Wi-Fi 6 und Bluetooth 5
Der neue Standard der drahtlosen Kommunikation
Worum geht's?
Es klingt selbstverständlich: Der größte Vorteil drahtloser Kommunikation ist die Freiheit vom Kabel, die Mobilität mit dem Endgerät möglich macht. Smartphones, Tablets und Notebooks sind auf mobiles Internet angewiesen.
Die Weiterentwicklung kabelloser Kommunikation ist notwendig. Denn überall, wo Vorteile zu finden sind, tun sich auch Nachteile auf. Einer ist die Übertragungsgeschwindigkeit, die drahtlos grundsätzlich geringer ist als mit Kabel. In diesem Beitrag geht es um Begriffsklärung und Spezifikationen der Technologien, was sie können bzw. was (noch) nicht, Entwicklungsgeschichte und an welchen Stellen Weiterentwicklung stattfindet.
Inhalt
Wi-Fi und WLAN - Was ist der Unterschied?
Auch wenn Wi-Fi und WLAN synonym verwendet werden, müssen die Begriffe technisch differenziert werden. Denn Wi-Fi steht für „Wireless Fidelity“ und ist eine zertifizierte Form des WLANs nach dem IEEE-802.11-Standard. WLAN (Wireless Local Area Network) hingegen bezeichnet ein kabelloses, lokales Netzwerk. Somit ist jedes Wi-Fi Bestandteil des WLAN - aber nicht andersherum.
WLAN ist also gewissermaßen ein Oberbegriff. Als Funknetz ist ein WLAN neben einem kabelgebundenen Netzwerk (LAN) oft die Grundlage für ein Heimnetzwerk. Insbesondere mobile Endgeräte wie Smartphones, Tablets oder Notebooks können über ein solchen Wireless LAN (WLAN) in das Heimnetzwerk integriert und an das Internet angebunden werden.
Die meisten Router, die in Heimnetzwerken genutzt werden, haben bereits ein entsprechendes Funkmodul integriert, um ein WLAN bereitstellen zu können. Alternativ lässt sich ein WLAN-Access-Point nutzen, um ein WLAN zu erzeugen und das Heimnetzwerk zu erweitern. Um das WLAN Signal verstärken zu können, werden spezielle WLAN-Repeater eingesetzt.
Welche Eigenschaften hat WLAN?
Mit einem WLAN Netzwerk können problemlos alle Geräte, wie z. B. ein Smartphone ohne Netzwerk-Kabelanschluss, mit dem Internet verbunden werden. Die Übertragungsgeschwindigkeit kann bei WLAN variieren. Wenn sich z.B. mehrere Nachbarn einen Kanal oder eine Funkzelle teilen, ist die Übertragungsgeschwindigkeit geringer. Hier ist die Nutzung von Netzwerkkabeln im Vergleich zum Router manchmal besser. Auch Funkstörungen können das WLAN stören oder sogar zum Absturz zwingen, was aber selten der Fall ist.
Wi-Fi 6
Was ist Wi-Fi 6?
Mit Wi-Fi 6 kommt jetzt der aktuellste WLAN Standard 802.11ax auf den Markt. Als Nachfolger des 2013 angekündigte WLAN 802.11ac schafft Wi-Fi 6 höhere Datenraten und bietet mehr Stabilität im Heimnetzwerk. Das schafft Wi-Fi 6 mit Hilfe des OFDMA Verfahrens (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), welches auch im 4G / LTE Mobilfunkbereich genutzt wird. Übersetzen lässt sich OFDMA ungefähr mit "Orthogonales Frequenzverfahren für Vielfachzugriff". Grundlage ist hier die bidirektionale Signalkommunikation. Durch beständige Messung einzelner Nutzerkanäle durch den Sender wird stetig die Effizienz optimiert.
Weitere Eigenschaften Wi-Fi 6
Wi-Fi 6 nutzt QAM-1024 statt QAM-256, also 1024 statt 256 Übertragungscodes. Das steigert den Datendurchsatz von bisher 8 Bit auf 10 Bit. Neben der schnelleren und besseren Datenübertragung kann Wi-Fi 6 aber auch mit einer größeren Bandbreite aufwarten. Denn, statt bisher maximal 64 sind es jetzt bis zu 256 Unterkanäle. Dadurch kann Wi-Fi 6 seine Kanäle flexibler aufteilen und bietet eine simultane Nutzung mehrerer Frequenzbänder in den zwei Frequenzbereichen 2,4 GHz und 5 GHz. Darüber hinaus bietet Wi-Fi 6 noch weitere Detailverbesserungen, wie beispielsweise die effizientere Vermeidung von Interferenzen zwischen WLAN-Geräten, sowie neue Energiesparmodi.
MU-MIMO für ein besseres Netzwerk
Neben OFDMA bietet Wi-Fi 6 mit MU-MIMO eine weitere praktische Neuerung, die das Problem der Interferenzen anpackt. MU-MIMO steht für Multi User Multiple Input Multiple Output und ermöglicht dem Router eine gleichzeitige Kommunikation mehrerer Geräte. Durch die Nutzung mehrerer Frequenzbänder wird die Zeit, die ein Gerät auf ein Signal warten muss, reduziert. Stellt man sich einen 4-köpfigen Haushalt vor, kommen da schnell bis zu 10 WLAN Geräte zusammen. MU-MIMO sorgt entsprechend für eine Verbesserung des Netzwerks. - Die ersten Wi-Fi 6 Router sind schon auf dem Markt (Stand Mitte 2020), und auch im Client Bereich bewegt sich was. Hier ein Produktbeispiel von Delock:
Art. 89049: PCI Express Karte Dualband Wi-Fi 6 WLAN ax/ac/a/b/g/n 2400 Mbps + Bluetooth 5.1
Anschlüsse
extern: 2 x RP-SMA Buchse
intern:
1 x PCI Express x1, V3.0
1 x 4 Pin USB (Bluetooth)
Chipsatz: Intel AX200
Antennentyp: externe omnidirektionale abnehmbare Antenne
Antennengewinn: 2 dBi
Unterstützt MU-MIMO
Diese PCI Express Karte von Delock wird in einen PC eingebaut und kann eine WLAN und Bluetooth Verbindung zur Verfügung stellen. Unterstützt wird der Wi-Fi Standard 802.11ax für höheren Datendurchsatz. Zugleich werden Störungen aufgrund sich überlagernder WLAN Frequenzen reduziert. Eine Kompatibilität mit den vorherigen Standards wie z. B. 802.11ac/a/n/b/g ist gegeben.
Dank Bluetooth 5.1 benötigt die Karte weniger Strom. Sie lässt sich mit einem AccessPoint (HotSpot) oder WLAN Router im 2,4 GHz und 5 GHz Band verbinden, auch ist eine adhoc Verbindung zu einem zweiten Computer möglich. Die Karte verfügt über eine hohe Datentransferrate bis zu 2400 Mbps @ 2x2 802.11ax. Sie lässt sich ganz einfach mit Endgeräten koppeln.
Bluetooth
Was ist Bluetooth?
Bluetooth ist ein Funkstandard, der auf kurzen Distanzen genutzt werden kann, um Daten, Musik, Videos oder Bilder von einem Gerät zum anderen zu übertragen. Ende der 90er wurde Bluetooth von der SIG, der Bluetooth Special Interest Group entwickelt. Seit der Gründung 1998 durch die Firmen Ericsson, IBM, Intel, Nokia und Toshiba sind mittlerweile mehr als 34.000 Unternehmen dem Verband beigetreten mit dem Ziel, den Funkstandard stetig zu verbessern und zu verbreiten.
Wie bei Wi-Fi, haben auch die Entwickler der Bluetooth Verbindung in den letzten Monaten einiges in die Entwicklung gesteckt. Eigentlich schon im Dezember 2016 verabschiedet, findet man Bluetooth 5 erst seit Ende 2019 / Anfang 2020 in Smartphones und Tablets wieder. Mittlerweile sind fast alle neueren Modelle mit dem aktuellen Standard der Special Interest Group (SIG) ausgestattet.
Wie funktioniert der Funkstandard Bluetooth?
Bluetooth baut mit Hilfe des 2,4 GHz Frequenzbereiches eine Funkverbindung auf, mit der Daten übertragen werden können. So kann zum Beispiel von einem Smartphone über eine Bluetooth Lautsprecher Box Musik wiedergegeben werden. Technisch gesehen bedeutet das, dass beide Bluetooth Geräte aktiviert sind und ein Wireless Personal Area Network (Piconet) erzeugt wurde, um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung herzustellen.
Es können bis zu 8 Bluetooth Geräte zeitgleich eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung herstellen. Ein Gerät, der sogenannte Master, steuert die Kommunikation der restlichen Teilnehmer, der Slaves. Bluetooth Geräte, die nicht aktiv am Austausch beteiligt sind, werden im Parkmodus gehalten und können nach Bedarf aktiviert werdet. Ein Bluetooth Gerät kann zwar in mehreren Piconetzen angemeldet sein, aber nur in einem als Master fungieren.
Um zwei Geräte via Bluetooth miteinander zu verbinden, müssen sich diese zuvor synchronisieren. Hierzu muss das Bluetooth im jeweiligen Gerät eingeschaltet sein und ein Sicherheitscode zwischen den Geräten ausgetauscht werden, um den Pairing Vorgang abzuschließen. Bei Nichtnutzung empfiehlt es sich, das Bluetooth zu deaktivieren.
Entwicklungsgeschichte Bluetooth 1.0 bis 4.2
Die ersten Versionen Bluetooth 1.0a und 1.0b waren noch sehr anfällig für Fehler. Bereits zwei Jahre nach Erscheinen wurden sie durch den Nachfolger Bluetooth 1.1 abgelöst. Mit der Einführung des 1.2 Standards wurden nicht nur die Verbindungsabbrüche weniger, sondern auch die Datenübertragungsrate höher. Von 723 Kbit/s stieg die Rate nun auf 1 Mbit/s.
2004 erschien die nächste Version der Funkverbindung – Bluetooth 2.0. Mit einer schnelleren Datentransferrate bis zu 2,1 Mbit/s kam auch EDR hinzu. EDR steht für Enhanced Data Rate und sorgt für eine noch schnellere Datenrate, sowie eine Schonung der Akkukapazität. Bluetooth 2.1 konnte dank SSP (Secure Simple Paring) Verbindungen leichter und schneller aufbauen und hatte eine höhere Übertragungssicherheit.
2009 kam zu der Bluetoothverbindung ein neuer Kanal. Nur knapp ein Jahr später folgte auch schon Bluetooth 4.0. Im Fokus stand hier allerdings nicht die Reichweite, sondern die Stromversorgung. Dank der Low Energy Technology wurde zwar Akku gespart, aber die Datentransferrate wieder gedrosselt. Bluetooth 4.0 war ideal für die Nutzung der ersten Türschlösser, Fitnesstracker und Smartwatches.
Durch den Anstieg an Bluetooth Endgeräten wurden auch die Anforderungen immer höher. 2013 erschien Bluetooth 4.1. Es versprach die Möglichkeit, jedes Gerät als Host oder Client zu betreiben, und das ohne den Umweg über ein Smartphone. Der Nachfolger Bluetooth 4.2 bot neben all den im Vorfeld beschriebenen Leistungen eine schnellere Datenrate und optimierte mit ECC die Datensicherheit.
Was bietet Bluetooth 5?
Mit dem aktuellsten Standard Bluetooth 5 ist die Reichweite enorm erhöht worden, auf das Vierfache im Vergleich zur Vorgängerversion. Und das, obwohl die Verbindungen noch immer nur wenig Energie benötigen (Low Energy = LE).
Ohne Hindernisse zwischen Sender und Empfänger sind so Verbindungen bis zu 200 Meter möglich. In Wohnungen mit vielen Wänden, die zumeist aus Beton bestehen, sind es wahrscheinlich eher 40 bis 60 Meter. Und auch die Geschwindigkeit wurde optimiert. Hierfür steigert Bluetooth 5 die maximale Sendeleistung auf 100 mW, parallel zum WLAN-Standard IEEE 802.11n.
Smart, smarter, Smart Home
Durch die diversen Optimierungen eignet sich Bluetooth 5 nicht mehr nur für die Nutzung von Smartwatches, Headsets oder Fitnesstrackern, sondern kann auch für den Einsatz von Rauchmeldern, Thermostaten, Home Automation bzw. generell für Smart Home Komponenten genutzt werden. Und auch Beacon-Anwender profitieren von den Neuerungen. Denn Datenpakete können nun 255 Byte statt bisher 31 Byte groß sein. Damit lassen sich beispielsweise komplette URLs auf einmal übertragen. Und auch das Senden von Broadcasts im stark genutzten 2,4 GHz Band wird erleichtert, da nun alle 37 statt wie bisher nur 3 Kanäle zur Verfügung stehen.
Produktbeispiele Bluetooth von Delock
Art. 61889: USB 2.0 Bluetooth Adapter 4.0 Dual Modus
Anschluss: 1 x USB 2.0 Typ-A Stecker
Chipsatz: Broadcom
Klasse 2, Reichweite bis zu 10 Meter
Frequenzbereich: 2,4 - 2,4835 GHz ISM Band
Maße (LxBxH): ca. 19,5 x 16,0 x 8,1 mm
Der Ultra-Mini USB 2.0 Bluetooth Adapter ermöglicht eine kabellose Kommunikation und Datenübertragung z. B. zwischen zwei PCs oder einem PC und einem Handy. Der Bluetooth Adapter kann jederzeit am Notebook angeschlossen bleiben, da er nur ca. 7 mm aus dem USB Anschluss herausragt.
Der Adapter fungiert als Dual Modus Dongle und benötigt durch den Bluetooth 4.0 Standard wenig Strom. Des Weiteren lässt sich dieser ganz einfach mit den Endgeräten koppeln. Die Datentransferrate beträgt bis zu 3 Mbps.
Art. 61000: Bluetooth 4.2 und Dualband WLAN ac/a/b/g/n 433 Mbps USB Adapter
Anschluss: 1 x USB 2.0 Typ-A Stecker
Chipsatz: Realtek RTL8821CU
Klasse 2, Reichweite bis zu 10 Meter
Frequenzbereich: 2,4 - 2,4835 GHz ISM Band
Maße (LxBxH): ca. 22,0 x 14,0 x 7,5 mm
Der 2 in 1 USB 2.0 Bluetooth und WLAN Adapter sorgt für eine kabellose Kommunikation und Datenübertragung z. B. zwischen zwei PCs oder einem PC und einem Handy. Durch den Bluetooth 4.2 Standard benötigt er weniger Strom bei einer Datentransferrate bis zu 3 Mbps.
Dualband WLAN 433 Mbps: Der WLAN Stick kann mit einem AccessPoint oder WLAN-Router im 2,4 GHz und 5 GHz Band verbunden werden. Des Weiteren ist eine Ad-hoc-Verbindung zu einem zweiten Computer möglich.
Art. 61002: USB 2.0 Bluetooth 4.0 Adapter 2 in 1 USB Type-C™ oder Typ-A
Anschlüsse:
1 x USB 2.0 Typ-A Stecker
1 x USB 2.0 Type-C™ Stecker
Chipsatz: Cambridge Silicon Radio
Klasse 2, Reichweite bis zu 10 Meter
Frequenzbereich: 2,4 - 2,4835 GHz ISM Band
Maße (LxBxH): ca. 34 x 20 x 12 mm
Der USB 2.0 Bluetooth Adapter ermöglicht eine kabellose Kommunikation und Datenübertragung z. B. zwischen zwei PCs oder einem PC und einem Handy oder Netzwerk. Er unterstützt das Bluetoothprofil A2DP und erreichte eine Datentransferrate bis 3 Mbps.
2 in 1: Dank der Möglichkeit, zwischen den beiden Anschlüssen USB Typ-A und USB Type-C™ zu wechseln, ist dieser Bluetooth Adapter der ideale Begleiter. Dank seiner geringen Abmessungen und der Öse, kann er beispielsweise an einem Schlüsselring befestigt werden.
Art. 61003: USB 2.0 Bluetooth 4.0 Adapter USB Type-C™
Anschluss: 1 x USB Type-C™ Stecker
Chipsatz: Cambridge Silicon Radio
Klasse 2, Reichweite bis zu 10 Meter
Frequenzbereich: 2,4 - 2,4835 GHz ISM Band
Maße (LxBxH): ca. 29,0 x 14,5 x 6,0 mm
Der USB 2.0 Bluetooth Adapter sorgt für eine eine kabellose Kommunikation und Datenübertragung z. B. zwischen zwei PCs oder einem PC und einem Handy. Der Bluetooth Adapter kann jederzeit am Notebook angeschlossen bleiben.
Der Adapter ist sehr kompakt und kann mit seiner Öse zum Beispiel am Schlüsselband befestigt werden. Während des Betriebes leuchtet die LED Anzeige grün. Die Datentransferrate beträgt bis zu 3 Mbps.
Art. 61004: USB 2.0 Bluetooth 4.0 Adapter USB Typ-A
Anschluss: 1 x USB 2.0 Typ-A Stecker
Chipsatz: Cambridge Silicon Radio
Klasse 2, Reichweite bis zu 10 Meter
Frequenzbereich: 2,4 - 2,4835 GHz ISM Band
Maße (LxBxH): ca. 22,3 x 15,0 x 7,4 mm
Der USB 2.0 Bluetooth Adapter ermöglicht eine kabellose Kommunikation und Datenübertragung z. B. zwischen zwei PCs oder einem PC und einem Handy. Der Adapter kann am Notebook angeschlossen bleiben, da er nur ca. 7 mm aus dem USB Anschluss herausragt.
Unterstützt A2DP: A2DP steht für Advanced Audio Distribution Profile und ermöglicht, neben den Daten- auch Audiosignale zu übertragen. So ist der Stick u. A. eine ideale Ergänzung, um z. B. das Notebook mit Bluetooth-fähigen Kopfhörern zu verbinden.