Im Falle des 802.11n-Standards für WLAN stoßen die Entwickler auf fundamentale Grenzen von Funkverbindungen. Die Marketingabteilungen sehen über die Probleme großzügig hinweg. Ob die Ratifizierung des Standards Mitte 2007 eine Besserung bringt, ist ungewiss.
Manchmal funktioniert Marketing schon fast zu gut. Mit dem berühmten Gesetz von Gordon Moore[1] im Hinterkopf gehen Benutzer von technischen Geräten wie selbstverständlich davon aus, dass regelmäßige Zugewinne an Geschwindigkeit Hand in Hand einhergehen mit niedrigerem Stromverbrauch und höherer Benutzerfreundlichkeit. Leider spielen die Naturgesetze da nicht immer mit.
Bislang hing die Menge der Daten, die man mit einem Funksignal oder einer Trägerwelle übertragen konnte, nur davon ab, wie ausgeklügelt das Modulationsschema ist, also die Art und Weise, wie Amplitude und Frequenz dieses Signals verändert werden, um die übertragenen Daten darzustellen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts bestanden die ersten drahtlosen Übermittlungen in der Übertragung von Daten in Form von Morse-Code mit ungefähr zwei Bit/s auf einem extrem breitbandigen Trägersignal, nämlich weißem Rauschen von einer Funkenstrecke.
Hundert Jahre später modulierte der ursprüngliche 802.11-Standard 1 MBit/s auf einem extrem reinen Mikrowellensignal, indem dessen Phase zwischen zwei Zuständen verschoben wurde. Dies beeindruckte durch Präzision, Bandbreite und niedrigen Kosten, im Prinzip handelte es sich jedoch um den direkten Abkömmling von Techniken, die im Krieg für Fernschreibesysteme erfunden worden waren. 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.
 MIMO-Geräte wie Belkins N1 Draft-N-Router überlagern mehrere Kanäle auf der selben Frequenz, indem sie mehrere Sender und Empfänger mit separaten Antennen verwenden, um die minimalen Unterschiede bei den physischen Abständen zwischen Sende- und Empfangsantenne zum Auseinanderhalten der Signale zu nutzen. |
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. Der Original-802.11-Standard verfügte etwa über ein Dutzend Kanäle im 2,4-GHz-Band, wobei die exakte Zahl je nach Land variierte. Der 802.11g-Standard begrenzte diese Zahl im Prinzip auf drei Kanäle, denn obwohl man immer noch seinen Access-Point auf einen beliebigen Kanal von 1 bis 12 einstellen kann, sind die Kanäle so breit, dass es zu deutlichen Interferenzen kommt, wenn man physisch benachbarte Sender nicht auf die Kanäle 1, 6 und 12 legt. Herauszufinden, was passiert, wenn man zu einem Sender nach 802.11n-Standard wechselt, wo es schon zwischen zwei Kanälen im Band zu Interferenzen kommen kann, ist eines der Hauptprobleme in Bezug auf diesen Standard - und eines der konkreten praktischen Probleme, mit denen sich so genannte Pre-N- oder Draft-N-Geräte herumschlagen müssen, die es bereits zu kaufen gibt.
Man sollte noch einmal darauf hinweisen, dass MIMO an sich nicht annähernd so unfreundlich zu vorhandenen Benutzern eines Frequenzbandes ist, obwohl es für wesentlich höhere Energieniveaus auf einer bestimmten Frequenz sorgt, was Empfänger auf benachbarten Kanälen beeinträchtigen kann. Viele 802.11b/g-Geräte sind nicht dafür ausgelegt, Interferenzen von benachbarten Kanälen abzuweisen, was zu riesigen Problemen hinsichtlich der Verantwortlichkeit führen kann, falls ein bisher gut funktionierendes Funknetz auf einmal spinnt, nur weil ein neuer Nachbar das Band völlig regelkonform ebenfalls nutzt. Die Probleme sind zwar nicht unlösbar, doch während sich die Standardisierungsorganisationen noch um allgemein akzeptable Kompromisse bemühen, ist der Markt bereits heiß umkämpft.
Die Zukunft: intelligente Funknetze
Die langfristige Lösung besteht darin, die Funknetze intelligenter zu machen, und zwar als eine Art von drahtlosem Kommunismus. Dabei handelt jeder Netzwerkknoten mit anderen in seiner Nähe aus, welche Ressourcen er beanspruchen und welche er zur Verfügung stellen kann. Auf diesem Gebiet wird derzeit intensiv geforscht, sowohl in Bezug auf die technischen als auch die praktischen und politischen Aspekte, wobei die Fronten zwischen Bewahrern vorhandener Pfründe, eher revolutionär ausgerichteten Erfindern und den Regulierungsbehörden verlaufen. Die Produkte der 802.11n-Familie dürften die letzte große Neuerung auf Basis vorhandener Ideen sein. Daher überrascht es kaum, dass diese Technologie zu äußerst heftigen Interessenkonflikten führt.
Die Opfer sind wie immer die eigentlich Unbeteiligten. Es bleibt abzuwarten, ob es auf dem Funknetzmarkt zu einem Wettrüsten kommen wird, bei dem jede einzelne Installation versucht, ein möglichst leistungsfähiges und effektives System zu schaffen, egal, welche Auswirkungen dies auf ihre Nachbarn hat, oder ob sich Vernunft, Zurückhaltung und Kooperation durchsetzen können. Künftige Technologiehistoriker werden jedenfalls auf diese Zeit als eine Periode faszinierender Veränderungen zurückblicken - in der wir wohl oder übel leben müssen. Es bleibt "n-teressant".
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