Was ist eigentlich WLAN?

WLAN steht für ein Wireless Local Area Network, ein drahtloses bzw. schnurloses lokales Netzwerk. Diese Ungebundenheit erlaubt ungeahnte Möglichkeiten der Mobilität und des Komforts. Überall in Büros, wo Außendienstmitarbeiter an jedem beliebigen Arbeitsplatz ihr provisorisches Büro aufbauen, oder zuhause auf der Terrasse, im Hotel, oder in anderen öffentlichen Bereichen, wo der Internet-Zugang mittels eines mobilen Gerätes (Notebook, PDA usw.) genutzt werden soll, ist WLan eine sichere und einfache Lösung.
WLAN-Komponenten sind im Regelfall günstig zu erwerben und überall erhältlich.
Der Standard 802.11, um den es auf unseren Web-Seiten geht, hat alle anderen WLAN-Standard fast völlig verdrängt.


 Welches WLAN nutzt welche Frequenz?

An dieser Stelle soll nur eine kurze Übersicht gegeben werden, um die Auswahl der Antennen zu erleichtern; bitte beachten Sie auch die unterstützten Standards ihres WLan-Accesspoints/ Routers:

Standard	Frequenzen	max. Sendeleistung
802.11g-Standard	2,340-2,390 GHz	20 dbm (100 mW)
802.11b-Standard	2,340-2,390 GHz	20 dbm (100 mW)
802.11a/h-Standard	5,150-5,350 GHz	23 dbm (200 mW)
802.11a/h-Standard	5,470 -5,725 GHz	30 dbm (1 Watt)

Gute WLAN-Antennen und entsprechende Kabel steigern die Reichweite von Wireless Lan

Es gibt Antennen mit und ohne Richtwirkung. Die Abstrahlung einer rundstrahlende Antenne können Sie mit einer aufgehängten Glühbirne vergleichen, die einer Richtantenne mit einem Scheinwerfer.

Durch eine externe WLAN-Antenne lassen sich bei vielen Accesspoints und WLAN-Routern die Reichweite des Netzwerks und auch die Signalqualität deutlich erhöhen. Gleichzeitig steigt dadurch natürlich in den meisten Fällen auch der Datendurchsatz. Durch den Einsatz von Rundstrahlern kann man eine Rundumversorgung erreichen. Sektorstrahler werden hauptsächlich im Außeneinsatz verwendet, um von einem Punkt aus gezielt bestimmte Raum-Segmente zu versorgen
Mit einer Richt-Antenne kann gezielt ein bestimmter Bereich abgedeckt werden oder ein bis zu mehreren Kilometern entfernten WLAN-Accesspoint erreicht werden.

Richtantennen haben generell eine höhere Reichweite als Rundstrahl-Antennen, jedoch wie der Name schon sagt nur in eine bestimmte Richtung.

Antennengewinn (dbI oder dbD)

Jer höher der Antennengewinn desto mehr Leistung wird abgestrahlt und desto mehr wird das Empfangssignal verstärkt. Somit erhöht sich die Reichweite und der Datendurchsatz kann verbessert werden.
Der Gewinn entsteht im Sende- und Empfangsbetrieb. Zur Verbesserung einer WLan-Verbindung kann es daher oft schon ausreichen, auf einer Seite der Funkverbindung eine WLAN Antenne mit höherem Gewinn zu installieren.

Die Dämpfung (in db)

Dem Antennengewinn entgegen wirkt die Dämpfung des Antennen-Kabels, der Stecker und Adapter. Je länger das Kabel ist, desto größer ist der Leistungsverlust. Je höher die Frequenz, desto größer wird die Dämpfung. Dickere Kabel haben in der Regel eine geringere Dämpfung. Um bei einem WLAN die maximale Reichweite zu erzielen, sollte man den Weg vom Sender (Accesspoint oder Router) zur Antenne so kurz wie möglich halten und ein passendes Kabel mit niedriger Dämpfung verwenden.

Hier finden Sie eine Übersicht der gebräuchlichsten Koaxkabel für Wireless Lan mit den Dämpfungswerten bei 2,4 GHz (802.11.b/g) und 5,7 GHz (802.11a); 5470 MHz bis 5825 MHz (UNII, ISM und HiperLan)

Die Sendeleistung wird in dem logarithmischen Wert dbm angegeben. 1 Milliwatt entspricht 0dbm, 100 Milliwatt entsprechen 20 dbm. 3 db mehr bedeutet eine Verdopplung der Leistung.
Die Sendeleistung der Acesspoints liegt im Bereich von 2,4 GHz im Standard 802.11b bei ca. 15-20 dbm; im 802.11g bei ca. 13-18 dbm.
Im 5,7 GHz-Band liegen die Sendeleistungen je nach Modus und Gerät zwischen 13 dbm und 26 dbm (10 Milliwatt bis 400 Milliwatt).
Die an der Antenne abgestrahlte Sendeleistung ergibt sich aus:
Sendeleistung des Accespoints z.B. 13 dbm minus Dämpfung der Kabel und Adapter z.B. 5 dbm zuzüglich des Antennengewinns von z.B. 12 dbi ergibt 20 dbm abgestrahlte Leistung (100 mW).

Reichweiten

Die Reichweiten bei Wireless Lan hängen von mehreren Faktoren ab (siehe dazu auch unsere Anwendungsbeispiele):
1.) Verwendete Frequenz (802.11 b/g oder 802.11a/h)
2.) Das Gelände, die Sichtverhältnisse sowie der Aufstellungsort der Antenne
3.) Antennengewinn und abgestrahlte Sendeleistung
4.) Dämpfung der Kabel
5.) Qualität (und Empfangsempfindlichkeit) der Geräte (Router/Accesspoints)
6.) Benötigte Übertragungsbandbreite (2 MBit/sek bis 108 MBit/sek)

Man sollte bei der Reichweitenbetrachtung immer eine Reserve einrechnen, besonders wenn eine Verbindung über größere Strecken und im Freien aufgebaut wird, da Witterungseinflüsse, Vegetation oder sonstige Hindernisse, die evtl. auch nachträglich installiert werden, die Reichweite einschränken.

Die Reichweite ist beim 802.11b (11 MBit)-Standard höher als beim 802.11g-Standard (54/108 MBit).
Die nachfolgend aufgeführten Angaben sollen als Richtwerte für die Praxis dienen und sind nicht als maximale Werte zu sehen.

Beispiele bei WLan mit 802.11g-Standard:

Die angegebenen Reichweiten gelten nur für den Aussenbereich bei Sichtkontakt ohne in die Funkstrecke hineinragende Hindernisse. Bei diesen angegebenen Entfernungswerten liegt die nutzbare Bandbreite noch bei der maximalen Linkqualität des Accesspoints/Routers. Wenn z.B. 2 Mbit/Sekunde Übertragungsgeschwindigkeit ausreichen, kann mit den gleichen Geräten ca. die 3-fache Entfernung überbrückt werden.
Es ist anzuraten zu Gunsten einer hohen Betriebssicherheit immer Reserven von 100% einzuplanen! Wenn die Gegebenheiten allerdings ungünstiger sind oder sehr große Strecken mit WLan überbrückt werden sollen, kann ein Empfangsverstärker auf beiden Seiten eingesetzt werden (Kosten-Nutzen Relation beachten).
Bezüglich der abgestrahlten Sendeleistung liegen die oben genannten Praxiswerte im Bereich von 16 dbm bis zu 20 dbm (ca. 40 - 100 mWatt). In Deutschland sind bei grundstücksüberschreitendem WLan im 2,4 GHz-Band max. 20 dbm (100 Milliwatt) im 5,7 GHz-Band maximal 30 dbm (1000 Milliwatt) abgestrahlte Sendeleistung erlaubt.
Durch den Einsatz der oben bereits genannten Empfangsverstärker auf jeder Seite kann die Reichweite auf bis das Vierfache gesteigert werden, ohne die zulässige abgestrahlte Sendeleitung zu überschreiten.

Hier finden Sie detailierte technische Informationen zu den verschiedenen W-Lan-Frequenzbändern und den erlaubten Sendleistungen für Europa in der Neufassung vom 1.11.2005.

Software zur Einrichtung und Fehlersuche

NetStat Live - Geschwindigkeitsmessung
Die Software NetStat Live von AnalogX ist ein gutes Freeware-Tool zur Messung von Netzwerkverkehhr (traffic) und Geschwindigkeit.
Die Anzeige der Werte erfolgt in Echtzeit und lässt sich auf Bit und Bytes einstellen. Netstat Live eignet sich hervorragend um den Datendurchsatz in einem WLAN zu messen. Man überträgt hierzu einfach eine große Datei über das WLAN-Netzwerk und beobachtet dabei die Durchschnittsanzeige der Geschwindigkeit.
NetStat Live gibt es im Netzwerk-Bereich der AnalogX Homepage zum Download .


Netstumbler - WLAN Scanner
Netstumbler ist ein von Marius Milner entwickeltes WLAN-Monitor-Programm. In der neusten Version arbeitet es problemlos mit so ziemlich allen gängigen Wireless LAN Karten zusammen.
Netstumbler scannt die WLAN-Kanäle und ist in der Lage verfügbare Netzwerke und Accesspoints anzuzeigen und eignet sich somit hervorragend zum Aufspüren von Hotspots.
Im Vergleich zum Windows Service listet Netstumbler alle Accesspoints eines WLANs einzeln auf und zeigt auch deren Signalqualität an. Anhand der Mac Adressen lassen sich die Accesspoints identifizieren, die Anzeige der Signalqualität ermöglicht eine bessere Ausrichtung von Antennen und hat sich daher gerade bei der Installation von Richtantennen als wichtiges Tool hervorgetan.
Weitere Features von Netstumbler sind darüber hinaus die Anzeige des Kanals der einzelnen Geräte, deren Verschlüsselungstyp, deren Verbindungsgeschwindigkeit und im Zusamenspiel mit einem GPS-Gerät auch deren ungefährer Standort.
Netstumbler kann als PC und PDA-Version von der Homepage http://www.stumbler.net
von Marius Milner heruntergeladen werden.



WLan-Endgeräte

Am Markt gibt es eine Vielzahl von Systemen mit den unterschiedlichsten Einsatzschwerpunkten.
Die mit Abstand am weitesten verbreiteten Systeme benutzen den 802.11b oder 802.11g Standard zur Datenübertragung.
Alle diese Geräte arbeiten somit auf dem genehmigungsfreien Frequenzband von 2,4 GHz. Der 802.11a und h-Standart mit Frequenzen ab 5,4 GHz unterliegt speziellen Bestimmungen.
Die Brutto-Datenrate beträgt 11, 22, 54 oder 108 MBit pro Sekunde (b und g-Standart, Stand Juli 2004).
Die Netto-Datenübertragungrate von Punkt zu Punkt bertägt 3. 6, 16 oder bis zu 40 MBit/Sek (Durchschnittswerte).
Die Letztgenannte erreicht somit fast die Geschwindikeit eines kabelgebundenen 100 MBit Ethernet-Netzwerkes.



WLAN Standards und Spezifikationen

Ständig werden neue WLAN Standards und Spezifikationen entwickelt um die WLAN-Technik schneller und besser zu machen. Nachfolgend finden Sie die entsprechenden Erläuterungen.

IEEE 802.11a - 54 MBit pro Sekunde - 5 GHz-Band (neu geregelt ab 1.11.2005- siehe unten)
WLAN Standard von 1999 welcher im 5 GHz Bereich angesiedelt ist und durch den Frequenzbereich (Frequenzen von 5,725 GHz bis 5,850 GHz) relativ störungsfrei ist. Leider gibt es in dem Frequenzbereich auch Netze des Militärs und zur Flugsicherung. In Europa sind die Geräte daher nur für den Einsatz innerhalb von Gebäuden und mit einer gedrosselten Sendeleistung zugelassen. Die Reichweite ist sehr gering und liegt innerhalb von Gebäuden zwischen 20 und 30 Metern bei einer maximalen Übertragungsrate von 54 MBit pro Sekunde. Ab 2004 wurde eine Erweiterung des IEEE 802.11a-Standards eingeführt: IEEE 802.11h (siehe unten).

IEEE 802.11b - 11 MBit pro Sekunde - 2,4 GHz-Band
Ebenfalls ein Wireless LAN Standard von 1999 welcher im 2,4 GHz Bereich angesiedelt ist. Trotz der im Vergleich zu IEEE 802.11a geringen Übertragungsrate von 11 MBit pro Sekunde ist dieser WLAN-Standard wesentlich verbreiteter und findet sich an vielen Universitäten und auch bei öffentlichen WLAN Hot-Spots wieder. Die Vorteile sind unter anderem die höhere Reichweite von bis zu 1000 Metern, die mit externer Antenne im Outdoor-Einsatz erreicht werden kann, und auch die Kompatibilität zum IEEE 802.11g Standard. Ein wesentlicher Nachteil von IEEE 802.11b ist jedoch das Frequenzband. Da bei 2,4 GHz auch andere Geräte arbeiten und unter anderem auch Bluetooth dort angesiedet ist, kann es zu Störungen kommen.

IEEE 802.11c - Wireless Bridging
IEEE 802.11c ist ein Standard für die drahtlose Koppelung unterschiedlicher Netzwerk-Topologien. IEEE 802.11c wurde entwickelt um mehrere Netzwerke mittels Wireless Lan verbinden zu können. Als Grundlage diehnt hierbei die Mac-Adresse als Identifikation der Gegenstelle.

IEEE 802.11d - World Mode
Der IEEE 802.11d Standard wird auch gerne als "World Mode" bezeichnet und regelt die technischen Unterschiede in unterschiedlichen Ländern und Regionen. Hierzu gehört unter anderem die Anzahl und die Auswahl der Kanäle, die in einem Land für die Nutzung von WLAN freigegeben sind. Ebenfalls geregelt wird die Auswahl der Basistechnologie, also ob IEEE 802.11 a, h, b oder g verwendet werden darf. Der Endbenuzer muss dank IEEE 802.11d lediglich seinen aktuellen Standort über eine Länder bzw. Regionsauswahl spezifizieren, das Gerät arbeitet dann mit dem jeweils zugelassenen Standard.

IEEE 802.11e - QoS und Streaming-Erweiterung für a/g/h
Der IEEE 802.11e Standard sieht Neuerungen für IEEE 802.11 a, h und g vor und erweitert diese unter anderem um QOS (Quality Of Service). Mit den Änderungen sollen die WLAN-Standards besser auf die Nutzung von Multimedia und Voice over IP (VOIP) abgestimmt werden und in der Lage sein eine gewisse Datenrate zu garantieren sowie minimale Schwankungen bei der Paketlaufzeit. QOS erlaubt es z. B. die Datenpakete für Internet-Telefonie bevorzugt zu versenden und dadurch geringere Verzögerungen zu haben.

IEEE 802.11f - Roaming nach dem IAPP für a/g/h
Der IEEE 802.11f Standard sieht Verfahren für das Roaming von Clients zwischen verschiedenen Accesspoints nach dem IAPP (Inter Access Point Protocol) vor. Mittels IEEE 802.11f wird es möglich innerhalb eines großen drahtlosen Netzwerkes seinen Standort über die Reichweite eines einzelnen Accespoints hinaus zu verändern. Roaming bedeutet, dass die Netzwerk-Verbindung ohne Abbruch von einem Accesspoint auf den anderen übergeht.

IEEE 802.11g - 54 MBit pro Sekunde - 2,4 GHz-Band
WLAN-Standard von 2002/2003 welcher vollkommen abwärtskombatibel mit dem älteren IEEE 802.11b Standard ist und ebenfalls auf Frequenzen von 2,4 GHz bis 2,4835 GHz im 2,4 GHz Frequenzband arbeitet. Die Geschwindigkeit ist wie bei IEEE 802.11a auf maximale 54 MBit pro Sekunde beschränkt, die Sendeleistung und somit auch die Reichweite ist vergleichbar der des IEEE 802.11b Standards. Dank der Kompatibilität lassen sich IEEE 802.11g Router und Accesspoints problemlos in ein bestehendes IEEE 802.11b-Netz integrieren.

IEEE 802.11h - 54 MBit pro Sekunde - 5 GHz-Band (neu geregelt ab 1.11.2005- siehe unten)

Der IEEE 802.11h WLAN-Standard ergänzt den IEEE 802.11a Standard um DFS (Dynamic Frequency Selection) und TPC (Transmit Power Control) und erlaubt somit nach der RegTP-Nutzungsverordnung für Frequenzen eine maximale Sendeleistung von 20 bis zu 1000 mW. IEEE 802.11h verwendet den gleichen Frequenzbereich wie IEEE 802.11a. Geräte mit den Technologien TPC und DFS sind seit 2004 auch für den Outdoor-Betrieb zugelassen. (siehe auch Europäische Richtlinien).

IEEE 802.11i - Authentifizierung und Verschlüsselung für a/b/g/h
Mittels IEEE 802.11i wird die Sicherheit von WLANs erhöht. IEEE 802.11i sieht unter anderem die Authentifizierung nach IEEE 802.1x (Extensive Authentication Protocol) vor und auch die Verschlüsselung nach AES (Advanced Encryption Standard).

Neuregelung des 5 GHZ-Bandes ETSI 301 893:
Die europäische Kommission regelt den 5 GHz Bereich europaweit einheitlich neu ab 1.11.2005.
Im Zuge der europäischen Harmonisierung von technischen Standards hat die europäische Kommission beschlossen, die technischen Spezifikationen für Funknetzwerke nach IEEE 802.11a bzw. 802.11h zu vereinheitlichen.
Die wichtigsten Neuerungen betreffen die einheitliche Vergabe von Frequenzen und Sendeleistungen auf den einzelnen Subbändern. Aber auch im Bereich der dynamischen Frequenzwahl (DFS) gibt es bedeutende Änderungen.

Sendeleistungen
Für Subband 1a¹ (5150 bis 5250 MHz) wird eine maximale Sendeleistung EIRP von 23 dBm (200 mW) festgelegt. In diesem Subband wird die Transmission Power Control (TPC) nicht zwingend vorgeschrieben. Sofern TPC unterstützt wird, ist die untere Grenze des Regelbereiches von TPC auf maximal 17 dBm (50 mW) festgelegt, als obere Grenze gelten 23 dBm (200 mW). Eine Unterschreitung dieser Grenzwerte ist zulässig.
Für Subband 1b¹ (5250 bis 5350 MHz) wird eine maximale Sendeleistung EIRP von 23 dBm (200 mW) festgelegt. In diesem Subband wird die Transmission Power Control (TPC) nicht zwingend vorgeschrieben. Die untere Grenze des Regelbereiches von TPC beträgt maximal 17 dBm (50 mW), als obere Grenze gelten 23 dBm (200 mW). Wird TPC nicht unterstützt so beträgt die maximale Sendeleistung EIRP 20 dBm (100 mW). Eine Unterschreitung dieser Grenzwerte ist zulässig.
Für Subband 2 (5470 bis 5725 MHz) wird eine maximale Sendeleistung EIRP von 30 dBm (1000 mW) festgelegt. In diesem Subband wird die Transmission Power Control (TPC) nicht zwingend vorgeschrieben. Die untere Grenze des Regelbereiches von TPC beträgt maximal 24 dBm (250 mW), als obere Grenze gelten 30 dBm (1000 mW). Wird TPC nicht unterstützt so beträgt die maximale Sendeleitung EIRP 27 dBm (500 mW). Eine Unterschreitung dieser Grenzwerte ist zulässig.
Subband 3 wird im Geltungsbereich dieser Richtlinie nicht freigegeben.

¹ Anmerkung: Die Bezeichnungen 1a und 1b sind eine Unterteilung des Autors dieser Website und entstammen nicht der Norm ETSI 301 893. Diese Einteilung wurde deshalb notwendig, da in der Norm ETSI 301 893 nicht länger von den bekannten Subbändern 1, 2 und 3 gesprochen wird sondern von neu aufgeteilten Frequenzbereichen. Die Aufteilung in 1a und 1b lehnt sich folglich an den zugrunde liegenden Standard IEEE 802.11a an.

Dynamische Frequenzwahl (DFS)
Die dynamische Frequenzwahl (DFS) soll dafür Sorge tragen, daß WLAN im 5 GHz Band als sogenannter Sekundärnutzer sofort "Platz macht" wenn sich einer der Primärnutzer (z.B. Radar) bemerkbar macht. Folgende Bestimmungen der Norm ETSI 301 893 betreffen die dynamische Frequenzwahl (DFS). Es wird hier prinzipiell noch zwischen DFS und spezieller Radarerkennung (RD) unterschieden.
DFS und RD werden für alle Kanäle in Subband 1b (5250 bis 5350 MHz) und Subband 2 (5470 bis 5725 MHz) zwingend vorgeschrieben. In Subband 1a (5150 bis 5250 MHz) werden DFS und RD nicht vorgeschrieben, sind jedoch zur Verwendung freigegeben.
Funktionsweise des DFS: Im Startzustand (sprich Bootvorgang) sind sämtliche Kanäle im 5 GHz Bereich als nicht verfügbar definiert.
Das Master-Gerät (sprich Access Point) wählt im festgelegten Subband nach dem Zufallsprinzip einen Kanal aus.
Vor der Verwendung des willkürlich ausgewählten Kanals ist vom Master-Gerät ein Channel Availability Check (CAC). durchzuführen. Dieser besteht darin, die gewählte Frequenz nach typischen Erkennungsmustern von Primärnutzern zu untersuchen (sprich Radar-Scan). Dieser CAC ist für eine Dauer von mindestens 60 Sekunden durchzuführen. In dieser Zeit darf der gewählte Kanal nicht zum Senden verwendet werden.
Erkennt das Master-Gerät während des CAC einen Primärnutzer, so ist der Kanal sofort zu wechseln und ein erneuter CAC von mindestens 60 Sekunden durchzuführen. Der Kanal, auf dem ein Primärnutzer entdeckt wurde ist für 24 Stunden als nicht verfügbar zu kennzeichnen und darf während dieser 24 Stunden in keinem Fall wieder verwendet werden.
Erkennt das Master-Gerät während des CAC keinen Primärnutzer, so kann es nach Ablauf der 60 Sekunden ein Signal an alle Slave-Geräte schicken und damit signalisieren daß der Regelbetrieb aufgenommen werden kann. Der Kanal wird für längstens 24 Stunden als verfügbar markiert. Nach Ablauf dieser 24 Stunden ist ein erneuter CAC durchzuführen.
Das Slave-Gerät hat während des CAC im "Lausch-Modus" zu verbleiben. Erst nachdem vom Master-Gerät das Signal zum Regelbetrieb übermittelt wird darf das Slave-Gerät den Sendebetrieb aufnehmen.
Während des Regelbetriebs haben sowohl Master- als auch Slave-Gerät eine kontinuierliche Überwachung (In-Service Monitoring) des Kanals auf Primärnutzer durchzuführen. Wird vom Slave-Gerät ein Primärnutzer erkannt, so hat es den Sendebetrieb sofort einzustellen und auf das Signal des Master-Gerätes zur Aufnahme des Regelbetriebs zu warten. Erkennt das Master-Gerät während des Regelbetriebs einen Primärnutzer, so hat es sofort den Kanal zu wechseln und einen CAC durchzuführen.
Das Slave-Gerät darf nicht eigenmächtig den Sendebetrieb auf einem Kanal aufnehmen. Beendet das Master-Gerät z.B. die Verwendung eines Kanals aufgrund einer Radar-Erkennung, so hat das Slave-Gerät im "Lausch-Modus" zu verbleiben bis das Master-Gerät das Signal zur Aufnahme des Regelbetriebs sendet.

Was bedeutet dies künftig?

Da ein Kanal längstens für 24 Stunden als verfügbar markiert werden darf, erfolgt praktisch alle 24 Stunden ein Shutdown des WLAN-Links für mindestens 60 Sekunden. Dies bedeutet einen Verlust an Verfügbarkeit. Umgerechnet bedeutet dies eine Nichtverfügbarkeit der Linkstrecke für rund 6 Stunden pro Jahr aufgrund dieser Festlegung in der Norm ETSI 301 893.

Was den Bestandsschutz existierender Linkstrecken anbelangt, gibt es unterschiedliche Aussagen und es liegt noch keine verbindliche Aussage der europäischen Kommission vor. Derzeit erstreckt sich die Norm ETSI 301 893 auf alle WLAN-Geräte nach IEEE 802.11a bzw 802.11h die ab dem 01. Januar 2006 verkauft werden. Demnach sollte für bestehende Anlagen ein Bestansdschutz gelten.
Es ist anzunehmen daß alle künftigen Firmware-Versionen von vorhandenen Geräten ausschließlich nach ETSI 301 893 gefertigt werden!

Literaturverweis:
hier finden Sie die vorläufige Fassung der Norm ETSI 301 893 (PDF, 1.2 MB, vom European Telecommunications Standards Institute)