Netto-Durchsatz liegt bei 220 MBit/s

Schematische Darstellung der 20-MHz- und 40-MHz-Kanäle im 2,4-GHz-Frequenzband. Bei 40 MHz ist ein höherer Datendurchsatz möglich, während bei 20 MHz mehr überlappungsfreie Kanäle zur Verfügung stehen.

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Um die hohe Bandbreite zu erreichen, greift der Standard IEEE 802.11n auf spezielle Techniken zurück. Als wichtigste dabei gelten „Channel Bonding“ und „Multiple Input Multiple Output“ (MIMO).

Channel Bonding: Im Zusammenhang mit WLAN wird immer wieder über „Kanäle“ gesprochen, um damit die Frequenzen der Trägersignale zu bezeichnen. Bis zur Einführung des Standards IEEE 802.11n betrug die Breite eines Kanals 20 MHz. In Europa stehen im 2,4-GHz-Frequenzband dreizehn separate 20-MHz-Kanäle zur Verfügung, die sich allerdings teilweise oder komplett überlappen. So sind in einer bestimmten Funkumgebung lediglich drei Kanäle gleichzeitig nutzbar. Das 5-GHz-Frequenzband hingegen verfügt über neunzehn überlappungsfreie 20-MHz-Kanäle.

IEEE 802.11n bietet als Option das „Channel Bonding“, eine Technik, die Hochdurchsatzkanäle (High Throughput, HT) verwendet und die maximale Brutto-Datenraten auf 450 Mbit/s pro Access Point erhöht (statt 216,7 Mbit/s). Die sogenannten HT-Kanäle belegen jedoch 40 anstelle der herkömmlichen 20 MHz. Zudem reduziert sich die Anzahl der Kanäle auf lediglich einen einzigen überlappungsfreien Kanal im 2,4-GHz-Band und neun überlappungsfreie Kanäle im 5-GHz-Band. Somit ist insbesondere bei der Planung eines WLAN-Netzwerks mit mehreren Access Points abzuwägen, ob die Reduzierung der Anzahl überlappungsfreier Kanäle zugunsten höherer Datenraten sinnvoll ist.

Darstellung eines Multipath mit Single Input Single Output (SISO) und Multiple Input Multiple Output (MIMO). Bei SISO ist nur eine Antenne aktiv, so dass nur ein Datenstrom empfangen werden kann. Bei MIMO sind alle angeschlossenen Antennen aktiv und tauschen Daten aus.

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Multiple Input Multiple Output: Access Points und Clients, die die Standards IEEE 802.11 a/b/g/h verwenden, arbeiten mit Single Input Single Output (SISO), häufig in Kombination mit Antennen-Diversity. Somit sind zwar zwei Antennen an einem Access Point oder Client-Modul vorhanden, doch nur eine der beiden dient der Datenkommunikation. Die genutzte Antenne wird anhand bestimmter Parameter, wie zum Beispiel Signalstärke und -qualität, durch die Diversity-Technologie ausgewählt und kann im laufenden Betrieb auch wechseln. Ein Access Point oder Client, der mit den Standards IEEE 802.11 a/b/g/h arbeitet, kann nur einen Datenstrom gleichzeitig übertragen.

Bei Access Points oder Clients, die mit dem IEEE-802.11n-Standard arbeiten, ist dies nicht der Fall, da hier das MIMO-System (Multiple Input Multiple Output) zum Einsatz kommt. Ein MIMO-System dient der gleichzeitigen Übertragung mehrerer Datenströme. Ein einzelner Datenstrom wird mit einer maximalen Bruttorate von 150 Mbit/s übertragen; die maximale Brutto-Bandbreite hängt von der Anzahl Datenströme ab, die gleichzeitig übertragen oder empfangen werden können. Die Anzahl parallel verarbeitbarer Datenströme wiederum ist von der Menge der Antennen an den jeweiligen Gegenstationen eines Drahtlosnetzwerkes abhängig. Gemäß IEEE 802.11n lassen sich bis zu vier Antennen verwenden – ergo könnten maximal vier Datenströme übertragen werden, in Summe 600 Mbit/s. Derzeit sind jedoch keine Produkte auf dem Markt, die dieses Übertragungsverfahren unterstützen.

Verfügt ein Access Point über drei Antennen oder drei Antennenanschlüsse und werden alle drei Antennen sowohl für den Versand als auch für den Empfang von Datenströmen genutzt, lässt sich eine maximale Datenrate von 450 Mbit/s erreichen. Ein Produkt, das zwar über drei Antennen verfügt, von denen jedoch nur zwei für das Senden oder Empfangen von Datenströmen genutzt werden, hat lediglich eine Brutto-Datenrate von 300 Mbit/s. Dies ist vor allem bei Geräten der Fall, die vor 2011 auf den Markt kamen.

Wie viele Antennen in einem Gerät mit IEEE-802.11n-Standard verwendet werden und auch aktiv Daten übertragen oder empfangen, lässt sich im technischen Datenblatt erkennen. Ein häufig auftauchender Vermerk in Gerätedokumentationen ist: Sendeantennen × Empfangsantennen: Datenströme. Ein Produkt, das drei Datenströme unterstützt, wird dann üblicherweise mit 3 × 3: 3 beschrieben. Ein Produkt, das mit drei Antennen ausgestattet ist, von denen jedoch nur zwei dem Senden dienen, wird mit 2 × 3: 2 bezeichnet. Ein solches Produkt kann zudem nur maximal zwei Datenströme übertragen, was zu der reduzierten Übertragungsrate führt.

Das MIMO-System hat auch einen positiven Einfluss auf die Störanfälligkeit: In der Regel herrschen in Umgebungen, in denen Lösungen für den industriellen Sektor zum Einsatz kommen, keine idealen Bedingungen für die Drahtloskommunika­tion – große Mengen von Metall etwa sorgen für Interferenzen oder es besteht keine Sichtverbindung zum Funkempfänger, so dass die Datenübertragung nur auf indirektem Weg über andere Objekte stattfindet. Beide Störungen können zur Folge haben, dass ein bestimmtes Signal mehrfach über unterschiedliche Wege empfangen wird. Dieses „Multipath“ genannte Phänomen führt bei SISO-Systemen gelegentlich zu Problemen mit der Datenübertragung: Das eigentlich zu empfangende Signal interferiert dabei mit sich selbst und verschlechtert die Signalqualität insgesamt. Wird hingegen das MIMO-System verwendet, ist der Funkempfänger eher in der Lage, dieses Problem herauszufiltern, da er auf drei räumlich unterschiedlich angeordneten Antennen empfängt. Letztendlich bleibt dann ein brauchbareres Signal übrig.

Autor: Sander Rotmensen ist Marketing Manager Industrial Communication bei Siemens in Nürnberg.