Raspberry Pi Pico W: Grundlagen zu WLAN (IEEE 802.11)

WLAN bzw. Wireless Local Area Network ist der Oberbegriff für alle Techniken und Standards mit denen sich lokale Funknetzwerke aufbauen lassen. Allerdings wird im allgemeinen Sprachgebrauch der Begriff "WLAN" für ein Funknetzwerk verwendet, dass auf dem Standard IEEE 802.11 basiert. International ist für diesen Standard die Bezeichnung „Wireless Fidelity“, kurz „Wi-Fi“, üblich.

Die WLAN-Technik ist die einfachste, komfortabelste und üblichste Möglichkeit, mobile Geräte mit einem Netzwerk oder dem Internet zu verbinden.

Anstatt Daten über ein Kabel zu übertragen, dient die Luft als Übertragungsmedium, die per Funktechnik nutzbar ist. Die drahtlose Übertragung erhöht die Mobilität und verbessert den Komfort, bei der Nutzung von Geräten, die ein Verbindung zu einem Netzwerk oder dem Internet haben sollen.

Betriebsarten

WLAN-Standard: IEEE 802.11n

Der im Raspberry Pi Pico W eingebaute Infineon-Chip CYW43439 unterstützt den WLAN-Standard IEEE 802.11n, der Ende 2003 entwickelt und Ende 2009 verabschiedet wurde. Es ist also ein relativ alter Standard. Im Prinzip entspricht er nicht mehr ganz dem Stand der Technik. Es gibt also schon neuere und deutlich schnellere Standards. Allerdings haben die alle den Nachteil, das diese Standards von der technischen Seite her viel umfangreicher und komplexer sind. Außerdem verbrauchen die technischen Implementieren deutlich mehr Strom. Was die Stromversorgung in Mikrocontroller-Systemen angeht, unterliegt man da einer gewissen Limitation.
Der Standard IEEE 802.11n bildet sozusagen den kleinsten gemeinsamen Nenner, was auch die Unterstützung in den üblichen Heim-Routern betrifft.

Frequenzbereich und Kanalbreite

Der Pico W verfügt über eine Antenne für den Frequenzbereich 2,4 GHz. Dieser Frequenzbereich unterliegt der Allgemeinzuteilung und darf nicht dauerhaft genutzt werden. Er muss mit anderen Funktechniken, Funknetzen und allen Teilnehmern geteilt werden. Man spricht deshalb auch von einem „shared medium“.
Um die geteilte Nutzung zu vereinfachen, ist der Frequenzbereich in Kanäle unterteilt, um die eine bestimmte Kanalbreite genutzt werden darf. Der definierte Kanal bildet mit der Kanalbreite den Raum, in der die Teilnehmer eines WLANs Senden und Empfangen dürfen.

Datenrate

Die Datenrate liegt je nach Verbindungsqualität bei 1, 11 oder 54 MBit/s. Darüberhinaus ist mit MCS7 (Modulation and coding schemes) 72,2 MBit/s erreichbar.
Diese Übertragungsraten entsprechen dem rechnerischen Maximum der theoretischen Übertragungsrate unter Einbeziehung aller Leistungsmerkmale, die im jeweiligen Standard vorgesehen sind. In der Praxis gibt es allerdings Einschränkungen, wegen denen diese Übertragungsraten nicht realisierbar sind.

Programmcode zur Anzeige anderer WLANs

Funktechniken haben den Nachteil, dass je nach Umgebung, die Reichweite eines Funksignals mal mehr und auch mal weniger gut ist. Damit eine Verbindung zu einem WLAN möglich ist, müssen dessen Funksignale empfangen werden können. Mit dem folgenden MicroPython-Programmcode kann man sich die empfangbaren WLANs mit der Signalstärke in der Umgebung anzeigen lassen.

import network
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
print(wlan.scan())

Die Ausgabe in der Kommandozeile ist eine Liste mit WLANs, die der WLAN-Chip in diesem Augenblick empfangen kann.

Troubleshooting: WLAN

Wenn es mit dem Programmcode Probleme gibt, dann betrifft das hauptsächlich die WLAN-Verbindung. Der Umgang mit Funkverbindungen ist immer etwas schwierig, weil man nicht „sieht“ was passiert. Man ist dann auf Status-Meldungen vom Programmcode angewiesen. Von der Status-Meldung lässt sich aber nur selten auf eine Problemlösung schließen. Hier muss man etwas genauer hinschauen, um den Fehler zu finden, der sich nicht im Programmcode befinden muss.

Anwendungen mit dem Raspberry Pi Pico W

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