MU-MIMO spielt bei High-Efficiency Wi-Fi eine zunehmend wichtige Rolle. Wir zeigen die Unterschiede zwischen MIMO, MU-MIMO, SU-MIMO und anderen Varianten.
Wie ein Netz von Stadtautobahnen während eines Bevölkerungsbooms hat das Legacy-WLAN lange darum gekämpft, die exponentiellen Zuwächse beim Netzwerk-Traffic zu bewältigen, während die Anzahl der vernetzten Geräte immer weiter gestiegen ist. Im Wesentlichen ist MU-MIMO (Multiuser Multiple Input, Multiple Output) eine Wi-Fi-Funktion. Sie erhöht die Netzwerkkapazität, indem sie die Straßen zwischen Wireless Access Points und Clients verbreitert.
MU-MIMO tauchte erstmalig beim WLAN-Standard 802.11ac Wave 2, kurz Wi-Fi 5, auf, ein entscheidender Schritt in Richtung High-Density Wi-Fi. Bei der MU-MIMO-Technologie wird die verfügbare Bandbreite eines Access Points (AP) in separate räumliche Streams aufgeteilt.
Auf diese Weise ist ein einzelner AP Multitasking-fähig und kann mit mehr als einem Knoten gleichzeitig kommunizieren. Wi-Fi 5 Wave 2 umfasst beispielsweise Unterstützung für 4x4 MU-MIMO. Das bedeutet, ein AP mit vier Sendeantennen kann Daten an bis zu vier Clients gleichzeitig übertragen.
Die Entwicklung der MU-MIMO-Technologie schreitet immer weiter voran. So lassen sich im Rahmen des Wi-Fi-6-Standards bis zu acht räumliche Streams unterstützen – ein bisher unerreichter Wert. Und obwohl MU-MIMO weniger Aufmerksamkeit erfährt als sein Pendant, Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM), zeichnet sich ab, dass es trotzdem eine immer wichtigere Rolle bei High-Efficiency Wi-Fi spielt.
Die folgenden fünf Dinge über MU-MIMO sollten Sie unbedingt wissen.
1. Was sind die Unterschiede von SISO versus MIMO und SU-MIMO versus MU-MIMO?
Die ersten Wireless-Stationen waren dazu gedacht, Daten über eine einzelne Antenne an jeweils nur ein Gerät zu senden. Diese Konfiguration bezeichnet man als SU-SISO. Später dann ermöglichte Single-User MIMO (SU-MIMO) – zuerst eingeführt als Funktion von 802.11n (Wi-Fi 4) – zusätzliche räumliche Streams über zwei oder mehr Antennen. SU-MIMO – manchmal einfach nur MIMO genannt – unterstützt stabilere, transparentere und effizientere Datenübertragungen zwischen AP und Endpunkt.
Durch die MU-MIMO-Technologie kam es zu weiteren Änderungen bei der Wireless-Einbindung. So kann ein AP oder Router seine separaten räumlichen Streams nutzen, um mit mehreren Endpunkten oder Nutzern gleichzeitig zu kommunizieren. Indem eine Wireless-Station die zur Verfügung stehende Bandbreite unter einer Gruppe von Clients dynamisch aufteilt, kann sie eine effizientere Konnektivität erreichen. Dies führt zu einer größeren Netzwerkkapazität.
2. Was ist SISO, SIMO, MISO, MIMO etc.?
SISO, SIMO (Single Input, Multiple Output), MISO (Multiple Input, Single Output) und MIMO mögen wie Kauderwelsch klingen. Aber jedes Akronym beschreibt im Grunde einfach nur eine Variante des gleichen Themas: Wie viele Streams kann ein Sender übertragen und ein Client empfangen?
SISO. Das Sendegerät und der Empfangsclient verfügen jeweils über eine Antenne für einen einzelnen Stream.
SIMO. Das Sendegerät besitzt eine Antenne, der Empfangsclient aber mehrere Antennen, um mehrere Streams zu empfangen.
MISO. Das Sendegerät kann mehrere Streams mithilfe mehrerer Antennen senden. Der Empfangsclient hingegen verfügt nur über eine Antenne.
MIMO. Sowohl das Sendegerät als auch der oder die Empfängerclient(s) können mehrere Streams mit mehreren Antennen senden und empfangen. Alternativ dazu kann das Sendegerät auch mehrere Antennen besitzen, die es nutzt, um gleichzeitig Daten an mehrere Clients zu übertragen. Einige oder alle dieser Clients sind lediglich mit jeweils einer Empfangsantenne ausgestattet.
Abbildung 1: MU-MIMO verdrängt im Wi-Fi-Bereich die SU-MIMO-Funktionalität.
Techniker bei Aruba Networks beschrieben (PDF) SIMO und MISO einmal als „abgeschwächte Formen von MIMO mit einer einzelnen Antennenkette an dem einen oder anderen Ende der Verbindung“. Sie bezeichneten die zusätzlichen Akronyme als überflüssig und unnötig verwirrend. SISO und MIMO sind sicherlich die relevanteren und häufiger verwendeten Begriffe.
3. Was bedeutet 1x1, 2x2, 3x3, 4x4 etc. bei MU-MIMO?
Diese Werte geben die Anzahl der Antennen in einem Access Point, Router oder Endpunkt an und damit die Anzahl der gleichzeitig unterstützten räumlichen Streams. Ein Access Point nach Wi-Fi 5 Wave 2 etwa mit der Bezeichnung 4x4 verfügt über eine Konfiguration mit vier Antennen – mit vier Sendern und vier Empfängern – und kann vier räumliche Streams gleichzeitig unterstützen. Ein 2x2-Smartphone verfügt über zwei Antennen, ein 1x1-Gerät nur über eine. Ein Access Point für Wi-Fi 6 ist mit bis zu acht Sende- und Empfangsantennen ausgestattet (8x8). Somit kann er acht 1x1-Clients, vier 2x2-Clients, zwei 4x4-Clients etc. gleichzeitig erreichen.
4. Was sind die Unterschiede von Downlink MU-MIMO versus Uplink MU-MIMO?
Beim Downstream Traffic in einem WLAN ist der AP der Sender, während der Clientknoten der Empfänger ist Beim Upstream Traffic – wenn zum Beispiel ein Endnutzer Videos in die Cloud hochlädt – ist der Endpunkt der Sender und der AP der Empfänger.
Im Wesentlichen ist MU-MIMO eine Wi-Fi-Funktion. Sie erhöht die Netzwerkkapazität, indem sie die „Straßen“ zwischen Wireless Access Points und Clients verbreitert.
Als Wi-Fi 5 Wave 2 die MU-MIMO-Technologie einführte, umfasste dies lediglich die Downstream-Konnektivität – von AP zu Clients –, was als Downlink MU-MIMO bezeichnet wird. Upstream-Verbindungen – von Clients zu AP – blieben allerdings Single User, wobei nur ein Knoten in der Lage ist, Daten an jeweils einen AP zu übertragen.
Stellen sie sich eine Autobahn mit vier Spuren in die eine und nur einer Spur in die Gegenrichtung vor. (Hinweis: Uplink SU-MIMO ermöglicht es einem Client mit mehr als einer Sendeantenne, gleichzeitig mehrere räumliche Streams an den AP zu übertragen, aber nicht zur gleichen Zeit wie andere Endpunkte.)
Nach Angaben von Cisco hat das IEEE überlegt, Uplink MU-MIMO in Wi-Fi 5 Wave 2 aufzunehmen, sich aber am Ende dagegen entschieden. Die Technologie von Uplink MU-MIMO ist hochkomplex und für den breiten Einsatz auf absehbare Zeit nicht bereit.
5. Wann wird die Wi-Fi-Technologie Uplink-MU-MIMO-Funktionen enthalten?
Wave 1, die erste Welle des WLAN-Standards Wi-Fi 6, schreibt die Downlink-MU-MIMO-Funktionalität für APs vor, die vier oder mehr räumliche Streams unterstützen. Funktionen für Uplink MU-MIMO sind darin noch nicht enthalten.
Auch wenn die Aussage nicht in Stein gemeißelt ist, gehen Networking-Analysten davon aus, dass Uplink MU-MIMO im Rahmen von Wi-Fi 6 Wave 2 erstmalig groß herauskommen wird. Wichtig ist hierbei Folgendes: Damit ein Endpunkt von den Uplink-MU-MIMO-Funktionen profitieren kann, muss er über mindestens zwei Antennen verfügen. Andernfalls würde der Upstream Traffic durch die Abwärtskompatibilität vermutlich auf eine Singe-User-Verbindung zurückfallen.
