Latenzen kombinieren soll.
| Wi-Fi 5 | Wi-Fi 6 | Wi-Fi 6E | Wi-Fi 7 | |
| IEEE-Standard | 802.11ac | 802.11ax | 802.11ax | 802.11be |
| Maximaler Durchsatz | 3,5 GBit/s | 9,6 GBit/s | 9,6 GBit/s | 46 Gbit/s |
| verwendete Bänder | 5 GHz | 2,4 und 5 GHz | 2,4, 5 und 6 GHz | 2,4, 5 und 6 GHz |
| Kanalbreiten | bis zu 160 MHz | bis zu 160 MHz | bis zu 160 MHz | bis zu 320 MHz |
| Modulation | 256-QAM | 1024-QAM | 1024-QAM | 4096-QAM |
| MIMO-Konfiguration | 4x4-MIMO | 8x8-MIMO | 8x8-MIMO | 16x16-MIMO |
Grundsätzlich soll MLO für mehr Stabilität und Ausfallsicherheit sorgen. Fällt ein Frequenzband aus, kann ein anderes übernehmen. Sind alle Frequenzbänder frei, kann auf möglichst vielen übertragen und die Übertragung damit aggregiert werden. Eine neue Quadraturamplitudenmodulation sorgt ebenfalls für einen höheren Durchsatz – mehr dazu im nächsten Abschnitt.
Neben dem maximalen Durchsatz spielt aber auch die Latenz eine Rolle. Diese ist nicht nur für Online-Spieler wichtig. Auch das generelle Surf-Verhalten und Video-Konferenzen profitieren von einer möglichst niedrigen Latenz.
4096-QAM Quadraturamplitudenmodulation
QAM steht für Quadrature Amplitude Modulation oder zu Deutsch Quadraturamplitudenmodulation. Die ist ein Modulationsverfahren, welches Amplitudenmodulation und Phasenmodulation miteinander kombiniert. Bei QAM wird eine wert- und zeitdiskrete Signalfolge übertragen, die sich in sogenannte Symbole übertragen lässt. Die einzelnen Symbole lassen sich einer bestimmten Anzahl an Bits zuzuordnen, was mit zunehmender Bitzahl eine höhere Bandbreite auf dem Trägersignal ermöglicht.
Für das Wi-Fi 5 wurde ein 256-QAM mit 8 Bit verwendet, bei Wi-Fi 6 ist es ein 1024-QAM mit 10 Bits und für das Wi-Fi 6E ist ein Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) hinzugekommen, bei dem Trägersignale auf mehr als einem Nutzerkanal verteilt werden können. Wi-Fi 7 verwendet als nächsten Schritt eine 4096-QAM-Modulation, welche aktuell die größte verwendete QAM-Konstellation darstellt.
In Kooperation mit AVM