Zunächst einmal muss klargestellt werden, dass 5G-Kommunikation nicht dasselbe ist wie das 5-GHz-WLAN, über das wir heute sprechen werden. 5G ist die Abkürzung für Mobilfunknetze der fünften Generation und bezeichnet hauptsächlich die Mobilfunktechnologie. Unser 5G bezieht sich hier hingegen auf das 5-GHz-Band im WLAN-Standard, also das WLAN-Signal, das das 5-GHz-Frequenzband zur Datenübertragung nutzt.
Fast alle auf dem Markt erhältlichen WLAN-Geräte unterstützen heutzutage 2,4 GHz, und bessere Geräte können sowohl 2,4 GHz als auch 5 GHz. Solche Breitbandrouter werden als Dualband-WLAN-Router bezeichnet.
Im Folgenden sprechen wir über 2,4 GHz und 5 GHz im Wi-Fi-Netzwerk.
Die Entwicklung der Wi-Fi-Technologie blickt auf eine 20-jährige Geschichte zurück, von der ersten Generation 802.11b über 802.11g, 802.11a, 802.11n bis hin zum aktuellen Standard 802.11ax (WiFi6).
Wi-Fi-Standard
WiFi ist lediglich eine Abkürzung. Es handelt sich dabei um eine Untermenge des WLAN-Standards 802.11. Seit seiner Einführung im Jahr 1997 wurden über 35 Versionen unterschiedlicher Größe entwickelt. Darunter befinden sich die ausgereifteren Versionen 802.11a/b/g/n/ac.
IEEE 802.11a
IEEE 802.11a ist eine überarbeitete Version des ursprünglichen 802.11-Standards und wurde 1999 verabschiedet. Der 802.11a-Standard verwendet dasselbe Kernprotokoll wie der ursprüngliche Standard. Die Betriebsfrequenz beträgt 5 GHz, es werden 52 OFDM-Subträger (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) verwendet, und die maximale Rohdatenrate liegt bei 54 Mbit/s, womit die Anforderungen an den mittleren Durchsatz realer Netzwerke (20 Mbit/s) erfüllt werden.
Aufgrund der zunehmenden Überlastung des 2,4-GHz-Frequenzbandes stellt die Nutzung des 5-GHz-Frequenzbandes eine wichtige Verbesserung gegenüber 802.11a dar. Sie bringt jedoch auch Probleme mit sich. Die Übertragungsreichweite ist geringer als bei 802.11b/g; theoretisch werden 5-GHz-Signale leichter von Wänden blockiert und absorbiert, weshalb die Abdeckung von 802.11a nicht so gut ist wie die von 802.11b. Auch 802.11a kann störungsanfällig sein, bietet aber aufgrund der geringeren Störfrequenzen in der Nähe in der Regel einen besseren Datendurchsatz.
IEEE 802.11b
IEEE 802.11b ist ein Standard für drahtlose lokale Netzwerke (WLAN). Die Trägerfrequenz beträgt 2,4 GHz und ermöglicht Übertragungsgeschwindigkeiten von 1, 2, 5,5 und 11 Mbit/s. Er wird fälschlicherweise oft als Wi-Fi bezeichnet. Tatsächlich ist Wi-Fi eine eingetragene Marke der Wi-Fi Alliance. Diese Marke garantiert lediglich die Kompatibilität von Produkten, die diese Marke verwenden, und hat nichts mit dem Standard selbst zu tun. Im 2,4-GHz-ISM-Frequenzband gibt es insgesamt elf Kanäle mit einer Bandbreite von 22 MHz, die sich teilweise überlappen. Der Nachfolger von IEEE 802.11b ist IEEE 802.11g.
IEEE 802.11g
IEEE 802.11g wurde im Juli 2003 verabschiedet. Die Trägerfrequenz beträgt 2,4 GHz (wie bei 802.11b), es gibt insgesamt 14 Frequenzbänder. Die ursprüngliche Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei 54 Mbit/s, die Netto-Übertragungsgeschwindigkeit bei etwa 24,7 Mbit/s (wie bei 802.11a). 802.11g-Geräte sind abwärtskompatibel zu 802.11b.
Später entwickelten einige Hersteller von drahtlosen Routern auf Basis des IEEE 802.11g-Standards neue Standards, um den Marktbedürfnissen gerecht zu werden, und erhöhten die theoretische Übertragungsgeschwindigkeit auf 108 Mbit/s bzw. 125 Mbit/s.
IEEE 802.11n
IEEE 802.11n ist ein Standard, der auf Basis von 802.11-2007 von einer neuen Arbeitsgruppe des IEEE im Januar 2004 entwickelt und im September 2009 offiziell verabschiedet wurde. Der Standard erweitert die MIMO-Unterstützung um eine drahtlose Bandbreite von 40 MHz und ermöglicht eine theoretische maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 600 Mbit/s. Durch die Verwendung des von Alamouti vorgeschlagenen Raum-Zeit-Blockcodes erweitert der Standard zudem den Datenübertragungsbereich.
IEEE 802.11ac
IEEE 802.11ac ist ein sich entwickelnder Standard für drahtlose Computernetzwerkkommunikation nach 802.11, der das 6-GHz-Frequenzband (auch bekannt als 5-GHz-Frequenzband) für die drahtlose lokale Netzwerkkommunikation (WLAN) nutzt. Theoretisch kann er eine Bandbreite von mindestens 1 Gigabit pro Sekunde für die WLAN-Kommunikation mehrerer Stationen oder mindestens 500 Megabit pro Sekunde (500 Mbit/s) für die Übertragung einer einzelnen Verbindung bereitstellen.
Es übernimmt und erweitert das von 802.11n abgeleitete Luftschnittstellenkonzept, einschließlich: größerer HF-Bandbreite (bis zu 160 MHz), mehr MIMO-Spatial-Streams (erhöht auf 8), MU-MIMO und hochdichter Demodulation (Modulation bis zu 256QAM). Es ist ein potenzieller Nachfolger von IEEE 802.11n.
IEEE 802.11ax
Broadcom übernahm 2017 die Führung bei der Einführung des 802.11ax-WLAN-Chips. Da der Vorgängerstandard 802.11ad hauptsächlich im 60-GHz-Frequenzband arbeitete, war seine Reichweite trotz höherer Übertragungsgeschwindigkeiten begrenzt und diente als Grundlage für 802.11ac. Laut offiziellem IEEE-Projekt ist die sechste Generation von WLAN, die auf 802.11ac aufbaut, 802.11ax. Seit 2018 sind entsprechende Geräte erhältlich.
Der Unterschied zwischen 2,4 GHz und 5 GHz
Die erste Generation des drahtlosen Übertragungsstandards IEEE 802.11 entstand 1997. Da viele elektronische Geräte üblicherweise die 2,4-GHz-Funkfrequenz nutzen, wie z. B. Mikrowellenherde, Bluetooth-Geräte usw., stören sie das 2,4-GHz-WLAN mehr oder weniger stark, sodass das Signal bis zu einem gewissen Grad beeinträchtigt wird, ähnlich wie auf einer Straße, auf der gleichzeitig Pferdekutschen, Fahrräder und Autos fahren, wodurch die Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeuge natürlich beeinflusst wird.
Das 5-GHz-WLAN nutzt ein höheres Frequenzband, um die Kanalüberlastung zu reduzieren. Es verwendet 22 Kanäle, die sich nicht gegenseitig stören. Im Vergleich zu den drei Kanälen des 2,4-GHz-Bandes wird die Signalüberlastung deutlich verringert. Daher ist die Übertragungsrate von 5 GHz deutlich höher als die von 2,4 GHz.
Das 5-GHz-WLAN-Frequenzband, das den 802.11ac-Standard der fünften Generation nutzt, erreicht eine Übertragungsgeschwindigkeit von 433 Mbit/s bei einer Bandbreite von 80 MHz und eine Übertragungsgeschwindigkeit von 866 Mbit/s bei einer Bandbreite von 160 MHz. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber der maximalen Übertragungsrate von 300 Mbit/s im 2,4-GHz-Band dar.
5 GHz Ungehindert
Allerdings hat auch 5-GHz-WLAN Schwächen. Diese liegen in der Übertragungsreichweite und der Fähigkeit, Hindernisse zu überwinden.
Da WLAN eine elektromagnetische Welle ist, breitet sie sich hauptsächlich geradlinig aus. Trifft sie auf Hindernisse, kommt es zu Durchdringung, Reflexion, Beugung und anderen Phänomenen. Die Durchdringung ist dabei das wichtigste Phänomen; ein kleiner Teil des Signals wird reflektiert und gebeugt. Die physikalischen Eigenschaften von Funkwellen sind: Je niedriger die Frequenz, desto länger die Wellenlänge, desto geringer die Dämpfung bei der Ausbreitung, desto größer die Reichweite und desto leichter können Hindernisse umgangen werden; je höher die Frequenz, desto kleiner die Reichweite und desto schwieriger die Umgehung von Hindernissen.
Daher hat das 5G-Signal mit seiner hohen Frequenz und kurzen Wellenlänge eine relativ kleine Reichweite und seine Fähigkeit, Hindernisse zu durchdringen, ist nicht so gut wie beim 2,4-GHz-Signal.
Hinsichtlich der Übertragungsreichweite erreicht 2,4-GHz-WLAN in Innenräumen eine maximale Reichweite von 70 Metern und im Freien von bis zu 250 Metern. 5-GHz-WLAN hingegen erreicht in Innenräumen eine maximale Reichweite von nur 35 Metern.
Die Abbildung unten zeigt einen Vergleich der Abdeckung von Ekahau Site Survey im 2,4-GHz- und 5-GHz-Frequenzband für den virtuellen Planer. Das dunkelgrüne der beiden Simulationen entspricht einer Geschwindigkeit von 150 Mbit/s. Das Rot in der 2,4-GHz-Simulation steht für 1 Mbit/s, das Rot in der 5-GHz-Simulation für 6 Mbit/s. Wie Sie sehen, ist die Abdeckung der 2,4-GHz-Access Points tatsächlich etwas größer, die Geschwindigkeiten an den Rändern der 5-GHz-Abdeckung sind jedoch höher.
5 GHz und 2,4 GHz sind unterschiedliche Frequenzen, die jeweils Vorteile für WLAN-Netzwerke bieten. Diese Vorteile hängen von der Netzwerkkonfiguration ab – insbesondere im Hinblick auf die Reichweite und Hindernisse (Wände usw.), die das Signal überbrücken muss. Ist das zu viel?
Für größere Flächen oder bei Bedarf an besserer Wanddurchdringung ist 2,4 GHz besser geeignet. Ohne diese Einschränkungen bietet 5 GHz jedoch eine höhere Geschwindigkeit. Durch die Kombination der Vor- und Nachteile beider Frequenzbänder mithilfe von Dualband-Zugangspunkten lässt sich die WLAN-Bandbreite verdoppeln, Störungen reduzieren und ein insgesamt besseres WLAN-Netzwerk realisieren.
Veröffentlichungsdatum: 09.06.2021