Wi-Fi wurde 1997 geboren und hat das menschliche Leben weitaus stärker beeinflusst als jeder andere Star der Generation Z. Sein stetiges Wachstum und seine Reifung haben die Netzwerkkonnektivität nach und nach vom alten Regime der Kabel und Anschlüsse befreit, sodass der drahtlose Breitband-Internetzugang – etwas undenkbar in der Zeit der Einwahl – oft als selbstverständlich angesehen wird.
Ich bin alt genug, um mich an das befriedigende Klicken zu erinnern, mit dem ein RJ45-Stecker eine erfolgreiche Verbindung zum schnell wachsenden Online-Multiversum anzeigte. Heutzutage habe ich kaum noch Bedarf an RJ45-Anschlüssen, und die technikaffinen Teenager in meinem Bekanntenkreis sind sich ihrer Existenz möglicherweise nicht bewusst.
In den 60er und 70er Jahren entwickelte AT&T modulare Steckverbindersysteme, um sperrige Telefonanschlüsse zu ersetzen. Diese Systeme wurden später um RJ45 für Computernetzwerke erweitert
Die Vorliebe der breiten Bevölkerung für WLAN ist keineswegs überraschend. Ethernet-Kabel wirken im Vergleich zum enormen Komfort von Wireless fast barbarisch. Aber als Ingenieur, der sich nur um die Leistung der Datenverbindung kümmert, bin ich der Meinung, dass Wi-Fi einer kabelgebundenen Verbindung immer noch unterlegen ist. Wird 802.11be Wi-Fi der vollständigen Verdrängung von Ethernet einen Schritt – oder vielleicht sogar einen Sprung – näher bringen?
Eine kurze Einführung in Wi-Fi-Standards: Wi-Fi 6 und Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 ist der veröffentlichte Name für IEEE 802.11ax. Wi-Fi 2021 wurde Anfang 802.11 vollständig genehmigt und profitiert von über zwanzig Jahren gesammelter Verbesserungen des 6-Protokolls. Es ist ein beeindruckender Standard, der offenbar nicht für einen schnellen Ersatz in Frage kommt.
Ein Blogbeitrag von Qualcomm fasst Wi-Fi 6 als „eine Sammlung von Funktionen und Protokollen zusammen, die darauf abzielen, so viele Daten wie möglich gleichzeitig an so viele Geräte wie möglich zu übertragen“. Mit Wi-Fi 6 wurden verschiedene erweiterte Funktionen eingeführt, die die Effizienz verbessern und den Durchsatz steigern, darunter Frequenzbereichsmultiplexing, Uplink-Mehrbenutzer-MIMO und dynamische Fragmentierung von Datenpaketen.
Wi-Fi 6 beinhaltet die OFDMA-Technologie (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), die die spektrale Effizienz in Umgebungen mit mehreren Benutzern erhöht
Warum ist die 802.11-Arbeitsgruppe dann bereits auf dem besten Weg, einen neuen Standard zu entwickeln? Warum sehen wir bereits Schlagzeilen über die erste Wi-Fi 7-Demo? Trotz seiner Sammlung modernster Funktechnologien wird Wi-Fi 6 zumindest in manchen Kreisen in zwei wichtigen Punkten als enttäuschend empfunden: Datenrate und Latenz.
Durch die Verbesserung der Datenrate und Latenzleistung von Wi-Fi 6 hoffen die Architekten von Wi-Fi 7, ein schnelles, reibungsloses und zuverlässiges Benutzererlebnis zu bieten, das mit Ethernet-Kabeln noch einfacher zu erreichen ist.
Datenraten vs. Latenzen bei Wi-Fi-Protokollen
Wi-Fi 6 unterstützt Datenübertragungsraten von annähernd 10 Gbit/s. Ob dies im absoluten Sinne „gut genug“ ist, ist eine höchst subjektive Frage. Relativ gesehen sind die Datenraten von Wi-Fi 6 jedoch objektiv dürftig: Wi-Fi 5 erreichte im Vergleich zum Vorgänger eine Steigerung der Datenrate um eintausend Prozent, während Wi-Fi 6 die Datenrate um weniger als fünfzig Prozent steigerte im Vergleich zu Wi-Fi 5.
Die theoretische Stream-Datenrate ist definitiv kein umfassendes Mittel zur Quantifizierung der „Geschwindigkeit“ einer Netzwerkverbindung, aber sie ist wichtig genug, um die große Aufmerksamkeit derjenigen zu verdienen, die für den anhaltenden kommerziellen Erfolg von Wi-Fi verantwortlich sind.
Vergleich der letzten drei Generationen von Wi-Fi-Netzwerkprotokollen
Latenz als allgemeines Konzept bezieht sich auf Verzögerungen zwischen Eingabe und Antwort.
Im Zusammenhang mit Netzwerkverbindungen kann eine übermäßige Latenz das Benutzererlebnis ebenso stark (oder sogar noch stärker) beeinträchtigen als eine begrenzte Datenrate – eine blitzschnelle Übertragung auf Bitebene nützt Ihnen nicht viel, wenn Sie fünf Sekunden warten müssen, bevor eine Webseite aufgerufen wird beginnt zu laden. Latenz ist besonders wichtig für Echtzeitanwendungen wie Videokonferenzen, virtuelle Realität, Spiele und Fernsteuerung von Geräten. Benutzer haben nur begrenzt Geduld mit fehlerhaften Videos, verzögerten Spielen und langwierigen Maschinenschnittstellen.
Datenrate und Latenz von Wi-Fi 7
Der Projektautorisierungsbericht für IEEE 802.11be nennt sowohl eine erhöhte Datenrate als auch eine reduzierte Latenz als explizite Ziele. Schauen wir uns diese beiden Upgrade-Pfade genauer an.
Datenrate und Quadraturamplitudenmodulation
Die Architekten von Wi-Fi 7 wollen einen maximalen Durchsatz von mindestens 30 Gbit/s sehen. Wir wissen nicht, welche Funktionen und Techniken in den endgültigen 802.11be-Standard integriert werden, aber einige der vielversprechendsten Kandidaten für die Erhöhung der Datenrate sind 320 MHz Kanalbreite, Multi-Link-Betrieb und 4096-QAM-Modulation.
Durch den Zugriff auf zusätzliche Spektrumressourcen aus dem 6-GHz-Band kann Wi-Fi die maximale Kanalbreite auf 320 MHz erhöhen. Eine Kanalbreite von 320 MHz erhöht die maximale Bandbreite und die theoretische Spitzendatenrate im Vergleich zu Wi-Fi 6 um den Faktor zwei.
Im Multi-Link-Betrieb fungieren mehrere Client-Stationen mit ihren eigenen Links gemeinsam als „Multi-Link-Geräte“, die über eine Schnittstelle zur logischen Link-Steuerungsschicht des Netzwerks verfügen. Wi-Fi 7 wird Zugriff auf drei Bänder haben (2.4 GHz, 5 GHz und 6 GHz); Ein Wi-Fi 7-Multilink-Gerät könnte Daten gleichzeitig in mehreren Bändern senden und empfangen. Der Multi-Link-Betrieb birgt das Potenzial für erhebliche Durchsatzsteigerungen, bringt jedoch einige erhebliche Herausforderungen bei der Implementierung mit sich.
Im Multi-Link-Betrieb verfügt ein Multi-Link-Gerät über eine MAC-Adresse, obwohl es mehr als eine STA enthält (was für Station steht und ein kommunizierendes Gerät wie einen Laptop oder ein Smartphone bedeutet).
QAM steht für Quadraturamplitudenmodulation. Hierbei handelt es sich um ein I/Q-Modulationsschema, bei dem bestimmte Kombinationen von Phase und Amplitude unterschiedlichen Binärsequenzen entsprechen. Wir können (theoretisch) die Anzahl der pro Symbol übertragenen Bits erhöhen, indem wir die Anzahl der Phasen-/Amplitudenpunkte in der „Konstellation“ des Systems erhöhen (siehe Diagramm unten).
Dies ist ein Konstellationsdiagramm für 16-QAM. Jeder Kreis auf der komplexen Ebene stellt eine Phasen-/Amplitudenkombination dar, die einer vordefinierten Binärzahl entspricht
Wi-Fi 6 verwendet 1024-QAM, das 10 Bit pro Symbol unterstützt (da 2^10 = 1024). Mit der 4096-QAM-Modulation kann ein System 12 Bit pro Symbol übertragen – wenn es beim Empfänger ein ausreichendes SNR erreichen kann, um eine erfolgreiche Demodulation zu ermöglichen.
Wi-Fi 7 Latenzfunktionen:
MAC-Schicht und PHY-Schicht
Der Schwellenwert für die zuverlässige Funktionalität von Echtzeitanwendungen liegt im ungünstigsten Fall bei einer Latenz von 5–10 ms; Latenzzeiten von nur 1 ms sind in einigen Nutzungsszenarien von Vorteil. In einer Wi-Fi-Umgebung so niedrige Latenzen zu erreichen, ist keine leichte Aufgabe.
Funktionen, die sowohl auf der MAC-Ebene (Medium Access Control) als auch auf der physischen Ebene (PHY) funktionieren, werden dazu beitragen, die Latenzleistung von Wi-Fi 7 in den Bereich von unter 10 ms zu bringen. Dazu gehören koordiniertes Beamforming mit mehreren Zugangspunkten, zeitkritische Vernetzung und Multi-Link-Betrieb.
Hauptmerkmale von Wi-Fi 7
Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Multi-Link-Aggregation, die in der allgemeinen Überschrift des Multi-Link-Betriebs enthalten ist, entscheidend dazu beitragen kann, dass Wi-Fi 7 die Latenzanforderungen von Echtzeitanwendungen erfüllt.
Die Zukunft von Wi-Fi 7?
Wir wissen noch nicht, wie Wi-Fi 7 genau aussehen wird, aber es wird zweifellos beeindruckende neue HF-Technologien und Datenverarbeitungstechniken umfassen. Wird sich die ganze Forschung und Entwicklung lohnen? Wird Wi-Fi 7 die drahtlose Vernetzung revolutionieren und die wenigen verbleibenden Vorteile von Ethernet-Kabeln endgültig zunichte machen? Teilen Sie Ihre Gedanken gerne im Kommentarbereich unten mit.
