Definition Was ist MU-MIMO?

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MU-MIMO ist ein Verfahren, das prinzipiell ab Wi-Fi 5 unterstützt wird. Mithilfe des Verfahrens kann ein WLAN-Accesspoint über mehrerer Antennen mit verschiedenen WLAN-Clients parallel individuelle Datenströme austauschen. Das führt zu einer deutlichen Verbesserung der Effizienz und Übertragungskapazität im Funknetzwerk.

MU-MIMO ist das Kürzel für Multi-User, Multiple Input, Multiple Output. Auch die Bezeichnung Multi-User-MIMO ist gebräuchlich. Es handelt sich um eine Funktechnologie und ein Verfahren aus dem WLAN-Bereich.

MU-MIMO ist seit 802.11ac (Wi-Fi 5) fester Bestandteil der WLAN-Standards. Mit MU-MIMO kann ein mit mehreren Antennen ausgestatteter WLAN-Accesspoint mehreren WLAN-Endgeräten gleichzeitig verschiedene individuelle Datenströme senden. Maximal können so viele Clients bedient werden, wie der Accesspoint Antennen hat. Die Funkschnittstelle mit ihrer Antennenanordnung wird quasi parallel für mehrere Datenströme nutzbar. MU-MIMO verbessert die Effizienz und den Gesamtdurchsatz in einem WLAN mit mehreren Endgeräten. Voraussetzung für die Nutzung des Verfahrens ist, dass alle beteiligten Geräte MU-MIMO unterstützen.

Wie funktioniert MU-MIMO?

MU-MIMO setzt auf der MIMO-Technik (Multiple Input, Multiple Output) auf. Mit MIMO lassen sich mehrere Antennen gleichzeitig für die Funkübertragung verwenden. Über die Mehrantennenanordnung auf Sender- und Empfängerseite können Funksignale über mehrere Pfade gesendet und empfangen werden. Da MIMO die Mehrfachnutzung des Übertragungsmediums um eine räumliche Dimension erweitert, werden mehrere Datenströme gleichzeitig über dieselbe Frequenz übertragbar. Die Obergrenze für die räumlichen Datenströme (Spatial Streams) bildet die Anzahl der Sende- und Empfangsantennen.

Basierend auf MIMO ist so genanntes SU-MIMO (Single-User-MIMO) möglich. Dabei kommuniziert ein Accesspoint mit einem einzelnen Gerät gleichzeitig über mehrere Spatial Streams. Mit MU-MIMO (Multi-User-MIMO) kann ein Accesspoint gleichzeitig mit mehreren Endgeräten über verschiedene räumliche Datenströme kommunizieren. Dafür ist MU-MIMO eng mit dem Beamforming gekoppelt. Beamforming verändert die Phasen und Amplituden der über die verschiedenen Antennen ausgesandten Funksignale so, dass sie sich in bestimmte Richtungen destruktiv auslöschen oder konstruktiv verstärken. So lassen sich die Funksignale in räumliche Richtungen bündeln und gezielt auf einzelne Clients ausrichten. Der Accesspoint kann quasi steuern, wo das Signal am stärksten und wo am schwächsten ist.

MU-MIMO in den verschiedenen WLAN-Standards

SU-MIMO hielt bereits mit IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) Einzug in den WLAN-Standard. Mit SU-MIMO wurde es erstmals möglich, einem Endgerät mehrere Datenströme gleichzeitig zu senden.

MU-MIMO wurde mit IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) verfügbar. Allerdings war in dieser ersten Version MU-MIMO nur im Downlink vom Accesspoint zum Client mit bis zu vier Streams möglich. Ab IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) funktioniert bei entsprechender Unterstützung durch Client und Accesspoint MU-MIMO sowohl im Downlink- als auch im Uplink-Verkehr. Unterstützt werden bis zu acht räumliche Streams. Das steigert die Übertragungskapazität und Effizienz in WLANs mit vielen Endgeräten deutlich. Mit Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be) werden bis zu 16 räumliche Streams unterstützt. Zudem wird MU-MIMO mit Multi-Link Operation (MLO) für gleichzeitiges Senden und Empfangen auf mehreren Frequenzbändern (2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz) kombinierbar.

Was unterscheidet MU-MIMO im WLAN und Massive MIMO in 5G-Mobilfunknetzen?

In modernen 5G-Mobilfunknetzen ist so genanntes Massive MIMO möglich. Massive MIMO kann als eine komplexere und leistungsfähigere Form von Multi-User-MIMO betrachtet werden. Die Technik nutzt eine deutlich höhere Anzahl von Antennen, zum Beispiel anstatt der im WLAN vier, acht oder 16 Antennen mehrere Dutzend oder hunderte Antennen. MU-MIMO wird quasi weiter skaliert. Viele kleine Antennen in den Basisstationen können viele, sehr schmale Funkstrahlen erzeugen, die sich auf die Endgeräte ausrichten lassen. Dadurch werden Mobilfunkzellen mit hohen Nutzerdichten effizient und mit hohem Datendurchsatz bedient.

Welche Vorteile bietet MU-MIMO?

Multi-User-MIMO bietet eine ganze Reihe von Vorteilen wie:

• effizientere und schnellere Bedienung der Endgeräte (mehr Geräte können gleichzeitig mit voller Geschwindigkeit kommunizieren)

• weniger Verzögerungen (geringere Latenz) bei der Datenübertragung

• höherer Gesamtdatendurchsatz im Netzwerk und bessere Ausnutzung der vorhandenen Netzwerkkapazitäten

• bessere Gesamtleistung des drahtlosen Netzwerks und zuverlässigere Datenübertragungen

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