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Qualitätsparameter für die Planung von WLANs
Eine präzise WLAN-Planung basiert auf definierten Qualitätsparametern wie Signalstärke, SNR, Kanalbreite und Clientmanagement für stabile und leistungsfähige Netzwerke.
Bereits in der Planungsphase von WLAN-Netzen in Unternehmensumgebungen sollten klare Vorgaben für Qualitätsparameter definiert werden. Einige sind allgemeingültig, wohingegen andere sich vom Nutzungszweck ableiten. Sie sind aber nötig, um die Qualität einer WLAN-Verbindung objektiv messen zu können.
Dieser zweite Teil unserer Artikelreihe zur WLAN-Planung stellt die relevanten Parameter vor. Den ersten Beitrag zu den Planungsgrundlagen für WLANs finden sie hier.
Qualitätsparameter für WLAN
Als erster Qualitätsparameter ist die Signalstärke zu nennen. Sie gibt an, wie stark das empfangene WLAN-Signal ist, einfach formuliert, wie laut höre ich den Access Point (AP). Die Angabe erfolgt auf Basis des Leistungspegels in Dezibel zu einer Bezugsgröße mit einem Milliwatt, konkret also in der Maßeinheit Dezibel Milliwatt (dBm). Ein AP sendet meist mit 20 dBm EIRP und die Daten können bis zirka -95dBm moduliert werden. Der Wert sollte grob besser als -65 dBm im gesamten genannten Nutzungsbereich sein. In kritischen Bereichen sollte zudem ein zweiter WLAN-Access Point für Roaming, als auch Backup-Zwecke mit -70 dBm verfügbar sein. Die Dämpfung (Attenuation) bezeichnet hingegen den Verlust der Signalstärke auf dem Weg zwischen Sender und Empfänger.
Die maximal zulässige äquivalente isotrope Strahlungsleistung im 2,4-GHz-Band (2400 bis 2483,5 MHz) beträgt in Deutschland 0,1 W (EIRP, Äquivalente isotrope Strahlungsleistung), also 20 dBm. Im 5-GHz-Band liegt sie im Bereich 5150 bis 5250 MHz und 5250 bis 5350 MHz bei 200 mW, also 23 dBm, und im Bereich 5470 bis 5725 MHz bei 1 W. Es gibt aber Abweichungen in Sonderbereichen. Die beiden letztgenannten Bereiche erfordern zudem zur Störungsminimierung eine Sendeleistungsregelung (TPC) und dynamische Frequenzwahl (DFS). In der Planungsphase sollte jedoch darauf geachtet werden, dass alle Messungen der Sendeleistung von Access Points auf die maximale Sendeleistung des schwächsten Endgeräts eingestellt werden. Erfolgt dies nicht, kann es dazu kommen, dass ein Endgerät eine gute Sendeleistung erkennt, aber in Rückrichtung zum Access Point die Sendeleistung des Endgeräts nicht ausreicht. Ein Beispiel stellt eine TX-Sendeleistung des Access Points im Büro von 14 dBm dar, die das Endgerät ebenfalls in Rückrichtung erreichen muss.
Signal-Rausch-Verhältnis und Kanalbreite
Das Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise Ratio, SNR) definiert hingegen das Verhältnis zwischen der Signalstärke und dem Hintergrundrauschen. Er gibt also an, wie gut ein Endgerät die Nutzsignale von Störsignalen auseinander halten kann. Ein Wert von mindestens 20 dB ist erforderlich für eine stabile Verbindung in reinen Datennetzwerk. Für Voice-over-WLAN Netze sind mindestens 25 dB empfehlenswert.
Die Kanalbreite spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung und Effizienz eines WLAN-Netzwerks. Sie bestimmt, wie viel Datenverkehr gleichzeitig übertragen werden kann und beeinflusst sowohl die Geschwindigkeit als auch die Stabilität der Verbindung.
Im 2,4-GHz-Frequenzband ist eine Kanalbreite von 20 MHz der Standard. Aufgrund der begrenzten Anzahl überlappungsfreier Kanäle (1, 6 und 11) wird 20 MHz bevorzugt, um Interferenzen zu minimieren und eine stabilere Verbindung zu gewährleisten.
Das 5-GHz-Band unterstützt größere Kanalbreiten, wobei 40 MHz eine weitverbreitete Option ist. Diese verdoppelt die verfügbare Bandbreite im Vergleich zu 20 MHz und ermöglicht höhere Datenübertragungsraten. Da das 5-GHz-Band mehr Kanäle bietet, sind Störungen durch andere WLANs seltener. Allerdings ist die Reichweite geringer als bei 2,4 GHz, und Hindernisse wie Wände dämpfen das Signal stärker.
Mit der Einführung von Wi-Fi 6E und dem 6-GHz-Band sind noch größere Kanalbreiten möglich. Eine Kanalbreite von 80 MHz ermöglicht eine deutlich höhere Datenrate und ist ideal für Anwendungen mit hohem Bandbreitenbedarf wie Streaming oder Dateitransfers. Da aktuell in Europa aber nur ein kleiner Teil des 6-GHz-Bandes verfügbar ist, wird auch hier mit 40 MHz breiten Kanälen kalkuliert. Auch wenn größere Kanalbreiten eine höhere Geschwindigkeit zu bieten scheinen, wird hier das Problem der Gleichkanaligkeit hervorgerufen. WLAN ist ein Shared Medium, je mehr Access Points sich den gleichen Kanal teilen, je geringer die Geschwindigkeit eines jeden.
Neben den reinen WLAN-Messungen empfiehlt sich jedoch auch eine Spektrumanalyse. Diese kann im jeweilig genutzten Frequenzband auch externe Störquellen ermitteln, wie beispielsweise Mikrowellen.
Anzahl der Clients
Darüber hinaus sollte der Planer in diesem Schritt die maximale Anzahl der Nutzer pro Funkzelle festlegen. Konkret ist gemäß den Herstellerangaben des einzusetzenden WLAN-Access-Points zu prüfen und anschließend in der Planung festzulegen, wie viele Clients parallel im jeweiligen Frequenzband assoziiert werden und wie viele gleichzeitig aktiv Datenverkehr erzeugen. Dabei ist zu beachten, dass die in den Datenblättern angegebenen Werte oft nur theoretisch erreicht werden können.
Gleiches gilt für die Anzahl der parallel verfügbaren Access Points. Im Normalfall sollten mindestens zwei Access Points im jeweiligen Frequenzband mit guten Qualitätsparametern (Signalstärke und Signal-Rausch-Verhältnis) ständig verfügbar sein. Damit steht beim Wechsel der Funkzelle sowie beim Ausfall eines einzelnen WLAN-Access-Points weiterhin mindestens einer in allen Empfangsbereichen zur Verfügung.
