Wie weit kann ein WLAN senden? Folge 8/8: Fazit und Zusammenfassung

In den Abschnitten 2-7 dieser Serie versuchte ich verschiedene Aspekte aufzuzeigen, welche vorallem bei der Bereichnung von langen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eine Rolle spielen.

Es ist nicht ganz so trivial wie Land-läufig manchmal getan wird.

 

Aber wie weit komme ich nun wirklich?

Nun, nehmen wir mal den Idealfall an – freies Feld, keine Beeinträchtigung von Fresnel-Zone, etc.
- Wir haben gesehen, dass auf 1km Distanz wir ein Free-Space-Path-Loss von ca. 100dB haben.
- Wir haben auch gesehen, dass die BlackBody-Noise für WLANs bei ca. –100dBm liegt

Nehmen wir jetzt auch noch an, dass wir mit 2.4GHz bei 100mW EIRP senden, bleiben am Schluss noch ca. 20dB Luft zum Rauschen.
Wenn ich auf der Empfängerseite jetzt noch eine Antenne mit hohem Gewinn verwende, verstärke ich das Signal wieder, jedoch verstärke ich auch das Rauschen - womit mein Pegel zwar besser, mein Signal-zu-Rausch-Verhältniss aber grundsätzlich schlechter wird.

Wechsle ich auf die richtigen Frequenzen im 5GHz-Band gewinne ich zusätzliche 10 dBm Sendeleistung und die können richtig was ausmachen.
Ich komme also anstatt 1km ungefähr 10km weit, bevor ich mir wieder gedanken um die gleichen Dinge machen muss.

Gegebenenfalls kommen dann andere Überlegungen hinzu – wie zum Beispiel die Erdkrümmung bezüglich Freznel-Zone.

 

Innerhalb von Ortschaften werde ich dies Distanzen jedoch nie erreichen – denn hier reden wir nicht von freiem Feld und Free Space Path Loss.
Hier dämpfen Personen und Gebäude und die Reichweite wird deutlich geringer.
Und dazu kommen noch potentielle Störer – andere WLANs, non-WLAN-Geräte, absichtlich oder unabsichtlich.

 

Eine genaue Antwort auf die Frage: “Wie weit?” lässt siche also nicht geben.

Wie weit kann ein WLAN senden? Folge 7/8: Legal? Illegal? Egal?

Ich habe Freunde die zu verschiedenen Zeitpunkten öfters mal den Spruch “Legal? Illegal? Egal!” zum Besten geben.
Im Titel zu diesem Blog-Eintrag habe ich jedoch habe ich anstelle eines Ausrufezeichens nochmals ein Fragezeichen geschrieben – ist es wirklich egal?
Nun, es gibt Leute di glauben, die Vorschriften im RF-Umfeld sind sowieso zu kompliziert und zu aufwendig um Messungen zu machen.
Das mag ja sein, allerdings wird trotzdem gemessen.
Ich habe Kunden gesehen, welche tausende von Euros Strafe wegen Verstössen gegen die einschlägigen Vorschriften zu bezahlen hatten.
Absolut subjektiv, da ich öfters in Deutschland zu tun habe, sticht für mich besonders die Bundesnetzagentur heraus. Die hat wirklich regelmässig Messwagen auf der Strasse und misst tatsächlich.
Es ist also schlussendlich eine Wahrscheinlichkeits-/Risiko-Abwägung, welcher jeder für sich selber zu treffen hat – ich kann hier aber nur raten sich an die Vorschriften zu halten, da es wirklich um grosse Geld beträge geht.
Nun, was sind denn die wichtigsten gesetzlichen Vorschriften?
Gehen wir die typischen Fehlerfälle mal kurz durch:

1. Sendeleistung im 2.4 GHz BandImmer wieder tauchen fragen auf, nach dem Motto, wie kann ich eine hohe Distanz mittels WLAN überwinden.
Die “Kurzschluss-Empfehlung” einiger Hobby-WLAN-Bastler… Sendeleistung auf Maximum und eine Richtantenne verwenden.
Lasst es mich hier ganz klar formulieren: Das ist so ziemlich überall in Europa verboten!
Der Grund:
ETSI schreibt für Europa eine maximale RF-Abstrahlung von 100mW (20dBm) vor.
Dieser Wert (genannte EIRP) beinhaltet aber bereits einen gewissen Antennengewinn.
Wenn ich also nun eine Antenne mit besonders hohem Gewinn einsetze, dann muss ich gleichzeitig die Sendeleistung zurückdrehen.
--> Dies ist ein Null-Summen-Spiel, da die Maximalleistung immer weniger gleich 20dBm betragen muss.
Zusätzliche Anmerkung:
In Amerika beträgt die maximale Sendeleistung 100mW, dazu kann ich aber noch Antennen von bis zu 6dBi Gewinn anschliessen.
Wir sehen, dass unsere amerikanischen Kollegen also mit rund 4-facher Sendeleistung unterwegs sein können – natürlich kommen die weiter!
2. Sendeleistung im 5 GHz-BandDie Meisten wissen inzwischen, dass im 5GHz deutlich höhere Sendeleistungen erlaubt sind – bis zu 1W (30dBm) sind möglich.
Aber Achtung: Diese Angabe gilt explizit nicht für alle Kanäle im 5GHz-Band.
Wieviel Sendeleistung in welchem Kanal erlaubt sind, ist abhängig vom den ländersprezifischen Vorschriften und kann hier eingesehen werden:
http://www.wlan-skynet.de/docs/rechtliches/sendeleistung.shtml
3. Falsche Verwendung der 5GHz-Kanäle
Die oben verlinkte Tabelle zeigt auch sehr schön auf, das zB. die Kanäle im Subband 1 nur für Indoor-Anlagen erlaubt sind (auser in Holland).
Und Indoor ist die erlaubte Sendeleistung in diesem Subband auch nicht wirklich höher.
Man sollte also zum Beispiel Kanal 40 tunlichst nicht für Outdoor-Anlagen verwenden – ansonsten ruft man die Bundesnetzagentur wieder auf den Plan.

4. Fehlender DFS und TPC-SupportWiederum aus der früheren Tabelle konnte man sehen, dass DFS und TPC-Support für grosse Bereiche des 5GHz-Bandes zwingend sind.
Leider Gottes steht das 5GHz-Spectrum nicht exclusive WLAN zur Verfügung – wir sehen in diesen Bereichen vorallen Wetterradar-Anlagen von Flughäfen und auch militärische Anlagen. Und die waren zuerst da.
Damit wir in Europa die Erlaubnis erhielten das 5GHz-Spektrum zu nutzen, musste sich die WLAN-Branche verpflichten, sobald ein RADAR-Signal detektiert wird, den Kanal sofort zu verlassen.
--> Dies ist der Job von DFS
Zusätzlich regelt TPC automatisch die Sendeleistung und auch dies vermindert die Einflüsse auf Systeme in der Umgegung.
Ein Gerät, welches kein DFS oder TPC “spricht”, darf eigentlich nicht wirklich auf den entsprechenden Frequenzen senden – das engt auf ein paar wenige verwendbare Kanäle ein (4 in der Schweiz)

Sicher gibt es noch mehr, was man falsch machen kann – aber dass solls vorerst mal sein.

Wie weit kann ein WLAN senden? Folge 6/8: Wir sind nicht alleine

Nun, dies hier ist eigentlich kein spezifisches Thema für WLAN über längere Distanzen – sondern ein Thema für jegliche WLAN-Netze.
”Wir sind nicht alleine!” - dass heisst, wir finden in unsere Umgebung andere WLANs und diese können unser eigenes WLAN negativ beeinflussen.
Und insbesondere bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen können diese “anderen” WLANs auch weitere “eigene” WLANs sein.
Und umgekehrt beeinflusst unser WLAN auch die Anderen.
Zusätzlich gibt es auch Nicht-WLAN-Signale, welche die gleichen Frequenzen benutzen.
Diese teilweise absichtlichen, meist jedoch völlig unabsichtlichen Störquellen, spielen natürlich auch eine Rolle.
Also, schauen wir uns diese gegenseitigen Einflüsse an und gruppieren sie dabei in 3 Gruppen:
a) Störungen am Standort des Senders
b) Störungen am Standort des Empfängers
c) Störungen zwischen den Standorten

A) Störungen am Standort des Senders
Nun, wenn wir hier unsere Punkt-zu-Punkt-Verbindung anschauen, dann interessiert uns der Einfluss irgendwelcher Störquellen eigentlich gar nicht.
Allerdings wäre dies ein wenig kurz gegriffen – denn:
- in umgekehrter Richtung ist dieser Standort der Standort des Empfängers, also spielen die Punkte welche unter B) folgen werden auch hier eine Rolle
- ich kann auch eigene andere WLANs stören und daher bin ich interessiert, dies möglichst zu vermeiden.
Auf was muss ich nun also achten?

Es gibt ein paar grundsätzliche Richtlinien zu beachten:
1. Frequenzband
Uns stehen grundsätzlich 2 Frequenzbänder zur Verfügung – das 2.4GHz- und das 5GHz-Band.
Das 5GHz-Band ist derzeit zu bevorzugen, da es (noch) weniger Störquellen aufweist und insbesondere im Aussenbereich höhere Sendeleistungen erlaubt!
2. Kanalwahl
Unabhängig vom Frequenzband sollte unsere Punkt-zu-Punkt-Verbindung Kanäle vermeiden, welche in der Nähe bereits verwendet werden.
Aufgrund der höheren Anzahl von verfügbaren Kanälen im 5GHz-Band ist dieses Band wiederum zu bevorzugen.
3. Antennenwahl
Die richtige Antenne kann sehr viel beitragen.
Zum Einen kann eine gerichtete Antenne helfen, eine grössere Distanz zu überbrücken.
Zum Anderen helfen gerichtete Antennen auch sich von konkurierenden WLAN-Signalen zu differenzieren, da die Signal gerichtet gesendet und auch empfangen werden.
4. Sendeleistung
Es gibt gesetzliche Vorschriften bezüglich Sendeleistung, welche wir aber im nächsten Blog adressieren werden.
Dieser Punkt hängt nun stark mit den beiden Vorhergehenden zumsammen – erhöhe ich die Sendeleistung, erreiche ich höhere Distanzen; gleichzeitig störe ich aber potentiell auch mehr. Eine gerichtete Antenne kann dies in gelenkte Bahnen leiten, verursacht aber gegebenfalls einen Verstoss gegen die Vorschriften.
Wichtig ist das folgende Bewusstsein:
Sobald das Signal gesendet ist, habe ich keinen Einfluss mehr darauf.
Es wird durch den FSPL und anderes abgeschwächt, aber ich kann nichts mehr tun.

B) Störungen am Standort des Empfängers
Störungen am Empfänger sind massiv wichtiger zu behandeln als am Sender – denn am Empfänger ist das Signal bereits geschwächt.
Schwache Signale kann ich nur noch mit einer Antenne mit hohem Gewinn weiterverarbeiten – dieser Gewinn wirkt aber genauso auf das Rauschen und allfällige Störsignale.
Schwache Signale werden also mit hoher Wahrscheinlichkeit zu schlechten Performance-Werten führen, da das Signal-Rausch-Verhältnis schlecht ist. Bei kritischen Verbindungen sollten also immer eine “Dämpfungsreserve” eingerechnet werden.
Antennen mit hohem Gewinn sind jedoch typischerweise gerichtete Antennen; und wie bereits unter a) beschrieben, können gerichtete Antennen auch dabei helfen, sich RF-Technisch von anderen WLAN’s und Störsignalen zu isolieren.

C) Störungen zwischen den Standorten
 Störungen zwischen den Standorten sind uns eigentlich egal.
Wenn sie zum Problem werden, dann werden sie eigentlich zu Störungen am Standort des Empfängers und sind gemäss Abschnitt b) zu behandeln.
Die Schwierigkeit liegt jedoch oft darin, diese Störungen zu finden.
Störungen an unseren Standorten sind uns häufig bekannt – es ist unser eigenes WLAN oder andere RF abstrahlende Systeme und wir kennen sie.
Non-WiFi-Störungen lassen sich auch leicht mit einfachen Spektrum-Analysern aufspüren.
Jedoch sind Störungen zwischen den Standorten üblicherweise nicht unter unserer Kontrolle und so wissen wir nicht, wann diese Störungen auftauchen oder wieder verschwinden.
Und auch das Aufsprüren ist nicht mehr so einfach, da diese Signale evtl. erst mit gerichteten Antennen zur Geltung kommen.
Und wieder gilt der Grundsatz: Unser Signal und Störsignale sollten auf unterschiedlichen Kanälen liegen – oder zumindest von der Sendeleistung her deutlich unterschiedlich sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen:
WLAN-Verbindungen über lange Strecken sollten idealerweise auf isolierten Kanälen angelegt werden.