WLAN - Antennen und Reichweite erhöhen

Dieses Thema im Forum "Internet- und Netzwerk-Hardware" wurde erstellt von ThunderGOD, 31.01.2005.

  1. ThunderGOD

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    INFO: WLAN, Antennen und Reichweite erhöhen

    Da jetzt laufend fragen bezüglich Wlan auftauchen dacht ich mir diesen Infotext hier zu posten.
    (ps. vielleicht könnte ein Moderator den Thread als Wichtig Markieren ?)

    Quelle:
    Alexander von Obert

    WLAN-Reichweite erhöhen





    Weiter unten: WLAN-Reichweite erhöhen mit technischen Einrichtungen


    Die meist einfachste Möglichkeit: Bessere Antennen


    Eigentlich ist es schon seit 100 Jahren eine Binsenweisheit: Die Antenne ist der beste Hochfrequenzverstärker. Das gilt auch in WLANs. Wer also die Reichweite seines WLAN erhöhen möchte, sollte vor allem bei den Antennen ansetzen.

    Die Reichweite eines WLAN hängt natürlich von weiteren Randbedingungen ab, die hier kurz erwähnt sein sollen:

    Hindernisse auf dem Übertragungsweg: Viele Herstellerangaben sind hier ausgesprochen optimistisch, weil sie sich auf amerikanische Verhältnisse beziehen: Bürogebäude in Stahlskelett-Bauweise (keine Betonwände), riesige Großraumbüros. Da sind u.a. die deutschen Arbeitsplatzvorschriften vor, die z.B. einen maximalen Abstand von Schreibtisch zu Fenster vorschreiben. Pappdeckel-Stellwände sind viel schwächere Hindernisse als Betonmauern.
    Elektrische Störungen: Die meisten WLAN arbeiten im 2,4-GHz-Band. Hier können Hochfrequenzanwendungen anmelde- und gebührenfrei betrieben werden, sind aber vor Störungen durch andere Nutzer nicht geschützt - z.B. vor Mikrowellenherden.

    Es kann also durchaus passieren, daß jeden Freitag pünktlich um 8:35 h das WLAN zusammenbricht, weil in der Kaffeeküche der traditionelle Leberkäse erwärmt wird. Nachdem sich hier garantiert niemand für die Sauberkeit zuständig fühlt, ist vermutlich die Türdichtung des Mikrowellenherds verschmutzt. Ergebnis: Der Mikrowellenherd ist mit großem Abstand der stärkste Sender im 2.4-GHz-Band weit und breit. Schließlich liefert sein Sender 600.000 mW Hochfrequenzleistung, eine WLAN-Karte nur typisch 25 mW. Das ist das gleiche Größenverhältnis wie zwischen dem Gewicht eines Schokoriegels und dem Gewicht eines Kleinwagens. Bekommt man ersteren an den Kopf geworfen, kann das durchaus ein Liebesbeweis sein :)

    Um mal Fleisch bei die Fische zu tun: In Fachzeitschriften findet man meist Reichweitenangaben in Büroumgebungen von 20 bis 30 m. Unter idealen Bedingungen sollen die meisten Gerätschaften eine Reichweite von 300 m haben. Diese Angabe ist schon deshalb irreal, weil man eine solche Reichweite nur im Freien erzielen könnte und die wenigsten Gerätschaften Regen, Hitze und Kälte abkönnen. Die Dämpfungen durch Antennenkabel, Wände usw. kompensiert man am besten durch bessere Antennen und günstigere Antennenstandorte.


    ...auf zur WLAN-Antenne


    Die Leistung einer Antenne hängt von mehreren Einflußgrößen ab:

    Dem Wirkungsgrad der Antenne, d.h. welchen Teil der eingespeisten elektrischen Leistung sie wirklich in Strahlung umwandelt. Je kleiner die WLAN-Einheit ist, um so kritischer wird dieses Problem. Gute Wirkungsgrade lassen sich vorzugsweise mit Antennen erzielen, die wenigstens eine halbe Wellenlänge lang sind. Die Wellenlänge von 2,4 GHz ist rund 12 cm. Antennen unter 6 cm Länge können also keinen guten Wirkungsgrad haben. Noch kritischer sind Antennenkabel: 1 m dünnes Kabel (RG-174) dämpft bei 2,4 GHz um etwa 14 dB, d.h. nur noch 3% der Leistung kommen am anderen Ende an. Aber wer will hier schon starres Kabel mit weit über 1 cm Durchmesser benutzen? Dafür gibt es schon aus mechanischen Gründen keine passenden Stecker.
    Dem Standort der Antenne. Im optimalen Fall können sich alle Antennen des WLAN gegenseitig sehen. Auch sollten die Öffnungen (Tür in Betonwand...) leidlich groß sein, durch die sich die Antennen sehen. Im Richtfunkbereich gehört zu den Grundsätzen, die erste Fresnelzone freizuhalten. Das ist jener Bereich, in dem eine Reflexion den Weg um eine halbe Wellenlänge verlängert.
    Dem Antennengewinn. Antennengewinn entsteht dadurch, daß man die Strahlung in bestimmte Richtungen konzentriert. Auch Rundstrahlantennen können einen Gewinn haben, wenn sie z.B. ihre Strahlung in der Horizontalen konzentrieren. Dann geht z.B. direkt unter der Antenne gar nichts. Die höchsten Gewinne erzielt man natürlich, wenn man die Strahlung auf eine möglichst kleine "Keule" konzentriert. Bekanntestes Beispiel solcher Antennen sind die allgegenwärtigen Satellitenschüsseln, die alle Strahlung auf einen wenige Grad kleinen Ausschnitt konzentrieren und so Antennengewinne von 30dB (1:1.000) erzielen. Das gilt übrigens sowohl sende- als auch empfangsseitig. Von einer vernünftigen Antenne am Accesspoint profitieren also alle Teilnehmer, z.B. durch eine größere Reichweite.


    Einfache Maßnahmen zur Reichweitenerhöhung


    Eine vernünftig Reichweite erreicht man nur durch vorherige Planung oder Basteleien eines Hochfrequenztechnikers.

    Hochfrequenzmäßig besonder schlecht sind PCI-Steckkarten. Entweder ist die Antenne hinter dem Rechner versteckt und strahlt nur die Wand an. Oder das Antennenkabel schluckt den größten Teil der Leistung. WLAN-Anschlüsse im Rechner sind eigentlich nur bei Laptops akzeptabel.
    In den meisten Fällen ist USB die Anschlußtechnik der Wahl: Leicht zu installieren und wenig "Strippensalat", wenn die USB-Stromversorgung ausreicht. Die WLAN-Einheit kann mehrere Meter vom Rechner entfernt so aufgestellt werden, daß sich die besten Verbindungen ergeben.
    Wenn auch das nicht hilft und die WLAN-Einheit einen Antennenanschluß hat, kann man Antennen kaufen oder selber bauen. Mit "2,4 GHz Antenne" oder "2.4 GHz antenna" findet man über Suchmaschinen sowohl kommerzielle Angebote als auch Bastelanleitungen, z.B. aus einer leeren CD-Spindel und AOL-CD als Reflektor - endlich gibt es eine sinnvolle Verwendung dafür :)

    Die Sendefeldstärke für anmeldefreie Anwendungen im 2,4-GHz-Bereich ist auf 100 mW beschränkt - bezogen auf die Feldstärke, die ein idealer Rundstrahler am gleichen Platz erzeugen würde. Die meisten WLAN-Anschlüsse senden mit typisch 25-30 mW, der Antennengewinn ist als auf Faktor 4 (= 6dB) plus Kabelverluste begrenzt. Abgesehen von Schüsseln dämpft das Kabel wohl meist genügend, um die Sendeleistung nicht reduzieren zu müssen. Schließt man die Antenne mit 1 m RG-174 an, sind 14dB + 6dB = 20 dB Antennengewinn zulässig. Die muß man erst mal erreichen...

    Die Empfängerempfindlichkeit ist gesetzlich nicht begrenzt. Von daher kann es durchaus sinnvoll sein, dem Empfänger mit einer leistungsfähigen Antenne beizubringen, wie man das Gras wachsen hört und dafür die Sendeleistung zu reduzieren. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird in einer möglichst großen, negativen dB-Zahl ausgedrückt. Die Entwicklungsingenieure müssen hier einen Kompromiß machen zwischen Aufwand, Empfindlichkeit, Störunempfindlichkeit und Leistungsaufnahme. Der optimale Kompromiß für den Internetanschluß in einer Gartenlaube ohne Steckdose sieht also anders aus als für die PCI-Karte eines Rechners im Elektrosmog eines Großraumbüros.
     
    Zuletzt bearbeitet: 31.01.2005
  2. ThunderGOD

    ThunderGOD Thread Starter MacUser Mitglied

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    Viele, viele Antennen: MIMO


    Noch für dieses Jahr ist eine Technik angekündigt, die Reichweite und Übertragungskapazität von WLANs deutlich verbessern soll - ohne daß die eigentlichen WLAN-Parameter angefaßt werden: Bei Multiple Inputs - Multiple Outputs (MIMO) werden auf elektronischem Weg werden mehrere Antennen so kombiniert, daß sie ihre Richtwirkung jederzeit ändern können. Zu jedem Zeitpunkt können elektronisch sogar mehrere Richtwirkungen gleichzeitig erzeugt werden.

    Der Effekt ist so ähnlich wie an einem voll belegten Wirtshaustisch: Je nachdem, auf welchen Sprecher man sich konzentriert, kann man einzelne Stimmen aus dem Stimmengewirr isolieren. Bisherige WLAN-Antennen arbeiten nur mono: Stellt man ein Diktiergerät auf zitierten Tisch, wird man bei der Wiedergabe nur ein unverständliches Stimmengewirr wahrnehmen können.

    Die Hoffnung ist, mit MIMO gleichzeitig Reichweite und Übertragungskapazität eines WLAN erhöhen zu können. Arbeiten beide Kommunikationspartner mit MIMO-Antennen, können sie womöglich mehrere Übertragungskanäle gleichzeitig nutzen: Einen auf direkte Sicht, einen über eine Reflexion an der linken Wand und einen über die Decke. Allerdings wird diese Technik noch auf einige Zeit recht teuer bleiben: Die ganze Antennensteuerung enthält viel mehr Aufwand als ein kompletter WLAN-Anschluß heutiger Produktion.


    WLAN-Reichweite mit technischen Einrichtungen erhöhen


    Reichweite mit WLAN-Repeater erhöhen


    Manchmal fehlt wirklich nur eine Kleinigkeit, um die gewünschte Reichweite zu erreichen: Im größten Teil des Büros klappt es bestens, aber bis ganz vorne zum Empfang reicht der Accesspoint doch nicht hin. In solchen Fällen kann ein WLAN-Repeater ("Wiederholer") helfen. Der liest den Datenverkehr mit und sendet zumindest die Pakete für die Stationen nochmals, deren Reichweite er erhöhen soll.

    So ein WLAN-Repeater mag manchmal recht praktisch sein, weil er außer der Stromversorgung keinerlei Anschlüse benötigt. Allerdings erhöht er den Verkehr im Netz und halbiert die Übertragungsgeschwindigkeit für die Stationen, die über ihn arbeiten. Schließlich muß jedes Datenpaket zweimal übertragen werden.


    WLAN-Repeater wie der von Siemens funktionieren nur in passenden Umgebungen. Vermutlich bietet auch so mancher Accesspoint entsprechende Möglichkeiten - da hilft nur RTFM (read the " fabulous" manual). Die findet man häufig auch auf den Websites der Hersteller.

    [4] hilft hier weiter: Ein WLAN-Repeater muß WDS (Wireless Distribution System) unterstützen. Dieses Verfahren ist Teil des WLAN-Basisstandards IEEE 802.11. Ursprünglich sollten so nur Basisstationen miteinander verbunden werden. Ob ein Repeater damit auch drahtlose Clients (also die Benutzerrechner) unterstützt, steht hoffentlich in seiner Bedienungsanleitung.


    Netzwerke per WLAN-Bridge verbinden


    Eine Bridge ("Brücke") ist eine Einrichtung, die zwei Netzwerke miteinander verbindet. Dabei ist es erst einmal gleichgültig, welche Übertragungsmedien auf beiden Seiten der Brücke und ggf. für den "Brückenbogen" benutzt werden:

    Nur der "Brückenbogen" benutzt WLAN-Technik, etwa um zwei Teilnetze über eine Straße hinweg zu verbinden. Die Teilnetze werden ganz konventionell verkabelt.

    Der "Brückenbogen" ist verkabelt, die beiden WLAN-Teilnetze stehen z.B. auf unterschiedlichen Stockwerken.
    Im Extremfall besteht der "Brückenbogen" aus einer Internetverbindung, vorzugsweise wohl als VPN (virtuelles privates Netz) mit Datenverschlüsselung und zur ausschließlichen Verbindung der angeschlossenen Teilnetze.

    WLAN-Bridges kann man mit speziellen Geräten wie der Netgear WLAN-Bridge WGE101 aufbauen, oder auch rein in Software. Dazu baut man in einen Rechner z.B. eine normale Ethernet-Karte und eine WLAN-Karte ein und konfiguriert den Rechner so, dass er die Datenpakete jeweils an das richtige Medium weiter gibt. Das Konfigurieren geht aber über meine Kenntnisse auf diesem Gebiet hinaus.

    Falls die Bridge zwei WLANs verbindet, sollten die auf unterschiedlichen Kanälen arbeiten und getrennte IP-Adressbereiche benutzen - das eine etwa 192.168.0.xxx und das andere 192.168.254.xxx. Unterschiedliche Kanäle bedeutet übrigens mindestens drei Kanalnummern Abstand, weil sich benachbarte Kanäle im belegten Frequenzbereich überlappen. Effektiv gibt es im 2,4-GHz-Band also nur drei unabhängige Funkkanäle.


    Literatur:


    [1] Trikaliotis, Spiro: WLAN-Feinschliff - Schnelleres Funknetz mit stabilerem Durchsatz
    In: c't 6/2004, S. 216ff
    [2] Netzwerkseite - WLAN
    [3] Trawny, Michael; Thissen, Rolf: Fünf Kilometer WLAN - Eine Firma muss nicht mehr auf teure Mietleitungen oder Verkabelungen setzen, um eigene Gebäude zu verbinden.
    In: PC professionell 11/2004, S. N20ff
    [4] Ahlers, Ernst: Geteilte Flut - Breitband-Anschlüsse drahtlos mit Nachbarn teilen
    In: c't 21/2004, S. 116ff
    [5] Ahlers, Ernst: Weitfunker - WLAN-Richtfunk selbst gemacht
    In: c't 25/2004, S. 222ff
    [6] WLAN-Skynet
    Erfahrungsberichte eines ADSL-losen Heimarbeiters



    QUELLE:
    Alexander von Obert * http://www.techwriter.de/thema/wlan-rei.htm
     
    Zuletzt bearbeitet: 31.01.2005
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