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Was ist MU-MIMO bei WLAN-Netzwerken?

WLAN mit mehreren Kanälen: Die MU-MIMO-Technologie

Wer zu Hause mit mehreren Personen über einen gemeinsamen Router im Internet surft, kennt das Problem: Je mehr User sich einloggen, umso langsamer werden die Verbindungen. Denn die herkömmlichen Verbindungsgeräte stellen nur einen Kanal zur Verfügung. Der Router ist nur für einen einzelnen Nutzer ausgelegt, deshalb heißt er auch Single User-Router oder SU-MIMO.

Letzteres steht für Multiple Input-, Multiple Output-Technologie. Jedes Gerät, das sich mit dem Internet verbindet, muss warten, bis es an der Reihe ist. So entsteht eine Warteschlange mit oft erheblicher Wartezeit. Die neue Technik mit der Bezeichnung MU-MIMO (MU für Multi User) verwaltet mehrere Kanäle, ohne dass lange Wartezeiten entstehen.

Für jeden Nutzer ein separater Kanal

Bereits im WLAN-Standard 802.11ac Wave 2, auch als WI-FI 5 bezeichnet, war MU-MIMO integriert. Die neue Technologie teilt die Bandbreite des Access Points (kurz AP) in getrennte räumliche Streams auf. So kann der AP oder Zugangspunkt gleichzeitig mit mehreren Knoten kommunizieren. WI-FI 5 Wave 2 unterstützt zum Beispiel 4×4 MU-MIMO, ein Router mit vier Antennen überträgt also zur selben Zeit Daten an maximal vier Clients.

Neue Standards sind bereits in der Entwicklung. Wi-Fi-6 unterstützt sogar maximal acht Streams, was bisher nicht erreichbar war. Zwar findet MU-MIMO weniger Beachtung als sein Konkrent mit Namen „Orthogonal Frdequenzy-Division Multiplexing“ (OFDM). Dennoch erwartet die Fachwelt, dass die Technik in Zukunft beim hocheffizienten Wi-Fi eine zunehmend wichtige Rolle spielen wird.

Die Unterschiede von SU-MIMO und MU-MIMO

Mit den ersten WLAN-Stationen übertrug man Daten an nur ein Gerät, deshalb war auch nur eine Antenne nötig. Der Fachbegriff für diese Konstellation ist SU-SISO, also ein einzelner User verwendet nur einen Input und einen Output (Single Input, Single Output). Später wurde es möglich, mit zwei oder noch mehr Antennen zusätzliche Streams zu verwalten, deshalb SU-MIMO (Multiple In- bzw. Output). Zwischen dem Access Point und dem Endpunkt entsteht durch die Weiterentwicklung trotz höherer Ansprüche sogar eine transparentere, auch stabilere und effizientere Datenübertragung. Durch die dynamische Aufteilung der vorhandenen Bandbreite vergrößert sich zudem die Netzwerkkapazität.

Weitere Standards der Wi-Fi-Technik

Aber es sind noch weitere Akronyme in Umlauf, die verschiedene Spezifikationen der drahtlosen Übertragung bezeichnen. Zu den genannten Standards kommen noch SIMO und MISO hinzu. Um das Chaos etwas zu entwirren, folgt nun eine Auflistung der verschiedenen Abkürzungen nebst Bedeutung.

SISO: Die Sendeeinheit und der Empfänger verfügen beide über je eine Antenne. Nur ein einzelner Stream wird übertragen.

SIMO: Das Sendegerät hat nur eine Antenne. Der Empfangsclient jedoch verfügt über mehrere Antennen und kann eine entsprechende Anzahl Streams empfangen.

MISO: Mehrere Streams werden mit verschiedenen Antennen gesendet, aber der Empfänger ist nur mit einer Antenne ausgestattet.

MIMO: Wie oben bereits gesagt, sind sowohl Sender als auch Empfänger in der Lage, über mehrere Antennen zu kommunizieren. Deshalb werden mehrere Clients zur selben Zeit versorgt, von denen jeder aber nur eine Antenne für den Datenaustausch nutzt.

Einfachheit durch Reduktion

Nicht nur bei den Anwendern, auch in der technischen Gemeinde regt sich allerdings ein gewisser Unmut aufgrund der entstandenen Begriffsverwirrung. Einige Mitarbeiter von Aruba Networks verstehen MISO und SIMO nur als eine abgeschwächte Variante von MIMO, denn an einem der beiden Verbindungspunkte befindet sich jeweils nur eine Einzelantenne. Die zusätzlichen Bezeichnungen sind also überflüssig und tragen nur zur Verwirrung bei. Aus diesem Grund verwendet man meist die Abkürzungen SISO sowie MIMO, denn sie sind relevanter und für die Beschreibung der Sendeeinrichtungen und im allgemeinen völlig ausreichend.

Die Antennen bei MU-MIMO

Aber auch die Zahl der verfügbaren Antennen muss benannt werden. Die Werte 1×1, 2×2 etc. geben an, wie viele Antennen am Router, AP oder Endpunkt verfügbar sind. Entsprechend viele räumliche Streams unterstützt das Gerät. So ist ein AP mit Wi-Fi 5 Wave 2 mit dem Zusatz 3×3 mit drei Antennen ausgestattet, stellt also sowohl drei Sender als auch drei Empfänger zur Verfügung für drei gleichzeitige räumliche Streams. Am 2×2-Smartphone befinden sich zwei Antennen, das 1×1-Gerät hat aber nur eine. Angenommen ein AP ist mit acht Sendeantennen und ebenso vielen für dem Empfang ausgerüstet. Dann kann er gleichzeitig acht Clients vom Typ 1×1 erreichen, vier 2×2-Geräte und zwei Clients mit 4×4.

Uplink und Downlink

Bei einer WLAN-Verbindung ist im Downstream der Router der Empfänger, der Clientknoten ist der Sender. Bei einem Upstream kehren sich die Funktionen um. Lädt der Anwender Videos in eine Cloud hoch, wird er zum Sender und die Cloud empfängt die Daten.

Mit Wi-Fi 5 Wave 2 bezieht sich die MU-MIMO-Technologie nur auf den Downstream mit der Bezeichnung Downlink MU-MIMO. Für den Upstream bleibt es hingegen beim Single User. Das IEEE hat zwar überlegt, auch für den Uplink die neue Technik zur Verfügung zu stellen, lehnte das Vorhaben aber schließlich ab.

Das Problem ist komplex und eine baldige Lösung nicht zu erwarten. Denn wollte der User von einer Uplink-MU-MIMO-Funktion profitieren, müsste sein Router mindestens mit zwei Antennen ausgestattet sein. Anderenfalls käme wieder nur eine Single-User-Verbindung zustande.

Dennis F.
Dennis blickt auf eine mehr als 10-jährige Berufserfahrung als Produkt- und Marketing Manager in der Technikbranche zurück. Dabei war er bei renommierten Smartphone- als auch namenhaften IT- und Netzwerkherstellern tätig. Von der Produktentwicklung, dem technischen Service bis hin zur Produktvermarktung, war Dennis an jeder Station maßgeblich mitbeteiligt. Seit 2019 ist Dennis zusätzlich als Technik-Redakteur bei Testventure.de tätig und stellt unseren Lesern sein Fachwissen bestmöglich zur Verfügung.
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