WLAN-Übertragungsgeschwindigkeit / WLAN-Datenrate

Fragen Sie sich auch manchmal, wie schnell Ihr WLAN ist?

Diese Frage ist nicht einfach und auch nicht eindeutig zu beantworten. Es gibt sehr viele Faktoren, die eine Rolle spielen.
Lassen wir uns trotzdem versuchen Licht ins Dunkel zu bringen.

Die WLAN-Technik ist durch eine hohe Geschwindigkeit bekannt, aber auch durch die geringe Stabilität dieser Geschwindigkeit. Selbst WLAN-Produkte namhafter Hersteller kämpfen mit schwankenden Datenraten und Verbindungsabbrüchen. Das liegt in der Natur der zugrundeliegenden Funktechnik und der Nutzung der dafür festgelegten Frequenzbereiche.

Wenn von einer bestimmten WLAN-Geschwindigkeit die Rede ist, dann sprechen wir immer von Summendurchsätzen. Dieser Wert gilt für die Funkzelle, die ein Access Point mit seinen Funksignalen erzeugt. Und diese Geschwindigkeit müssen sich alle Teilnehmer eines WLANs teilen. Sie steht also nicht einem Teilnehmer alleine zur Verfügung, sondern immer nur zeitweise, wenn gerade kein anderer Teilnehmer sendet. Man spricht von einem „shared medium“, einem geteilten Übertragungsmedium.

Eine weitere Einschränkung ergibt sich aus dem Zugriffsverfahren auf das „shared medium“. Wie alle Teilnehmer die Sendeberechtigung aushandeln. Dabei gilt, wenn der Träger frei ist darf gesendet werden. Dabei kann es vorkommen, dass zwei oder mehr Teilnehmer den Träger gleichzeitig als frei erkennen und gleichzeitig senden. Dabei kommt es zu einer Kollision der Funksignale. Gemeint ist, dass sich die Signale überschneiden, was dazu führt, dass man die Information der verschiedenen Signale nicht mehr erkennen kann. Die Übertragungen sind fehlerhaft und müssen erneut erfolgen. Wenn das zu oft passiert, dann drückt das den Summendurchsatz über die Zeit sehr deutlich nach unten.

Unabhängig vom Prinzip der Übertragungstechnik ist die Geschwindigkeit bzw. der Summendurchsatz eines WLANs von weiteren Parametern abhängig. Dabei muss man noch zwischen der theoretischen und der praktischen Übertragungsgeschwindigkeit unterscheiden, die unterschiedliche Einflussfaktoren aufweisen.

Theoretische Übertragungsgeschwindigkeit (Brutto-Datenrate)

Die theoretische Übertragungsrate ist die Datenrate, die in Summe mit allen Leistungsmerkmalen möglich ist.

Folgende Leistungsmerkmale und Parameter beeinflussen die theoretische Übertragungsgeschwindigkeit:

  • WLAN-Standard
    • Modulationsverfahren
    • Grunddatenrate pro Datenstrom/Antenne
    • Frequenzbereiche: 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz
  • Konfiguration
    • Kanalbreite: 20, 40, 80 oder 160 MHz
  • Hardware
    • Anzahl der Datenstrom/Antennen
    • Frequenzbereiche: 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz

Der WLAN-Standard bestimmt hauptsächlich die theoretische Übertragungsgeschwindigkeit. Der Standard definiert das Modulationsverfahren und die Grunddatenrate, die im besten Fall pro Datenstrom bzw. Antenne möglich ist. Desweiteren definiert der Standard den nutzbaren Frequenzbereich.

Was aber genau möglich ist hängt auch von den Fähigkeiten und der Hardware-Ausstattung ab. Neben vielen optionalen Leistungsmerkmalen spielen die Anzahl der Antennen eine Rolle. Je Antenne ist ein Datenstrom möglich, die man zusammenaddieren kann.

Auf die meisten Leistungsmerkmale, die die theoretische Übertragungsrate beeinflussen, hat man als Nutzer eines WLANs keinen Einfluss. Sie lassen sich nicht ändern. Entweder sind sie vom Access Point oder vom eigenen WLAN-Client vorgegeben. Man kann nur durch einen Austausch der Hardware Einfluss nehmen. Bei einem PC oder Notebook geht das einfach mit einen WLAN-USB-Adapter. Bei einem Smartphone oder Tablet nur durch eine teure Neuanschaffung.

Manchmal kann man durch eine Konfigurationsänderung Einfluss nehmen. Dann braucht man aber die Zugriffsberechtigung auf den Access Point. Die eingestellte Kanalbreite ist meistens und auch sinnvollerweise auf Kompatibilität konfiguriert. Deshalb gibt es hier Spielraum nach oben. Die manuelle Konfiguration der Kanalbreite hat aber unabsehbare Folgen und ist selten sinnvoll.

Praktische Übertragungsgeschwindigkeit (Netto-Datenrate)

Die praktische Übertragungsrate ist die Datenrate, die nach Abzug aller negativer Faktoren, die auf Funksignale Einfluss haben, tatsächlich möglich ist.

Folgende Parameter beeinflussen die praktische Übertragungsgeschwindigkeit:

  • räumliche Distanz zwischen Access Point und Client
  • parallele WLANs im selben Funkkanal in der Nachbarschaft
  • fremde Funksysteme im selben Frequenzbereich (Bluetooth, ZigBee, AV-Funksysteme, ...)
  • räumliche Hindernisse (Decken, Wände, ...)
  • Anzahl der Clients im WLAN
  • alte und langsame Clients im WLAN
  • WLAN-Repeater oder Access Point im Repeater-Betrieb
  • (sonstige elektromagnetische Störungen)

Die räumliche Distanz ist bei jeder Funktechnik für die Übertragungsgeschwindigkeit ein begrenzendes Element. Je weiter die Funksignale gesendet werden, desto länger sind sie unterwegs. Beides führt dazu, dass die Qualität des Signals abnimmt und der Aufwand zur Rekonstruktion beim Empfänger steigt. Erschwerend kommt hinzu, dass sich Störungen durch fremde Funksysteme negativ auf die Qualität des Funksignals auswirken. Und das je eher, je länger ein Funksignal unterwegs ist. Steigt die Fehlerrate, einigen sich Access Point und Client auf eine niederwertigere Modulation, bei der die Rekonstruktion des Signals einfacher und dafür die Übertragung auch langsamer ist.
Bei der Modulation wird das digitale Signal in eine Form gebracht, dass sich für die Übertragung mit Funk eignet. Hierbei gibt es verschiedene Abstufungen. Je höherwertiger das modulierte Signal, desto höher die Übertragungsrate, aber desto empfindlicher ist das Signal und damit steigt auch die Fehlerrate.

Weitere Einflüsse auf die praktische Übertragungsrate gehen in Summe von anderen Funksystemen aus. Die Schwierigkeit ist hier, dass man deren Existenz nicht wahrnehmen kann, ohne das Frequenzspektrum laufend zu beobachten und zu analysieren. Prinzipbedingt sind die festgelegten Frequenzbereiche nicht exklusiv für WLAN nutzbar, sondern unterliegen der Allgemeinzuteilung mit einzuhaltenden Bedingungen. Dabei muss man berücksichtigen, dass die meisten Funksystem nicht dauernd senden und auch nicht dürfen, sondern sich die sendenden Teilnehmer und Systeme laufend ändern.

Der Unterschied zur theoretischen Übertragungsrate ist, dass sich bei der praktischen Übertragungsrate die Parameter vom Nutzer sofort und unmittelbare beeinflussen lassen. So lässt sich die Distanz zwischen Client und Access Point jederzeit verkürzen, wenn dem räumlich nichts dagegen spricht. Desweiteren kann man räumliche Hindernisse umstellen oder entfernen. Anders natürlich bei Wänden und Decken. Alternativ kann man für den Access Point einen zentraleren Standort wählen. Hier muss man einen einmaligen Installationsaufwand für die Leitungen zum kabelgebunden Netzwerk und der Energieversorgung berücksichtigen.

Auch wenn andere Funksysteme nicht sofort sichtbar sind, kann man diese bei deren Entdeckung und Bestimmung abschalten, sofern man diese nicht mehr braucht oder anderweitig ersetzt werden können. Schon beim Kauf von Funksystemen kann man darauf achten, auf welchen Frequenzbereichen diese arbeiten. Beim Kauf von WLAN-Geräten sollte man darauf achten, dass diese 5 GHz unterstützen.

Weitere Einflüsse auf die Übertragungsgeschwindigkeit

  • Begrenzung der Datenrate durch USB 2.0
  • ...

Begrenzung der Datenrate durch USB 2.0

WLAN-Adapter für USB 2.0 mit zwei integrierten Antennen erreichen zum Beispiel 300 MBit/s (IEEE 802.11n/2,4 GHz) oder 867 MBit/s (IEEE 802.11ac/5 GHz).
Aber mit USB 2.0 kommt nicht über 480 MBit/s hinaus. Das ist die theoretisch maximal mögliche Transferrate eines USB-2.0-Ports.

Was bedeutet 11n/600?

Die Angabe „11n“ deutet an, dass es sich um den Standard IEEE 802.11n handelt. Die Angabe „600“ ist die Geschwindigkeitsangabe in MBit/s. Hier werden auf einem 40 MHz breiten Kanal mit 4 Antennen jeweils brutto bis zu 150 MBit/s übertragen.

Was bedeutet 11ac/1733?

Die Angabe „11ac“ deutet an, dass es sich um den Standard IEEE 802.11ac handelt. Die Angabe „1733“ ist die Geschwindigkeitsangabe in MBit/s. Aktuelle WLAN-Router kommen gemäß IEEE 802.11ac mit 4-Stream-MIMO und einem 80-MHz-Kanal auf 1.733 MBit/s.

Was bedeutet AC600?

Die Angabe „AC“ deutet an, dass es sich um den Standard IEEE 802.11ac handelt. Die Angabe „600“ ist die Geschwindigkeitsangabe in MBit/s. Sie setzt sich aus 433 MBit/s (IEEE 802.11ac) und 150 MBit/s (IEEE 802.n) zusammen, was ungefähr 600 MBit/s entspricht.

Was bedeutet AC1900?

Die Angabe „AC“ deutet an, dass es sich um den Standard IEEE 802.11ac handelt. Die Angabe „1900“ ist die Geschwindigkeitsangabe in MBit/s. Hierbei wird die 802.11n-Technik (max. 600 MBit/s, brutto) mit der 802.11ac-Technik (ca. 1,3 GBit/s, brutto) einfach addieren. Aber, das bedeutet nicht, dass beide gleichzeitig genutzt werden, weshalb die Angabe „AC1900“ falsch interpretiert werden kann. Ein WLAN-AP bzw. -Client kann pro Antenne nur auf einer Frequenz, aber nicht auf mehreren Frequenzen arbeiten.

Wie schnell ist ein WLAN mit IEEE 802.11n?

MIMO 20 MHz 40 MHz
1x1 72 MBit/s 150 MBit/s
2x2 144 MBit/s 300 MBit/s
3x3 216 MBit/s 450 MBit/s
4x4 289 MBit/s 600 MBit/s

Diese Angaben gelten bei 2,4 GHz mit QAM64.

Wie schnell ist ein WLAN mit IEEE 802.11ac?

MIMO 20 MHz 40 MHz 80 MHz 160 MHz
1x1 87 MBit/s 200 MBit/s 433 MBit/s 867 MBit/s
2x2 172 MBit/s 400 MBit/s 867 MBit/s 1.733 MBit/s
3x3 289 MBit/s 600 MBit/s 1.300 MBit/s 2.300 MBit/s
4x4 347 MBit/s 800 MBit/s 1.733 MBit/s 3.500 MBit/s
5x5   1.000 MBit/s    
6x6   1.200 MBit/s    
7x7   1.400 MBit/s    
8x8 683 MBit/s 1.600 MBit/s 3.400 MBit/s 6.934 MBit/s

Diese Angaben gelten bei 5 GHz.

Wie schnell ist ein WLAN mit IEEE 802.11ax?

MIMO 80 MHz 160 MHz
1x1 0,6 GBit/s 1,2 GBit/s
2x2 1,2 GBit/s 2,4 GBit/s
3x3 1,8 GBit/s 3,6 GBit/s
4x4 2,4 GBit/s 4,8 GBit/s

Bei IEEE 802.11ax muss man bei vier MIMO-Streams und einem 160 MHz breiten Kanal davon ausgehen, dass in der Praxis nur 1,9 GBit/s netto erreichbar ist.

Fazit

Bei der theoretischen Übertragungsrate geht man davon aus, dass die Übertragung fehlerfrei und ohne äußere Einflüsse erfolgt. Wie dargestellt, ist das in der Praxis höchstens unter optimale Vorraussetzungen im Labor möglich.
Bei der Bestimmung der praktischen Übertragungsrate tut man sich mit vielen Parametern schwer, weil die nicht sichtbar sind. Man kann sie nur vermuten oder annehmen.

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