Institut für Rundfunktechnik II~T

Transcrição

Institut für Rundfunktechnik
II~T
MIMO-OFDM
Erhöhung von Performance und spektraLer Effizienz
bei WireLess-Systemen
Messungen erster praktischer ReaLisierungen
nach Draft IEEE 802.11n
am Institut für Rundfunktechnik Nr. B 197/2006
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Bericht
Nr. B 197 /2006
MIMO-OFDM
Erhöhung von Performance und spektraLer Effizienz bei WireLess-Systemen
Messungen erster praktischer ReaLisierungen nach Draft IEEE 802.11n
am Institut für Rundfunktechnik
München, Dezember 2006
Verfasser:
1Tfi;ir
mR undfunk
Verteiler:
AKAS
AKO
ARV
IRT
ASF
leiter Fernseh.Betrieb
leiter Hörfunk-Betrieb
leiter Sender-Betrieb
PTKO
Institutfür Rundfunktechnik
1
Inhaltsangabe
2
Einführung
3
Was ist MIMO?- Unterscheidung
II~T
5
,
6
zu anderen Antennentechniken
7
3.1
Receive Oiversity und Maximum Ratio/ReceiveCombining
3.2
Adaptive
3.3
Sendeseitige Algorithmen: Space- Time Coding und Multilayer-Systeme
8
3.3.1 Spa ce-Ti me Codi n9
8
Antenna
...m
""",""",'-"""'"
Systems - Beamforming
8
3.3.2 Multilayer-Systeme
3.4
MIMO-OFDM
3.5
Algorithmen
7
"..."""".",
9
9
auf der Empfangsseite
,9
und Codierung bei IEEE 802.11n
11
4
Modulation
5
Vergleichende
Messungen am IRT
5.1
Me ssa ufba u
5.2
Pre-n Produkte
12
5.2.15tandard-IEEE
5.2.2Belkin
12
,
-802.11g- Referenz: Funkwerk Artem Wl 000
,.,.,.14
15
I6
MIMO Pre-n
5.2.3Linksys MIMO Pre-n
,
,
,-,
17
5.2.4 Buffala MIMO Pre-n
18
5.2.5 0- Lin k MIMO Pre-n
18
5.2.6 Netgear
20
Pre-n "RangeMax"
5.2.7 Edi max MIMO Pre-n
22
5.2.8 Level One MIMO Pre-n
23
5.2.9 SMC Barricade MIMO Pre-n
24
5.3
Performance-Unterschiede
25
5.4
Draft -n - Prod ukte
25
5.4.1 Linksys MIMO Drait-n
27
5.4.2 Trend net MIMO Drait-n
27
5.4.3 Netgea r Draft -n
durch Wahl des Security-Verfahrens
28
,
5.4.4 B uff a Lo Draft -n
5.5
Beispiele
für det. Messergebnisse
31
für Draft-n-Produkte
5.5.1Trendnet: TCPim Bereich Line-of- Sight
\D IRT - SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
~ grafisch
und tabellarisch
32
32
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Institut tür Rundfunktechnik
II~T
5.5.2 Trendnet: Triple-Play Messungen - Test Execution (Endpoint 1 to Endpoint 2) ...34
5.5.3 Trip Le-PLay am Ort 4
38
5.5.4 Einige Messergebnisse Netgear Oraft.n (20M Hz-Kanal)
42
6
Zusammenfassung
7
Fazit
8
Quellenangaben
der Messungen
iIJ IRT - SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
m
45
46
",47
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II!T
1 Inhaltsangabe
Erste Implementierungen der Technik Mu/Hple Input Multiple Output fM/MO; in Verbindung mit Orthogonal Frequeney
Division Multiplexing (OFDM) bei next-generation Wire/ess Loca/ Area Networks (WLAN) zeigen im Vergleich zu
bisherigen WLAN-Systemen eine deutliche Steigerung der Performance sowie der spektralen Effizienz.
stellt für Wireless MetropoÜtanArea Networks (WMAN),die auf dem weltweit eingesetzten Standard
Wire/esslnteroperabflity for MicrowaveAccess (WiMAX/aufbauen, und für mobile zellulare Wireless-Systeme der vierten
Generation (Fourth-generation /4G)ebenfalls
eine hochinteressante Lösung zur Verbesserungder leistungsfähigkeit der
MIMO-OFDM
luftschnittstelledar.
Im Januar 2006 billigte das US-amerikanische Standardisierungsgremium IEEE einen Vorschlag
Enhanced Wire/ess Consortlum (EWC)IEEEals Draft-IEEE-802.11n-Proposal.
der Arbeitsgruppe
Zum ersten Mal wurde in diesem Vorschlag (neben zahlreichen anderen Neuerungen) die Technik der MIMO-OFDM bei
einem drahtlosen Übertragungsverfahren
gefordert. Im ersten und zweiten Ouartal 2006 erschienen dann bereits die
ersten so genannten Pre-n-WLAN-Produkte
auf dem Markt. Herzstücke dieser Produkte sind hochintegrierte
MIMOChipsets der Firmen AirQo Networks Ine. oder Ralink TechnoloQV COrD. Acht sotcher Produkte hat das IRT gegeneinander
und mit einem Standard-S02.11g-Produkt
verglichen.
Nach Verabschiedung eines neuen IEEE-S02.11n-Entwurfes
sind seit dem dritten Ouartal2006 erste "Draft-n"-Produkte
verfügbar. Der wesentliche Unterschied zwischen Pre-n und Draft-n besteht darin, dass nur letztere ohne Eingriffe in die
Hardware lediglich durch Firmware- und Treiber-Updates auf den vermutlich Mitte 2007 ratifizierten IEEE-Standard
802.11n aktualisiert werden können.
Draft-n wirkt ferner darauf hin, durch eine weitere Steigerung der Zahl von Sende- und Empfangsantennen
die
Übertragungs kapazität zusätzlich zu steigern und herstellerübergreifende
Methoden zur Sicherstellung einer MindestDienstgüte (005) zu etablieren. Draft-n-taugliche Chipsätze bieten die Firmen Broadcom Corp., Atheros Communications
Inc., Marvell Techno(oQv Group ltd.,und MIPSTechnotoQies Ine. an.
CDIRT - SG Speicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
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2
II~T
Einführung
Unsere heutige Informationsgesellschaft ist geprägt vom steigenden Bedarf an Mobilität bei ständiger Erreichbarkeit.
Gleichzeitigwächst der Wunsch nach immer höheren Datenraten. Die derzeit größte Herausforderung an zukünftige,
drahtlose Kommunikationssystemestellt deshalb ein breitbandiger, mobiler {zumindest portabler) Datenzugriff bei
möglichst hoher Dienstgüte (Quality of Service / QoS) dar. Gerade im Bereich Wireless LAN fehlen in den aktuellen
Standards IEEE 802.11a/g sowie den zugrunde liegenden Standards IEEE802.11 und IEEE802.11b sowohl die notwendigen Durchsatzraten als auch die Dienstgüte.um neue Anwendungen wie zum Beispiel "Horne Entertainment", "horne TV
broadcasting" oder "streaming" zu verwirklichen. Einin MPEG-2 codierter einzelner Videostream guter Qualität benötigt
6 Mbps bis 8 Mbps, ein MPEG-2-HDTV-Stream
erfordert dagegen gut 20 Mbps durchgängiger
Übertragungsrate.
Durchgängig heißt, dass die Daten kontinuierlich und ununterbrochen fließen müssen, was die Implementierung
einer
isochronen Verbindung erfordert. Dies ist mit den aktuellen 802.11-Standards nur schwer oder gar nicht zu erreichen, da
ihnen grundsätzlich an einer Priorisierung einzelner Datenklassen wie Voice, Video oder Filetransfer und vor allem
Übertragungskapazität
fehlt Daraus resultieren so genannte "Buffer-Underruns"
und zu hohe Bitfehlerraten (BER), was
zu Sprach- und Tonverzerrungen sowie zu stockenden oder in Klötzchen gepixelten oder ganz abreißenden Bewegtbildern
führt.
Die Schlüsselrolle bei mobilen Funktechniken stellt die nutzbare Bandbreite dar, wobei jedem drahtlosen Service immer
nur eine begrenzte Bandbreite für die Informationsübertragung
zur Verfügung steht Nun ist aber Spektrum ein sehr
knappes Gut, das es so effizient wie möglich auszunutzen gilt. Die gewünschte Steigerung der Kommunikationsgeschwindigkeit
setzt die konsequente Ausnutzung der sich bietenden Freiheitsgrade voraus, was durch unterschiedliche Vielfachzugriffsverfahren
(Multiple Access - MA) erreicht wird. Zur Verfügung stehen die Ressourcen
.
.
.
.
Zeit,
Frequenz,
Code und
Raum.
Während die drei erstgenannten Ressourcen in den Verfahren Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division
Multiple Access (FDMA), sowie Code ~ivision Multiple Access ((OMA).. oftmals sogar in Kombination - in bestehenden
Systemen ihre Anwendung finden, steht nun erstmals die bisher wenig beachtete Ressource Raum im Vordergrund (Space
Division
Multiple
Access -SOMA).
Sie erschließt
sich durch die Verwendung
mehrerer
Antennen
-
sowohl
sender-
sowie
empfangsseitig. An solchen Mehrantennensystemen,
die als MI MO-Systeme {Multiple Input Multiple Output), bezeichnet
werden, wird weltweit seit Jahren intensiv geforscht ..In" und "out" beziehen sich immer auf den Übertragungskanal
MI
steht somit für mehrere Sendeantennen. MO entsprechend für mehrere Empfangsantennen.
Daneben gibt es die
klassischen SISO-Systeme (Single In Single Out) mit jeweils einer Sende- und Empfangsantenne, sowie Kombinationen
wie SIMO und MISO.
Gerade im ISM-WLAN-Frequenzband
2,4 GHz (Industrial Scientific Medical) sind die Ausbreitungsbedingungen
durch
Mehrwegeausbreitung
(multipath fading)sowie Interferenzen gekennzeichnet, verursacht durch eben diese Mehrwegeausbreitung sowie durch Gleichkanalnutzung
anderer WLAN-Nutzer und ferner durch Störungen von anderweitigen ISMAnwendungen.
Nun ist es gelungen, durch Einsatz der MIMO-Technik eine gravierende Steigerung der spektralen
Effizienz (bps/Hz) bei gleichzeitiger Steigerung der Ausfallsicherheit der Verbindungen zu erreichen.
@IRT-SGSpeicherund
Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seile5von47
3
Was ist MIMO? - Unterscheidung
II~T
zu anderen Antennentechniken
Da sich das Produkt-Marketing der Hersteller ebenfalls des Begriffs "MIMO"im Sinne von "schneller, besser, weiter"
bedient, kommt es häufig zu ungenauen oder sogar falschen Angaben und Beschreibungen was denn MIMOtatsächlich
kennzeichne.
Gänzlich falsch ist es, was leider geschehen ist, (hanne! Bond;ng (Kanatbündelung) als MIMO zu bezeichnen. Channe(
Bonding steigert durch Zusammenfassen mehrerer Kanäle zwar die Datenrate (bei zwei Kanälen also auf das Doppelte);
dies geschieht jedoch zu lasten zusätzlich verbrauchten Spektrums. Hier wird häufig "mehrere Kanäle" mit "mehreren
Antennen"verwechselt.
3.1
Receive Diversity und Maximum Ratio/Receive Combining
Beim Switched Receive Diversitywird ein ausgesendetes Signal von mehreren räumlich getrennten Empfangsantennen
empfangen.
Eine entsprechende
Empfängerschattlogik
sorgt nun dafür. dass jeweils das Antennensignal
mit dem
höchsten Signa!-Rausch-Abstand
(Signal to Noise Ratio I SNR) zur eigentlichen Datenauswertung
verwendet wird.
Beim Maximum Ratio Combining (MRC) werden Amplituden und Phasen der empfangenen
Datensignale mit Hilfe
digitaler Signalprozessorverarbeitung
derart angeglichen, dass durch Signaladdition ein Gewinn bei der S/N-Ratio und
damit eine bessere Bitfehlerrate (BER) erzielt wird (Abbildung 1).
Beides sind bewährte, in einer Vielzahl von Übertragungssystemen
MIMO verwechselt werden dürfen.
eingesetzte
Verfahren,
die jedoch keineswegs
Receive Diversity
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Signlllilo
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(dU)
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--
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,
.,.
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S9IaIs~byMleMiB
Abbildung
@IRT
1:
Vergleich: Switched
- SGSpeicher
Receive -Diversity
und Netze Hermann lipfert
zu Maximum
Dezember 2006
~1ir1'*"'~
""-
Ratio (Receive) Combining.
Seite7von47
mit
3.2 Adaptive Antenna Systems -
II~T
Beamforming
Nicht korrekt ist es ferner, eine Technik. die unter Namen wie Adaptive Antenna Systems (AAS), Beamforming oder
Beamsteedng bekannt ist, als MIMO-Technik zu bezeichnen. Dabei kommen zwar sende- und/oder empfangsseitig
mehrere einzelne Antennenelemente zum Einsatz (Abbildung 2). Diese bilden jedoch im Sinne einer Antenne eine
Abstrahlungs- beziehungsweise eine Empfangsantenne, deren Antennenkeule elektronisch variiert werden kann (Phased
Array). Im Gegensatz zu True MIMOwird hierjedoch stets der gleiche Datenstrom über den Übertragungskanalgesendet.
Als True MIMO bezeichnen viele Entwicklerdas nachfolgend dargestellte Verfahren,
mehrere Teitdatenströme aufgesplittet wird, um diese dann
bei dem eben ein Datenstrom in
. gleichzeitig,
.
.
im selben Frequenzspektrum
auf verschiedenen
aber
Wegen zu übertragen.
.'
Die True-MIMO-Protagonisten woUen ihre Technik damit von den genannten Begriffsauslegungen von MIMO abgrenzen.
Möglich und auch praktisch umgesetzt wird allerdings die Kombination von AAS/Beamforming mit True MIMO oder auch
MRe. Nachfolgend
einige grundlegende
Erläuterungen
zum Thema MIMO.
Ziel3
Ziell
/.8
'-.
stör.
Abbildung
genanntes
3.3
2: Adaptive
Beamforming
Antennensysteme
die Sendeenergie
Sendeseitige ALgorithmen:
(AAS) kiJ"nnen mit Hilfe mehrerer
unterschiedlich im Raum verteilen.
unterschiedlich
ausgen"chteter
Antennen
durch so
Space- Time Coding und MuLtilayer~Systeme
Ein durch Space-Time Coding (STC) erzielter Diversitätsgewinn
kann entweder zu einer Verbesserung der Verbindungsqualität oder zu einer Erhöhung der Modulationsstufigkeit
genutzt werden. Die vier bei WLAN 802.11a/g/n möglichen
Stufen einer digitalen Modulation sind BPSK (geringste Stufe), QPSK,16-QAM und 64-QAM (höchste Stufe). Entsprechend
werden 1, 2, 4 oder 6 Bit einem OFDM-Subträger zugewiesen. Bei höherer Modulationsstufe
kann ein System mehr
Nutzbits pro Symbol übertragen.
MultHayer-Systemezielendagegenaufeinedeutliche
3.3.1
Erhöhung der spektralen Effizienz ab.
Space-Time Coding
Das Ziel der Space-Time.Codes besteht in der Erschließung sendeseiliger Diversitäl durch Kodierung der Information in
räumlicher und zeitlicher Dimension, Bei den Space-Time-Trellis-Codes (STTC)werden die Informationsdaten mit Hilfe
@IRT-SG Speicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
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II~T
so auf Sendesymbole abgebildet, dass bei maximalem Diversitätsgewinn
ein möglichst hoher
Codiergewinnerzielt wird. Empfangsseitig erfolgt eine Datenschätzung nach dem Maximum-Likelihood-Prinzip
mit Hilfe
des Viterbi-Decoders. Um die hohe Komplexitätdes Decoders auf der Empfangsseite zu verringern, wurden weiterhin
Space-Time-Block-Codes (STBC) entwickelt, mit denen die Rechenkapazität deutlich verringert werden kann. wodurch
eine einfachere und preisgünstigere Empfängerentwicklungerreicht wird [4].
von Faltungs-Encodern
3.3.2
MuLtiLayer-Systeme
Das Konzept der Multilayer-Space-Time-Signalverarbeitung
wurde bereits 1996 durch das so genannte Bel/-LabsLayered-Space-Tirne-Verfahren
(BLAST-Verfahren) eingeführt [2, 5, 6]. Dabei wird der zu übertragende Datenstrom in
kleinere Pakete aufgeteilt. Diese als Layer betitelten Einzeldatenströmewerden nun codiert und moduliert über mehrere
Antennen abgestrahlt.
In Abbildung 3a besteht jeder Layer aus acht Symbolen, wobei jeweils zwei Symbole eines Layers von einer Antenne gesendet werden. Wegen seiner diagonalen Anordnung wird dieses Verfahren D-BLAST (diagonal BLAST) genannt.
Abbildung 3b zeigt das so genannte V-BLAST (Vertical BLAST) Verfahren, welches eine Aufteilung des Gesamtdatenstroms in Layern verfolgt, deren Anzahl mit der Zahl der Sendeantennen übereinstimmt. Diese räumlich getrennte
Übertragungsart wird als Spafja! Multip/exim beziehungsweise Space-Division Mu/tip/exing{SMJ bezeichnet.
a) D-BLAST
- ""'<",, E1 E2
IA11A2 81 82 C1 C2 01 02
,.~.,...,..
"~"
~
A3 A4 83 84 C3 C4 03' 04
."
A5 A6 85 86 C5 C6 ~.
'"
§
E
<"
"""
Time
Abbildung 3:
3.4
.
A7 A8 87 88
Anordnung derCodewörtersenderseitig
b) V-BLAST
A1 A2 A3 A4 A5 A6
c) W-STC
IA1 A5 A9 ~1A17
81 82 83 B4 85 86
C1 C2 C3 C4 C5 C6
,
e:. .o2 03 D'f 05 06
A2 A6 ~1A1
A3 A7 A11
A4 A8
beia} D-BLASTbJ V-BLASTbei vier Sendeantennen
MIMO-OFOM
OFDM wird heute in zahlreichen drahtlosen Übertragungsstandards
eingesetzt (DAB, DVB-T. WiMAX IEEE 802.16. ADSL.
WLAN IEEE 802.11a/g, HomePlug AV oder DS2 200, aka "HomeBone"). Die OFD-Modulation wandelt einen breitbandigen,
frequenzselektiven Kanal in eine Vielzahl paralleler schmalbandiger Einzelkanäle. Dabei wird zwischen den einzelnen
Symbolen ein Guard-Intervall (auch Cyetic Prefix CP genannt) eingefügt, welches zeitlich ausreichend lang sein muss, um
Jitter im Übertragungskanal
auszugleichen.
Gesendete OFDM-Symbole erfahren durch den Übertragungskanal
unterschiedliche Verzögerungen (Delays). Die Varianz dieser Delays am Empfangsort bezeichnet man als litter.
Das Auftreten von Inter-Symbo/-Interference (151)lässt sich somit vermeiden. Es hat sich gezeigt [8], dass OFDM vorteilhaft mit Mehrfachantennen
sowohl sende- als auch empfangsseitig kombiniert werden kann. um den Diversitätsgewinn respektive die Übertragungskapazität
in zeitvarianten und frequenzselektiven
Kanälen zu erhöhen. Das
Ergebnis sind die nun auf den Markt drängenden MIMO.OFDM-Systeme.
In [1] wird dabei zwischen MIMO-OFDM-Übertragungssystemen
mit Per-Stream-Coding (PSC) und solchen mit PerAntenna-Coding (PAC)unterschieden.
Bei der PSC wird zunächst der gesamte Datenstrom codiert, die Codebits verwürfeIt
und anschließend auf parallele Datenströme entsprechend der Antenneanzahl aufgeteilt. Bei der PAC erfolgt die
Kodierung je Sendeantenne über alle Unterträger.
3.5
Algorithmenauf der Empfangsseite
Das Empfangssignal besteht aus der linearen Überlagerung der gesendeten Layer (Abbildung 3d). Man spricht daher von
Inter/ayer-Interference (ILI), Ohne entsprechende Detektionsverfahren,
wie sie in [1] empfängerseitig miteinander
@IRT - SG Spl':ichl':f und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
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werden, lässt sich die gesendete Information nicht mehr direkt schätzen. Vor allem zeigt sich, dass optimale
Detektionsverfahrenmit einem ziemlich hohen Rechenaufwand einhergehen und die Anzahl der Berechnungsschritte mit
verglichen
der Anzahl von Sende- und Empfangsantennen stark anwächst. Zur Verringerung dieses immensen Rechenaufwandes, um
also MIMO-Systeme effizienter implementieren zu können, wurde und wird an suboptimaten Detektionsverfahren
geforscht und gearbeitet.. Die ersten praktischen Realisierungen der OFDM-basierten WLAN.Technik zeigen, dass MIMO
nun für den Massenmarktalserschlossen gelten kann.
Mit dem neuen Standard IEEE 802.11n, der Anfang 2007 endgültig verabschiedet werden soll, wird Wireless LAN
technologischsogar zum Vorreiterfür andere Wireless-Mobile-Broadband-Systeme
[3, 7. 8].
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0
S
P
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-.'Radio'
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Bits
TX
Bit
Merge
RX
Quelle: AtherQs
Abbt/dung
3d' Überlagerung
der gesendeten
Layer an den Empfangsantennen
@IRT- SG Speicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
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4
Modulation und Codierung bei IEEE 802.11n
Der Herstellerverbund Enhanced Wire/ess Consorflum(EWC)hatte bereits Mitte Oktober 2005 eine eigene Spezifikation
verabschiedet. Ziel sollte die Beschleunigung der 802.11-Standardisierung sein. Die IEEE-Arbeitsgruppe 802.11n hat die
von der Ewe vorgeschlagenen Neuerungen nun in den EntwuITdes Standards, den "Draft-n" übernommen und
beschlossen, sie für den endgültigen Standard zwingend (mandatorYi vorzuschreiben. Tabelle 1 zeigt die zahlreichen
Varianten, die durch adaptive Modulation und Codierung möglich sind.
Neben MIMO gibt es im Physical layer (PHY) indes noch drei weitere Innovationen,die in begrenztem Umfang zur
Steigerung von Datendurchsatz bzw. Reichweite beitragen können.
1. Als Kanalbandbreiten sind nun sowohl 20 MHzals auch 40 MHz möglich. Ähnlich wie beim erwähnten Channe/Bondli1g
wird hier der Datendurchsatz voll zu Lasten von verbrauchtem Spektrum erhöht.
2. Durch neue schnelle Chip-Techniken ist es gelungen, den CyclicPrefix (Guard Intervat GI), der bei der Übertragung zwischen den einzelnen OFDM-Symbolen zur Vermeidung von Inter-Symbot-Interference eingeschoben wird, von 800 ns auf
400 ns zu halbieren. Die letzte Doppelspalte zeigt im Vergleich zur vorletzten die entsprechenden Gewinne bei den
Linkraten.
3. Inzwischen ist noch der Vorschlag hinzugekommen, die Anzahl der zur Datenübertragung genutzten OFDM-Unterträger
von 48 auf 52 zu erhöhen (HT-OFDMHigh Throughpu~, wodurch die Linkrate(Bruttodatenrate) von 54 Mbps auf 58,5
Mbps steigt. Die tatsächliche High-Tech-Innovation ist jedoch in der Verwendung mehrerer "Spatial Streams" durch die
Einführung von MIMO{Tabelle 1. Spalte 2: Number of spatia! streams, zu finden. Sie erlaubt erstmals, auf dem gleichen
Kanal (der gleichen Mittenfrequenz) räumlich getrennt unterschiedliche Daten zu versenden was dem Übergang vom
"Shared Ethernet" zum "Switched Ethernet" durch Mikrosegmentierung gleichgesetzt werden kann.
Damit MIMO den effektiven Nettodurchsatz optimal verbessern kann. mussten auch im MAC-Layer Erweiterungen
stattfinden. So gibt es neben kürzeren Inter-Frame Spaces {IFS}die Möglichkeit, frames zusammenzufassen und somit als
Block zu quittieren (Acknowledgement).Um den Durchsatzzu steigern, sollten der Datenanteil eines einzelnen MACFrames und damit die Zeitdauer für die Nutzdatenübertragung
im Vergleichzu den festen Zeiten der Inter-frame-Spaces
und des Acknowledge-Pakets möglichst groß sein.
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SG Speicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
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Seite 11 von 47
5
II~T
VergLeichende Messungen am IRT
DasInstitut für Rundfunktechnik (IRT) führte und führt Performance-Messungenmit den neu esten arn Markt erhältlichen
Pre-n- und Draft-n Produkten durch. Ein realer Vergleich der neuen Techniken zum existierenden 802.11g-Standardlässt
sich nur ziehen, wenn alle Messungen mit Kanalbandbreitenvon 20 MHz - also ohne Channel-Bonding - durchgeführt
werden. Leider lassen es einige Implementierungen
nicht zu, das Sendespektrum auf einen WLAN-Kanal einzuschränken.
Bei der Auswahl des Sende- sowie der unterschiedlichen Empfangsorte wurde darauf geachtet, möglichstalle in der
Praxis auftretenden Standortsituationen zueinander abzubilden. Die Messungen wurden im zweidimensionalen
Bereich,
das heißt innerhalb einer Gebäudeetage durchgeführt.Fürdie Zeitdauerder Messungenwaren alle anderen AccessPoints
im Messbereich abgeschaltet beziehungsweise auf Sendekanäle umgestellt, deren Spektralmaske sich auf keinen Fall mit
derSpektralmaske des Messkanats überlappen.
Abbildung4 zeigt den Etagenplan.Grünist der Standort der MIMO-Routerdargesteltt, die insgesamt sieben Messorte,an
denen ein Mess-Laptop mit jeweils korrespondierender MIMO-PC-Card platziert war. Die aus dem Etagenplan
ersichtlichen Trennwände der einzelnen bestehen Räume aus circa 15 Zentimeter dickem Ziegelmauerwerk, vier
Feuerschutzwände sind sogar aus 30 Zentimeter dickem Beton gegossen. Die Dämpfung diese Feuerschutzwände
entspricht damit der Dämpfung gängiger Betondecken respektive Fußböden oder eine doppelten Thermoverglasung [10].
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I~Eb-trberges(hOß
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Wandstärken Beton circa 30 cm
In vielenRäumen Stahfschränke
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Abbildung 4; Die WLAN-Messumgebung am IRT im 1. Obergeschoß des Hauses 17B steift mit ihren Beton- und Ziegelwa"nden,
Glastüren gefüllten Bücherschränken ein gutes Model! der wahren Gegebenheiten europäischer und speziell deutscher Bauweise dar.
5.1
Messaufbau
Der MIMO-AP war in einer Höhe von circa 1,8 Metern an der aus Abbildung 4 ersichtlichen Raumposition aufgestellt. Die
Messorte des MIMO-Laptops befanden sich jeweils in rund einem Meter Höhe über dem Fußboden. Ein Messort befand
sich im Senderaum
in drei Metern
Entfernung
mit direkter
Sichtverbindung
(Line-of-Sight- LOS), alle anderen
sechs
Messorte waren Non-Line-of-Sight-Standorte (NLOS).
Schon ein Blick auf den Gebäudeplan zeigt, dass die Wellenausbreitung
mannigfachen Streuungen und Reflexionen geprägt ist.
im 2.4 GHz-Bereich
innerhalb
der Etage von
Da das Sendesignal den Empfänger bei NlOS auf unterschiedlichsten indirekten Wegen erreicht, kommt es zwangsläufig
und variablen Abschwächungen der einzelnen Signale" Die Überlagerung der einzelnen Signale
am Empfangsort (Abbildung 5) führt zu über Zeit und Frequenz schwankenden Einbrüchen (Multipath Fading). Diese
negativen Auswirkungen der Mehrwegeausbreitung
bei SISO-Systemen können durch Einsatz von Spacial-Multiplexinguber MIMO-OFDM-Systeme jedoch zum Positiven gewendet werden.
zu Phasenverschiebungen
@IRT
- SG Speicher und Netze Hermann
Lipfert Dezember 2006
Seite 12von47
Mehrwegeausbreitung
Streuung
Reflektion
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8
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Empfänger:r\~
~If.~'"
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WLAN
Sender
Abbildung 5:
II~T
Pdnzip
der Mehrwegeausbreitung
6 zeigt das eingesetzte Messequipment. Zum Einsatz kam die Messsoftware "IxChariot"von IXIA, die für
professioneUePerformance-und QoS-Messungen auf Basis von Protokollen wie TCP oder UDP ausgelegt ist.
Abbildung
IxChariot
(onso(
~~"Cdh:,~::
~
MIMOWLAN
a02.1tDraft-n
802.11pre-n
,/
~
Laptop
mitMIMO Pt.
Co"
IxChanot
Endpoint
Abbildung 6:
testende
Das Messequipment
WLAN-Access-Point
2
für die MIMO-Messungen am IRT besteht aus einem Gigabit-Ethernet-Switch, an dem der zu
angeschlossen
ist, einem Notebook
mit den zu testenden
Gegenstück
-
der WLAN-Client.(ard,
sowie
einem weiteren Notebook, auf dem die Messsoftware /iiult. (Unabhängig davon überwacht ein drittes Notebook mit WLAN.Adapter
das WLAN-Spektrum.]
Zum Messen wurde Kanal 13 gewählt, zum Vergleich wurde jedoch jedes Produkt stichprobenartig
auch auf Kanal 6
nachgemessen. In den Ergebnissen zeigten sich keine nennenswerten Änderungen. Die zu messende MIMO-PC-Card war
in einem Siemens/Fujitsu Lifebook (Model 570100 5-Series Centrino) eingesteckt. Auch hier wurden stichprobenartig
Messungen mit einem Notebook Samsung XI0 wiederholt und verglichen. Die Messergebnisse waren auch hier nicht vom
eingesetzten Notebook abhängig. Als Betriebssystem ist auf allen PCs Windows XP Professional mit aktuellen Patches in
Verwendung.
Sl"itl" 13 von 47
II~T
Die Treiber- und Utility-Software für jede einzelne MIMO PC-Card wurde von der mitgelieferten Software-CD auf dem
jeweiligen Mess-Laptop installiert und nach Abschluss der Messungen jeweils wieder deinstaltiert. Vor den im November/Dezember 2006 durchgeführten Draft-n-Messungen, wurde jeweils die zum damaligen Zeitpunktaktuellste Firmware
für die MIMO-WLAN-Router
und die aktuellsten Treiber und Utilities für die MIMO-Client-Cards von den jeweiligen
Hersteller-Websites
installiert.. Die einzelnen Messungen fanden bei den ersten fünf Pre-n-Produkten (Tabelle 2) noch im
ersten Quartal 2006 statt, die Produkte nach Tabelle 3 waren Ende des 2. Quartals verfügbar, die Dratt-n Produkte nach
Tabelte 4 im 4.QuartaI2006.
An alten sieben Messorten wurden TCP-Performance Messungen gemacht Die Übertragungs richtung war dabei,
entsprechend der zu erwartenden Anwendungen "downstream", also vom Accesspoint zum Client gerichtet. Jede einzelne
Messung dauerte drei Minuten und jede Messung wurde dreimal durchgeführt.
Die Balkengrafiken
zeigen die
Durchschnittswerte
aus je drei Messungen an jedem Ort. Durch Einsatz der neuesten Version der Messsoftware IxChariot
(V6.3) konnten bei den Draft-n-Produkten
selbst Testübertragungen
mit IPTV-Streaming, MPEG2-Video Streaming und
VoIP durchgeführt und nach Qualitätskriterien
wie Delay und Jitter beleuchtet werden. Hierzu sind dem Messbericht
einige Messgrafiken beigefügt
5.2
Pre-n Produkte
Aus Tabelle 2 und Tabelle 3 können die vom IRT untersuchten
Pre-n Produkte entnommen werden.
Produkthersteller
ModetlAP-Router
ModellClient-Card
Chip-Hersteller
Verbesserungskonzept
Netgear
WPN824
RaOQeMax
WPN511
RanQeMax
Atheros
Video54
ChannelBonding
Beamforming
Buffalo
AirstationWZRGI08
Airstation
WU-CB-GI08
AirQoNetworks
AirQoAGN-I03
Spatial
Multiplexing
Belkin
F5D8230.4
F5D8010
AirQoNetworks
AirQoAGN-103
Spatial
Multiplexing
D.Link
DI-634M
DWL-G650M
Atheros
AR5005VL
(Super.G)
ChannelBonding
Spatial
Multiptexing
Linksys
WRT54GX
SRX400
WPC54GX
SRX400
AirQoNetworks
AirqoAGN-103
Spatial
Multiplexing
Modell Client-Card
Chip-HersteHer
Verbesserungs.
konzept
Tabelle 2:
Untersuchte
Pre.n-MJMO.Produkte
Produktherstelter
ModeU AP-Router
Edimax
BR.6216Mq(G}
Ralink
EW.7608PQ
LevelOne
WBR-5400
WPC.0500
SMC Barricade
SMCWBR14.GM
SMCWCB.GM
RT2529
RT2661
Ralink
RT2529
RT2661
Ralink
Tabelle 3:
Weitere untersuchte
RT2529
RT2661
Spatial
Multiplexing
Spatial
Multiptexing
Spatial
Multiplexing
Pre-n.MIMO.Produkte
@IRT- 5G Speicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seile14von47
Institutfür Rundfunktechnik
5.2.1
5tandard-IEEE-802.1
19-Referenz:
II~T
Funkwerk Artern W1000
-
Das Modell Artem W1000 der Funkwerk AG trigt die Bezeichnung
(PD-Xl-g.
Damitdie Leistungsfähigkeitder neuen MIMO.Produkte in Bezug zu einem 802.llg-Standard-Produkt gesehen werden
können, wurde zuerst an aUen sieben ausgewählten Messorten TCP.Performance-Messungen
nach denselben Kriterien
durchgeführt, wie sie anschließend für die MIMO-Messungen galten. Diese Referenzergebnissezeigt AbbiLdung 7.Zum
Einsatzkam der Access PointArtem WIOOOvon Funkwerk. der mitzweiAntennenausgestattetist
1
St<rdard 11gAPrri1WPA-lK1P
25/,
'"
15
IlIstm:l<rd
10
0
Abbildung
7:
WPA-TKI~
-
5
Les
3m
11gWn"it
011
012
01:3
014
015
Qt6
ca.12m ca.16m ca.16m ca.18m ca.28m ca.4Cm
Standard
11g
- T{PIIP-Durchsatz
--'
an den acht Messorten,
ermittelt
mit dem 5tandam-WLAN-G-Access-Point
W1000
vonArtem
@lRT- SGSpeicher und Netze Hennann lipfert Dezember 2006
Seite l5von 47
5.2.2
II~T
Belkin MIMO Pre-n
Im Be/kin Wireless Pre-N RouterF508230-4
arbejfet der Airgo-Chipsatz
AG-103 auf insgesamt
dreiAntennen.
Das WLAN-Pre-n-OuQ von Belkin. bestehend aus dem Access Point F5D8230-4 und der PcCard FSD8010 zeigt bei LOSund
im NlO$-Nahbereich keine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Standard-WLAN-G-Referenzprodukt.
An den für
Funkwellenschwieriger zu erreichenden Standorten 2 bis 6 kommt jedoch die dort eingesetzte MIMO-Technikvon Airgo
Networks durch die gravierende Mehrwegeempfangssituationdeutlich zum Zuge und äußert sich in deutlich besseren
Durchsatzraten.Am Ort 5 lag die TCP-Performance stabil über 10 Mbps. Das Innenleben des WLAN.Access-Points gleicht
dem des Pre-n-Routers von Linksys wie ein Ei dem anderen. wie im Test des Tom's Networkinq Guide Deutschland
nachzulesen ist. [11]
----
251
Belkin
20
15
11 FI.I1k\-.e;k
10
Mem
11gVIIPA-TKIP
. B€lkin Wireless Pre-N MlrvDlNPA-ThIP
5
0
La.;
3m
Abbildung 8:
rn1
rn2
rn3
~4
ca12'n
ca16m
ca16m
ca.12m
~5
ca_2&n
~6
ca-4On
Der Belkin-Acces-Point f5D8230-4 erreicht durch True MJMO über die Pre-n-C/ient-Card F5D8010 ohne LOS mithin
mehr Durchsatz als in direkter Sichtverbindung
-
ein Beweis fürspatiales
@IRr-SGSpeicherund Netze Hermann lipfert Dezember 2006
Multiplexing.
Seite 16von47
5.2.3
II~T
linksys MIMO Pre-n
""
Der Linksys-Access-Point
Linksys WRT54GX SRX ist ebenfaf/s
mit drei Antennen
tür den Airgo-{hipsafz
AN-J03 ausgestattet.
Beim Messduo bestehend aus dem Access Point Linksys WRT54GX SRXund der Client-P(-CardWPC54GX SRX ergaben
sich selbst im Fernbereich gute leistungswerte. Am Messort 5 konstante 15 Mbps gegenüber Null bei 802.11g erzielen zu
können, ist ein überzeugender Beleg für die Funktionsfähigkeitder MIMO-Technik. Das belegen ebenfalls die unabhängig
vom Tern's Networking Guide Deutschland durchgeführten Messungen [131.
25
Linksys
2J)
15
11 Fl$1kl'.€fkArtem
10
11 Linksys
11g \/Iif'A-TKIP
SRX\fI/R'l'54GXWPA-l'K!P
5
0
~1
~2
ca.12m ca.1fm
LOS
3m
~3
ca1€m
~4
~5
~6
ca 18m ca.28m ca.4CKn
-
Abbildung 9: Das Pre-n-Piirchen,von Linksys, bestehend aus dem Access-Point-Router WRT54GX SRX und der Client-PC-Card
WPC54GX SRX, erreicht trotz gleichen Airgo-AG-103-Chipsatzes besonders in der Feme sogar noch bessere Durchsatzwene als
Belkins Pre-n-Technik
@IRT - SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite17von47
5.2.4
II~T
Buffato MIMO Pre-n
LL
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~~statlonJ4IMO
f':
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~
""'",.
,.
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-
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Der MIMO Wireless {able/OSL Router WZR.GJ08
True-MIMO-Chipset
alls der AirStation-Baureihe
von Buffalo ist ebenfaf/s
ein Pre-n-Gerät mit dem
von Airgo Networks.
Während die leistungsfähigkeit der Pre-n-Produkte von Buffalo im Nahbereich eher bescheiden ausfällt, zeigen sie im
Reflexions-und Mehrwegebereichgute Leistungswerte.
25
Buffalo
I
XJ
15
!I FunkVl€fk
10
~~
Artem
11g VVPA-TKIP
Butfalo P-Jrstatj((1 MIJv10 WPA-TKIP
I
5
0
LOS
3m
~1
ru2
ru3
ru4
ru5
llie
ca.12m ca,16m ca.16m ca.18m ca.28m ca.4Om
Abbildung 10: 8uffa/o Airstation Router WZR-GJOB mit Airs/atfon WLl-CB-G108 PC.Card pre-n
5.2.5
D-Link MIMO Pre-n
Das MIMO-Pärchen von O-Link (Abbildung
einbussen im mittleren Entfernungsbereich
@IRT
- SGSpeicher
11) zeigte im Nahbereich hervorragende Ergebnisse.Trotz einiger leistungssteht es mit der Übertragungsrate gerade im Fernbereich aber recht gut da.
und Netze Hermarm Lipfert Dezember 2006
Seite18von47
II!T
Abbildung 11: Der WLAN-Access-Point-Router
für den MIMO-Betn"ebausgestattet.
DI-634M ist mit jeweils zwei externen und internen Sende- und Empfangsantennen
35
D-Link
30
25
2()
111Funkl'\efkAitem
15
11 [).ljnk
11gWPA-WP
108G MlIVrO [)-634Mohre
Turto
WPA-TKIP
I
10
-
5
0
LOS
3m
~1
~2
ca.12m ca16m
~3
~4
rus
ca.16m ca.18m ca28m
ru6
Ga.4011
Abbi1dung 12: O-Link setzt in den Pre-n-Access-Geräten. dem WLAN-Access-Point-Router DI-634M und DWL-G650M aufden "SuperG"-Chipsatz AR5005VL von Athero5 und übertrifft damit auf LOS die Airgo- Technik.
@IRT- SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite 19von47
.
Netgear Pre-n "RangeMax"
5.2.6
1m Access-Point
.
II~T
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WPN 824 von Netgear sind die Antennen
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--,
~
ein PCS von Video54 mit insgesamt
sieben unterschied/ich
angeordneten
Leiterbahn-Antennen
für
Die RangeMax-Technik von Netgear arbeitet mit Channel Bonding und Beamforming. Im Nahbereich bewirkt die Kanalbündelung natürlich einen hohen Durchsatz, allerdings allein auf Kosten von spektraler Effizienz. Da die Kanalbündelung,
die im Spektrum mit 40 MHz die doppelte Bandbreite beLegt, nicht abschaltbar ist, Lassen sich diese Messergebnisse mit
den konkurrierenden
Produkten. die sich auf eine Kanalbandbreite
von 20 MHz beschränken. zwar nicht direkt
vergleichen. Der Vollständigkeit halber seien jedoch diese Messergebnisse hier ebenfalls aufgeführt.
Interessant ist, dass im Fernbereich weder Beamforming noch Channel Bonding an die Leistungsfähigkeit
heran erreichen, was auch die Tests des Tern's Networking Guide Deutschland belegen [12J
co IRT - SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
von True-MIMO
Seite20von47
II~T
45
40
35
30
I
25
Netgear
I
.Funkv>.efk
30
Mem
. Ne\gear
~
11g\NPA-lKIP
Max \IVPN 824 vvpA-1
lKlPOlanneI-Bording
15
10
5
0
LQ3
3m
ru1
ca12m
ru2
ru3
ru4
rus
ca.16m ca.16m ca.16m ca28m
rue
ca.4Q-n
Abbildung 12: Die Pre-n-WLAN-Geräte aus der RangeMax-Re;he von Netgear. der Access Point WPN 824 Router und die PC.{ard
WPN 511 zeigen sich bei schwierigerer Empfangs/age trotz doppelten Verbrauchs an Spektrum den echten MIMO-Produkten
unterlegen.
@IRT
- SG Spl':icher und Netze HHmann
Seite 21 von 47
II~T
5.2.7
Edimax MIMO Pr.-n
Edimax setzt im Pre-n-Router
BR-6216Mg auf den MIMO-Chipsatz
lIon Rat;nk..
Das erste Pärchen mit dem Ralink-Chipsatz im Testfeld waren der Access Point BR-6216Mg(G) zusammeri mit der PC-Card
EW-7608PG - beide von Edimax. Im Nahbereich auf LOS und NLOS stelten sich Performance-Werteein, die bei 20 MHz
spektraler Effizienz nahezu ebenso gut ausfallen, wie die Werte, die etwa Netgear mit der Kanalbündelung auf 40 MHz
erreicht. Im Fernbereich kommt dieses Ralink-True-MIMO-Gespann allerdings nicht an die leistungswerte der Produkte
mitAirgo-Chipsatzheran.
-
35-
35
Edima
25
X
2D
iI Funkv>.et1<.Artem
15
.
10
119 WPA-lKIP
Edirrax MIM:) Wireless Reuter SR6216fv'G(G) WPA TKIP
5
0
lOS
R:dus
3m
Abbildung
(g IRT
011
Padius
ca.12m
012
Rrlus
ca.1Em
013
R.sdiw
ca.16m
13: Edimax Pre"n-Access-Point
- SG Speicher
Qt4
015
016
Radius RadilJS Radius
ca 1&11 ca.2&n ca.41}n
BR-6216Mg(G)
und PC-Card EW-760BPG nutzt das Spektrum
und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
besser.
Seite 22 von 47
5.2.8
II~T
level One MIMO Pre-n
--
Obwohl die Pre-n-Produkte WBR-5400 und WPC-0500 von level One mit dem gleichen Ralink-Chipsatz arbeiten wie die
Edimax-Pre-n-Gerätefällt ihre Performance im Nahbereich schwächer aus. Im Fernbereich erreicht ihre leistung jedoch
durchaus das Niveau von Produkten mit Airgo-True-MIMO-Chipsatz.
30
25
20
15
.
10
.
Furi<Mak Artern 11g VVPA-lKIP
Le\GI
01e MIM:.) AP RDuter VVBR-5400
\NPA-lKIP
5
0
LOS
Radius
3m
011
012
an
Radius Radius Rrilus
ca.1:dr1 ca 16m ca.16m
014
01:5
016
RsJefius Radius Radius
ca.18m ca28m ca.4Cm
Abbildung 14; Oie Pre-n-Produkte
von Level One - der Access Point
{hjpsatz das Leistungsniveau
von Airgo Networks erreicht.
@IRT
- SG Speicher
und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
WBR-5400 und die P{.{ard WPC-0500 zeigen, dass der Ra/ink-
Seite 23 von 47
5.2.9
SMC Barricade
II~T
MIMO Pro-n
Das SMC-DuQ "ßarricade" WBR14-GM und SMCWCB-GM, das ebenfalls mit dem Pre-n-Chipsatz von Ralink arbeitet, zeigt
gute Nahbereichsleistungen. Im mittleren Entfernungsbereich ist die Performance sogar allen Konkurrenten
überlegen, fällt im Fernbereichjedoch deutlich unter5 Mbpsab.
sehr
35(
SMC Barricado
--
3Oy-
25/
20.-//
,
-
18 FunkV\€rk
15/
Artern 11g VVPA-lKtP
11SI'v1C Banicade MIMO SMC\M3R
14-GVI VVPA-lKIP
10
5
0
LOS
3m
ru1
ca12m
ru2
ru3
ru4
ca.16m ca.16m ca1&n
rus
ill6
ca.28m ca.4Om
Abbildung 15: Der AP-Router SMC Barricade WBR14-GM erreicht mit der P{-{ard WCB-GM
die besten Werte bei mittleren
"Entfernungen':
(0 IRT
- SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite 24 von 47
5.3
II~T
Performance-Unterschiededurch Wahl des Security-Verfahrens
Unterschiedliche Security-Einstellungenzeigen bei der Performance-Analysedeutliche Differenzen beider
Nettoübertragungsleistung.
Alle Messungen wurden mit dem WPA.TKIP Verschlüsselungsverfahren
(WPA1)
durchgeführt. Vor allem bei vielen Pre-n-Produkten fehlt hier eine Hardwareunterstützung,
die beim WPA2.AES
Verfahren bereits vorhanden ist. WPA-TKIP (Preshared Key) gilt deshalb als kritischste Betriebsvariante, da es noch auf
den RC4-Algorithmus aufsetzt und (zumindest bei den Pre-n-Produkten in diesem Test) ohne Hardwareunterstützung
läuft.
30
25
30
15
11 BuffaloArstation
MlMO\iVPA-lKIP
11BuffaJo flJrstation Mlrv'O \lVEP
10
0 Buffalo Airstatim
'
;
I
MIMO \NPA-AES!
5
0
lCB
Padius
3m
01. 1
Radius
ca12m
01.2
Padius
ca.16m
01.3
01.4
01.5
Radius Radius Radus
ca.16m ca.1&n ca28m
Abbildung 16: Leistungsunterschiedezwischen
5.4
01.6
Padius
ca.4Orn
WEp,WPA1-RC4, WPA2.AES
Oraft-n-Produkte
Mit hohen Erwartungen
wurden die Messungen an den ersten veriügbaren Draft-n-Produkten
vorgenommen. Mit dem
Chipsatz "Atheros AR 5416" ausgestattet. der die so genannte XSPAN-Technik repräsentiert, sollten sie in neue
Periormance.Oimensionen
vorstoßen können. Denn erstmals überträgt dieses True-MIMO-Chipset
drei paraltele
DatenstrÖme in einem Kanal. Die vom IRT untersuchten Oraft-n-Produkte zeigt die Tabelle 4.
(0 IRT
-
SG
Speicher und Netze Hermann Upfert Dezember 2006
Seite 25 von 47
ProdukthersteHer
Linksys
Trendnet
ModellAP.Router
WRT 300N
ModeliClient-Card
Chip-Hersteller
Verbesserungskonzept
WP(300N
Atheros
AR5416 XSPAN
Verdoppelung
Kanalbreite
Spatial
Multiplexing
Atheros
TEW-631BRP
TEW-621PC
Netgear
RanqeMaxWireless
RouterGiqabit
Edition WNR854TlOOISS
RanQeMaxWireLess
NotebookAdapter
WN51IT.100ISS
ood
RanQeMaxWireLess
SB 2.0 Adapter
WN121T-lOOGRS
Buffalo
NfinitiWireless-N
Router& Access
Point WZR-G300N
NfinitiWireless-N
NotebookAdapter
Wll.CB-G300N
AR5416 XSPAN
II~T
der
Verdoppelung der
Kanalbreite
Spatial
Multiplexing
UBICOM
StreamEngine
Technique
Marvell
TopdoQ88W8360
Verdoppelung der
Kanalbreite
Spatial
Multiplexing
Broadcomlntensi-fi
Verdoppelung
Kanalbreite
Spatial
Multiplexing
der
Tabe//e 4: Untersuchte Draft-n-MJMO-Produkte
Aufschriftenauf den bunten Verpackungenwie ,,12 x schneller" und ,,4x weiter", oder auch "up to 300 Mbps"lassen den
Kunden höchste Performance-Sprünge zu der bisher eingesetzten 802.11b/g Technik vermuten. Der Standard IEEE
802.11n bietet zwar keine explizit hinzugefügten Quality-of-ServiceMerkmale (dies ist mit der IEEE 802.11e
Standardisierung verabschiedet worden), die versprochene Performanceverbesserung kann aber durchaus auch zur
Verbesserung von Übertragungseigenschaften beitragen. Der Verabschiedung des aktuell gültigen Draft-n ging ein mehr
als einjähriges Ringen zweier unterschiedlicher Verbände von Interessenvertretern voraus. Erst der Vorstoß des EWC
Ende 2005 brachte wieder Bewegung in die Standard bemühungen. Auch die Tatsache, dass nun Herstellermit ihren DraftN Produkten auf den Markt drängen zeigt, dass (vor altem die Consumer-Industrie)auf verbesserte Drahtloslösungen im
Home-Bereich gedrängt undgewartet hat.
Die Ergebnisse des Linksys-Duos waren sehr ernüchternd. Zu Beginn wurde sowohl der Broadband Router WRT300N als
auch die PC-Card WPC 300N im Messlaptop mit der mitgelieferten Software in Betrieb genommen. Im Nahfeld lagen die
Werte sogar deutlich unter der 802.11g-Referenz.Allerdingsblieben die Werte bis in den Fernbereichüber die gesamte
Entfernung praktisch konstant. Auch mit einem zweiten AP/PC-(ard Pärchen ergab sich keine Verbesserung. Es ist zu
vermuten, dass die Funktion des MIMO-Chips hier nicht korrekt greift. Bei den oraft-n-Produkten
führte das IRT erstmals
zusätzlich Streaming-Messungen
auf Basis von UDP (User oatagram Protocol) durch. Hier zeigt sich ein etwas besseres
Durchsatzverhalten
als bei TCP. Eine Erklärung für die niedrige Performance
könnte das "Handshake"-Verhalten
beim
TCP-Protokoll in Verbindung mit MIMO sein. Die übertragenen Einzeldatenströme werden im Empfänger wieder zu einem
Gesamtdatenstrom vereint. Im Transport-layer im ISO-OSI-Schichtenmodell
werden dann die TCP-Pakete. die Blockweise
gesendet wurden, bei Fehlerfreiheit durch Acknowledge quittiert. Im Fehlerfall bleibt dieses Ack aus, sodass der Sender
den gesamten Paketblock wiederholt. Kommt es bei MIMO zu Störungen/Bitfehlern auch nur auf einem der
Einzeldatenströme,
führt dies beim Gesamtdatenstrom
ebenfalls zu Fehlern.
@IRT-SGSpeicherund Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite 26von 47
5.4.1
II~T
Linksys MIMO Dralt-n
Abbildung 16: LinksysDraft-nBroadband Router WRr 300M
Ein Update auf die aktuellen $oftwareversionen (Firmware Version 2.00.17 beim Rauter und Software v2.14.05 bzw.
Treiberversion 6.0.2.9 für die Client-Card) brachte im Nahfeld zwar deutliche Verbesserungen, der erhoffte "l1n-Schub"
blieb aber immer noch aus. Die Netto-TCP-Raten liegen bei LOS und im Nahbereich NlOS bei 22Mbps. Im mittleren
Messhereich (Ort3) werden um die 15Mbps erreicht und im fernen Messbereich (ürt3 bis Ort6) sieht es nach einer stabilen
Übertragungsrateoberhalbder6Mbpsaus.
Da die Leistung im Nahbereich immer noch viel zu gering scheint, laut Aussagen seitens der Fa. Linksys jedoch deutlich
höhere Performance möglich sei. wurden die Tests mit genannten Linksys Produkten ausgesetzt. Sollte Linksys hier eine
aktuellere Firmware/Softwareversion
liefern werden hierzu die vergleichenden Messungen wiederholt.
Die Abbildung
5.4.2
17 mit den Durchsatzraten
Linksys wird deshalb hier erst in einer ergänzten
Version eingefügt,
Trendne! MIMO Dralt-n
Abbildung 18: Den WLAN-Access-Point-Router TEW-6J1BRP hat Trendnet mit der StreamEngine von Ubicom versehen, die mit
Pn"on"sierungstechniken Zeitverzögerungen und litter bei Streaming-Anwendeungen wie Val?, Musik, Video und Spielen vermindern
solL
Seite 27 von 47
II~T
Mitdem Trendnet TEW-631BRP APund derTEW-621 PC-Client-Card war dann doch der von der neuen Technik erwartete,
gewaltige Leistungsschuboffensichtlich. Im Nahbereich auf LOS erreichte der Durchsatz mehr als 60 Mbps und bei NLOS
am Ortl lag er immer noch bei über 50 Mbps und das definitiv bei einer Kanalbandbreite von 20MHz - also nicht auf
Kosten von Spektrum. Mit diesen Werten ließe sich bereits die gleichzeitige Übertragungen mehrerer HDTV-Streams
realisieren. Auf der physikalischen Schicht kommen bei diesen Produkten drei ParaUe[übertragungen
zum Tragen. leider
sieht es im mittleren und fernen Messbereich dagegen sehr dürftig aus. Es gibt offenbar beim Abgleich von Software,
Firmware und Hardware noch einiges zu tun.
70/
9J
Draft.nTrendnet
9J
40
i Oll FUrKv.erK
Artem
11g VV'PA-lKIP
30
18 CtaftnTrerdnetlEW-631
11<IP
BRPWPA
'"
10
I
0
Lffi
ru1
ru2
ru3
ru4
rus
ru6
Radius R.3dius Radius Radius Radius Radius Radius
3m Ga.12m ca.16m Ga.16m ca.18m Ga.28m Ga.4Cm
j
Abbildung 19: Die Trendnet Draft-n-Geriite zeigen in Nahbereich Spftzenwerle, im mittleren Bereich oder in der Ferne erreicht die
hier eingesetzte Draft-n- Technik jedoch noch nicht einmal Pre-n-Niveau.
5.4.3
Netgear Draft-n
Der Netgear RangeMax Wireless Router Gigabit Edition WNR854T wurde sowohl im Zusammenspiel
als auch eines USB2.0-Adapters untersucht. Abbildungen 19 und 20 zeigen die Messergebnisse.
mit einer PC-Card,
Bei den Übertragungsmessungen
Netgear WNR854T Wireless Router und WN121T USB2.0 Client-Adapter zeigte der
Spektrumanalysewerkzeug
laptop Analvzer von AirmaQnet am Messort LOS und ORT!, dass die Verbindung mit 40 MHZ
Bandbreite aufgebaut wird. Am Ort2, Ort3 und Ort4 schaltet die Verbindung nUn auf 20 MHz um (niedrigerer S/N-Wert-7
Adaptive Channel Expansion). Am Ort5 wird öfters ein Hin- und Herschalten zwischen OFDM und eCK-Modulation
an
Hand der spektralen Darstellung am Analyzer sichtbar. das heißt weiterhin 20MHz Bandbreite aber noch geringere SINR.
Am Messort6 schließlich wird wieder mit höherwertiger Modulationsstute übertragen, es ist also die SINR wieder größer
als am Ort5, was sich mit allen anderen Messungen an diesen bei den Orten deckt. Die eingesetzte Firmware im Router
hatte die Version 1.3.44GR.Treiber und Konfigurationsprogramm lagen in Version 1.0.16.319 (32.10.2006) vor. Bei der PCCard handelte es sich um die Version 2.1.4.3 (4.10.2006), bei deren Utility um Version 1.1.8.11 (31.10.2006).Die
Treiberversion des USB-Adapters war zum Messzeitpunkt 1.0.3.7 (29.09.20061.
Seite 28 von 47
II~T
0
I
,
"
li
I
Abbildung 20: Netgear Draft-n RanqeMax Wir eie 55 Rou/er GiQabit Edition WNR854T.l00155
stabHe Wireiess- Verbindungen herste!len und aufrechterhalten.
soll durch die 5teady-Stream-Technik
""
00
00
;0
00
11Furi<v.e-k Artern 11gVVPA-lKIP
11crnttN Nelgea\l\!l\R354T -VI/I'-511TPCCa-dimK.r.3l6,4aVIH>:-i«lnalreiteooLO$
lf):j ffil Ot1. 20 MHZm den Oten 2..(;.
VVPA1KIP
0
COS
Pajius
'"
°"
Rcdius
='''''
~2
~,
AbMdung 21: Mit der pe Card kommt Netgears
bereits sehr nahe.
@ IRT -
~,
-~ ""'~ ca.1&-n
""~
<;<I.1&nC<1.1Em
~S
~O
R>J~ ""'~
w2Bm wAO"
Drall-n- Technik zumindest
SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
im Nahbereich
der Unkgeschwindigkeit
von Fast Ethernet
Seite 29von 47
II~T
100~/
11 Funlw.efk
4D
Artern
11gVVPA-lKIP
. D"aflN t\etgear RDuterv...NR854Tnit
V\lN121TUSBAdaJ;ter4Ol'vHzKanalbreite bei LOS und 01:1, 20MHz
Kanalbreite 01:2-01:5, WPA lKlP
1..
10
0
LOS
Radus
3m
Abbildung
011
Radus
ca.12m
01:2
Radius
ca.16m
01:3
Radius
ca.16m
01:4
01:5
Radus Radius
Ga_18m ca28n1
22: ... und bdngt mit dem U5B-Z.O-Adapter
01:6
Radius
ca,4Qn
sogar noch
in den Mitten etwas Leistung.
Die Draft-n-Produkte von Netgear belegen die doppelte Kanalbandbreitevon 40MHz bei guten SNR-Werten automatisch.
Leider kann somit nicht der User selbst darüber entscheiden,wie er sein verfügbares Spektrum nutzen will. Die spektraLen
Darstellungen verdeutlichen den Bandbreiteverbrauch bei Verdoppelung der Kanalbreite.
.. AirM~n.' Spoc,'"", AßO!JIZ~f
-ISpoctr"m Viewl
r:]r,51:~
;;:;;mm~m(~n';:;;-~--,,.,,;s,,,,
B'F';;;;"~;;'.
1(""'"
~
Z-<l.5GHz
c_.
2.'50GHz
-
-
..
~
100-0IAulOS<o~1
ReI-""l,-lOdBm
",";<01"01,,"<111
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~I
". .',~ r-()/I.2::J
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c
SI..-IT;...,
Abbildung
23: Spektrale
~r-
Darstellung
"1...,,
bei Verdoppelung
~~
c,,,,..f,
der kanalbandbreite
@IRT-SG Speicher lJnd Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
,-
auf 40MHz
,,,,"",
,....,~
"..,.,
,.'50GHz
c~
rw
1> 1._.',13
-I"",,,ntlya<t~,..,,r,,,,,)
A."",... c""",""ur..",d
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am Beispiel Netgear:
Seite30von47
~~lrMop'nOI SpOC1f"m 4Mly.oef - [Sp«!rum
:JEIe
II~T
~@J(8]
Viowj
"""E!oI< !"""'tJoIp
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2,4-2.50H,
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'''50G",
cO
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".'5IJGHl
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8 d~",
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Chomels 11,5,
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...
7!
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F"H<Io,ocmFl
-~~'Start
~..~-,,#<~"",..
'1tc,\O"'um..-«
aE;...
Abbildung 24: Spektrale Darstellung bei einfacher
5.4-4
DE'(;5,'f.
Kana/bandbreite
20MHz
E:d:erMIMt.""".rrr:,.,.~")(..\...~,,
'2,;.J
am Beispiel Trendnet
BuffaLc Draft-n
Beim Buffalo Nfiniti Router WZR-G300N ergaben sich zusammen mit der Client Pe-Card Nfiniti
G300N Durchsätze über 30 Mbps bei LOS und über 25 Mbps bei NLOS am Ort1 (20MHz-Kanal).
Wireless-N
WU-CB-
Das ist nicht Spitze, aber sichtbar besser als 11g. Enttäuschend zeigt sich der Buffalo dann bei kritischeren Empfangsbedingungen von Ort3 bis Ort6. Einen interessanten Vergleich zu einem früheren Buffalo pre-n Produkt siehe weiter
unten.
Gemessen wurde der WZR-G300N mit Firmwareversion 1.44 (1.0.37-1.07-1.03) und die Nfiniti Wireless-N WU-CB-G300N
Clientcard mit Treiberversion 4.80.17.0 (15.05.2006), jeweils die neueste zum Messzeitpunkt zur Verfügung gestandenen
Software.
@ IRT - SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite 31 von 47
II~T
,
Abbildung 25: Der Buffa/o Nfim~; Wireless-N Router & Access Point WZR-G300N arbeitet ausschlÜ:ßlich
im gemischten b/g/n-Modlls.
I
I"~
"'/
'"
11FI.ri<"""",,Mem11gVIIPA-lK1P
"
11
=
"
LOO
Racius
3m
011
Radus.
ca 12m
012
Ort 3
F«iI.»
Rdus
ca. 1&1'1 ca. 16m
01.4
Rodus
ca.1&n
015
Radus
ca28TI
WZR-G3OONnit PCCard \NLI-C&j
016
RadiI.8
ca.4Cm
Abbildung 26: Der Buffa/o Nfiniti Wireless-n.Router WZR-G300N mit der C/ient fC-(ard NfTnÜi Wireless-N
5.5
5.5.1
Beispiele für detaillierte
Messergebnisse
für Dralt-n-Produkte
Wlj-CB.GJOON.
- grafisch und tabellarisch
Trendne!:TCPim Bereichline-of-5ight
DerTrendnetTEW-632 BRPzeigt in Zusammenarbeit mit der PCcard TEW-621PC im Nahbereich(lOS)sehr guteTCPDurchsatzraten.DerMittelwert (Average) liegt bei über 63.5Mbps,Spitzenwerte um die 65 Mbps (Abbildung 27).
@IRT
- S6 Speicher und Netze Hermann lipfert
Dezember 2006
Seite 32 von 47
II!T
Throughpul
65.250
65,000
,
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I
&5)]00
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63.000
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i
61.000
o,moo
o:ouo
n01:0Q
0:00:30
O:03;üO
0,02:30
002:00
Elapsedtime(h:mm:ss)
AbMdung 27: TCP-Throughput Trendnet MIMO Draft-n bei lOS
Auch im NlOS Nahbereich (Messort 1) ergeben sich sehr gute TCP-Performancewerte
(Abbildung 23).
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C:\Pfog,,,mme\l><i,,\I,Cha,io!\TcoIO...
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55.642
55.662
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...
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Abbildung 28: Durchgeführte TCP-Throughput-Messungen im Vergleich - Trendnet Orti.
Seite 33 von 47
Group/Pair
Average
(Mbps)
Minimum
(Mbps)
Maximum
(Mbps)
Ortl_Messung1.tst
All Pairs
Pair!
OrtJ_Mes5ungZtst
All Pairs
Pair!
OrfJ_Messung3.tst
AU Pairs
Pair!
56,194
56,194
56,214
55,642
55,642
55,662
53,011
53,011
53,028
36.815
36,815
36,815
46,485
46.485
46,485
13,002
13,002
13,002
59,613
59,613
59,613
58,055
58,055
58,055
58,097
58,097
58,097
Tabelle 5:
5.5.2
II~T
Throughput95%
(onfidence
Interval
Measured
Time (sees)
Relative
Precision
0,616
179.314
1,096
0,279
179,657
0,502
2,819
179,529
5,317
OreidurchgeführtePerformancemessungenam Ort1- Produkte:Trendnet MIMD.
Trendnet: TripLe-PLay Messungen
- Test Execution (End point 1 to Endpoint 21
Die"Trendnet"TCP-Throughput
Messungen ergaben bei LOSund am Messortl die höchsten leistungswerte (bei 20MHz
Frequenzbandbreite). Beispielhaft deshalb nachfolgend einige Tabellen und Messkurven, die das Streaming-Verhalten
im
Nahbereich ohne Sichtverbindung (Ort1) und mittleren Fernbereich (Ort4) zeigen. Zur QoS-Messung wurde Triple-PlayDatenverkehr eingesetzt. Die Baseline-Group beinhaltet ONS, HTTPtext und NNTP. Die zweite Group beinhaltet fünf
MPEG2-Video Streams die "down link" gesendet werden. Die dritte Group beinhaltet vier IPTV-Streams. von denen je zwei
uplink und zwei downlink gesendet werden. Eine vierte Group schließlich beinhaltet drei bidirektionale Voice-over-IPSignale mit unterschiedlichen Codecs (Tabelle 6).
@ IRT- SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite 34 von 47
IGrouP/pair
I~ervice fSCriPt/Stream
Quality Name
I~etwork
Protocol
IEndPointt
jEndPoint2
I
I
I
1192.168.1.101
1192.168.1.131
IUDP
1192.168.1.101
1192.168.1.131
Ire?
1192.168.1.101
1192.168.1.131
ITCP
II~T
Basetine-Group
I
Pair 1
I
IPair2
Pair 3
I
I
I
I
I
I
I
DNS.scr
HTTPlext.scr
INNTP,scr
I
NoGroup
I
I
I
Pair14
1192.168.1.101
1192.168.1.131
IRTP
jpair15
1192.168.1.101
1192.168.1.131
IRTP
I
I
Ipair16
1192.168.1.101
IPair17
1192.168.1.101
Ipair18
1192.168.1.131
1192.168.1.131
I
I
I
IMPEG2cOdec
I
IMPEG2Codec
I
RTP
IMPEG2COdeC
I
IRTP
1192.168.1.101
1192.168.1.131
IRTP
I
I
I
1192.168.1.131
1192.168.1.101
IUDP
IMPEG2Codec
I
IMPEG2Codec
I
StreaminLIPTV_Group
I
Pair 10
I
Pair 11
1192.168.1.131
1192.168.1.101
I
Pair 12
1192.168.1.101
1192.168.1.131
IUDP
IUDP
I
Pair 13
1192.168.1.101
I
IVOIP_GrOup
Itair4
Ipair6
I
I
1192,168.1.131
1192.168.1.101
IRTP
1192.168.1,131
7
Pair
IUDP
I
1192.168.1.131
~ir5
1192.168.1.131
1192.168,1.101
1
1192.168.1.101
1192.168,1.101
1192.168.1.101
IRTP
IRTP
~~ir9
1192,168.1.101
I
'-1192.168.1.131
I
I
IPTVv_lM.scr
IrPTvv_IM,Scr
I
IPTVv_lM.scr
I
I
I
Emu!ierler
@IRT-SGSpeicherund
Tnple-Play Datenverkehr
IPTVv_1M.scr
1
I
IG.711U
I
I
I
G.729
G.726
IG,711U
I
IG.729-'-~
IRTP
I
G.726
IRTP
I
Tabel!e6:
I
I
RTP
1192.168.1.131
1192.168.1.131
I
I
I
!pair8
I
1
zur Qo5-Messung.
Netze Hermann lipferl Dezember 2006
Seite 35 von 47
Average
(Mbps)
IGrOUP/pair
13,679
BaseLine-Group
Minimum
(Mbps)
1°.409
Maximum
(Mbps)
NoGroup
Streaming_IPTV_Grou
p
Measured
Time (sees)
Relative
Precision
I
I
I
10.516
1°,409
1°.635
1°,004
1119.655
1°.800
1°,744
10.477
11,095
1°,005
1119,473
1°,721
12,513
12,138
12,962
1°,023
1119.731
1°,916
118.343
13.738
13.763
I
I
I
I
I~
I~
I~
I~
I~
95%
(onfidence Interval
12.962
I
I~
I~
I~
Throughput
13.750
13,739
13,762
1°,002
1120,046
10.041
13.750
13.739
13.759
10.001
1120,052
1°,033
13.750
13.739
13,760
10.001
1120,046
1°,032
13,750
13.739
13,763
10.001
1120,046
1°,036
13,750
13,738
13,763
1°,001
1120,056
1°,038
FF~I
11
11,000
10.998
11.003
10.000
I
Pair 11
11.000
1°.997
11.004
1°.000
Ipair12
11,000
10.998
11,004
10.000
-)122.669
)°,030
Ipair13
11,000
1°,999
11.007
1°,000
)122.666
1°,037
IVOIP_Group
1°,203
1°,008
1°,064
I
I
II
Pair 10
I
1122.650
1°,040
1122,663
)°,034
Ipair4
1°,064
1°,064
1°,064
1°,000
1119.992
1°,056
IpairS
jO.008
jO.008
1°,008
1°,000
1119.989
1°,056
Ipair6
10,032
10.032
1°,032
10.000
1119.982
10.056
!Pair7
1°,064
1°,064
1°,064
1°,000
1119.983
10,037
10.008
10.008
-ro.ooo
1119.985
!M47
1°,000
1119.985
1°,045
~j~8
~IO,OO8
~
1°,032
1°,032
1°,032
Irolal5;
[26,224
1°,008
13.763-I
Tabelle 7; Einze/- und Gesamfdurchsatz
II~T
der am Ort] gemessenen
~ IRT- SG Sp~icher und Netze Hermann lipfert Dezember 2006
j
Datenraten
Seite 36von 47
II~T
Throughpul
3.S886
-..
3.60ro
...
'---~:-='i-' "'-~:,:,,:,=::,,:-=-::,::,~-
...~=:---
_n
32078
- --'-
-.-
n
"
"'-~'.-r
i------
J
.--
--i--
!
2.8078
!
I ,!\Icv.iI(\A~jl1Ai<
v
"-V ---vl+'(-tv'-v--v-~-----
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--1-----
2,4078
ß"Z,0078-"
>
1.6078-
1------
I
!
J
.+
,-
1.2078
A
!
f
0,8078
0,4078
0.0078
0:00:00
ü,OO,20
0:01:00
0:00:40
O:01AD
0:[11:20
0:02:000:02:10
Elopsec!lime(l1:mm:ss)
AbbHdung 29.. Throughput Ttipfe-Piay am Ort} - Produkt Trendnet
Aus der Tabelle 7 sind die einzelnen Datenraten und die Gesamtdatenrate von 26 Mbps ersichtlich.
Die MPEG2-5treams mit je 3,75 Mbps werden sauber ohne Einbruch der Datenrate übertragen (oberstegestrichelte linien
in Abbildung 2I/.Auch die vierIPTV-Streamsmit je 1Mbps laufen störungsfrei (siehe gerader Kurvenvertauf bei 1Mbps).
Der Jitter lag am Ortl äußerst niedrig unter 2ms - Probleme sind hierfrühestens
-P",,14
."Pair15
-P~i,6
-P..,,5
."p..ir16
-P~ir7
RFC 1889 Jitler
3,1500
3,0000
P,i,18
-Pdi,9
P~i,17
-P",,8
.~.
--t
ab 50ms zu erwarten.
P",,4
,,,
2.7000
2.4000
2.1000
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1.8000
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1.5000
L--
c
::1,2000
0,9000
0,6000
0.3000
0,0000
000:00
,
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I
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\\
\,
OOCl2ü
0:00:40
0:01:00
ClOUO
00140
0:02:00
0:02:10
EI~p$ed1ime(h:mmss)
Abbildung 3D: jitterbei Tdple-Pfayam OrtJ- Trendnet.
Die MOS-Werte
der VolP-Verbindungen
ausgezeichneter
Sprachqualität.
entsprechen
am Ort1 ausgezeichneter
Qualität. Werte über 4 entsprechen
Seite 37 von 47
hier
II!T
MQS Estimale
4.4200
4.4000
-t
-
-+-
4.3500
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4.3200
.
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0:00:20
00040
001:00
0:01:40
0:01:20
0:02:000:02:10
Elapsedtme(h:mrn:ss)
Abbildung 31: M05-Werle fiirdie VOIP-Verbindungen 0111- Trendnet
Das One-Way-Delay
ist liegt mit unter 4 ms äußerst niedrig.
One-Way Delay
52500
5.0000
+-
---~--
I
4.0000
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3.0000
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+------
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0.0000
0:0000
0:00,20
0:00,40
O,Ol;()o
0:01:20
0:0140
0:02:000:0210
Ele.psedtime(hmmss)
Abbildung 32: One-Way De/ay- OrtJ- Trendnet
5.5.3
TripLe-Play am Ort4
Die fünf MPEG2-Streams (mit je 3,75 Mbps) wurden hier erst gar nicht mehr mit übertragen. Am übrigen Datenverkehr
sieht man starke Verluste. Abbildung 28 zeigt die Einbrüche bei den IPTV-Streams. Eine "sinnvolle" Übertragung ist hier
nicht mehr möglich. die Übertragungsperformanz
und -qualität ist an diesem Empfangsort nicht mehr ausreichend.
@IRT
-
SGSpeicher und Netze Hermann lipfert Dezember 2006
Seite38von 47
-
P~10
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1'..2
-P~~4
1'''''
1'.13
-P!.5
Plli-12
Pa;' 11
-Poil7
-Pair6
II~T
-1'..6
-P~i,9
Throughput
1.1549
1.1013
um'
...n
'.801'
0.7013
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0.5013
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'.801J
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Abbildung
I
.....
&00:20
33:: Trip/e-P/ayam
Die Mos-Werte
0:01:00
O:CI1:20
,
nObal
0:02:00
0:02:10
Ort4 ohne MPEG2 Signale - Trendnet.
der VoIP-Verbindungen
sind teiLweise sehr
wäre zeitweise unmögLich.
bzw. eine Sprach verbindung
-P.!O~
I-PIlir4
~---,
schlecht, das heißt die VolP-Gesprächewären stark gestört.
-p".,
-1'..8
-1'.7
-Pair6
MOS Estimate
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4.4000
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0,6000
0.4(0)
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00020
0"00:40
0:01:00
0:01:20
0:01:4iI
0:02:00
0:02:10
Abbl1dung
34.:' MOS Werfe zeigen stark gestörte VoIP-5igniJleiJm Ort4 - Trendnet
Das One-Way Detay geht teilweise bis in den Bereich von einer bis zwei Sekunden!
@IRT
- SGSpeicher und Netze Hennann Liptert Dezember 2006
Seite 39 von 47
l-p~ir4
-P~irE
-P"ir5
-p
-Pair?
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II~T
-Pa;,9
Delay
One-Way
3.064
2.700
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2.400
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2.100
,
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0,00:20
0:004[1
001:00
0:[11:20
EI~p$ed lime (h:mm:ss)
OJJ2:00
0:01:40
0:02;10
35:: One- Way Oe/ay am Ort4 - Trendnet.
DerJitter hat stark zugenommen und erreicht Spitzenwertevon 180ms!
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-P<oiro
-Pai,S
-P~ir7
-POlS
-P."g
RFC 1889 Jitter
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181.00
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161,00
\
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{;121,OO
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21,00
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0:00:00
000:20
OOOAO
001:00
0:01:20
001:40
(W200
0:02:10
Elapsedtime(h:mm:$S)
Abbildung 36: filter am Ort4 - Trendnet
Entsprechend treten teilweise erhebliche Datenverlusteauf.
@IRT- SGSp~ich~r und N~tze H~rmann lipfert Dezember 2006
Seite40von47
II~T
Lost data
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O:ü1:00
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O:Ol:2ü
0[12:00
0:02:10
EIe.ps~dtime(h:mm:$S)
37; Lost Data bei den Triple-Play Messungen am 0114.
Abbildung
DieDurchsatzwertean den Messorten 5 und 6 gehen weiter zurück. Entsprechend steigen Delay, Lost data und Jitter an.
Der MOS-Wert zeigt. dass VoIP faktisch nicht mehr möglich ist. Geht man allerdingsin der Übertragungsdatenrate
auf
sehr niedrige Werte zurück, profitiert entsprechend die Qualität der verbleibenden Übertragung.
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MPEG2coo,o MPEGlNOIgoorUSB
MPE~2cod<cMPE(i2NOIgoorU$B
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IV11"
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192.16312
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-P..1MPEG2N_IJS8
-P..1..IotPE~2N<I9'''1J>8
-P..3..VolP~"_USB
-P..-<--VolP~"_USB
-.o.,i,5 \f.,jo.'I"".~~oB
-P..S-Y~PN"_U59
Throughput
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I
Jj:.i3<.XIA:."
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4.0000
-g-3.00oo
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001:10
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Eod,D/;,''-''005.15,'6:53
Run'm'''C/J,o"ozl.",,'oc'''''I*<<>n
Abbildung 38; Zwei MPEG2 5treams und 2 bidirektiona/e VolP-Verbindungen mit unterschiedlichen (odecs als Messsigna/e sollen
Auskunft
über die noch erreichbare
EmpfangsquaHtät
an Orten mit kn'tischen
[) IRT- SGSpeicher und Netze Hermann Upfert Dezember 2006
Empfangsbedingllngen
geben.
Seite 41 von 47
5.5.4
Einige Messergebnisse
Nelgear
II~T
Drall-n (20M Hz-Kanal)
Ein Beispiel für die noch erreichbare Qualität von Video-Streams und VoIP-Verbindungensei am Beispiel des Netgear
Draft-n-Routers in Verbindung mit dem Draft-n-USB-Adapter verdeutlicht: Dargestellt sind die Ergebnisse am Messort 4.
der vom Sendestandort des Routers auf direkter linie durch insgesamt 4 Zimmermauern getrennt ist.
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Abbildung 39: Die eingestellte Streaming-Datenrate von je 5Mbps wird an diesem Messort bei beiden MPEG-Streams CJl1chnoch
wirklich übertragen.
@IRT
- SG Speicher
und Netze Hennann
Upfert Dezember 2006
Seite 42 von 47
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Abbildung 40: Die gemessenen M05 Werte zeigen eine stark schwankende 5prachqua/itfit In den Bereichen MOS k!einer als 2.5 ist
ein Gespriich stark gestik!. 6n MD5 Wert zwischen 1 und 2 bedeutet, die Verbindung ist unterbrochen.
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@IRT - SGSpeicher und Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite 43 von 47
II~T
AbbJ1dung 41: Die kritischen Empfangsbedingungen
Niedrige
sind auch durch Schwankungen des One-Way-De/ays Oitter) gekennzeichnet
MOS Werte hängen direkt mit Deiay und }fIle! zusammen.
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42: Auch der Ver/ust von Übertragenen
""ZOOO, 15"6:51
Streamingdaten
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00,03,02
~o
'''''
"mo~"'"
(Lost Oata) am Messort4 korreliert mit jitter lind Oe/ay
Man erkennt deutlich den Zusammenhang zwischen aufgetretener Übertragungsverzögerung
(One-Way-Delay) und der
Verlustrate an Daten (tost data). Entsprechend sind auch die MOS-Werte an den Stellen hoher Datenverluste am
schlechtesten.
(f) IRT - SG Speicher und Netze Hermann Upfert Dezember 2006
Seite 44von 47
6
Zusammenfassung
II~T
der Messungen
Pre-n versus
Draft-n
35
30
25
20
"
I
LOS
Radius
3m
8 Suffalo A;rstatioo
O1ipVVPA-lKIP
MIIVIOpre-n
. Buffalo
D"aft.-N WZR-G3OON-
Airstatic<:1
rrit.A.ig::r
PC-Card WlJ-CB.G3OON
011
012
013
014
015
016
Radius Radius Radius Radius Radius Radius
ca 12m ca,16m ca 16m ca.16m ca.2&n ca40m
Das niederschmetternde Ergebnis eines direkten Verg/ekhs: Draft-n ist nur im Nahbereich besser. Unter schwieligeren Sende- und
Empfangsbedingungen sch/J"gt die Pre-n- Technik lIonAirgo die Draft-n- Technik lIonSuffa/o jedoch um Liingen!
Die blau dargestellten Balken zeigen die leistungsfähigkeit des seit über einem Jahr auf dem Markt befindlichen
Pre-nChipsatzes. Was an Draft-n auf dem Markt ist, scheint zu ignorieren, dass die True-MIMO-Technik von Airgo Networks
besonders
unter schwierigen Sende- und Empfangsbedingungen eine deutliche Steigerung an Durchsatz erbracht hatte.
zu hoffen, dass der hoffnungsvolle Technik-Ansatz von Airgo Networks nach deren Übernahme durch Qualcom doch
noch Einzug in den Standard IEEE802.11n findet und nicht an patentrechtlichen Querelen scheitert. Denn das, was zu
dessen Entwurf. dem Draft-n, kompatibel ist, bleibt stellenweise weit hinter den Erwartungen zurück.
Bleibt
(g IRT- SGSpeicher und
Netze Hermann
Seile 45 von 47
7
II~T
Fazit
Mit MIMO-OFDM ist für drahtlose und mobile Übertragungsverfahren
ein neuer Stern am Himmel aufgegangen, dessen
Potential, die spektrale Effizienz zu steigern, bisher durch keine andere Technik erreicht wurde. Alternativ zur Erhöhung
der spektralen
Effizienz kann MIMO auch zu einer Verringerung der Sendeleistung bei gleich bleibenden
Versorgungsbereichen eingesetzt werden. Der Einsatz der MIMO-Technik in Übertragungssystemen der Zukunft für
Broadcast-, Multicast- und Unicastversorgungwird durch die dann mögliche Reduzierung von Sendestandorten auch für
Rundfunkanstalten
zum business (ase. Dieim IRTdurchgeführten Messungen zeigen auch wie in [9] beschrieben. sehr
gute MIMO-Eigenschaftenbei direkter Sichtverbindungim Indoor~Bereich.Wichtigist. dass genügend Reflexionenund
damit der "gewinnbringende Mehrwegeempfang" entsteht. Was ein Jahrhundert lang in der Funktechnik als Ärgernis bei
der Übertragung angesehen wurde. gereicht durch intelligenten Einsatz von Physik und Mathematik dem Anwender zum
Nutzen. Denn bei der Signa!übertragung geht es immer analog zu - digitale Bits entstehen erst beim Ausrechnen.
Sl"itl" 46 von 47
II~T
8
Quellenangaben
[1]
Dirk Wübben, "Effiziente
[2J
Working Group 8, "Space-Time signal Processing and MIMOSystems", White Paper 2004
[3]
Datacomm Research Company, "Using MIMO-OFDM Technology to boast Wireless lAN Performance today", White
Detektionsverfahren
für Multilayer-MIMO-Systeme",
DissertationUniversitätBremen 2005
Paper 2005
MIMO-OFDM Wiretess Communications",
[4]
IEEE, "Broadband
Invited Paper 2004
[5J
Helmut Bölcskei. "Principles of MIMO-OFDM WirelessSystems",SwissFederalInstitute ofTechnology
[6]
Helmut Bölcskei, "MIMO-OFDMWireless Systems: Basics,Perspectives,and Challenges",CommunicationTechnology
(ETH) Zürich
Laboratory ETH Zürich
[7]
Heiko Schmidt, "OFDM für die drahtlose Datenübertragung
innerhalb
von Gebäuden",
Dissertation
Universität
Bremen 2001
[8]
[9]
Xiang, Waters, Bratt, Barry, Walkenhorst,
"Implementation
Receiver OFDM/BLASTTestbed",
IEEE Communicatin
Wojciech Kuropatwinski-Kaiser,
"MIMO-Demonstrator
and Experimental
Results of a Three-Transmitter
Three-
Magazine 2004
basierend auf GSM-Komponenten"
[10] http://www.tomsnetworkina.de/content/tests/i2005a/test
asus wl 530a/paae8.html
[11] http://www.tomsnetworkinq.de/content/tests/i2005a/test
belkin
pre n ds! router wlan/paae9.html
[12] http://www.tomsnetworkinq.de/content/tests/i2005a/testnetqearwpn824ranaemax/paqe2.htm
[13] http://www.tomsnetworkinq.de/content/tests/i2005a/testllnksvssrxdslrouterwlan/index.htm!
@IRT-SGSpeicherund
Netze Hermann Lipfert Dezember 2006
Seite 47 von 47
Technische Berichte des IRT
Titel der zuletzt erschienenen .blauen Berichte"
B 176/2001
B 177/2002
Autor
Bericht
Nr.~ahr
Rotthaler
Virtuelles$tudio (Projektabschlussbericht)
Eigenin1erferenzimGleichwellennetzVeritikationvonPrognosendufch
SchrammR.
Messungen
Schertz
Weck
B 178/2002
DVB-T mit Hierarchischer
B 179/2002
Inhaus-Versorgung
für T-DAB und DVB-T durch Indoor-Repeaterund OutdoorRepeater (Sender mit kleiner Leistung)
B 180/2003
Modulation
Flachdisplaysim Produktionsumfeld
(l)Die Bedeutung von Leuchtdichte, Kontrast
und Remissionsfaktor
Schwaiger
Irmer
B 181/2003
Messbencht über die digitale ReportageanlagejR-2000fJB-2000
Sipek
.8182{2003
VERSCHMELZUNG ODER "FEINDLICHE ÜBERNAHME"? Trends zum Verhältnis
von allgemeinem Rundfunk und individueller Information über das Internet
Mücke
B183/2003
DAB-Inhouse-Versorgung
Schmalzer
B 184/2003
DVB-TIndoor Messungen in BerlinParameter
Empfänger
B 185/2004
FlachdisplaysimProduklionsumfetd(2)AkuslischeStörstrahlung von Flachdisplays
Irmer
8186/2004
Qualität und Quantität von VOCP-Implementierungen
Wilcke
B 187/2004
des Übertragungskanals
Sender -
von Videoservern
OVB-T in Gemeinschaftsantennen- (GA) undGroßgemeinschaftsantennenanlagen
(GGA)
SchrammR.
Schmalzer
B 188/2004
Rundfunkempfangsstörungendurch Home-PLC-Systeme
Dinter
B189/2004
MarktbeobachtungDisplay-SchnittsteLlen
Ortgies
B 190/2004
FarbwiedergabevonFernseh-FlachdisplaysundProjektionsgeräten
Irmer
8191/2004
Empfindlichkeit von DAB-T-Empfängern
ErsleMessungen
8192/2005
gegenüber Impulsstörungen.
Eigenschaftenvon Flachdisplays:Fernseh-Bilderaufeinemgemeinsamenoder
mehreren einzelnen DispLays
- Broadcast Metadata exchal1ge Format. BMF
Baier
Schramm R.
Irmer
Ebner
8193/2005
Austausch von Meladaten
B194/2006
Farbwiedergabein HO - Farbräume und Farbraummanagement
Gierlinger
B195/2006
GMF4iTV: Neue Wege zur Interaktivität mit bewegten ObjekteIlbeimdigitalen
Fernsehen
Stall
ProbstM.
B196/2006
Weitverkehrsnetzein der Zuspielungund Verteitung- Was ändert sich mit HDTV? Berg

Institut für Rundfunktechnik II~T

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