So geht's
WLAN-Reichweite: Mit unseren Tipps erreicht Ihr WLAN jeden Raum
Wer kennt das nicht? Man will gemütlich einen Film über das Internet streamen, aber das WLAN-Signal ist zu schwach. Wir zeigen Ihnen, woran das liegt und wie Sie die Reichweite Ihres WLAN-Netzes deutlich erhöhen können.
Ein Netzzugang im ganzen Haus per WLAN ist praktisch. Er erlaubt Notebooks, Smartphones oder Web-Radios den kabellosen Datenzugriff und ist inzwischen in Geschwindigkeitsbereichen angekommen, die den Wunsch nach einer Kabellösung oft erst gar nicht aufkommen lassen - und das überall im Haus.
Oder fast überall, denn bereits in einem durchschnittlichen Reihenhaus oder in einer weitläufigen Wohnung kann sich das eine oder andere Funkloch auftun.
Ein Einfamilienhaus vom Keller bis zum Dachboden oder eine ganze Firma lückenlos mit einem einzigen WLAN Access Point (AP) zu versorgen ist in der Regel ein hoffnungsloses Unterfangen: zu viele Wände, Elektrogeräte, die den Empfang stören, oder WLAN-Netze der Nachbarn, die dazwischenfunken.
Noch schwieriger wird die Situation, wenn man größere Entfernungen - etwa bei einem Bürgernetz oder einer Netzverbindung zum nächsten Firmengebäude um die Ecke - überbrücken will.
Selbst unter optimalen Bedingungen - sprich: bei unverstellter Sichtverbindung im freien Gelände - sind mit Standard-WLAN-Equipment allenfalls wenige Hundert Meter machbar. Dabei wird schon ein Laubbaum oder eine Ziegelwand zum unüberwindlichen Hindernis.
Warum kommen WLAN-Funkwellen nicht an?
Das liegt an den hohen Funkfrequenzen, die WLAN nutzt. Bei 2,4 oder gar 5 GHz ähnelt die Ausbreitung der Funkwellen immer mehr der des Lichts. Jedes Hindernis, das sich zwischen Sender und Empfänger befindet, führt folglich zu einer deutlichen Abschwächung - der Nachrichtentechniker spricht von Dämpfung - des Signals.
Zwar durchdringen die WLAN-Funkwellen im Gegensatz zu Licht auch massive Barrieren wie Wände und Decken, die Stärke des Signals nimmt dabei aber ab und somit auch die Güte der Verbindung. Das senkt wiederum die Datenrate.
Gips- und Ziegelwände durchdringen WLAN-Wellen noch einigermaßen gut - zumindest solange sie trocken sind. Holzwände können wegen der unvermeidlichen Restfeuchte des Naturwerkstoffs ein stärkeres Hindernis darstellen.
Noch hinderlicher wirkt sich Beton bzw. die darin befindliche Stahlarmierung aus. Entsprechend sind Stahlbetondecken, wie sie im Hausbau üblicherweise Verwendung finden, ernsthafte Hindernisse für eine brauchbare WLAN-Verbindung.
Innerhalb der eigenen vier Wände stören zudem Reflexionen an Wänden, Möbeln oder Personen, die spontan zur Verstärkung oder Abschwächung bis hin zur völligen Auslöschung des Signals führen.
MIMO macht's möglich
WLAN-Router bzw. Access Points mit MIMO-Antennentechnik sind bezüglich störender Reflexionen weit weniger anfällig. Vielmehr kann MIMO (Multiple Input Multiple Output) sogar die durch Reflexionen verursachten unterschiedlichen Ausbreitungspfade der Funkwellen zur Erhöhung der Datenrate nutzen. Dazu verwenden die Geräte mehrere Antennen gleichzeitig.
MIMO-Antennentechnik findet sich bei manchen WLAN-Routern und Access Points bereits seit dem 802.11g-Standard, normiert ist sie jedoch erst, seit es den WLAN-Standard 802.11n gibt. Bei schwierigen Empfangsverhältnissen in den eigenen vier Wänden kann der Umstieg von einem älteren Router, der noch mit 802.11b/g arbeitet, auf ein modernes MIMO-Gerät mit 802.11n die entscheidende Verbesserung bringen.
Auch wenn damit noch nicht jedes Empfangsproblem gelöst wird, schließen sich damit nach unserer Erfahrung die WLAN-Lücken im häuslichen Umfeld.
Leider steht längst nicht überall MIMO drauf, wo MIMO drin ist. Auf der anderen Seite müssen WLAN-Geräte nach 802.11n nicht zwingend MIMO unterstützen. So ist zum Beispiel in kompakten USB-WLAN-Sticks kein Platz für die aufwendige Antennentechnik. Auch diverse preiswerte Router, APs, Repeater und Notebooks sind mangels zweier oder mehr Antennen nicht in der Lage, mehr als einen Datenstrom zu handhaben.
Eine Hilfestellung gibt hier die beworbene Datenübertragungsrate. Steht 150 Mbit/s auf der Packung, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit kein MIMO drin. 300 MBit/s lassen sich nur mit zwei Antennen erreichen (2 x 2 MIMO), für 450 Mbit/s braucht man drei und 600 Bit/s sind nur mit vier parallelen Datenströmen und somit vier Antennen möglich.
Antennen zählen hilft aber nur bedingt. Geräte mit zwei Antennen können sich auf simple Antennendiversität beschränken. Bei drei Antennen sind Sie jedoch meistens auf der sicheren Seite. Bei manchen Routern sind die Antennen integriert, da hilft nur ein Blick auf die Packung.
Eine Frage der Aufstellung
Nicht sinnvoll ist es, den WLAN-Router irgendwo im Heizungskeller in der Nähe der DSL-Dose aufzustellen, auch wenn ihn so manche Dame des Hauses da am liebsten sehen würde. Je zentraler der Router steht, desto größer ist der Empfangsbereich. Dabei sollten die Antennen nicht durch massive oder gar elektrisch leitfähige Gegenstände (wie den Gefrierschrank) abgeschirmt werden.
Ein Tool, das Ihnen helfen kann, den optimalen Aufstellungsort zu finden, ist der kostenlose HeatMapper. Einmal mit dem Grundriss Ihrer vier Wände gefüttert, zeigt die Software grafisch die Güte der Funkabdeckung an und auch, wo möglicherweise andere Funknetze die Empfangsfreude trüben. Unserem Aufmacher am Beginn des Beitrages liegt so eine HeatMapper-Karte zugrunde, die wir nachträglich dreidimensional aufbereitet haben.
Kanalarbeiten
Zeigt sich, dass des Nachbars WLAN-AP genau auf Ihrem Kanal munter vor sich hin funkt, ist es ratsam, auf einen anderen, freien Kanal auszuweichen. Sowohl die Reichweite als auch die Datenübertragungsrate leiden bei sich überlappenden WLAN-Netzen erheblich.
Zu beachten ist, dass im 2,4-GHz-Band auch vermeintlich freie Kanäle durch Nachbarkanäle beeinträchtigt werden. Denn hier umfasst das Kanalraster nur 5 MHz, während die verwendete Bandbreite gut 20 MHz beträgt. Die Folge: Wirklich überlappungsfrei sind die Kanäle nur dann, wenn mindestens vier Kanäle zwischen ihnen liegen. Das wäre etwa bei den Kanälen 1, 6 und 11 der Fall. Sendet also Ihr Nachbar ebenfalls auf Kanal 6, hilft es wenig, auf Kanal 5 oder 7 zu wechseln.
Besonders zu fürchten sind ältere 802.11g-Router mit dem Zusatz "++", die mit der doppelten 802.11g-Datenrate von 108 MBit/s beworben wurden. Um das zu erreichen, belegen derartige Geräte im "Turbo Mode" statt 20 MHz satte 40 MHz und "kleben" so schon 80 Prozent des zur Verfügung stehenden Frequenzbandes zu.
Gleiches gilt für 802.11n-Router, die im 40-MHz-Modus arbeiten. Auch sie benötigen dann zwei Kanäle (Channel Bonding) gleichzeitig. Wie groß die Kanalabdeckung der gefundenen WLAN-Router- und APs tatsächlich ist, verrät Ihnen das Tool inSSIDer 2.0, das auf der Website kostenlos heruntergeladen werden kann.
Genug Platz für alle im 5-GHz-Band
Die Lösung für beengte Verhältnisse in überfüllten WLAN-Netzen - und die oftmals daraus resultierenden Reichweitenprobleme - bietet das 5-GHz-Band. Hier stehen 23 Kanäle zur Verfügung, die überdies nicht überlappend angeordnet sind. Zudem ist das 5-GHz-Band frei von vielen Störquellen wie Bluetooth-Geräten, Funkbewegungsmeldern, Betriebsfunk, Radarfallen oder Mikrowellenherden.
Dennoch gähnende Leere
Bislang tut sich recht wenig im 5-GHz-Band, was nicht zuletzt daran liegt, dass die üblicherweise in Notebooks und Smartphones verbauten WLAN-Adapter nur im 2,4-GHz-Band arbeiten. Auch längst nicht alle modernen 802.11n-Router bzw. APs unterstützen das 5-GHz-Band.
Hier gilt es, die technischen Daten des Wunschgerätes genau zu studieren bzw. beim Hersteller anzufragen. Die meisten 5-GHz-fähigen Router/APs schaffen lediglich entweder 2,4 oder 5 GHz - nur einige wenige unterstützen beides.
In bereits vorhandenen WLAN-Installationen ist es ratsam, den vorhandenen 2,4-GHz-Router weiter zu verwenden und an dessen Ethernet-Port einen 5-GHz-Access-Point anzuschließen. Ältere Geräte können so zunächst weiterhin auf dem gewohnten 2,4-GHz-Band funken, während neue, geeignete Hardware ungestört auf den besseren 5 GHz arbeiten kann.
Obwohl die Signalabschwächung durch die Luft sowie durch Wände und Hindernisse bei 5 GHz sogar stärker ist als bei 2,4 GHz, ist die Empfangslage dank des geringen "Störteppichs" und des daraus resultierenden besseren Signal-/Rauschabstands eher besser als im 2,4-GHz-Band. Vor allem in Bereichen mit hoher WLAN-Netzdichte kann also der Wechsel auf 5 GHz entscheidende Reichweitenvorteile bringen.
Router, die im 5-GHz-Band arbeiten, bieten deutliche Vorteile.
Mischformen
Gemischte WLAN-Netze, bestehend aus 2,4 und 5 GHz, stören sich gegenseitig nicht. Sehr wohl können aber alte 802.11b/g- (2,4 GHz) bzw. 802.11a-Geräte (5 GHz) den Datenverkehr einbremsen und die Gewinne durch MIMO zunichte machen. Wer hier Tempo und Reichweite machen will, kann auf Kosten der Abwärtskompatibilität zu alten WLAN-Geräten seinen WLAN-Router/AP in den "Greenfield-Modus" versetzen.
Weitreichende Entscheidung
Ein weiterer Weg, die Netzabdeckung zu verbessern, ist der Einsatz von Richtantennen. Anstatt mehr oder weniger in alle Richtungen zu senden und zu empfangen, wird die Sendeleistung gebündelt in Richtung des Empfängers abgestrahlt. Vergleichbar ist das mit einem Megaphon, durch das gesprochen, bzw. ein Hörrohr, durch das gelauscht wird.
Eine Richtantenne kann man sich entsprechend wie ein kombiniertes Megaphon/Hörrohr vorstellen. Wie intensiv besagter Megaphon/Hörrohr-Verstärkungseffekt ausfällt, hängt davon ab, wie stark die Antenne die Funkstrahlung bündelt. Als Maß dafür dient der Vergleich mit einer idealen, kugelförmig in alle Richtungen gleichmäßig abstrahlenden Antenne (isotroper Kugelstrahler).
Schon die in WLAN-Routern und APs standardmäßig verbauten Stabantennen besitzen eine Richtwirkung. Senkrecht rund um die Antenne ist die Abstrahlung am stärksten, in Richtung der Antennenenden am schwächsten. Gegenüber einem idealen Kugelstrahler liegt der Gewinn senkrecht zur Antenne bei ca. 2 db.
Da sich der Gewinn auf einen (real nicht existierenden) isotropen Strahler bezieht, wird an das Maß ein kleines "i" angehängt. Entsprechend wird der Antennengewinn in der Einheit "dbi" angegeben.
Gemäß der Formel "Verstärkungsfaktor = 10 hoch 1/10 des db-Wertes" ergibt sich bei 2 dbi näherungsweise eine Verstärkung um den Faktor 1,6. Richtantennen gibt es in allen erdenklichen Ausprägungen und Verstärkungsrichtungen. Die Art, wie eine Antenne abstrahlt (und auch empfängt), nennt man Richtcharakteristik. Je nach Anwendungsfall kann diese sehr unterschiedlich ausgeprägt sein.
Für Indoor-Zwecke sind vor allem Antennen mit eher geringer Richtwirkung mit 3 bis 6 dbi Gewinn (zwei- bis vierfache Verstärkung) ratsam. Oft finden stabförmige Antennen ohne horizontale Richtwirkung Verwendung, die aber in vertikaler Richtung stark bündeln.
Ebenso beliebt sind Varianten, die horizontal im 180-, 90- oder 60-Grad-Winkel abstrahlen und so an Wänden oder Decken oder in Zimmerecken platziert ihre Energie vornehmlich in den Raum und nicht an Außenwände oder Zimmerdecken abgeben.
In unseren Tests führten Indoor-Richtantennen in großen Räumen zwar zu stärkeren Signalen, sobald aber Hindernisse (wie Möbel, Wände und Personen) ins Spiel kommen, wird auch hier guter Empfang zur Glückssache. Entsprechend lautet unser Rat, eher auf einen modernen WLAN-Router mit effektiver MIMO-Technik zu setzen.
Sinnvoll können externe Antennen aber dann sein, wenn ein WLAN-Gerät an seinem Standort schlechte Empfangsbedingungen vorfindet. Eine besser platzierte Antenne, die per Kabel mit dem WLAN-Gerät verbunden wird, kann Wunder wirken.
Außenstrahler
Im Außenbereich, der üblicherweise weit weniger von störenden Hindernissen geprägt ist, sind Richtantennen ein probates Mittel, um große Distanzen zu überbrücken. Einsatzgebiete sind Campus- bzw. Firmengelände, Bürgernetze oder WLAN-Hotspots. Auch hier kommen vornehmlich Antennen mit geringer Richtwirkung, die dafür aber ein weites Areal ausleuchten, zum Einsatz.
Da bei den hohen WLAN-Frequenzen bereits wenige Meter Kabel (sowie die unvermeidlichen Stecker) zu einer beträchtlichen Signalabschwächung führen, empfiehlt sich der Einsatz sogenannter Outdoor-Access-Points bzw. -Router. Sie sind nicht nur wetterfest, sondern beziehen überdies ihren Strom per Ethernet-Kabel (PoE). So kann der Router dicht an der Außenantenne platziert und nur übers - längenmäßig unkritische - Ethernet-Kabel angebunden werden.
Wetterfeste Outdoor-APs mit PoE gibt es von Intellinet für moderate 200 Euro, hochwertige, aber auch teure Geräte für den Profieinsatz liefert etwa Lancom. Kombiniert man zwei Outdoor-Router bzw. APs mit stark bündelnden Richtantennen, lässt sich eine Richtfunkstrecke über einige Kilometer Distanz herstellen. Das lässt sich nutzen, um Ortschaften ohne Breitband-Internet-Zugang mit solchen zu verbinden, die über eine schnelle Internet-Anbindung verfügen.
Damit das klappt, sollte eine ungetrübte Sichtverbindung bestehen. Solch ein Konstrukt - das man als WLAN-Bridge bezeichnet - kann man auch mit handelsüblichen Routern bzw. APs aufbauen - falls diese per Firmware-Setup in den Bridge-Modus versetzt werden können. Dann lassen sich auch mit preiswerten Access Points und selbstgebauten
Antennen stattliche Richtfunk-Strecken über mehrere Kilometer bewältigen. MIMO-Technik ist im Outdoor-Betrieb eher hinderlich, da dafür brauchbare Reflexionen kaum auftreten.
Gut eingerichtet
Mit zunehmender Richtwirkung der Antenne wird es immer schwieriger, sie auszurichten. Im Extremfall, wie etwa bei der von uns getesteten Parabolantenne mit 24 dbi (250-fache Verstärkung), entscheidet bereits weniger als ein Winkelgrad über Top oder Flop.
Das 5-GHz-Band eignet sich sehr gut für Richtfunkstrecken.
Zudem besteht die Gefahr, dass die maximal zulässige äquivalente Strahlungsleistung (bezogen auf besagten isotropen Kugelstrahler) überschritten wird. Im 2,4- GHz-Band sind das 20 dbm (Equivalent Isotropic Radiated Power, kurz EIRP). Im Falle unserer 24-dbi-Antenne dürfte - wenn man für einen Meter Kabel und zwei Steckverbinder 4 db abzieht - der daran hängende AP mit gerade mal 0 db (das entspricht einem Milliwatt) senden.
Um sich gesetzeskonform zu verhalten, müsste man folglich die Ausgangsleistung in der Firmware des Gerätes reduzieren - falls das möglich ist. Was zunächst unsinnig klingt - eine Antenne mit starker Richtwirkung verwenden und dafür die Leistung drosseln - wird sinnvoll, da besagte 250-fache Verstärkung unserer Beispielantenne auch in Empfangsrichtung wirkt. Und da darf die Antenne so viel verstärken, wie sie will.
Im 5-GHz-Band sind nur elf Kanäle im Frequenzband zwischen 5.470 und 5.725 MHz für den Outdoor-Bereich zugelassen. Dafür darf mit bis zu 1 Watt EIRP (30 dbm) gesendet werden. Voraussetzung ist allerdings, dass die Anlage per DFS (Dynamic Frequency Selection) bei Bedarf anderen Funksignalen - vornehmlich Radar - ausweicht. Für WLAN-Richtfunkstrecken eignet sich das 5-GHz-Band hervorragend.
Wiederholungstäter
Egal, wie man es dreht und wendet - ab einer gewissen räumlichen Ausdehnung reicht ein einzelner WLAN- Zugang nicht mehr aus. Für schnelle Hilfe sorgen WLAN-Repeater, die, innerhalb der Reichweite des WLAN-Routers/APs platziert, ihrerseits die Ausleuchtung erweitern. Das Netz wird dementsprechend um den Sende-/Empfangsradius des Repeaters erweitert. Der Vorteil: Alles, was man benötigt, ist eine Steckdose für die Stromversorgung.
Repeater haben allerdings auch zwei gravierende Nachteile: Zum einen halbiert sich - bestenfalls - die Geschwindigkeit des Netzes, sobald über den Repeater gefunkt wird. Schließlich muss sowohl der Datenverkehr zwischen dem WLAN-Client und dem Repeater als auch der identische Datenverkehr zwischen Repeater und WLAN-Router über denselben Kanal abgewickelt werden. Daher ist es nicht ratsam, das Netz durch kaskadisch angeordnete Repeater noch weiter zu vergrößern.
Zwar funktioniert das prinzipiell, jeder weitere Repeater (Hop) auf dem Weg zum AP halbiert aber wiederum die Datenrate, so dass bei zwei Repeatern maximal noch ein Viertel, bei dreien nurmehr ein Achtel der Datenrate übrigbleibt. Zudem sollte man Repeater nicht nahe der Reichweitengrenze des Access Points aufstellen, weil dann die Datenrate zwischen Repeater und AP schon von Anfang an gering ist. Gerade für die Übertragung von Videodaten sind daher Repeater nicht zu empfehlen.
Der zweite Nachteil an Repeatern ist, dass der zugrunde liegende WDS-Standard (Wireless Distribution System) nur die Verschlüsselung per unsicheren WEP vorsieht. Nur herstellerspezifische Erweiterungen erlauben hier das sichere WPA2.
Die Alternative ist der Universal Repeater Modus, bei dem sich der Repeater als normaler Client beim WLAN-Router/AP anmeldet und seinerseits als AP auftritt. Dieser Modus, den auch viele Access Points unterstützen, ist zwar sicher, er erlaubt aber kein automatisches Roaming zwischen Router/AP und Repeater. Für all jene, die nicht datenverarbeitenderweise mit Handy oder Notebook von einem AP zum anderen wandern, ist diese Einschränkung aber zu verschmerzen.
Ratgeber: Die besten Apps für Haussteuerung, Streaming und Co.
Kann man auf automatisches Roaming verzichten, ist es die bessere Lösung, das WLAN durch mehrere Access Points zu erweitern, die ihrerseits per Ethernet-Kabel (Backbone) an einem DSL-Router hängen. Vor allem bei Stockwerk übergreifenden WLANs, die sonst durch Betondecken eingebremst würden, bietet sich diese Lösung an. Jedes Stockwerk erhält seinen eigenen AP - die einzelnen APs werden per Kabel miteinander verbunden.
Wer partout keine Strippen ziehen kann/darf, kann sich per Vernetzung über das Stromnetz (PowerLAN) weiterhelfen, wenngleich hier mit deutlichen Einschränkungen der Bandbreite durch das PowerLAN zu rechnen ist. Besser lässt man die APs auf verschiedenen Kanälen arbeiten. So stören sich die einzelnen WLAN-Segmente nicht gegenseitig.
Beispielprodukte fürs PowerLAN stellen wir in der Bildergalerie vor.
