MLO, MU-MIMO und die Realität

[X909]

Servus zusammen... ich hab im Dezember ein gutes Angebot für ne 5690 Pro bekommen und so spiele ich gerade ein wenig rum. Habe grundsätzlich schon Ahnung wie WLAN funktioniert und was die verschiedenen Features so tun... aber trotzdem einige Fragen, die mir vielleicht ein Pro beantworten kann.

MIMO: es soll wohl tatsächlich möglich sein, mit 4 Antennen die vierfache Transferrate zu erreichen wie mit einer. Im selben Frequenzband. Habe letztens ein Whitepaper eines Routerherstellers gelesen, dort wurde das wohl auch getestet mit fast 100% Durchsatzsteigerung.

-> Kann das jemand genauer erklären? Wie kann der Router die Signale auf gleicher Frequenz abgrenzen... und das auch noch so effektiv? Wenn das so einfach ist frage ich mich: weshalb sind fremde WLANs im selben Frequenzband dann ein Problem?
-> meine Clients sind 2x2 fähig, die Box hat 4x4. Jetzt würde ich erwarten, dass wenn ich zwischen zwei Clients Daten verschiebe, dass jeder Client seine volle Bandbreite nutzen kann. Der Router kann ja quasi je die Hälfte seiner MIMO Kapazität für den jeweiligen Client aufbringen. Ist aber nicht so! Stecke ich den Laptop per Kabel an bekomme ich 950 Mbit zum PC durch. Packe ich den Laptop auf 5 Ghz und den PC auf 6 Ghz, kann ich sogar um die 1,5 Gbit übertragen. Beide auf einem Frequenzband halbiert sich die Bandbreite aber... wieso bringt 4x4 hier offensichtlich nichts?

PS: Multi Link Operation bei WiFi 7 heißt aktuell nur, dass der Client sich auf mehreren Bändern verbindet. Daten übertragen werden aber nur auf einem, d.h. die Bandbreite eines Clients erhöht sich nicht, da wohl aktuell kein Router/Client MLO-STR unterstützt. Im Gesamtnetzwerk wird die Bandbreite aber erhöht, da der PC auf 6 Ghz funkt während der Laptop im 5 Ghz Band bleibt. Das funktioniert.

 

[underclocker2k4]

In der Theorie ist deine Überlegung halb richtig.
MIMO ist am Ende eigentlich erstmal eine Art Raummultiplexen.
Also gleiche Frequenzen in verschiedene Richtungen.
Das funktioniert aber bei normalen APs nicht, da jede Antennen idR ein Rundstrahler ist.
Die Antennen machen also kein Raummultiplexen -> nutzen den selben Raum.

Dann ist MIMU Frequenzmultiplexen bzw. Kanalbündlung.
1x1 MIMO 1 Kanal gebündelt
2x2 MIMO 2 Kanal gebündelt
usw. usf.

Und jetzt wirds blöd.
Ein Kanal hat im
2,4GHz 5MHz Grundkanalbreite
5Ghz 20MHz Grundkanalbreite

Und jetzt kommt das Problem.
Die Gesamtkanalbreite.
Ich bleibe mal bei 5GHz.
Du hast im 5GHz genau 3 Kanäle mit eine Kanalbandbreite von 160MHz.
D.h. also, wenn du den AP so konfigurierst, dass du 160MHz Kanalbandbreite hast, dann hast du effektiv nur 3 Bänder, auf denen das geht.
3x3 MIMO geht also, 4x4MIMO geht somit nicht.
Aber MIMO ist ja eigentlich fullduplex, das geht also grundsätzlich garnicht.
Du hast also effektiv 3x0 oder 0x3. und dann aber auch gib ihm 12.
Das gilt aber nur, wenn alle benötigten Frequenzen frei sind, also sonst niemand da ist.
In dem Moment, sobald auch nur einer reinfunkt (selber oder extern), fängt der Spaß an.
Da werden dann Teilbänder ausgeblendet usw.
Während also 3x0 oder 0x3 das Maximum ist, hast du 1,5x1,5 im Maximum fullduplex, für einen Client. (Maximum=ideale Bedingungen)

Sprich also in einem Band ist 3x3 mit max. Kanalbreite gar nicht machbar und 4x4 erst recht nicht.
Wozu also der Spaß?
Nun, man wählt die Kanäle "etwas" kleiner und dann kann so mehrere Clients simultan versorgen.
Also nicht 3x 160MHz, sondern 6x 80MHz oder 12x 40MHz.
Effektiv ist es sogar so, dass man eigentlich 7x 80MHz hat, bzw. 14x 40MHz.

Dein Aufbau:
Sprich der eine 2x2 Client hat 2 Kanäle 160MHz (zeitmultiplex) während der andere nur noch 1x1 Kanal 160MHz (zeitmultiplex)
Oder ganz vereinfacht hat jeder Client 1,5x1,5 MIMO (zeitmultiplex).
Oder mit anderen Worten. 4x4 MIMO ist bei der Kanalbreite eigentlich Unsinn.

MIMO macht dann so richtig Sinn, wenn man 8x8 oder sowas hat und dann kleine Kanalbreiten fährt.
Dann haben die Clients zwar weniger Einzelbandbreite (weil die in aller Regel weniger Antennen haben), aber jeder hat sein eigenes Band und es gibt kein gegenseitiges Warten.
Also es können 8 Clients z.B. mit 40MHz Kanalbandbreite fast nahezu parallel in FD arbeiten (16 benötige vs. 14 mögliche Kanäle -> effektiv also 7 Clients FD).

Merke: Marketing ist was tolles.
Ansonst ist dein Denkansatz mit den externen "Störern" richtig. Formal ist jedes Funkinterface für die anderen am gleichen AP eine Störer, daher muss der AP es entsprechend steuern, dass er sich nicht selber überlistet. (jede Antenne ein anderer Kanal, daher keine gegenseitige Beeinflussung)
Es ist also für eine Antenne egal, ob das der Nachbar ist, das Auto vor der Türe oder aber die Nachbarantenne auf dem AP.

Für deinen Versuch mit Lappi/PC:
Geh mal in 5GHz und 6GHz auf 80/40MHz Kanalbreite. Da sollte es dann so sein, wie du es dir bei 4x4@2x 2x2 gedacht hast.

PS: 6GHz hat btw. auch nur 3x 320MHz Kanäle, also ähnliches Spiel bei der maximalen Kanalbreite.
PPS: Durch die Modulationsverfahren werden nochmal positive Effekt generiert, die frühere Probleme umschiffen.

EDIT:
MIMO zielt eigentlich auf eine gesteigerte QoS, sprich Dienstqualität ohne warten, sondern konstante Streams, eben für die neuen Medien.
Früher war das so gar nicht machbar.
Jetzt kann man sich fragen, wenn alle volle Bandbreite fahren, dann sind die ja schneller fertig und die anderen sind an der Reihe.
Formal richtig, wenn da nicht waiting periods wären, sprich der andere muss erstmal in die Gänge kommen.
Ist wie beim Stau auf der AB. Alle können 200 fahren, geht aber nicht, weil man ja erstmal in die Puschen kommen muss.
Daher lieber parallel, dafür etwas langsamer, aber der Verkehr rollt wenigstens.

 

[X909]

Glaube das muss ich noch ein paar mal lesen. Aber danke erstmak. Werd mit Fragen zurück kommen

 

[X909]

Dann ist MIMU Frequenzmultiplexen bzw. Kanalbündlung.
1x1 MIMO 1 Kanal gebündelt
2x2 MIMO 2 Kanal gebündelt
usw. usf.

Und jetzt wirds blöd.
Ein Kanal hat im
2,4GHz 5MHz Grundkanalbreite
5Ghz 20MHz Grundkanalbreite

Und jetzt kommt das Problem.
Die Gesamtkanalbreite.
Ich bleibe mal bei 5GHz.
Du hast im 5GHz genau 3 Kanäle mit eine Kanalbandbreite von 160MHz.
D.h. also, wenn du den AP so konfigurierst, dass du 160MHz Kanalbandbreite hast, dann hast du effektiv nur 3 Bänder, auf denen das geht.
3x3 MIMO geht also, 4x4MIMO geht somit nicht.

Ich sehe in der FritzBox aktuell 19 Kanäle im 5 Ghz Band. Je 20 Mhz. Die Box funkt auf Kanal 128 und belegt alle Kanäle von 120 bis 128 um die 8x20 = 160 Mhz Gesamtbandbreite zu realisieren. Was hat das mit den mehrfachen Antennen zutun? Hätte ich jetzt eine Antenne, könnte die Box 600 MBit funken, oder? Mit 2x2 dann 1200 und 4x4 2400. Und das doch aber alles auf den gleichen Frequenzen?!? Es gäbe noch 11x20 Mhz im 5 Ghz Band aber die nutzt die FritzBox doch gar nicht, oder?

Also was genau macht "Frequenzmultiplexing"?

 

[underclocker2k4]

Bei 160MHz Kanalbreite und einer Antenne hast du, nach Wifi6 Standard, ganz grob 8 gbit/s an Bruttodatenrate, Laborbedingung. (20MHz-1gbit/s)

Du hast im 5GHz 480MHz Gesamt Frequenz zur Verfügung.
Also maximal 24x 20MHz bzw. 96 Basiskanäle.

Du kannst mit 2 Antennen nicht zur gleichen Zeit die gleichen Kanäle belegen. (bzw. gehen tut das schon, aber das würde jetzt das Thema komplett sprengen)
Antenne 1 (1. Verbindung zum Gerät) kann also mit 8 Kanälen funken. (160MHz)
Antenne 2 (ggf. 2. Verbindung zum Gerät) kann aber nicht die selben 8 Kanäle verwenden, also nicht zur gleichen Zeit.

Gleichzeitig kannst du aber nicht über eine Antennen mehrere Verbindungen realisieren.
1 Antenne = 1 Verbindung zu einem Gerät mit einer beliebigen Kanalbreite.
Eine Aufteilung 4x zu 2x 2 bedeutet, dass 4 Antennen am AP genutzt werden und jeweils 2 Antennen auf der Clientseite.
Ändert aber nichts daran, dass die 160MHz aber die gleichen 160MHz sind und die entsprechend auf die Antennen verteilt werden müssen, also nicht gleichzeitig genutzt werden können.

Frequenzmultiplexverfahren – Wikipedia

de.wikipedia.org

Wenn du als Mensch mit 500-600Hz sprichst und ich das selbe Frequenzband benutze, dann kommt Kuddelmuddel an.
Wenn ich aber 600-700Hz benutze, dann kann der Empfänger dich (tiefer sprechend) verstehen und mich (höher sprechend) auch verstehen, weil es eben keine Vermischung gibt.

Wenn die FB nur 160MHz an gleichzeitigem Band unterstützt, dann muss sie eben damit klarkommen.
Sprich also, sie muss die 160MHz so aufteilen, dass sie damit klarkommt.
Wenn die also 4x4 kann, dann kann sie also 4x 40MHz nutzen oder 8x 20MHz, je nach Gleichzeitigkeit für DL/UL.
Wenn du also jetzt 2 Geräte in den 160MHz hast und der eine macht UL und der andere macht DL, dann macht das 2x 80MHz 1x für DL und 1x für UL.
Aber es sind eben separate Frequenzen pro Gerät, also quasi exklusiv.
Der eine kann also UL machen, während der andere DL machen kann, ohne dass sie sich beeinflussen.

Die 1. Antenne macht also den UL für das 1. Gerät und die 2. Antenne macht den DL für das andere Gerät.
Die anderen beiden Antennen bleiben unbenutzt.

Hat man 4 Geräte, würde man auf 4 40MHz gehen, also die Datenrate 1/4 vom Ganzen, dann aber für jeden gleich.

Ansonsten passt da was bei deiner Anzeige nicht.
Ein Basiskanal hat 5MHz Breite.
Ein 20MHz Kanal hat also 4 Basiskanäle.
Im UNII-2 Band hast du die Basiskanäle 100-147 zur Verfügung. (Europa)
100,104,108,112,116,120,124,128,132,136,140,144 die Kanalnummer wird immer an dem 1. Basiskanal festgemacht.
100-103
104-107
usw. usf.

Bei Kanalbündelung wird immer der mittlere Kanal angegeben.
128 als Kanalmitte wäre also von 112-143 also 32 Basiskanäle bzw. 8x 20MHz, 4x 40MHz, 2x 80MHz und 1x 160MHz.

D.h. also, da passt was mit der FB nicht, die Anzeige ist falsch oder weiß der Kuckkuck.
120-128 bedeutet effektiv 120-131, also 12x 5Mhz, das ist aber reichlich komisch.

Ansonsten ist MIMO noch etwas komplexer, ich versuche das hier halbwegs DAU-kompatibel zu halten.
MIMO fußt im Wesentlichen auf OFDMA, was das beschriebene Verhalten von oben noch auf die Basiskanäle runterbricht, also effektiv noch viel kleinteiliger die Kanalzuweisung macht.
Das Prinzip ist aber das gleiche. Es gibt eine Gesamtbandbreite (Frequenz) und alle müssen sich die teilen.

Bei 80MHz Kanalbreite hast du effektiv 600mbit/s (Wifi6). bei 1x 160 oder 2x 80 hast du 1,2gbit/s.
Wenn die FB aber nicht noch mehr Kanäle nutzt, und so sieht es aus, ist 1,2gbit/s das Maximum.
(wobei Wifi7 nochmal etwas schneller ist, ein paar %)
Sprich also, du kommst mit dem jetzigen Aufbau nicht über ~1,2gbit/s.
Egal wieviele Antennen du da jetzt reinschraubst, egal wo, es sind diese 1,2gbit/s für das WLAN in Summe.
Abhilfe würde WLAN-Zeug bringen, welches <UNII2 und >UNII2 Band bereitstellt und das simultan, nur sind wir dann im Enterprisebereich.
Dann hat jeder Client seinen eigenen großen 160MHz Kanal, der muss diese Bänder auch können.

Der Ansatz also einfach Kanäle dazuzuschalten ist richtig, das scheint aber die FB nicht zu können. Um MIMO also umzusetzen schaltet sie nicht dazu, sondern untergliedert das, was da ist.

 

[X909]

Macht Sinn. Dann verstehe ich aber immer noch nicht, weshalb 2x2 oder 4x4 schneller als 1x1 ist, gegeben ich habe einen AP und einen Client. Denn es sollte doch eine Antenne, die 160 Mhz Bandbreite zur Verfügung hat ausreichen?!? Bzw. eine weitere würde keine Beschleunigung ermöglichen (sofern keine zusätzlichen Kanäle zur Verfügung stehen).

Das zeigt mir die Fritte an:

 

[Stunrise]

MLO ist aktuell weitestgehend ein Scam, weil es fast nie korrekt implementiert ist und das komplette WiFi7 ist aktuell eine Frechheit. Ich habe das vor einiger Zeit ausführlich getestet.

• Router: FritzBox 5690 Pro 4x4x4 (12 Antennen, Wifi7 in 5/6Ghz, MLO Support)
• Client: X870 Tomahawk WiFi mit Quallcomm FastConnect 7800 2x2 W7 320Mhz

Der Router ist rund 5m Luftlinie zum Client an der Decke befestigt und nur eine dünne Trockenbauwand ist zwischen Client und Router. Im 5Ghz Band habe ich 100% Signalstärke mit ca. 1,5Gbit/s und im 6Ghz Band sind es noch 80% mit 2,5Gbit/s Bandbreite. Sowohl Router als auch Client zeigen die aktive MLO Verbindung an, die Bandbreite wird hier mit 57xxMbit/s in W11 dargestellt.

Ich habe im Testaufbau große Archivdateien zwischen Client und NAS kopiert und in der Fritzbox Frequenzbandauslastung konnte ich erkennen, dass immer nur das 5Ghz Band für den Transfer verwendet wird. Auch über mehrere Tage hatte ich nie ein einziges Byte, das über 6Ghz übertragen wurde. Die beste Einstellung in diesem Bezug war dem 6Ghz Band eine eigene SSID zu geben. Selbst mit fester SSID ist das WLAN regelmäßig komplett ausgefallen, wenn die Fritzbox einen (automatischen) Kanalwechsel vorgenommen hat. Ich musste dann auch einen statischen 6Ghz Kanal zuweisen, damit WLAN stabil funktioniert hat.

Bei selber SSID für alle Frequenzbänder hat der 6Ghz Kanalwechsel (während MLO) dazu geführt, dass die WiFi Verbindung auf 2,4Ghz 20Mhz 1x1 zurückgefallen ist (ca. 150Mbit/s Brutto). Das Deaktivieren und Reaktivieren von WiFi in Windows oder ein Reboot konnte den Fehler beheben - bis zum nächsten Kanalwechsel. Alles in allem war ich irgendwann so angepisst, dass ich mir kurzerhand ein LAN-Kabel zwischen PC und Router über die Fußbodenleisten verlegt habe.

Die WiFi7 Erfahrung war für mich leider ein Totalausfall. WLAN ist gut für mobile Endgeräte im Mainstream. 4x4 WiFi6 5Ghz funktioniert mit fast allen Endgeräten einwandfrei. Aber Cutting Edge WiFi ist Pain in the Ass.