Grundlagen der Drahtlosen Kommunikation: WiFi, RF & Standards

Grundlagen der Drahtlosen Kommunikation

Welche Signale verwendet WLAN (Wi-Fi)?

WLAN verwendet hochfrequente elektromagnetische Signale (Radiofrequenzen, RF).

Elektromagnetische Wellen (EMW)

Hauptmerkmale von EMW

• Benötigen keine physischen Medien zur Ausbreitung.
• Verbreiten sich mit Lichtgeschwindigkeit.
• Die Art der Ausbreitung ändert sich je nach Frequenzbereich:
  • Oberflächenausbreitung (Ground Wave, GW)
  • Weltraumausbreitung (Sky Wave, SW)
  • Sichtausbreitung (Line of Sight, LOS)
• Sind empfindlich gegenüber natürlichen Hindernissen.

Was ist das Spektrum der EMW?

Das Spektrum der EMW umfasst den sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Wellen (definiert durch Reichweite und Frequenz).

Radiofrequenzen (RF) und Frequenzbänder

Was sind Radiofrequenzen (RF)?

RF sind Frequenzen elektromagnetischer Wellen, die in der Funkkommunikation verwendet werden (von 3 Hz bis 300 GHz).

Wichtige Wellenparameter

• Frequenz: Geschwindigkeit der Wellenveränderungen in der Zeit.
• Wellenlänge (Lambda): Länge einer Periode in der Zeit.
• Amplitude: Maximale Größe, die dieses Signal erreicht.

Ausbreitung in Drahtlos-Technologien

Die von drahtlosen Technologien genutzte Ausbreitung ist die Sichtausbreitung (Line of Sight). Diese arbeitet oberhalb von 30 MHz, wobei die Kommunikationspunkte einander sichtbar sein müssen.

Frequenzbänder (30 MHz bis 300 GHz)

• 30 – 300 MHz: VHF (Very High Frequency)
• 300 – 3000 MHz: UHF (Ultra High Frequency)
• 3 – 30 GHz: SHF (Super High Frequency)
• 30 – 300 GHz: EHF (Extremely High Frequency)

Klassifizierung von Drahtlosnetzwerken (W-xAN)

Reichweitenbasierte Klassifizierung

• W-PAN (Wireless Personal Area Network): Normalerweise eine Abdeckung, die 100 Meter nicht übersteigt.
• W-LAN (Wireless Local Area Network): Abdeckung von nicht mehr als wenigen Kilometern.
• W-MAN (Wireless Metropolitan Area Network): Abdeckung von mehreren Kilometern, aber nicht mehr als 100 km.
• W-WAN (Wireless Wide Area Network): Netze mit unbegrenzter Abdeckung (z. B. das Internet).

Standards, Datenraten und Topologien

Unterschied zwischen mobilen und festen Drahtlosnetzen

Der Hauptunterschied liegt oft in der Dateiübertragungsrate (File Transfer Rate) und der Mobilität der Endgeräte.

IEEE-Standards und Technologien

• W-PAN (Bluetooth): IEEE 802.15.1, 802.15.2, 802.15.3 und 802.15.3a
• W-LAN (Wi-Fi): IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g und 802.11n
• W-MAN (WiMAX): IEEE 802.16, 802.16a, 802.16c, 802.16d, 802.16e
• W-WAN (Mobile 3G und 3.5G): Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), 3rd Generation Partnership Project (3GPP), IMT-2000 International Telecommunication Union (ITU).

Maximale Dateiübertragungsraten

• W-PAN (Bluetooth): 1 Mbit/s (v.1.2), 3 Mbit/s (v.2.0)
• W-LAN (Wi-Fi):
  • 11 Mbit/s (802.11b)
  • 54 Mbit/s (802.11g)
  • 540 Mbit/s (10x 802.11g) (802.11n)
• W-MAN (WiMAX): Bis zu 70 Mbit/s (aktuell oft weniger, bis zu 30 Mbit/s) (802.16a, 802.16d und 802.16e)
• W-WAN (3G): Datenraten von bis zu 3 Mbit/s (Downstream).
• W-WAN (3.5G HSDPA): Bis zu 14 Mbit/s (obwohl Netzwerkanbieter unter realen Bedingungen oft mehr als 8 Mbit/s liefern, z. B. Entel PCS im Januar 2010).

Netzwerk-Topologien

• Wi-Fi: Stern-Topologie
• Bluetooth: Punkt-zu-Punkt (Point-to-Point)
• WiMAX: Stern-Topologie
• 3G: Stern- und Baum-Topologie

Frequenzband-Regulierung und Dienste

Lizenzierte und Lizenzfreie Frequenzbänder

• Lizenzierte Bänder: Reguliert durch nationale Behörden (z. B. Subtel).
• Lizenzfreie Bänder: Reguliert durch internationale Organisationen (z. B. ITU).

Dienste in Drahtlosnetzwerken

• 3G-Netz: SMS, MMS, WAP, Internet, Digitales Fernsehen.
• Wi-Fi: Internet, Telefonie (VoIP), Dateiübertragung.
• Bluetooth: Dateiübertragung.