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IEEE 802.11 WLAN Standards im Vergleich

IEEE 802.11 WLAN Standards im Vergleich

Die WLAN IEEE 802.11 Standards dienen dazu eine einheitliche Kommunikation bei der drahtlosen lokalen Funktechnik (Wireless-LAN) sicher zu stellen. Die wichtigsten Vertreter dieser Normenfamilie sind: 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ad, 802.11ah, 802.11ay, 802.11ax. Einige werden wir nur der Übersicht halber für Sie aufführen. (Einige Standards für spezielle Einzelanwendungen, sind nicht aufgeführt)

In diesem Artikel werden wir nur auf die Standards näher eingehen, die in der Praxis auch häufig vorkommen: 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac.

Dies ist eine Zusammenfassung der technischen Möglichkeiten, tatsächlich erreichbare Datentransferraten (Netto), werden von Faktoren beeinflusst, die nicht überall gleich auftreten, daher sind alle Angaben zu Übertragungsgeschwindigkeit Bruttowerte. Netto-Datenströme bzw. -Transferraten betragen durchschnittlich etwas weniger als die Hälfte der Brutto-Transferrate.


IEEE 802.11 (1997)

Ist der erste die IEEE WLAN Standards und seit seiner Einführung 1997 entsprechend überholt. Die lokale und kabellose Datenübertragungstechnik bekam mit diesem Standard ihren rudimentären Grundstein. Man nutzt(e) nur das 2,4 GHz Band und die Netto-Übertragungsraten lagen entsprechend der verwendeten Speicher und Dateigrößen, bei unter 2 MBit/s. Hierbei handelte es sich um eine erste “Beta”-Standardisierung und Hersteller begonnen mit unterschiedlichen Modulationsverfahren (DSSS, FHSS), Produkte zu entwickeln. Die gewählte Methode zur Datenpaketübertragung (CSMA/CA) arbeitet zwar zuverlässig, ist aber ein Flaschenhals für die Geschwindigkeit.

IEEE 802.11a (1999)

Das “a” steht für die Nutzung des 5 GHz Frequenzbandes beim IEEE Funkstandard. Um die potentielle Bandbreite (kumuliert 380 MHz) aller Kanäle (53-140) nutzen zu dürfen wurde die Verwendung von “Dynamischer Frequenz Selektion” (DFS) notwendig. Denn einige der Frequenzkanäle sind lokal von z.B. Wetterradar o.ä. belegt. Außerdem muss in Europa und für die Nutzung im Freien die Leistung über “Übertragungs-Leistungskontrolle” (TPC) von der Hardware eigenständig geregelt bzw. begrenzt werden. Für die Abgrenzung des “Outdoor”-Bereichs entstand die spezielle Definition IEEE 802.11h. Mit Hilfe des Übertragungsverfahrens OFDM (bei QAM64 und einer Kanalbreite von 20 MHz) wird eine maximale Datenrate von 54 MBit/s erreicht. Dieser Standard ist weit verbreitet, da er für die meisten Datenübertragungen eine ausreichende Transferrate, bei gleichzeitig hoher Verfügbarkeit anbietet.

IEEE 802.11b (1999)

Eine Erweiterung des ursprünglichen IEEE 802.11-Standards jedoch mit einer erheblichen Verbesserung der Datentransferrate auf 11 MBit/s brutto, bei Nutzung der ursprünglichen Modulationsmethode. Hier liegt die Bandbreite der Kanäle bei 22 MHz. Dieser Standard wurde von der Bandbreite schon mit dem zeitgleich erschienen IEEE 802.11a übertroffen. Geräte, die diesen Standard heute noch nutzen, sollten möglichst ausgetauscht werden, da bei größeren Datenpaketen, die Verbindung zum Zugangspunkt einfach zu lange belegt wird.

IEEE 802.11g (2003)

Der ab 2003 verwendbare g-Standard nutzt das aus 802.11a bekannte OFDM-Verfahren. Dies macht eine maximale Datenraten von 54 MBit/s im 2,4 GHz Band für reine IEEE 802.11g Geräte möglich. Befinden sich 802.11b-Standard-Geräte im Funknetz, führt die Abwärtskompatibilität zu erheblichen Wartezeiten für 802.11g Teilnehmer. Auch hier wird mit einer Informationsrate von QAM64 kommuniziert.

Für diesen und andere Standards gibt es mehrere herstellerspezifische Ausführungen z.B. “g+” und “g++” (“super G”). Hier werden die Brutto-Datenraten zwar verdoppelt, jedoch mit erheblichen Einschränkungen, bei der Behebung von Störungen mit anderen Funknetzen. Es kann zu starken Kanal-Überlappungen kommen, denen man nicht ausweichen kann.

IEEE 802.11n (2009)

Dies ist der erste Dualband-Standard, der im 2,4 und 5 GHz Band arbeitet. Mögliche Datenraten von bis zu 600 MBit/s verhalfen diesem IEEE Standard zu einem guten Start. Hardware mit den b- und g-Standard wird unterstützt. Allerdings ist für die maximale Datenrate eine 4x4 SU-MIMO-Konfiguration (Single User - Multiple Input Multiple Output) der Antennen notwendig. Hierbei werden räumliche Datenströme (spatial Streams) der verfügbaren Antennen gebündelt, die sonst Verbindungen zu einzelnen Clients (1x1) mit ca. 150 MBit/s (bei 40 MHz) pro Antenne ermöglichen. Mit diesem Standard kam auch erstmals das Beamforming zum Einsatz. Es handelt sich um aktive Richtfunktechnik, die über die Multi-Antennen den ungefähren, räumlichen Standort des Clients berechnet. Damit wird ein gerichtetes Signal möglich, welches die Qualität und die Effizienz der Verbindung erhöht. Bei 802.11n gibt es jedoch deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Herstellern, da die Funktion nicht allgemein spezifiziert wurde. Die Datenratenoptimierungen mit SU-MIMO und Beamforming, verkürzen generell die Übertragungszeiten und Kapazitäten werden schneller wieder frei.

IEEE 802.11ac (2013)

Es handelt sich um einen reinen 5 GHz-Standard mit zunächst zwei erschienen Stufen: Wave 1 und Wave 2. Man bewegt sich ausschließlich im breiteren und bislang weniger verwendeten 5 GHz Bereich (DFS und TPC wie bei 802.11a). Router werden i.d.R. als Dualband Version ausgelegt, wobei 802.11n den 2,4 GHz-Bereich übernimmt. Für eine kompakte Modulation und damit zusätzlich mehr Datenrate, sorgt in beiden “Wellen” eine OFDM-Übertragung und erlaubt auch QAM256 (8 Bit pro Übertragungsschritt). Gemäß dem Standard generell möglich sind 8x8 MU-MIMO-Datenströme, womit bei 160 MHz Kanalbreite 6900 MBit/s erreichbar wären. Jedoch steht mit 8x8 Antennen (bei 160 MHz) nur ein (real) überlappungsfreier Kanal zur Verfügung. MU-MIMO ist nur bei Wave 2 im praktischen Einsatz. Beamforming unterstützt auch hier eine gerichtete, effizientere Übertragung.