WLAN-Frequenzen

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WLAN-Frequenzen
Für WLAN stehen zwei Frequenzbereiche zur Verfügung. Der eine Bereich liegt bei 2,4 GHz, der andere bei 5 GHz. Beide Frequenzbereiche sind weltweit Lizenz-frei nutzbar. Das bedeutet, dass auf privatem Grund und Boden für die Nutzung keine Gebühren bezahlt werden müssen. Das bedeutet aber auch, dass sich in diesen Frequenzbereichen beliebige Funktechniken tummeln. Insbesondere das ISM-Frequenzband (Industrial, Scientific, Medicine) um 2,4 GHz wird für Anwendungen in Industrie, Wissenschaft und Medizin intensiv genutzt. Aber, im Frequenzband um 2,4 GHz konkurrieren viele Standards und proprietäre Funktechniken der unterschiedlichsten Hersteller und Anwendungen. Unglücklicherweise auch Geräte des täglichen Gebrauchs, z. B. Mikrowellenherde, Funkfernbedienungen und AV-Funksysteme. Die Realisierbarkeit eines Funknetzwerks mit IEEE 802.11 hängt also maßgeblich von der Nutzung anderer Funktechniken in diesem Frequenzspektrum ab.
Weniger im Gebrauch ist das Frequenzband um 5 GHz. Allerdings ist auch hier in Zukunft mit der Zunahme der Nutzung durch WLANs zu rechnen. Im Folgenden wird beschrieben, wie die Frequenzbereiche um 2,4 und 5 GHz von den verschiedenen WLAN-Standards aufgeteilt werden, um das Frequenzspektrum möglichst optimal auszunutzen.

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WLAN
Deutschland

Themenkreis

WLAN-Kanäle bei IEEE 802.11b (2,4 GHz mit 22 MHz Kanalbreite)


Bei einem WLAN mit IEEE 802.11b empfiehlt es sich, die Kanäle 1, 7 oder 13 einzustellen. Hierbei handelt es sich, bei einer Kanalbreite von 22 MHZ (DSSS), um die überlappungsfreien Kanäle, bei denen das Frequenzspektrum um 2,4 GHz optimal ausgenutzt wäre.

WLAN-Kanäle bei IEEE 802.11g und 802.11n (2,4 GHz mit 20 MHz Kanalbreite)


Bei einem WLAN mit IEEE 802.11g oder 802.11n empfiehlt es sich, die Kanäle 1, 5, 9 oder 13 einzustellen. Bei einer Kanalbreite von 20 MHz (OFDM) und 16,25 MHz pro Träger wäre das Frequenzspektrum um 2,4 GHz optimal ausgenutzt.
Leider werden WLANs mit IEEE 802.11g und 802.11n oft auf die Kanäle 1, 7 und 13 eingestellt. Hintergrund ist die Kompatibilität zu IEEE 802.11b. Weil Geräte nach IEEE 802.11b nahezu ausgestorben sein dürften gibt es keinen Grund mehr die Kanalaufteilung 1-7-13 zu nutzen.
Bei einer Kanalbreite von 20 MHz und 16,25 MHz pro Träger empfiehlt es sich die Kanäle 1, 5, 9 oder 13 einzustellen. Das ermöglicht die optimale Ausnutzung des Frequenzspektrums um 2,4 GHz.

WLAN-Kanäle bei IEEE 802.11n (2,4 GHz mit 40 MHz Kanalbreite)


Bei einem WLAN mit IEEE 802.11n mit einer Kanalbreite von 40 MHz (OFDM) und 33,75 MHz pro Träger empfiehlt es sich, die Kanäle 3 (1+5) oder 11 (9+13) einzustellen.
In der Praxis vermeidet man es, ein WLAN mit IEEE 802.11n bei 2,4 GHz mit einer Kanalbreite von 40 MHz einzurichten. Dabei wäre das Frequenzspektrum mit 2 WLANs voll belegt. Damit auch WLANs mit IEEE 802.11g parallel betrieben werden können, sollten WLANs mit IEEE 802.11n auch nur mit 20 MHz Kanalbreite eingerichtet sein.

WLAN-Kanäle bei IEEE 802.11n (5 GHz mit 20 und 40 MHz Kanalbreite)


In der EU sind zwei Bereiche im 5-GHz-Frequenzband nutzbar. 5.150 bis 5.350 MHz (Kanal 36 bis 64) und 5.470 bis 5.725 MHz (Kanal 100 bis 140). In anderen Ländern liegen die Grenzen eventuell anders.
Die Nutzung des 5-GHz-Bandes setzt eine Kanalauswahlautomatik voraus, die dafür sorgt, dass die Basisstation nur die Kanäle belegt, die frei sind. Unter anderem deshalb, weil die Kanäle 120 bis 128 vom Wetter-Radar belegt sind.
Zusammenfassend kann man sagen, dass in der EU im 5-GHz-Frequenzband 16 zu je 20 MHz bzw. 7 zu je 40 MHz breite Kanäle uneingeschränkt genutzt werden dürfen. Hierbei muss man berücksichtigen, dass es lokal ein Wetterradar geben, dass das 5-GHz-Frequenzband etwas begrenzt.

Damit WLAN-Basisstationen in der EU alle Kanäle nutzen dürfen, müssen sie die Signale anderer Funksysteme erkennen und durch Kanalwechsel ausweichen können (DFS). Weiterhin gilt die Anordnung, dass nur mit DFS (Dynamic Frequency Selection) und TPC (Transmit Power Control) die Kanäle oberhalb von Kanal 48 genutzt werden dürfen. DFS ist notwendig, um bspw. den Betrieb des Wetterradars nicht zu stören.

WLAN-Kanäle bei IEEE 802.11ac (5 GHz mit 80 und 160 MHz Kanalbreite)

Im Frequenzbereich von 5 GHz sieht die IEEE 802.11ac Kanalbreiten von 20, 40, 80 und 160 MHz vor. Die Kanalbreiten 20, 40 und 80 MHz sind die Mindestanforderungen von IEEE 802.11ac. Typischerweise wird eine Kanalbreite von 80 MHz verwendet. Die Kanalbreite 160 MHz ist optional und der Nutzen in der Praxis eher fraglich. Je breiter ein Kanal, desto weniger WLANs können parallel arbeiten. Ein Kanal mit 160 MHz würde fast das ganze verfügbare Frequenzspektrum belegen. Das wäre nur in Ausnahmefällen sinnvoll.

Möchte man im 5-GHz-Frequenzband 80 MHz breite Kanäle nutzen, teilt sich das Frequenzband in 4 je 80 MHz breite Kanäle auf, wovon wegen dem Wetterradar nur 3 störungsfrei nutzbar sind.
Möchte man im 5-GHz-Frequenzband 160 MHz breite Kanäle nutzen, teilt sich das Frequenzband in 2 je 160 MHz breite Kanäle auf, wovon wegen dem Wetterradar nur eines störungsfrei nutzbar ist. Falls das Frequenzband nicht groß genug für einen 160 MHz breiten Kanal ist, kann IEEE 802.11ac auch 2 spektral getrennte 80-MHz-Kanälen zusammenfassen (Discontiguous Mode).

Welche Kanalverteilung um 2,4 GHz ist richtig? 1-6-11, 1-7-13 oder 1-5-9-13?

Um das Frequenzspektrum um 2,4 GHz optimal ausnutzen zu können ist eine bestimmte Kanalverteilung notwendig. Der Grund ist, dass die eigentlichen Kanäle im 2,4-GHz-Frequenzband für WLAN zu schmal sind und man deshalb einzelne Kanäle zusammenfasst bzw. einen breiteren Kanal nutzt, als ursprünglich vorgesehen. Das bedeutet aber auch, dass sich die Kanäle überlappen, wenn die Kanalverteilung willkürlich erfolgt. Deshalb gibt es die folgenden Empfehlungen: 1-6-11, 1-7-13 oder 1-5-9-13. Doch welche davon ist die richtige?

Es gibt hierbei nicht DIE richtige Antwort. Es kommt darauf an, welche Geräte eingesetzt werden, wie viele Basisstationen sich das Frequenzspektrum um 2,4 GHz teilen müssen und wer sich um die Kanalverteilung kümmert.

Das absolute Optimum würde man mit der Kanalverteilung 1-5-9-13 erreichen. Dann könnten man 4 WLAN-Basisstationen mit je 20 MHz Kanalbreite parallel betreiben. Leider lässt sich ein Funksignal nicht einfach auf 20 MHz begrenzen. Sondern es streut in die benachbarten Kanäle hinein und stört dort das Funksignal. Deshalb empfiehlt sich die Kanalverteilung 1-7-13. Hier kann man nur 3 WLAN-Basisstationen parallel betreiben. Im Gegenzug ist der Abstand zwischen den Kanälen größer und die gegenseitige Störung geringer.

Dummerweise sind in den USA die Kanäle 12 und 13 nicht für WLAN freigegeben. Dort wird deshalb die Kanalverteilung 1-6-11 verwendet, was uns in Deutschland bzw. EU egal sein könnte. Leider unterstützen die in Deutschland erhältlichen Geräte die Kanäle 12 und 13 nicht immer. Beispielsweise wenn die Geräte für die USA hergestellt wurden. Die Rede ist von ca. 30% der in Deutschland erhältlichen Geräte. In diesen Fällen ist die Hardware und Software nicht auf das Frequenzspektrum in Deutschland und die EU angepasst. Das bezieht sich sowohl auf WLAN-Clients in Notebooks, Smartphones und Tablets, als auch auf WLAN-Basisstationen. Manchmal hilft ein Firmware- oder Treiber-Update. Wenn nicht, dann muss der WLAN-Adapter oder eventuell das ganze Gerät getauscht werden. Im Zweifelsfall muss man mit einem kastrierten Gerät leben.

Um Beeinträchtigungen durch die fehlende Kanalunterstützung (12 und 13) zu vermeiden sollte man im Frequenzspektrum um 2,4 GHz konsequenterweise nur die Kanalverteilung 1-6-11 nutzen. Das Vernünftigste ist jedoch nicht die manuelle Kanalwahl, sondern die automatische Kanalwahl. Standardmäßig benutzen WLAN-Basisstationen 1-11 als Autokanal was dann häufig zu 1-6-11 führt.

Ein Problem ist, dass immer mehr WLAN-Router auf den Markt kommen bei denen Kanalbündelung (20 MHz + 20 MHz = 40 MHz) aktiviert ist. Hier werden die Kanäle 1 und 5 sowie 9 und 13 zu je 40 MHz zusammengefasst, um eine größere Übertragungsgeschwindigkeit zu erreichen. In der Praxis ist das in der Form meist unnötig. Geht man von einer normalen WLAN-Nutzung für den Internet-Zugang aus, dann ist die Übertragungskapazität mit einem 20-MHz-Kanal vollkommen ausreichend. Dummerweise sind die meisten WLAN-Router nicht in der Lage die Kanalbreite automatisch herunterzuschalten. Die Bestimmungen für 40 MHz breite Kanäle im 2,4-GHz-Band sind viel zu freigiebig.

Was bei der manuellen Kanalwahl zu beachten ist
  1. Sofern möglich sollte in der WLAN-Basisstation immer die automatische Kanalwahl aktiviert sein.
  2. Wenn das nicht möglich ist, orientiert man sich an der Kanalverteilung 1-6-11, 1-7-13 oder 1-5-9-13. Hierbei muss man jedoch berücksichtigen, welche WLANs in der Umgebung welchen Kanal benutzen und was die eigenen WLAN-Clients unterstützen. In der Regel wird man eine Kanalverteilung von 1-6-11 vorfinden. Manchmal auch 1-7-13. Oft auch ein Gemisch.
  3. Man sollte es unbedingt vermeiden mehrere Kanalverteilungen miteinander zu vermischen.

Hinweis: Gilt, wenn es im Frequenzspektrum extrem eng zu geht: Zwei WLAN-Netze mit gleichem Kanal stören sich am wenigsten. Liegen die Kanäle halb übereinander, dann nimmt das eine WLAN das andere als Störung war und versucht mit niedriger Modulation und maximaler Sendeleistung das jeweils andere zu übertönen. So stören sich die WLANs gegenseitig. Deshalb lieber einen belegten Kanal benutzen, als irgendwas dazwischen. Einen Kanal außerhalb der üblichen Kanalverteilung zu verwenden ist kontraproduktiv und senkt nur die Übertragungsrate für alle WLAN-Netze in der näheren Umgebung.

WLAN-Technik
  • IEEE 802.11 / WLAN-Grundlagen
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  • WLAN-Sicherheit
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