Wie weit kann ein WLAN senden? Folge 3/8: Free Space Path Loss

Es ist eine physikalische Gegebenheit, dass sich Radiowellen über eine bestimmte Distanz abschwächen.
Selbst wenn wir keinerlei Dämpfung voraussetzen, wird das Signal schwächer.

Folgend der Versuch einer Alltags-tauglichen Erklärung:
Stellt Euch einen Luftballon vor, der nur leicht aufgeblasen ist. Der Gummi hat in diesem Zustand eine bestimmte Wandstärke.
Blasen wir den Ballon jetzt weiter auf, wird er logischerweise grösser - aber Menge des Materials bleibt gleich.
Entsprechend nimmt gezwungernermassen die Wandstärke des Gummis ab.

Auf unsere Radiotechnik übertragen entspricht die Wandstärke des Luftballons der Signalstärke und der Radius des Ballons der Entfernung vom AP.

Also, dass das Signal über Distanz schwächer wird, ist rein schon von der Geometrie vorgegeben.
Aber wie sieht es in der Praxis aus?

Um den genauen Free Space Path Loss für eine bestimmte Frequenz und Distanz auszurechnen, gibt es im Internet mehr als genug Online-Tools.
Ich möchte Euch hier lieber einen Trick für eine grobe Abschätzung weitergeben – ist massiv schneller, kann auch mal im Kopf gerechnet werden und bewährt sich in der Realität relativ gut.

Auf dem ersten Meter könnt Ihr mit einer Abschwächung des Signals um:
- 40 dB im 2.4GHz-Band
- 46 dB im 5GHz-Band
rechnen.
Pro weitere Verdoppelung der Distanz kommen jeweils zusätzliche 6 dB Dämpfung dazu.

Beispiel 1: 5 GHz Signal in 8m Distanz
Für 5GHz würde sich also in 8m Distanz folgende Dämpfungsberechnung ergeben:
1 Meter = 46 dB
2 Meter = +6 dB
4 Meter = +6 dB
8 Meter = +6 dB

==> 46 dB + 6 dB + 6 dB + 6 dB = 64 dB
Auf 8 Meter Distanz muss ich also mit einer Dämpfung von 64 dB für 2.4GHz-Signale rechnen.

Beispiel 2: 2.4 GHZ Signal in ~1km Distanz
1 Meter = 40 dB
2 Meter = +6 dB
4 Meter = +6 dB
8 Meter = +6 dB
16 Meter = +6 dB
32 Meter = +6 dB
64 Meter = +6 dB
128 Meter = +6 dB
256 Meter = +6 dB
512 Meter = +6 dB
1024 Meter = +6 dB

==> 40 dB + (10x +6dB) = 100 dB

Soweit, so gut – aber was ist Free Space?
Nun, ganz offiziell ist diese Berechnung nur gültig im Vakuum – allerdings kann man die Atmosphäre ohne schlechtes Gewissen ignorieren.
Bei unserer “Daumen mal PI”-Berechnung sowieso.
Eine andere Geschichte sind jedoch Hindernisse, diese wurden bisher nicht berücksichtigt – die Berechnungen eignen sich also nur für Verbindungen im offenen Gelände.
Für Gebäude eignet sich es nicht wirklich – Räumlichkeiten mit nur sehr dünnen Wänden (Gibswände) oder Grossraumbüros können auf eine ähnliche Art und Weise angenähert werden, wobei pro Distanz-Verdoppelung anstelle von +6 dB ein Wert von +10 dB eingesetzt werden sollte.
In diesen zusätzlichen 4 dB versuchen wir die Dämpfung verursacht durch Personen, Kleiderständern, Gibswänden, Stehlampen, etc. mit zu Berücksichtigen. Aber Achtung, Beton- und Backsteinwände bringen locker mehr Dämpfung.

Aber aus der Aufzählung zuvor kann man sehr einfach schliessen, dass dies bei jedem Gebäude anders sein wird … daher ist dies wirklich nur als Anhaltspunkt zu nehmen – ein Site-Survey wäre hier trotzdem extrem wichtig!

Ok, egal ob freies Feld oder Grossraumbüro - und was tue ich denn nun mit dieser Zahl?
Nun, ich ziehe diesen Wert von der Sendeleistung des Accesspoints ab und bekomme somit den Signalpegel am vorgegebenen Ort.

In einer späteren Folge dieser Serie werde ich auf diesen “Path Loss” zurückkommen.