WLAN-Frequenzen und WLAN-Kanäle

Für WLANs nach IEEE 802.11 stehen mehrere Frequenzbereiche zur Verfügung, die aber weltweit regional unterschiedlich reguliert sind. Erschwerend ist die unterschiedliche Unterstützung in der Hardware und Software.

  • unter 1 GHz
  • 2,4 GHz (Haupt-Frequenzbereich)
  • 5 GHz
  • 6 GHz (zukünftige Nutzung in der EU)
  • 60 GHz

Das heißt nicht, dass alle WLAN-Geräte alle Frequenzbereiche beherrschen. Der meistgenutzte Bereich liegt bei 2,4 GHz, gefolgt von 5 GHz und 6 GHz. Weiterhin existieren noch Frequenzbereiche unterhalb von 1 GHz und bei 60 GHz, die mit WLAN-Technik genutzt werden dürfen.
Normalerweise werden nur High-End-WLAN-Basisstationen die drei Bänder 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz gleichzeitig bedienen können. Im niedrigen Preissegment wird man sich auf 2,4 GHz und vielleicht noch 5 GHz beschränken müssen. Für viele Anwendungen wird das auch ausreichen.

Alle Frequenzbereiche sind in der Regel lizenzfrei nutzbar. Das bedeutet, dass auf privatem Grund und Boden für die Nutzung keine Gebühren bezahlt werden müssen. Das bedeutet aber auch, dass sich in diesen Frequenzbereichen auch andere Funktechniken und Funknetze tummeln. Die Geschwindigkeit und Stabilität eines Funknetzwerks mit IEEE 802.11 hängt maßgeblich von der Intensität der Nutzung anderer Funktechniken im gleichen Frequenzband ab.

Hinweis: Weltweit ist die Nutzung der Frequenzbereiche für WLAN nach IEEE 802.11 unterschiedlich geregelt. Die hier gemachten Angaben beziehen sich auf Europa.

Übersicht

Frequenzbereich 2,4 GHz 5 GHz 6 GHz 60 GHz
Frequenzen 2,3995 bis 2,4845 GHz 5,150 bis 5,350 GHz
5,470 bis 5,725 GHz
5,925 bis 6,425 GHz 57,0 bis 66,0 GHz
Reichweite innerhalb eines Wohnhauses begrenzt auf eine Wohnung oder Stockwerk begrenzt auf eine Wohnung oder Stockwerk begrenzt auf einen Raum
Kanalbreite 20 und 40 MHz 20, 40, 80, 160 MHz 20, 40, 80, 160 MHz 2 GHz
Nutzung stark überfüllt gering zukünftig selten

2,4 GHz

Im Frequenzband um 2,4 GHz, das als ISM-Frequenzband (Industrial, Scientific, Medicine) bezeichnet wird, und für Anwendungen in der Industrie, Wissenschaft und Medizin reserviert ist, konkurrieren viele Standards und proprietäre Funktechniken der unterschiedlichsten Hersteller. Unglücklicherweise auch Geräte des täglichen Gebrauchs. Zum Beispiel Funkfernbedienungen und AV-Funksysteme.

Im 2,4-GHz-Frequenzband existieren insgesamt 79 schmalbandige Kanäle, die in Kanäle mit je 5 MHz zusammengefasst sind. In Europa gibt es 13, in den USA 11 und in Japan 14 solcher Kanäle. Diese Kanäle sind allerdings eng aneinandergereiht und überlappen sich. Deshalb kann man nicht alle der 11, 13 oder 14 Kanäle verwenden, sondern je nach Kanal-Verteilung nur 3 oder 4. Und das bei einer Kanalbreite von 20 MHz. Bei einer Kanalbreite von 40 MHz würde sich die Anzahl parallel nutzbarer Kanäle halbieren.

Kanal Trägerfrequenz Frequenzbereich Europa USA Japan
1 2412 MHz 2399,5 - 2424,5 MHz × × ×
2 2417 MHz 2404,5 - 2429,5 MHz × × ×
3 2422 MHz 2409,5 - 2434,5 MHz × × ×
4 2427 MHz 2414,5 - 2439,5 MHz × × ×
5 2432 MHz 2419,5 - 2444,5 MHz × × ×
6 2437 MHz 2424,5 - 2449,5 MHz × × ×
7 2442 MHz 2429,5 - 2454,5 MHz × × ×
8 2447 MHz 2434,5 - 2459,5 MHz × × ×
9 2452 MHz 2439,5 - 2464,5 MHz × × ×
10 2457 MHz 2444,5 - 2469,5 MHz × × ×
11 2462 MHz 2449,5 - 2474,5 MHz × × ×
12 2467 MHz 2454,5 - 2479,5 MHz ×   ×
13 2472 MHz 2459,5 - 2484,5 MHz ×   ×
14 2484 MHz       × (11b)

5 GHz

Das 5-GHz-Frequenzband dient als Erweiterung, um ein WLAN zu beschleunigen. Es wird allerdings nicht so oft genutzt. Die WLAN-Clients müssen dafür die entsprechende Hardware-Ausstattung mitbringen. Weltweit existiert hierfür eine Bandbreite zwischen 200 und fast 500 MHz.

  • In Europa werden die Frequenzen von 5,15 bis 5,35 GHz mit den Kanälen von 36 bis 64 und von Frequenzen 5,5 bis 5,7 GHz mit den Kanälen von 100 bis 140 verwendet.
  • In den USA werden die Frequenzen von 5,15 bis 5,35 GHz mit den Kanälen von 36 bis 64 und Frequenzen von 5,5 bis 5,7 GHz mit den Kanälen von 100 bis 140, mit Ausnahme der Kanäle 120, 124 sowie 128 verwendet.

Nachteilig ist, dass dieses Frequenzband weltweit nicht einheitlich geregelt ist. Nicht nur der verfügbaren Bandbreite wegen, sondern auch in der Nutzung. So gibt es mit Flug- und Wetterradar einen Primärnutzer, für den dieser Frequenzbereich reserviert ist, aber regional unterschiedlich in Verwendung ist. In der Regel in der Nähe von Flughäfen. Deshalb ist die Erweiterung Dynamic Frequency Selection (DFS) zum Schutz der Primärnutzer in der EU Pflicht. Viele Hersteller preisgünstiger WLAN-Router sparen sich die DFS-Technik und dürfen im 5-GHz-Band nur auf den Kanälen von 36 bis 48 arbeiten.
Desweiteren gibt es Bestrebungen den 5-GHz-Frequenzbereich für Mobilfunk und andere Funksysteme nutzen zu dürfen.

Im Vergleich zum 2,4-GHz-Frequenzband ist die Reichweite, auch wegen geringerer Sendeleistung, geringer. Was zur Folge hat, dass die Geschwindigkeit eines WLANs bei 5 GHz nicht so schnell ist, wie erhofft.

6 GHz

Das 6-GHz-Frequenzband ist für die klassische Mobilfunknutzung ungeeignet. Und wegen dem hohen Bedarf für zusätzliche Frequenzen für die WLAN-Technik, wurde mit Wi-Fi 6E und dem Standard IEEE 802.11ax das 6-GHz-Frequenzband zur Nutzung für WLAN freigegeben.
Das 6-GHz-Frequenzband ist für WLANs deshalb interessant, weil es in dicht besiedelten Gebieten mehrere 80- und 160-MHz-Funkkanäle ermöglicht, und somit das 5-GHz-Frequenzband entlastet. Desweiteren können mit der WLAN-Generation Wi-Fi 7 und dem Standard IEEE 802.11be 320 MHz breite Funkkanäle im 6-GHz-Frequenzband tatsächlich realisierbar sein.

Die Nutzung des 6-GHz-Frequenzbandes unterliegt der Allgemeinzuteilung, ist aber regional unterschiedlich geregelt.

  • In den USA existiert insgesamt 1.200 MHz Bandbreite (5.925 - 7.125 MHz) für bis zu vierzehn 80 MHz Kanäle oder bis zu sieben 160 MHz Kanäle.
  • In Europa existiert insgesamt 500 MHz Bandbreite (5.925 - 6.425 MHz).

In Europa liegt aber keine alleinige Nutzung vor. Teile des Frequenzbereichs sind Primärnutzen zugeteilt. Allerdings regional begrenzt. Zum Beispiel für lizenzierte Punkt-zu-Punkt-Richtfunk-Verbindungen. Außerdem können in einigen Ländern nur zwei Kanäle mit je 160 MHz genutzt werden, da hier ein Funksystem für autonome Metro-/S-Bahn-Systeme am unteren Ende des Frequenzbandes einen dritten Kanal blockiert.

Lizenzfreie Funkdienste wie WLAN müssen als Sekundärnutzer Rücksicht auf etablierte Funksysteme nehmen. Dazu müssen WLAN-Geräte permanent nach charakteristischen Funksignalen Ausschau halten und Funkkanäle räumen, wenn sie der Primärnutzer gerade belegt.
Ein Problem ist dabei, dass proprietäre Funktechniken nicht immer erkannt werden können. Einerseits weil das charakteristische Funksignal unbekannt ist oder der Empfangspegel so gering, dass ein WLAN-Gerät das fremde Funksignal nicht erkennt. Das kann zur Folge haben, dass ein WLAN-Gerät den Frequenzbereich als frei erkennt und dann die bestehende und bevorrechtigte Funkverbindung mit dem eigenen WLAN-Signal stört.

Zum Vermeiden von Störungen gibt es Maßnamen, deren Umsetzung in der EU diskutiert wird (Stand Anfang 2021).

  • Für WLAN-Geräte im 6-GHz-Bereich ist eine Sendeleistung bis maximal 200 Milliwatt EIRP (inklusive Antennengewinn) in Innenräumen erlaubt (Low Power Indoor, LPI).
  • Im Freien (Outdoor) dürfen Geräte mit maximal 25 mW EIRP senden (Very-Low-Power, VLP).
  • WLAN-Geräte müssen täglich in einer Datenbank im Internet nachsehen, ob und mit welcher maximalen Sendeleistung der gewünschte Funkkanal am Betriebsort verfügbar ist (Automatic Frequency Coordination, AFC).
  • Ein Primärnutzer kann bei Beeinträchtigungen ihrer Funksysteme über die AFC-Datenbank veranlassen, dass lizenzfreie Geräte ihre Sendeleistung senken müssen.
  • Kann ein Gerät die AFC-Datenbank nicht erreichen, muss es den Betrieb im 6-GHz-Frequenzbereich sofort einstellen oder die Sendeleistung in Innenräumen auf LPI-Niveau senken.

Die Nutzung von 6 GHz hat folgende Vorteile:

  • ein großes und zusammenhängendes Frequenzspektrum
  • 160 MHz breite Kanäle
  • geringere Interferenzen
  • hohe Geschwindigkeit
  • Latenzzeit beträgt weniger als 2 Millisekunden
  • hohe Kapazität für viele Teilnehmer

Der Frequenzbereich ist nützlich, wenn viele User parallel das gleiche Netz nutzen oder viele WLAN-Netze parallel auf engem Raum betrieben werden. Allerdings ist nicht jede WLAN-Hardware für 6 GHz geeignet. Dafür sind WLAN-Basisstationen und WLAN-Clients mit „Wi-Fi 6E“ notwendig (IEEE 802.11ax).

Zur Reichweite eines 6-GHz-WLANs kann man sagen, dass diese im Vergleich zu einem 5-GHz-WLAN etwas geringer ausfällt. Das liegt aber nicht an der regulatorisch begrenzten Sendeleistung, sondern daran, dass die entsprechende Verstärker-Elektronik teuer ist, Platz braucht und viel Strom verbraucht. Das lässt sich in hochpreisigen Basisstationen realisieren, aber nicht im günstigen Endkundenbereich und schon gar nicht in mobilen Geräten.

60 GHz

WLAN-Frequenzen bei 60 GHz

Das 60-GHz-Band erstreckt sich von 57 bis 66 GHz (EU) und hat einen rund 7 GHz breiten Funkkanal. Dieser wird in vier einzelne Kanäle mit einer Bandbreite von 1.760 MHz unterteilt, die in Europa lizenzfrei nutzbar sind.
Der Nachteil von 60 GHz ist die Streckendämpfung für das Funksignal. Bei dieser Frequenz erreicht die Absorption durch den atmosphärischen Sauerstoff rund 20 dB pro Kilometer (dB/km). Um genauer zu sein, der Sauerstoff erreicht hier sein Absorbationsmaximum.
Die hochfrequenten Signale haben eine sehr begrenzte Reichweite, die so gut wie nicht durch Zimmerwände dringen. Hohe Geschwindigkeiten erreicht man damit in der Regel nur auf ein paar Meter. Am besten nur wenige Zentimeter und mit Sichtkontakt. Und damit ist ein WLAN bei 60 GHz ein reiner Zimmer-Funker.

Unter 1 GHz

WLAN-Frequenzen unter 1 GHz

Die meisten kennen die Frequenzbereiche um 2,4 und 5 GHz, die man für WLANs nutzen darf. Dass es lizenzfreie Frequenzbänder unter 1 GHz gibt, ist dabei weniger bekannt. Signale unterhalb von 1.000 MHz bzw. 1 GHz durchdringen vergleichsweise leichter Gebäude, weshalb dieser Frequenzbereich hart umkämpft ist.

Die Nutzung des Frequenzbereichs unterhalb von 1 GHz ist in Bezug auf Funkkanalbreite, Sendeleistung und Signalreichweite regional sehr unterschiedlich geregelt. Erschwerend kommt hinzu, dass regional unterschiedlich fragmentierte Bereiche gibt. In der EU gibt es in Summe ein Frequenzspektrum von 18,6 MHz. In den USA gibt es in Summe ein Frequenzspektrum von 26 MHz. Für eine typische WLAN-Vernetzung ist das viel zu wenig.

  • Sendeleistung abhängig vom Land/Region: 10 mW bis 1 W
  • Signalreichweite: 100 bis 1.000 Meter

Mit IEEE 802.11ah ist die Nutzung der Frequenzen unterhalb von 1 GHz vorgesehen (außerhalb der terrestrischen Rundfunkbänder). Das ist besonders in den USA und in Ländern interessant, in denen Schutzbänder frei oder einzelne TV-Kanäle freigegeben und neu zusammengefasst werden. Ob diese Frequenzbereiche von einer WLAN-Technik genutzt werden dürfen, ist natürlich eine andere Frage.

Tatsache ist jedoch, dass die Reichweite in den meisten Fällen gerade mal 200 Meter beträgt. Außerdem wird empfohlen, dass die Clients Sichtkontakt zur Basisstation haben. Beim Betrieb im Freien ist bei Regen oder hoher Luftfeuchtigkeit mit weiterer Reduzierung der Reichweite zu rechnen.

2,4 GHz versus 5 GHz versus 6 GHz versus 60 GHz

Im 2,4-GHz-Frequenzband reichen die Funksignale weiter. Außerdem dringen die Signale besser durch Wände und Decken als bei 5 GHz.
Im Vergleich dazu reichen die Funksignale bei 5 GHz nicht ganz so weit. Doch so lange das Endgerät bei 5 GHz genug Signal-Stärke und Signal-Qualität bekommt ist es meist schneller. Außerdem ist das 5-GHz-Frequenzband nicht so stark überlaufen.
Selbiges gilt für 6 GHz, dessen Nutzung für WLAN weltweit nicht überall erlaubt ist.
Das 60-GHz-Frequenzband stellt einen Ausnahmefall dar. Damit kann man kein WLAN-Netzwerk im herkömmlichen Sinne aufbauen. Als reiner Zimmer-Funker ist es eher ein Kabelersatz bei Sichtkontakt.

Generell gilt, die Reichweite der Funksignale ist in höheren Frequenzbereichen kürzer, wobei sich die parallelen WLANs weniger gegenseitig stören.

Real Simultaneous Dual-Band

Für die WLAN-Techniken existieren mehrere Frequenzbänder. Zum Beispiel 2,4 und 5 GHz. Normalerweise kann ein WLAN-Client nur in einem der verfügbaren Frequenzbänder senden und empfangen.
Unterstützt ein WLAN-Client mehrere Frequenzbänder, dann bedeutet das aber nicht, dass er in beiden Frequenzbändern gleichzeitig übertragen kann. Denn echte Dualband-Fähigkeit für zum Beispiel 2,4 und 5 GHz setzt verschiedene Dinge voraus.

  • Mehrere Antennen für unterschiedliche Frequenzbereiche.
  • Dualband-fähige Signalprozessoren.

Real Simultaneous Dual-Band ist die Fähigkeit gleichzeitig auf beiden Bändern senden und empfangen zu können, was die wenigsten WLAN-Clients beherrschen.

Kanalbreite

Bei der Nutzung der Frequenzbereiche 2,4 und 5 GHz mit WLAN-Funktechnik gilt, dass sich alle Teilnehmer das Übertragungsmedium teilen müssen. Aufgrund der Allgemeinzuteilung darf das zur Verfügung stehende Frequenzband nicht vollständig belegt werden. Deshalb teilt man das Frequenzband in Kanäle ein, die aber auch nicht exklusiv genutzt, sondern mit anderen Netzen geteilt werden müssen. Die typische Kanalbreite liegt bei 20, 40, 80 und 160 MHz. Je breiter der Kanal, desto mehr Übertragungskapazität steht zur Verfügung.

  • IEEE 802.11: bei 2,4 GHz mit 22 MHz Kanalbreite
  • IEEE 802.11g: bei 2,4 GHz mit 20 MHz Kanalbreite
  • IEEE 802.11n: bei 2,4 GHz mit 20 und 40 MHz Kanalbreite
  • IEEE 802.11n: bei 5 GHz mit 20 und 40 MHz Kanalbreite
  • IEEE 802.11ac: bei 5 GHz mit 80 und 160 MHz Kanalbreite
  • IEEE 802.11ax: bei 2,4 GHz mit 20 und 40 MHz Kanalbreite
  • IEEE 802.11ax: bei 5 GHz mit 80 und 160 MHz Kanalbreite

Warum ein zu breiter Kanal nicht gut ist

Theoretisch verdoppelt sich die Datenrate eines WLANs, wenn man die Kanalbreite verdoppelt. Zum Beispiel von 80 auf 160 MHz. Doch ein doppelt so breiter Kanal ist nicht zwangsläufig doppelt so gut. Denn die Sendeleistung im Kanal ist begrenzt. Die Sendeleistung muss in einem 160 MHz breiten Kanal viel weiter verteilt werden. Das bedeutet, die Signalreichweite reduziert sich. Für weiter entfernte Clients wirkt sich das ungünstig auf die Übertragungsgeschwindigkeit aus. Gleichzeitig nimmt ein Empfänger auch mehr Rauschen auf und das Signal fängt sich leichter Störungen ein.

Kanal-Verteilung

Bei der Konfiguration eines oder mehrerer Access Points muss darauf geachtet werden, dass die Kanäle nicht zu breit und nicht zu dicht beieinander liegen, um eine ungewollte Überlappung zu vermeiden. Überlappungen führen zu einem engeren Kanal und damit zu einer geringeren Übertragungsrate.

Um das zur Verfügung stehende Frequenzband möglichst optimal zu nutzen, gilt es, die WLAN-Kanäle und Kanalbreite richtig zu wählen. Sinnvoll ist es, dies dem Wireless Access Points (WAP) zu überlassen.
Aber, das gilt nicht immer. Wenn man über ein Gelände/Gebäude verfügt, in dem man der einzige WLAN-Betreiber ist, dann macht es Sinn, einen Plan auszuarbeiten in dem die Kanal-Verteilung und Kanalbreite an die Anforderungen angepasst sind.

Die folgende Beschreibung geht darauf ein, wie die Frequenzbereiche um 2,4 und 5 GHz von den verschiedenen WLAN-Standards aufgeteilt werden, um das Frequenzspektrum möglichst optimal auszunutzen.

WLAN-Kanal-Verteilung bei IEEE 802.11b (2,4 GHz mit 22 MHz Kanalbreite)

Frequenzspektrum mit Kanal 1, 7 und 13 (22 MHz Kanalbreite)
Bei einem WLAN mit IEEE 802.11b empfiehlt es sich, die Kanäle 1, 7 oder 13 einzustellen. Hierbei handelt es sich, bei einer Kanalbreite von 22 MHZ (DSSS), um die überlappungsfreien Kanäle, bei denen das Frequenzspektrum um 2,4 GHz optimal ausgenutzt wäre.

WLAN-Kanal-Verteilung bei IEEE 802.11g und 802.11n (2,4 GHz mit 20 MHz Kanalbreite)

Frequenzspektrum mit Kanal 1, 5, 9 und 13 (20 MHz Kanalbreite)
Bei einem WLAN mit IEEE 802.11g oder 802.11n ordnet man die Kanäle nach der 5er- bzw. 6er-Regel an, um mehrere Access Points optimal nebeneinander betreiben zu können.
Die 5er-Regel verwendet die Kanäle 1, 6, 11 (Kanalbelegung für USA). Die 6er-Regel verwendet die Kanäle 1, 7, 13 (Kanalbelegung für Europa). Damit überschneiden sich die Frequenzbereiche der Kanäle nicht und Verbindungsprobleme bleiben aus. Nur wenn die Access Points über 30 Meter auseinanderstehen, darf sich die Kanalauswahl überschneiden.

Obwohl die 6er-Regel einen WLAN-Kanal mehr zulassen würde, werden WLANs mit IEEE 802.11g und 802.11n oft auf die Kanäle 1, 7 und 13 eingestellt. Hintergrund ist die Kompatibilität zu IEEE 802.11b. Weil Geräte nach IEEE 802.11b nahezu ausgestorben sein dürften, gibt es keinen Grund mehr die Kanalaufteilung 1-7-13 zu nutzen.
Bei einer Kanalbreite von 20 MHz (OFDM) und 16,25 MHz pro Träger empfiehlt es sich die Kanäle 1, 5, 9 oder 13 einzustellen. Das ermöglicht die optimale Ausnutzung des Frequenzspektrums um 2,4 GHz.

WLAN-Kanal-Verteilung bei IEEE 802.11n (2,4 GHz mit 40 MHz Kanalbreite)

Frequenzspektrum mit Kanal 3 und 11 (40 MHz Kanalbreite)
Bei einem WLAN mit IEEE 802.11n mit einer Kanalbreite von 40 MHz (OFDM) und 33,75 MHz pro Träger empfiehlt es sich, die Kanäle 3 (1+5) oder 11 (9+13) einzustellen.
In der Praxis vermeidet man es, ein WLAN mit IEEE 802.11n bei 2,4 GHz mit einer Kanalbreite von 40 MHz einzurichten. Dabei wäre das Frequenzspektrum mit 2 WLANs voll belegt. Damit auch WLANs mit IEEE 802.11g parallel betrieben werden können, sollten WLANs mit IEEE 802.11n auch nur mit 20 MHz Kanalbreite eingerichtet sein.

WLAN-Kanal-Verteilung bei IEEE 802.11n (5 GHz mit 20 und 40 MHz Kanalbreite)

WLAN-Kanäle bei IEEE 802.11n (5 GHz mit 20 und 40 MHz Kanalbreite)

In der EU sind zwei Bereiche im 5-GHz-Frequenzband nutzbar. 5.150 bis 5.350 MHz (Kanal 36 bis 64) und 5.470 bis 5.725 MHz (Kanal 100 bis 140). In anderen Ländern liegen die Grenzen eventuell anders.
Die Nutzung des 5-GHz-Bandes setzt eine Kanalauswahlautomatik voraus, die dafür sorgt, dass die Basisstation nur die Kanäle belegt, die frei sind. Unter anderem deshalb, weil die Kanäle 120 bis 128 vom Wetter-Radar belegt sind.
Zusammenfassend kann man sagen, dass in der EU im 5-GHz-Frequenzband 16 zu je 20 MHz bzw. 7 zu je 40 MHz breite Kanäle uneingeschränkt genutzt werden dürfen. Hierbei muss man berücksichtigen, dass es lokal ein Wetterradar geben, dass das 5-GHz-Frequenzband etwas begrenzt.

Damit WLAN-Basisstationen in der EU alle Kanäle nutzen dürfen, müssen sie die Signale anderer Funksysteme erkennen und durch Kanalwechsel ausweichen können (DFS). Weiterhin gilt die Anordnung, dass nur mit DFS (Dynamic Frequency Selection) und TPC (Transmit Power Control) die Kanäle oberhalb von Kanal 48 genutzt werden dürfen. DFS ist notwendig, um bspw. den Betrieb des Wetterradars nicht zu stören.

WLAN-Kanal-Verteilung bei IEEE 802.11ac/11ax (5 GHz mit 80 und 160 MHz Kanalbreite)

WLAN-Kanäle bei IEEE 802.11ac (5 GHz mit 80 und 160 MHz Kanalbreite)

Im Frequenzbereich von 5 GHz sehen die Standards IEEE 802.11ac und 11ax Kanalbreiten von 20, 40, 80 und 160 MHz vor. Die Kanalbreiten 20, 40 und 80 MHz sind die Mindestanforderungen von IEEE 802.11ac. Typischerweise wird eine Kanalbreite von 80 MHz verwendet. Die Kanalbreite 160 MHz ist optional und der Nutzen in der Praxis eher fraglich. Je breiter ein Kanal, desto weniger WLANs können parallel arbeiten. Ein Kanal mit 160 MHz würde fast das ganze verfügbare Frequenzspektrum belegen. Das wäre nur in Ausnahmefällen sinnvoll.

Möchte man im 5-GHz-Frequenzband 80 MHz breite Kanäle nutzen, teilt sich das Frequenzband in 4 je 80 MHz breite Kanäle auf, wovon wegen dem Wetterradar nur 3 störungsfrei nutzbar sind.
Möchte man im 5-GHz-Frequenzband 160 MHz breite Kanäle nutzen, teilt sich das Frequenzband in 2 je 160 MHz breite Kanäle auf, wovon wegen dem Wetterradar nur eines störungsfrei nutzbar ist. Falls das Frequenzband nicht groß genug für einen 160 MHz breiten Kanal ist, kann IEEE 802.11ac auch 2 spektral getrennte 80-MHz-Kanälen zusammenfassen (Discontiguous Mode).

Optimale WLAN-Kanalverteilung im 2,4-GHz-Frequenzband: 1-6-11, 1-7-13 oder 1-5-9-13?

Um das Frequenzband bei 2,4 GHz optimal ausnutzen zu können ist eine bestimmte Kanalverteilung notwendig. Der Grund ist, dass die eigentlichen Kanäle im 2,4-GHz-Frequenzband für WLAN zu schmal sind und man deshalb mehrere Kanäle zu einem breiteren Kanal zusammenfassen muss, als ursprünglich vorgesehen. Das bedeutet aber auch, dass sich die Kanäle überlappen, wenn die Kanalverteilung willkürlich erfolgt. Deshalb gibt es Empfehlungen für eine optimale WLAN-Kanalverteilung.

Optimale Kanalaufteilung bei WLAN

  • 1-6-11
  • 1-7-13
  • 1-5-9-13

Doch welche Kanalverteilung ist die richtige? Es gibt hierbei nicht DIE richtige Antwort. Es kommt darauf an, welche Geräte eingesetzt werden, wie viele Basisstationen sich das Frequenzband um 2,4 GHz teilen müssen und wer sich um die Kanalverteilung kümmert.

Das absolute Optimum würde man mit der Kanalverteilung 1-5-9-13 erreichen. Dann könnte man 4 WLAN-Basisstationen mit je 20 MHz Kanalbreite parallel betreiben.
Ein Problem von 1-5-9-13 ist, dass es WLAN-Router gibt, bei denen Kanalbündelung (20 MHz + 20 MHz = 40 MHz) aktiviert ist. Hier werden die Kanäle 1 und 5 sowie 9 und 13 zu je 40 MHz zusammengefasst, um eine größere Übertragungsgeschwindigkeit zu erreichen. Leider wird dadurch das Frequenzband jeweils zur Hälfte belegt bzw. blockiert. Die Bestimmungen für 40 MHz breite Kanäle im 2,4-GHz-Band sind eigentlich viel zu freigiebig.

In der Praxis gibt es eine weitere Schwierigkeit mit der Kanalverteilung 1-5-9-13. Das funktioniert nur dann, wenn alle benachbarten Access Points im Greenfield-Modus arbeiten. Nur im Greenfield-Modus liegt die Kanalbreite bei 20 MHz. Ohne Greenfield-Modus senden Access Points den PLCP-Header (Vorspann jedes WLAN-Frames) mit der niedrigsten Geschwindigkeit von 1 MBit/s per DSSS. Das Signal ist dann für einen kurzen Moment ca. 22 MHz breit. Dabei kommt es zu Überschneidungen der benachbarten Kanäle.
Auch ein aktivierter Greenfield-Modus löst das Problem nicht wirklich. Ein Funksignal lässt sich nicht hart auf 20 MHz begrenzen. Ein Funksignal streut immer etwas in die benachbarten Kanäle hinein und stört dort das Funksignal. Deshalb empfiehlt sich eigentlich die Kanalverteilung 1-7-13. Damit kann man zwar nur 3 WLAN-Basisstationen parallel betreiben. Im Gegenzug ist der Abstand zwischen den Kanälen größer und die gegenseitigen Störungen geringer.

Dummerweise sind in den USA die Kanäle 12 und 13 nicht für WLAN freigegeben. Dort wird deshalb die Kanalverteilung 1-6-11 verwendet, was uns in der EU und in Deutschland egal sein könnte. Leider unterstützen die in Deutschland erhältlichen Geräte die Kanäle 12 und 13 nicht immer. Beispielsweise wenn die Geräte ursprünglich nur für die USA hergestellt wurden und nachträglich in Europa und damit in Deutschland landen. Die Hardware und Software ist unter Umständen nicht auf das Frequenzspektrum in Europa angepasst. Das kann sowohl WLAN-Clients in Notebooks, Smartphones und Tablets, als auch WLAN-Basisstationen betreffen. Manchmal hilft ein Firmware- oder Treiber-Update. Wenn nicht, dann muss der WLAN-Adapter oder eventuell das ganze Gerät getauscht werden. Im Zweifelsfall muss man mit einem kastrierten Gerät leben.

Um Beeinträchtigungen durch die fehlende Kanalunterstützung (12 und 13) zu vermeiden sollte man im Frequenzspektrum bei 2,4 GHz konsequenterweise nur die Kanalverteilung 1-6-11 verwenden.
Ein weiteres Argument für 1-6-11 ist, dass Bluetooth Low Energy mit WLAN im 2,4-GHz-Frequenzband bei dieser Kanalverteilung am besten koexistiert.

Das Vernünftigste ist jedoch nicht die manuelle Kanalwahl, sondern die automatische Kanalwahl. Standardmäßig benutzen WLAN-Basisstationen 1-11 als Autokanal was dann häufig ganz automatisch zur Kanalverteilung 1-6-11 führt.

Was bei der manuellen Kanalwahl zu beachten ist

  1. Sofern möglich sollte in der WLAN-Basisstation immer die automatische Kanalwahl aktiviert sein.
  2. Wenn das nicht möglich ist, orientiert man sich an der Kanalverteilung 1-6-11, 1-7-13 oder 1-5-9-13. Hierbei muss man jedoch berücksichtigen, welche WLANs in der Umgebung welchen Kanal benutzen und was die eigenen WLAN-Clients unterstützen. In der Regel wird man eine Kanalverteilung von 1-6-11 vorfinden. Manchmal auch 1-7-13. Oft auch ein Gemisch.
  3. Man sollte es unbedingt vermeiden mehrere Kanalverteilungen miteinander zu vermischen.

Es gilt, wenn es im Frequenzspektrum extrem eng zu geht: Zwei WLAN-Netze mit gleichem Kanal stören sich am wenigsten. Liegen die Kanäle halb übereinander, dann nimmt das eine WLAN das andere als Störung war und versucht mit niedriger Modulation und maximaler Sendeleistung das jeweils andere zu übertönen. So stören sich die WLANs gegenseitig. Deshalb lieber einen belegten Kanal benutzen, als irgendwas dazwischen. Einen Kanal außerhalb der üblichen Kanalverteilung zu verwenden ist kontraproduktiv und senkt nur die Übertragungsrate für alle WLAN-Netze in der näheren Umgebung.

Troubleshooting: Verbindungsproblem mit einem 5-GHz-WLAN

Problem

Wer ein WLAN bei 5 GHz betreibt hat bei manchen WLAN-Clients mit Verbindungsproblemen zu kämpfen. Das äußert sich dann so, dass bei einem Smart-TV das Video-Streaming kaum oder gar nicht funktioniert. Unklar ist häufig, woran genau das liegt.

Analyse

Das Problem tritt in der Regel dann auf, wenn man ein WLAN mit 5 GHz betreibt. Bei genauerer Betrachtung macht das WLAN-Modul bzw. der WLAN-Adapter des entsprechenden Geräts Probleme. Denn der kann nicht vollständig mit dem 5-GHz-Frequenzband umgehen. Das lässt sich vergleichsweise einfach bestimmen, weil andere Geräte keine Probleme machen. Insbesondere nicht Smartphones und Notebooks, bei denen die WLAN-Unterstützung in der Regel sehr gut ist.

Es gibt aber viele WLAN-Adapter die nur die Kanäle 36, 40, 44 und 48 unterstützen, und die oberhalb von 48 nicht. Wenn nun ein Router oder Access Point bei aktivierter „automatischer Kanalwahl“ einen der höheren Kanäle belegt, dann können sich diese Geräte nicht mit den höheren Kanälen verbinden.
Dabei fragt man sich natürlich, warum es trotzdem ab und zu funktioniert. Ganz einfach, weil eine Verbindung zu einem WLAN erst auf 2,4 GHz erfolgt und der Access Point die WLAN-Clients bei Bedarf nach 5 GHz verschiebt. Wenn dann der Kanal des WLANs über 48 liegt, dann stockt die Verbindung.

Lösung

Das Problem lässt sich vergleichsweise einfach und schnell lösen. Man muss im WLAN-Router oder Access Point die „automatische Kanalwahl“ abschalten und den Kanal manuell einstellen. Hier wählt man dann einem Kanal zwischen 36 und 48.
Dabei muss man nur berücksichtigen, dass diese Kanäle auch häufiger von anderen WLANs belegt werden und sich alle Clients die Bandbreite teilen müssen. Außerdem kommt es dort häufiger zu Störungen und damit geringerer Übertragungsrate.

Übersicht: WLAN-Technik

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