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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 54 Wireless Basics – Grundlagen drahtloser Übertragungssysteme

Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Die meisten Personen, die ein WLAN aufbauen, wissen gar nicht genau, was sie da tun. Solange es denn so funktioniert, wie es soll, ist das auch weiter nicht schlimm. Doch spätestens wenn nichts mehr geht wird klar, dass die Funkübertragung an sich eben doch wesentlich komplexer ist als die Übertragung auf physischen Leitern. Für die Zwecke dieser Reihe sollte dennoch ein verkürzter Einblick in die technischen Finessen der Thematik ausreichen.

So sieht das Modell eines drahtlosen Übertragungssystems aus; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
So sieht das Modell eines drahtlosen Übertragungssystems aus; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
( Archiv: Vogel Business Media )

Vielfach werden Wireless LANs einfach aus dem Karton genommen und aufgebaut. Es gibt im Standard IEEE Vernetzung aufgekommen.

Außerdem gibt es ja neben den drahtlosen LANs nach IEEE 802.11 auch eine große Anzahl anderer drahtloser Netzwerke und Übertragungssysteme. Ein professioneller Einsatz derartiger Systeme setzt jedoch Kenntnisse über die elementaren Grundlagen drahtloser Nachrichtenübertragung voraus, weil sonst viele Dinge unverstanden blieben und Probleme an Stellen auftauchen, wo sie vermeidbar wären.

Seiner üblichen Ausbildung nach ist der Netzwerkverantwortliche in einem Unternehmen eher selten ein Nachrichtentechniker. Die drahtlose Übertragungstechnik ist komplexer als die Nachrichtenübertragung über metallische Leiter. In diesen Folgen wird zunächst eine grundlegende Einführung in die drahtlose Nachrichtenübertragung, ihre Komponenten und Möglichkeiten gegeben. Viele Probleme aktueller Installationen ließen sich leicht lösen, wenn das Verständnis hinsichtlich der Antennentechnik etwas ausgeprägter wäre. Ein Kollege hat sich letztlich noch gewundert, dass er in einer Installation eine Reihe von Stationen nicht mehr erreichen konnte, wo doch die „Abstrahlcharakteristik seiner Antennen eine Kugel sei“. Weit gefehlt.

Die Grundlage für die drahtlose Übertragung bilden entsprechende Modulationsverfahren, die den eigentlichen Informationsgehalt, den es zu übertragen gilt, auf die sog. Trägerwelle, die von einem Oszillator erzeugt wird und letztlich die Grundfrequenz darstellt, mit der gesendet wird, aufprägen. Die Ausbreitung von Funkwellen ist sehr unterschiedlich, besonders große Wellenlängen, wie sie im Lang-, Kurz- und Mittelwellenbereich z.B. bei Radios benutzt werden, haben Ausbreitungscharakteristika, die z.B. unter bestimmten Randbedingungen dafür sorgen, dass diese Wellen von Schichten in der Atmosphäre reflektiert werden und somit z.B. die Weltkugel ganz oder teilweise umrunden können. Eine entsprechende Frequenz wäre z.B. 1.600 kHz, die älteren Leser werden das noch als die ungefähre Frequenz von Radio Luxemburg in den 50er und 60 er Jahren kennen.

Nach dem Abtasttheorem von Shannon kann man mit einer geeigneten Codierung bis zu 2 Bit/s in ein Hz Schwingung hineinpacken. Eine Radiofrequenz im Mittelwellenbereich hat aber höchstens eine nutzbare Bandbreite von 5 kHz, dann kommt schon wieder der nächste Sender. Also könnten wir mit einer solchen Frequenz höchstens 10 Kilobit/s übertragen, das ist für moderne Anwendungen viel zu wenig. Außerdem ist es nicht nötig, dass die Daten z.B. eines Wireless LANs um die ganze Welt reisen.

Also verwendet man höhere Frequenzen, z.B. 2,4 GHz, mit entsprechend breiteren Nutzbändern für die drahtlose Datenübertragung.

Die Ausbreitungscharakteristik einer Welle in dieser Frequenz ist zunächst einfach zu beschreiben, sie läuft nämlich einfach geradeaus und man kann sich die Gesamtausbreitung vorstellen wie bei normalem Licht. Die Ausbreitung ist da beendet, wo die Energie des Wellenzuges so gering wird, dass man mit einem Empfänger nichts sinnvolles mehr aus der Welle entnehmen kann. Generell gilt für alle Funksysteme, dass sich ihre Reichweite aus der Senderleistung, den verschiedenen Dämpfungseffekten und der Empfängerempfindlichkeit bestimmt. Im konkreten Fall ist es dann noch wichtig, wie die Sendeleistung an die Umwelt abgegeben wird, was wiederum von den verschiedenen möglichen Bauformen für Antennen abhängt.

Viele Radio-LANs arbeiten z.B. mit stabförmigen Antennen, von denen das Sendesignal im Wesentlichen kugelförmig abgeht. Das ist aber nur dann wünschenswert, wenn einem nichts Besseres einfällt. Andere Antennenbauformen bündeln die Energie der Sendung in eine bestimmte Richtung und können so bei gleicher Sendeleistung viel größere Entfernungen zurücklegen. Man muss nur wissen, wo der Empfänger ungefähr steht. Ausgeprägt wird das System der Leistungsbündelung in eine Richtung bei Richtantennen genutzt, die z.B. für die drahtlose Verbindung zwischen zwei Gebäuden benutzt werden.

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