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Wi-Fi 6 vs. 5G: Technik und Anwendungen

Worton

Übersetzer*in Felix
24. November 2020

5G-Netzwerke bieten 50x mehr Geschwindigkeit, 10x weniger Latenz und 1.000x mehr Kapazität als das Vorgängermodell 4G/LTE, wodurch eine schnellere Konnektivität für eine bessere Benutzererfahrung erreicht wird. Wi-Fi 6, die 6. Generation der Wi-Fi-Technologie. Mit einer theoretischen Bandbreite von 9,6 Gbps bietet sie höhere Geschwindigkeit, größere Kapazität, bessere Effizienz, größere Reichweite, geringeren Stromverbrauch, intelligentere Verwaltung und mehr Geräte, die gleichzeitig bedient werden können. Sowohl 5G als auch Wi-Fi 6 sind die neuesten Versionen ihrer jeweiligen Technologien. Was sind ihre Gemeinsamkeiten und Unterschiede? Und wie steht es um Anwendungen von 5G und Wi-Fi 6?

Wi-Fi 6 vs 5G Comparison

Konnektivität der nächsten Stufe: Wi-Fi 6 vs. 5G

Beide sind für drahtlose Verbindungen konzipiert. Die Unterschiede zwischen diesen beiden Technologien liegen in verschiedenen Aspekten. Der folgende Teil konzentriert sich auf die Techniken und Merkmale und vergleicht und kontrastiert Wi-Fi 6 und 5G.

Gemeinsam genutzte Technologien

OFDMA

Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) hat sich aus OFDM entwickelt. Normalerweise wird beim Senden von Daten unabhängig von der Größe der Pakete der gesamte Kanal belegt. Der Mehrfachzugriff wird mit Hilfe von OFDMA erreicht, indem einzelnen Benutzern Subcarrier zugewiesen werden, was eine gleichzeitige Übertragung mit niedriger Datenrate von mehreren Benutzern ermöglicht. Das folgende Diagramm zeigt visuell die bemerkenswerte Stärke von OFDMA im Vergleich zu OFDM:

OFDM vs OFDMA

Ohne Warteschlangenbildung oder Kanalvorbelegung konnte OFDMA die Verzögerungen weitgehend reduzieren und die Effizienz verbessern, was ideal für Multi-User-Szenarien ist, wenn eine große Anzahl kleiner Datenpakete übertragen wird. Wi-Fi 6 wendet diese Technik einfach an, um die Effizienz der Spektrumsnutzung zu erhöhen. Die von 5G verwendete standardmäßige Luftschnittstellentechnologie ist ebenfalls von OFDM abgeleitet und weist in Bezug auf Unterträger und Frequenzbandbreite ein ähnliches Design wie OFDMA auf.

MU-MIMO

MU-MIMO steht für „Multi-User, Multiple Input, Multiple Output“. Das Funktionsprinzip von MU-MIMO lässt sich im Wesentlichen folgendermaßen zusammenfassen: ein drahtloses Netzwerk, das das gleichzeitige Senden und Empfangen von mehr als einem Datensignal über denselben Funkkanal ermöglicht, wodurch die Datenkapazität eines Schmalbandnetzwerks erhöht wird, ohne dass mehr Spektrum benötigt wird.

Wi-Fi 6 verbessert diese Technologie und erweitert sie, indem es Uplink-MU-MIMO unterstützt, das bis zu 8x8 Antennen-Arrays ermöglicht als Wi-Fi 5. 5G übernimmt diese Technologie ebenfalls, rüstet sie aber zu „Massive MIMO“ auf. Wie der Name schon sagt, kann die Anzahl der Antennenanschlüsse bis zu 64T64R (64 Sende- und 64 Empfangsantennen) betragen, um eine größere Reichweite zu erzielen. Die Geräte können auch als "3D MIMO" bezeichnet werden, da sie sowohl horizontale als auch vertikale Richtungen unterstützen.

MU-MIMO vs Massive MIMO

Besondere Merkmale von Wi-Fi 6 & 5G

Spektrum-Nutzung

2,4 GHz und 5 GHz sind die beiden Frequenzbänder, die Wi-Fi 6 überträgt. Das 2,4-GHz-Band wird häufig als drahtlose Frequenz verwendet, jedoch mit hohen Interferenzen. Das 5-GHz-Wi-Fi-Frequenzband ermöglicht höhere Geschwindigkeiten und einen besseren Schutz vor Interferenzen. Aufgrund der höheren Frequenz ist die Übertragungsdistanz jedoch geringer. Mit der Ermöglichung von mehr Frequenzbändern kann Wi-Fi 6 in der Zukunft umfassend entwickelt werden.

5G-Frequenzbänder können in zwei Kategorien unterteilt werden. Die Frequenzbänder unter 3 GHz wurden in bestehenden Netzwerken mit unterschiedlicher Nutzung eingesetzt. Infolgedessen werden die 3,5-GHz-Frequenzbänder hauptsächlich im 5G-Zeitalter genutzt. Die unter 6 GHz liegenden Bänder können auch für 5G-Anwendungen genutzt werden, was eine bessere Abdeckung ermöglicht.

Gegenwärtig sind die von Wi-Fi genutzten Frequenzbänder kostenlos, was bedeutet, dass jede Person oder Firma diese Bänder ohne Registrierung nutzen kann. Im Vergleich zu Wi-Fi ist das 5G-Frequenzspektrum eine strategische Ressource, die nur an Träger des Landes verkauft werden kann. Tatsächlich haben einige Regierungen damit begonnen, 5G-Spektren an Unternehmen für die Kombination von Telekommunikations- und vertikalen Industrien zuzuweisen, aber die gemeinsame Nutzung des Spektrums wird immer noch als ein Problem betrachtet, das berücksichtigt werden muss.

Netzwerk-Geräte

Eingebettet in die Wi-Fi-Funktion können unzählige Geräte wie Smartphones, Laptops, Drucker, Projektionsfernseher auf persönliche oder Unternehmensnetzwerke zugreifen. Aktuelle WLAN-APs unterstützen IoT-Protokolle, so dass diese Geräte direkt mit dem Wi-Fi-Netzwerk verbunden werden können. Wenn einige der Geräte kein Wi-Fi unterstützen, sind sie möglicherweise auf RFID, ZigBee oder Bluetooth angewiesen. Im Gegensatz zu Wi-Fi legen die 5G-Netze mehr Wert auf die Priorisierung persönlicher mobiler Endgeräte, so dass die meisten Mobiltelefone und einige Tablets über SIM-Karten auf Mobilfunknetze zugreifen können.

Netzwerk-Stabilität

Möglicherweise stellen Benutzer fest, dass Wi-Fi-Netzwerke weniger stabil zu sein scheinen als Mobilfunknetze. Das liegt daran, dass die Wi-Fi-Frequenzbänder öffentlich und anfällig für Interferenzen sind, so dass Konflikte auftreten werden, wenn die Zahl der Benutzer steigt. OFDMA und MU-MIMO, die in Wi-Fi 6 übernommen wurden, werden dieses Problem wirksam lösen, indem sie die Netzwerkeffizienz und -kapazität verbessern. Daher steigt die Stabilität des drahtlosen Netzwerks in der Wi-Fi-6-Ära dramatisch an und steht der 5G-Ära in nichts nach.

Netzwerk-Flexibilität

Wi-Fi-Netzwerke sind flexibel und bequem zu implementieren und zu erweitern. Wenn mehr Benutzer involviert sind oder eine größere Abdeckung erforderlich ist, besteht der Bereitstellungsprozess darin, APs hinzuzufügen und Richtlinien anzupassen, um die Netzwerkressourcen, auf die verschiedene Arten von Terminals zugreifen können, sowie deren Zugangsbandbreite zu kontrollieren. Die neuen Terminals können einfach auf das Wi-Fi-Netzwerk zugreifen. Dazu muss ein Konto eingerichtet werden. Bei einem 5G-Netz muss jedoch der Zugriffsverkehr aller Terminals über das Netz des Netzbetreibers laufen, was zu einer ineffizienten Übertragung führen kann. Wenn ein neues Terminal versucht, auf das Netzwerk zuzugreifen, ist die Beantragung einer Lizenz ein Muss. Darüber hinaus müssen die Netzbetreiber helfen, wenn eine Erweiterung der Netzabdeckung erforderlich ist.

Netzwerk-Sicherheit

WPA3, die nächste Generation der Wi-Fi-Sicherheit. Es ist für Wi-Fi 6-Geräte unverzichtbar und macht Wi-Fi 6 noch sicherer. 5G stellt sicher, dass die Authentifizierungsanforderungspakete der Benutzer verschlüsselt werden, und löst damit das Problem der von 4G hinterlassenen Benutzerdatenlecks. Darüber hinaus erhöht 5G auch die Sicherheit, indem die Länge des Keys von 128 Bit auf 256 Bit erweitert wird. Ein längerer Key bedeutet höhere Sicherheit.

Vergleichstabelle: Wi-Fi 6 vs. 5G

Artikel Wi-Fi 6 5G
Modulation 1024QAM 256QAM
MIMO 8T8R/12T12R-8 Streams Innenbereich: 4T4R-4 Streams
Außenbereich: 64T64R-16 Streams
Typische Frequenzbandbreite Campus: 80 MHz
Haushalt: 160 MHz
100 MHz (insgesamt)
Frequenz Kostenlos, ohne Einschränkung Begrenzt, kontrolliert von Netzbetreibern
Rate pro Benutzer 100Mbps 100Mbps
Interferenz Nicht lizenziert, Interferenzen vorhanden Lizenziert, keine Interferenzen
Terminal-Typen Verschiedene Unternehmensterminals (PCs, Projektoren, Überwachungsgeräte usw.) Hauptsächlich mobile Endgeräte, einige Enterprise-Geräte mit eingebetteten SIM-Karten
Sicherheit Garantierte Sicherheit Interface Sicherheit
Management Personal Netzbetreiber
Bereitstellungszeitraum KMU: innerhalb eines Monats, abhängig von der spezifischen Größe
Großunternehmen: 2-3 Monate
LAN: 4-5 Monate
WAN: 1-1,5 Jahre
Kosten Günstig für Enterprise-LAN Relativ teuer für Enterprise-LAN

Next-Gen Anwendungen: Wi-Fi 6 vs. 5G

5G ist der neueste Trend in der Telekommunikationsbranche und kommt immer mehr Nutzern zugute. Wenn 5G sowohl das Innere als auch das Äußere von Komplexen abdecken kann, wird dann keine Wi-Fi-Technologie mehr benötigt? Wird 5G die Wi-Fi-Technologie verdrängen? Die folgende Analyse wird zeigen, wie sich diese beiden Technologien von einander unterscheiden und sich ergänzen.

Wi-Fi 6 vs 5G Application

Abdeckung von Innenräumen

Einerseits können sowohl 5G als auch Wi-Fi 6 in der täglichen Netzwerkverbindung innerhalb des Gebäudes eingesetzt werden. Im Allgemeinen kann 5G einen Terminal pro Quadratmeter aufnehmen, was einer Million Terminals pro Quadratkilometer entspricht. Daher eignet sich diese Lösung nicht für Standorte, an denen jeder Benutzer mindestens zwei Terminals besitzt, oder für einige Gebiete mit hoher Dichte. Mit der flexiblen Wi-Fi 6-Lösung lässt sich dieses Problem leicht lösen. Drahtlose APs sind für die meisten Benutzer eine gute De-facto-Wahl. Die Sendeleistung des AP kann kontrolliert werden, um den Abdeckungsbereich zu reduzieren. Daher können pro Quadratmeter zwei oder drei Terminals synchron an das Netzwerk angeschlossen werden. Außerdem können Richtantennen eingesetzt werden, um spezielle Bereiche mit hochdichten Zugangsanforderungen abzudecken.

Auf der anderen Seite können 5G und Wi-Fi 6 auch für IoT-Dienste eingesetzt werden. 5G Massive Machine-Type Communications (mMTC) ist für den Anschluss massiver IoT-Geräte ausgelegt. Aufgrund der unterschiedlichen IoT-Protokolle, die für verschiedene Anwendungen erforderlich sind, ist es jedoch schwierig, 5G-NICs direkt auf den für die Kommunikation erforderlichen Geräten zu installieren. Die meisten WLAN-APs haben inzwischen integrierte Funktionsmodule wie RFID, ZigBee und Bluetooth und können über externe Karten mehr IoT-Protokolle unterstützen. Die Kombination von IoT mit Wi-Fi wird eine kostengünstige Lösung bieten, die Wi-Fi für Szenarien in Innenräumen mit massiven IoT-Geräten fit macht.

Abdeckung von Außenbereichen

Typischerweise wird Wi-Fi 6 im Freien hauptsächlich verwendet, um Benutzer in einigen Szenarien mit hoher Dichte wie Parks und Spielplätzen zu versorgen, während 5G besser geeignet ist, um eine großflächigere Abdeckung im Freien wie z.B. landschaftlich reizvolle Orte zu bieten. 5G-Makro-Basisstationen für den Außenbereich übertreffen Wi-Fi 6 sowohl bei der Reichweite als auch beim Roaming. Daher ist 5G jetzt die optimale Wahl für die Unterstützung von autonomen Autos, Drohnen und einigen IoT-Geräten (wie z.B. intelligente Straßenlampen) in intelligenten Städten.

Die folgende Skizze zeigt die typischen Anwendungsszenarien von Wi-Fi 6 und 5G sowohl für den Innen- als auch für den Außenbereich.

Wi-Fi 6 vs 5G_ Indoor and Outdoor Application

Anwendungen im Unterhaltungsbereich

Aufkommende Anwendungen im Unterhaltungsbereich wie VR/AR/4K/8K haben einen hohen Bandbreitenbedarf. Beispielsweise erfordert 4K eine Bandbreite von mehr als 50 Mbps, während VR/AR eine Bandbreite von über 100 Mbps erfordert.

5G verwendet zwei Hochfrequenzbänder zur Verbesserung der Benutzerbandbreite: Sub-6G und mmWave - ersteres unterstützt die maximale Frequenzbandbreite von 100 MHz, während letzteres mit 400 MHz arbeitet. Aufgrund ihrer großen Größe und des begrenzten Einbauraums werden in der Regel kleinere 4T4R-MIMO-Antennen statt der massiven 64T64R-Antennen verwendet. Da die Anzahl der eingesetzten Mikro-Basisstationen der Anzahl der APs entsprechen muss, sind die Kosten für die 5G-Abdeckung in Innenräumen entsprechend gestiegen.

Alle leistungsstarken Wi-Fi 6 APs unterstützen 8x8 MIMO mit drei sich nicht überlappenden Kanälen in der 80 MHz-Frequenzbandbreite. Ein Terminal, das theoretisch 2x2 MIMO unterstützt und dessen 80-MHz-Frequenzbandbreite eine Bandbreite von 1,2 Gbps bereitstellen kann, erfüllt problemlos die Bandbreitenanforderungen von VR/AR/4K. Dennoch ist 5G besser für latenzempfindliche VR-Anwendungen, bei denen immer nur ein Benutzer gleichzeitig beteiligt ist.

Industrielle Fertigung

Traditionell waren Hersteller nur in der Lage, Anwendungen über drahtgebundene Technologien zu verbinden. Mit dem Aufkommen von Geräten wie AGVs, Industrie-AR und Bildverarbeitung, die in großem Maßstab eingesetzt werden, sind drahtlose IoT-Netzwerke eine Notwendigkeit für Produktionswerkstätten geworden. Wi-Fi 6 mit hoher Bandbreite und niedriger Latenz kann die Anforderungen an industrielle Produktionsnetzwerke erfüllen, die für den drahtlosen Zugang in einigen intelligenten Produktions- und Fertigungsszenarien eingesetzt werden.

In einigen speziellen Situationen, in denen Anwendungen extrem latenzempfindlich sind, wie z.B. kollaborative Roboter, die eine Latenz von weniger als 5 ms benötigen, ist es nicht ratsam, die Daten solcher Anwendungen (die eine Latenz von weniger als 20 ms benötigen) über Wi-Fi-Netzwerke zu übertragen. 5G wird eine optimale Lösung für diese Art von Szenario bieten.

Wi-Fi 6 vs. 5G: Vor- und Nachteile

Wi-Fi 6 5G
Vorteile Mainstream Wireless Lösung für Unternehmen (Frequenzen, Endgeräte, einfache und flexible Bereitstellung, bessere Verwaltung, Kosten). Führende Wireless-Technologie. (MIMO, Dienst-Latenzzeit, Mobilfunk-Roaming, Außenabdeckung)
Nachteile Keine gute Leistung in groß angelegten Außenberichterstattungsszenarien.
Kann die Anforderungen an eine ultra-niedrige
Latenzzeit (< 10 ms) nicht erfüllen.
Höhere Kosten für Einsätze in Innenräumen.
Schwache Terminal-Kompatibilität.
Carrier müssen sich an der 5G-Einführung beteiligen.

Eine neue Ära des nahtlosen Wireless Access: Wi-Fi 6 und 5G

Die Wi-Fi 6- und 5G-Technologien werden tiefgreifende Auswirkungen auf alle Lebensbereiche haben. Auch wenn sich einige der Funktionen und Anwendungen von Wi-Fi 6 und 5G überschneiden, deuten doch alle Anzeichen darauf hin, dass es klüger ist, die Vorteile beider Technologien zu nutzen, und den Unternehmen den größtmöglichen Nutzen bringen wird.

Obwohl 5G kräftig wächst und mittlerweile in einigen vertikalen Branchen Einzug hält, dauert es noch eine Weile, bis es in den Unternehmen ausgereift und vollständig angewendet wird. Für die Wi-Fi-6-Technologie gibt es derzeit viele anwendbare Lösungen für Unternehmen in verschiedenen Bereichen. Das liegt daran, dass die Einführung der Wi-Fi-6-Technologie bei der Bereitstellung von Netzwerken dazu beitragen wird, die Netzwerke schneller aufzubauen und die Betriebskosten zu senken, was gleichzeitig den individuellen Bedürfnissen der Unternehmen besser gerecht wird. 5G-Netzwerke, die für hohe Roaming- und Latenzanforderungen geeignet sind, konzentrieren sich jetzt mehr auf öffentliche Netzwerke. Mit der Entwicklung der 5G-Technologie wird sie auch bei der Aufrüstung von Wi-Fi-Netzen eine wichtige Rolle spielen.

Für Wi-Fi 6 und 5G gibt es jeweils die am besten geeigneten Szenarien, bei denen keines das andere ersetzen kann. Die Kombination von 5G mit Wi-Fi 6 ist aufgrund ihrer komplementären Rollen ein unvermeidlicher Trend für öffentliche und private Netzwerke in der vorhersehbaren Zukunft.

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