Für WLANs nach IEEE 802.11 stehen mehrere Frequenzbereiche zur Verfügung, die aber weltweit regional unterschiedlich reguliert sind. Erschwerend ist die unterschiedliche Unterstützung in der Hardware und Software. Show
Das heißt nicht, dass alle WLAN-Geräte alle Frequenzbereiche beherrschen. Der meistgenutzte
Bereich liegt bei 2,4 GHz, gefolgt von 5 GHz und 6 GHz. Weiterhin existieren noch Frequenzbereiche unterhalb von 1 GHz und bei 60 GHz, die mit WLAN-Technik genutzt werden dürfen. Alle Frequenzbereiche sind in der Regel lizenzfrei 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 auch andere Funktechniken und Funknetze tummeln. Die Geschwindigkeit und Stabilität eines Funknetzwerks mit IEEE 802.11 hängt maßgeblich von der Intensität der Nutzung anderer Funktechniken im gleichen Frequenzband ab. Hinweis: Weltweit ist die Nutzung der Frequenzbereiche für WLAN nach IEEE 802.11 unterschiedlich geregelt. Die hier gemachten Angaben beziehen sich auf Europa. Übersicht
2,4 GHzIm Frequenzband um 2,4 GHz, das als ISM-Frequenzband (Industrial, Scientific, Medicine) bezeichnet wird, und für Anwendungen in der Industrie, Wissenschaft und Medizin reserviert ist, konkurrieren viele Standards und proprietäre Funktechniken der unterschiedlichsten Hersteller. Unglücklicherweise auch Geräte des täglichen Gebrauchs. Zum Beispiel Funkfernbedienungen und AV-Funksysteme. Im 2,4-GHz-Frequenzband existieren insgesamt 79 schmalbandige Kanäle, die in Kanäle mit je 5 MHz zusammengefasst sind. In Europa gibt es 13, in den USA 11 und in Japan 14 solcher Kanäle. Diese Kanäle sind allerdings eng aneinandergereiht und überlappen sich. Deshalb kann man nicht alle der 11, 13 oder 14 Kanäle verwenden, sondern je nach Kanal-Verteilung nur 3 oder 4. Und das bei einer Kanalbreite von 20 MHz. Bei einer Kanalbreite von 40 MHz würde sich die Anzahl parallel nutzbarer Kanäle halbieren.
5 GHzDas 5-GHz-Frequenzband dient als Erweiterung, um ein WLAN zu beschleunigen. Es wird allerdings nicht so oft genutzt. Die WLAN-Clients müssen dafür die entsprechende Hardware-Ausstattung mitbringen. Weltweit existiert hierfür eine Bandbreite zwischen 200 und fast 500 MHz.
Nachteilig ist, dass dieses Frequenzband weltweit nicht einheitlich geregelt ist. Nicht nur der verfügbaren Bandbreite wegen, sondern auch in der Nutzung. So gibt es mit Flug- und Wetterradar einen Primärnutzer, für den dieser
Frequenzbereich reserviert ist, aber regional unterschiedlich in Verwendung ist. In der Regel in der Nähe von Flughäfen. Deshalb ist die Erweiterung Dynamic Frequency Selection (DFS) zum Schutz der Primärnutzer in der EU Pflicht. Viele Hersteller preisgünstiger WLAN-Router sparen sich die DFS-Technik und dürfen im 5-GHz-Band nur auf den Kanälen von 36 bis 48 arbeiten. Im Vergleich zum 2,4-GHz-Frequenzband ist die Reichweite, auch wegen geringerer Sendeleistung, geringer. Was zur Folge hat, dass die Geschwindigkeit eines WLANs bei 5 GHz nicht so schnell ist, wie erhofft. 6 GHzDas 6-GHz-Frequenzband ist für die klassische Mobilfunknutzung ungeeignet. Und wegen dem hohen Bedarf für zusätzliche Frequenzen für die WLAN-Technik, wurde mit Wi-Fi 6E und dem Standard IEEE 802.11ax das 6-GHz-Frequenzband zur Nutzung für WLAN freigegeben. Die Nutzung des 6-GHz-Frequenzbandes unterliegt der Allgemeinzuteilung, ist aber regional unterschiedlich geregelt.
In Europa liegt aber keine alleinige Nutzung vor. Teile des Frequenzbereichs sind Primärnutzen zugeteilt. Allerdings regional begrenzt. Zum Beispiel für lizenzierte Punkt-zu-Punkt-Richtfunk-Verbindungen. Außerdem können in einigen Ländern nur zwei Kanäle mit je 160 MHz genutzt werden, da hier ein Funksystem für autonome Metro-/S-Bahn-Systeme am unteren Ende des Frequenzbandes einen dritten Kanal blockiert. Lizenzfreie Funkdienste wie WLAN müssen als Sekundärnutzer Rücksicht auf etablierte Funksysteme nehmen. Dazu müssen WLAN-Geräte permanent nach charakteristischen Funksignalen Ausschau halten und Funkkanäle räumen, wenn sie der Primärnutzer gerade belegt. Zum Vermeiden von Störungen gibt es Maßnamen, deren Umsetzung in der EU diskutiert wird (Stand Anfang 2021).
Die Nutzung von 6 GHz hat folgende Vorteile:
Der Frequenzbereich ist nützlich, wenn viele User parallel das gleiche Netz nutzen oder viele WLAN-Netze parallel auf engem Raum betrieben werden. Allerdings ist nicht jede WLAN-Hardware für 6 GHz geeignet. Dafür sind WLAN-Basisstationen und WLAN-Clients mit „Wi-Fi 6E“ notwendig (IEEE 802.11ax). Zur Reichweite eines 6-GHz-WLANs kann man sagen, dass diese im Vergleich zu einem 5-GHz-WLAN etwas geringer ausfällt. Das liegt aber nicht an der regulatorisch begrenzten Sendeleistung, sondern daran, dass die entsprechende Verstärker-Elektronik teuer ist, Platz braucht und viel Strom verbraucht. Das lässt sich in hochpreisigen Basisstationen realisieren, aber nicht im günstigen Endkundenbereich und schon gar nicht in mobilen Geräten. 60 GHzDas 60-GHz-Band erstreckt sich von 57 bis 66 GHz (EU) und hat einen rund 7 GHz breiten Funkkanal. Dieser wird in vier einzelne Kanäle mit einer Bandbreite von 1.760 MHz unterteilt, die in Europa lizenzfrei nutzbar sind. Unter 1 GHzDie meisten kennen die Frequenzbereiche um 2,4 und 5 GHz, die man für WLANs nutzen darf. Dass es lizenzfreie Frequenzbänder unter 1 GHz gibt, ist dabei weniger bekannt. Signale unterhalb von 1.000 MHz bzw. 1 GHz durchdringen vergleichsweise leichter Gebäude, weshalb dieser Frequenzbereich hart umkämpft ist. Die Nutzung des Frequenzbereichs unterhalb von 1 GHz ist in Bezug auf Funkkanalbreite, Sendeleistung und Signalreichweite regional sehr unterschiedlich geregelt. Erschwerend kommt hinzu, dass regional unterschiedlich fragmentierte Bereiche gibt. In der EU gibt es in Summe ein Frequenzspektrum von 18,6 MHz. In den USA gibt es in Summe ein Frequenzspektrum von 26 MHz. Für eine typische WLAN-Vernetzung ist das viel zu wenig.
Mit IEEE 802.11ah ist die Nutzung der Frequenzen unterhalb von 1 GHz vorgesehen (außerhalb der terrestrischen Rundfunkbänder). Das ist besonders in den USA und in Ländern interessant, in denen Schutzbänder frei oder einzelne TV-Kanäle freigegeben und neu zusammengefasst werden. Ob diese Frequenzbereiche von einer WLAN-Technik genutzt werden dürfen, ist natürlich eine andere Frage. Tatsache ist jedoch, dass die Reichweite in den meisten Fällen gerade mal 200 Meter beträgt. Außerdem wird empfohlen, dass die Clients Sichtkontakt zur Basisstation haben. Beim Betrieb im Freien ist bei Regen oder hoher Luftfeuchtigkeit mit weiterer Reduzierung der Reichweite zu rechnen. 2,4 GHz versus 5 GHz versus 6 GHz versus 60 GHzIm 2,4-GHz-Frequenzband reichen die Funksignale weiter. Außerdem dringen die Signale besser durch Wände und Decken als bei 5 GHz. Generell gilt, die Reichweite der Funksignale ist in höheren Frequenzbereichen kürzer, wobei sich die parallelen WLANs weniger gegenseitig stören. Real Simultaneous Dual-BandFür die WLAN-Techniken existieren mehrere
Frequenzbänder. Zum Beispiel 2,4 und 5 GHz. Normalerweise kann ein WLAN-Client nur in einem der verfügbaren Frequenzbänder senden und empfangen.
Real Simultaneous Dual-Band ist die Fähigkeit gleichzeitig auf beiden Bändern senden und empfangen zu können, was die wenigsten WLAN-Clients beherrschen. KanalbreiteBei der Nutzung der Frequenzbereiche 2,4 und 5 GHz mit WLAN-Funktechnik gilt, dass sich alle Teilnehmer das Übertragungsmedium teilen müssen. Aufgrund der Allgemeinzuteilung darf das zur Verfügung stehende Frequenzband nicht vollständig belegt werden. Deshalb teilt man das Frequenzband in Kanäle ein, die aber auch nicht exklusiv genutzt, sondern mit anderen Netzen geteilt werden müssen. Die typische Kanalbreite liegt bei 20, 40, 80 und 160 MHz. Je breiter der Kanal, desto mehr Übertragungskapazität steht zur Verfügung.
Warum ein zu breiter Kanal nicht gut istTheoretisch verdoppelt sich die Datenrate eines WLANs, wenn man die Kanalbreite verdoppelt. Zum Beispiel von 80 auf 160 MHz. Doch ein doppelt so breiter Kanal ist nicht zwangsläufig doppelt so gut. Denn die Sendeleistung im Kanal ist begrenzt. Die Sendeleistung muss in einem 160 MHz breiten Kanal viel weiter verteilt werden. Das bedeutet, die Signalreichweite reduziert sich. Für weiter entfernte Clients wirkt sich das ungünstig auf die Übertragungsgeschwindigkeit aus. Gleichzeitig nimmt ein Empfänger auch mehr Rauschen auf und das Signal fängt sich leichter Störungen ein. Kanal-VerteilungBei der Konfiguration eines oder mehrerer Access Points muss darauf geachtet werden, dass die Kanäle nicht zu breit und nicht zu dicht beieinander liegen, um eine ungewollte Überlappung zu vermeiden. Überlappungen führen zu einem engeren Kanal und damit zu einer geringeren Übertragungsrate. Um das zur Verfügung stehende Frequenzband möglichst optimal zu nutzen, gilt es, die WLAN-Kanäle und Kanalbreite richtig zu wählen. Sinnvoll ist es, dies dem Wireless Access Points (WAP) zu überlassen. Die folgende Beschreibung geht darauf ein, wie die Frequenzbereiche um 2,4 und 5 GHz von den verschiedenen WLAN-Standards aufgeteilt werden, um das Frequenzspektrum möglichst optimal auszunutzen. WLAN-Kanal-Verteilung 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-Kanal-Verteilung bei IEEE 802.11g und 802.11n (2,4 GHz mit 20 MHz Kanalbreite)Bei einem WLAN mit IEEE 802.11g oder 802.11n ordnet man die Kanäle nach der 5er- bzw. 6er-Regel an, um mehrere Access Points optimal nebeneinander betreiben zu können. Die 5er-Regel verwendet die Kanäle 1, 6, 11 (Kanalbelegung für USA). Die 6er-Regel verwendet die Kanäle 1, 7, 13 (Kanalbelegung für Europa). Damit überschneiden sich die Frequenzbereiche der Kanäle nicht und Verbindungsprobleme bleiben aus. Nur wenn die Access Points über 30 Meter auseinanderstehen, darf sich die Kanalauswahl überschneiden. Obwohl die 6er-Regel einen WLAN-Kanal mehr zulassen würde, 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. WLAN-Kanal-Verteilung 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-Kanal-Verteilung 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. 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-Kanal-Verteilung bei IEEE 802.11ac/11ax (5 GHz mit 80 und 160 MHz Kanalbreite)Im Frequenzbereich von 5 GHz sehen die Standards IEEE 802.11ac und 11ax 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. Optimale WLAN-Kanalverteilung im 2,4-GHz-Frequenzband: 1-6-11, 1-7-13 oder 1-5-9-13?Um das Frequenzband bei 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 mehrere Kanäle zu einem breiteren Kanal zusammenfassen muss, als ursprünglich vorgesehen. Das bedeutet aber auch, dass sich die Kanäle überlappen, wenn die Kanalverteilung willkürlich erfolgt. Deshalb gibt es Empfehlungen für eine optimale WLAN-Kanalverteilung.
Doch welche Kanalverteilung ist die richtige? Es gibt hierbei nicht DIE richtige Antwort. Es kommt darauf an, welche Geräte eingesetzt werden, wie viele Basisstationen sich das Frequenzband 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 könnte man 4 WLAN-Basisstationen mit je 20 MHz Kanalbreite parallel betreiben. In der Praxis gibt es eine weitere Schwierigkeit mit der Kanalverteilung 1-5-9-13. Das funktioniert nur dann, wenn alle benachbarten Access Points im Greenfield-Modus arbeiten. Nur im Greenfield-Modus liegt die Kanalbreite bei 20 MHz. Ohne Greenfield-Modus senden Access Points den PLCP-Header (Vorspann jedes WLAN-Frames) mit der niedrigsten Geschwindigkeit
von 1 MBit/s per DSSS. Das Signal ist dann für einen kurzen Moment ca. 22 MHz breit. Dabei kommt es zu Überschneidungen der benachbarten Kanäle. 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 der EU und in Deutschland egal sein könnte. Leider unterstützen die in Deutschland erhältlichen Geräte die Kanäle 12 und 13 nicht immer. Beispielsweise wenn die Geräte ursprünglich nur für die USA hergestellt wurden und nachträglich in Europa und damit in Deutschland landen. Die Hardware und Software ist unter Umständen nicht auf das Frequenzspektrum in Europa angepasst. Das kann sowohl WLAN-Clients in Notebooks, Smartphones und Tablets, als auch WLAN-Basisstationen betreffen. 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 bei 2,4 GHz konsequenterweise nur die Kanalverteilung 1-6-11 verwenden. Das Vernünftigste ist jedoch nicht die manuelle Kanalwahl, sondern die automatische Kanalwahl. Standardmäßig benutzen WLAN-Basisstationen 1-11 als Autokanal was dann häufig ganz automatisch zur Kanalverteilung 1-6-11 führt. Was bei der manuellen Kanalwahl zu beachten ist
Es 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. Troubleshooting: Verbindungsproblem mit einem 5-GHz-WLANProblemWer ein WLAN bei 5 GHz betreibt hat bei manchen WLAN-Clients mit Verbindungsproblemen zu kämpfen. Das äußert sich dann so, dass bei einem Smart-TV das Video-Streaming kaum oder gar nicht funktioniert. Unklar ist häufig, woran genau das liegt. AnalyseDas Problem tritt in der Regel dann auf, wenn man ein WLAN mit 5 GHz betreibt. Bei genauerer Betrachtung macht das WLAN-Modul bzw. der WLAN-Adapter des entsprechenden Geräts Probleme. Denn der kann nicht vollständig mit dem 5-GHz-Frequenzband umgehen. Das lässt sich vergleichsweise einfach bestimmen, weil andere Geräte keine Probleme machen. Insbesondere nicht Smartphones und Notebooks, bei denen die WLAN-Unterstützung in der Regel sehr gut ist. Es gibt aber viele WLAN-Adapter die nur die Kanäle 36, 40, 44 und 48 unterstützen, und die oberhalb von 48 nicht. Wenn nun ein Router oder Access Point bei aktivierter „automatischer Kanalwahl“ einen der höheren Kanäle belegt, dann können sich diese Geräte nicht mit den höheren Kanälen verbinden. LösungDas Problem lässt sich vergleichsweise einfach und schnell lösen. Man muss im WLAN-Router oder Access Point die „automatische Kanalwahl“ abschalten und den Kanal manuell einstellen. Hier wählt man dann einem Kanal zwischen 36 und 48. Übersicht: WLAN-Technik
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Warum WLAN Kanal ändern?Der beste Wifi-Kanal ist ein Kanal, der nicht von allen Nachbarn genutzt wird. Durch Ihren manuellen Wechsel auf einen weniger überfüllten Kanal oder einen Kanal, der gerade von keinem anderen Netzwerk genutzt wird, sollte Ihr WLAN deutlich besser laufen.
Was ist ein WLAN Kanal?Der WLAN Kanal ist ein wichtiger Faktor für die Schnelligkeit eures drahtlosen Internets. Ist euer Internet langsam, liegt das oft daran, dass sich zu viele Geräte im gleichen WLAN Funkkanal oder angrenzenden Frequenzbereichen tummeln.
Was ist der beste 5 GHz Kanal?Der wlanport empfiehlt bei fester Kanalwahl im 5GHz-Bereich die unteren 4 20MHz-Känale (Kanäle 36,40,44,48). Dadurch werden keine Geräte ausgeschlossen, die größere Kanalbreiten oder höhere Kanäle nicht unterstützen.
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