Warum es mit 802.11n nur langsam vorangeht

Seit 802.11 hat es zwei neue Generationen gegeben: 802.11b mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 11 MBit/s sowie 802.11a/g, jeweils mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 54 MBit/s. Der 802.11b-Standard schichtet mehrere Techniken übereinander: Da ist zuerst der grundlegende Übertragungsstandard, bei dem das Trägersignal zwischen vier unterschiedlichen Phasen verschoben wird. Außerdem werden die Daten zusätzlich in Muster kodiert, die besonders leicht voneinander und von Rauschen zu unterscheiden sind.

Die Standards 802.11a (5 GHz) und 802.11g (2,4 GHz) nutzen Techniken, die das Funkspektrum in mehrere parallele Übertragungskanäle aufteilen. Dabei wird besonders darauf geachtet, Interferenzen zwischen benachbarten Kanälen zu vermeiden und die Datenströme auf alle Kanäle aufzuteilen, so dass lokale Interferenzen so wenig Schaden wie möglich anrichten können. So können vier unterschiedliche Modulationsschemata verwendet werden – je besser das Signal, desto schneller das Schema.

Diese beiden Techniken nähern sich bereits der theoretischen Grenze, wie viele Daten so per Funk übertragen werden können: Wenn ein Funkkanal eine Breite von soundso viel Megahertz hat, gibt es schlicht keine Möglichkeit, mehr an Daten darüber zu übertragen. Natürlich kann man schnellere Netzwerke entwickeln, aber dazu gibt es nur zwei Möglichkeiten: mehr Kanäle oder breitere Kanäle.

802.11n: mehr und breitere Kanäle

Der 802.11n-Standard mit 540 MBit/s wird beide Möglichkeiten nutzen. Da es nicht möglich ist, mehr Kanäle nebeneinander in den international zugewiesenen Frequenzbändern bei 2,4 GHz und 5 GHz unterzubringen, überlagert 802.11n mehrere Kanäle auf denselben Frequenzen mithilfe mehrerer Sender und Empfänger mit separaten Antennen. Dieses Verfahren wird MIMO (Multiple Input, Multiple Output) genannt und funktioniert so, dass die minimalen Unterschiede bei den physischen Abständen zwischen Sende- und Empfangsantenne genutzt werden, um die Signale auseinanderzuhalten. Sobald das Netzwerk berechnet hat, wie groß diese Unterschiede sind, kann es auf mathematischem Wege die kombinierten Signale von jedem Kanal entflechten, auch wenn sie die selbe Frequenz nutzen. Theoretisch kann jede Kombination zweier Antennen vollständig zur Datenübertragung genutzt werden, sodass mit jeweils zwei Sende- und Empfangsantennen vier räumliche Kanäle zur Verfügung stehen.

Die andere wichtige Neuerung besteht darin, die Breite jedes Kanals zu erhöhen: Statt der 20 MHz breiten Kanäle, wie sie derzeit verwendet werden, kann 802.11n 40 MHz nutzen um den Durchsatz noch einmal zu verdoppeln. Aber hier lassen sich die Naturgesetze nicht überlisten: Wenn jeder einzelne Kanal doppelt so breit ist, dann kann es in einem vorgegebenen Frequenzband nur halb so viele Kanäle geben. Dies hat spürbare Auswirkungen auf die vorhandenen Benutzer dieser Bänder, denn es gibt dadurch viel weniger Ausweichmöglichkeiten.