Datenübertragung über Luft, Funkfrequenzen, WLAN, Bluetooth, Infrarot

Natürlich gibt es neben der Übertragung mittels Kabel auch noch die mittels Luft. Die üblichste Variante ist das freie WLAN, welches sich besonders im Hobbybereich durchgesetzt hat. Im professionellen Bereich werden in strkturschwachen Gebieten oftmals Richtfunkstrecken mit proprietären Funktfrequenzen eingesetzt. Die Datenübertragung mittels Infrarot bzw. Laserstrecken werden nur noch begrenzt eingesetzt.

Das WLAN befindet sich im Bereich der freien Funkfrequenzen, das heißt es müssen für die Benutzung der Frequenzen an sich keine Lizenzgebühren bezahlt werden. Allerdings müssen von von den WLAN Geräten die Frequenzbereiche genau eingehalten werden und die Sendeleistung ist begrenzt. Sie liegt bei heutigen Geräten bei ca. 100 mW. Die Geräte müssen Funkentstört sein und ein entsprechendes Prüfzeichen tragen. Importgeräte sind für den Betrieb in Deutschland daher nicht zugelassen. Der Frequenzbereich bei WLAN, Bluetooth, diversen Funkgeräten liegt bei 2,4 GHz. Im WLAN Bereich kommt vermehrt der 5 GHz Bereich zum Einsatz. Während Bluetooth grundsätzlich nur für Datenübertragungen von kurzen Strecken, bis ca. 8 Meter für Freisprecheinrichtungen und Schnurlos-Kopfhörern gedacht ist, soll bei WLAN die Reichweite im Freifeld bei 300 m (hahaha) liegen. Dies ist allerdings eine rein theoretische Betrachtung, denn wer wohnt schon im Freifeld 🙂 ???

Tatsächlich ist, bedingt durch die hohe Frequenz, die Durchdringung fester Gegenstände wie Wände oder Raumdecken eher mäßig ist. Eine bedingte Verbesserung kann durch den Einsatz von größeren Antennen oder Ausrichtung des Funkstrahls mittels Richtantennen erreicht werden. Solche Antennen sind meißt teuer und verhältnismäßig „sperrig“. Der Gewinn, also die Kabelverstärkung, wird in dB angegeben. Gute WLAN Geräte lassen den Betrieb externer Antenne zu oder bieten überhaupt eine Anschlussmöglichkeit dafür. Auch hier sind keine Wunder zu erwarten. Der derzeit am verbeiteste WLAN Standard ist der 2,4 GHz Bereich mit dem 20 MHz Kanalschema. Dieser verfügt über 15 Kanäle, wobei nicht alle Kanäle verfügbar sind. Pauschal sind 13 WLAN Kanäle nutzbar.

Diese Kanäle sind jedoch außerordentlich überlaufen und mit erheblichen Störungen behaftet. Dies liegt an folgenden Umständen:

Kanal	Frequenz Mhz

 1	2412		5 Mhz|
 2	2417		5 Mhz| 20 MHz
 3	2422		5 Mhz|
 4	2427		5 Mhz|
 5	2432		5 Mhz
 6	2437		5 Mhz
 7	2442		5 Mhz
 8	2447		5 Mhz 
 9	2452		5 Mhz
10	2457		5 Mhz
11	2462		5 Mhz
12	2467		5 Mhz
13	2471		5 Mhz
14	.		.
15	.		.
16	.		.

Die Kanaltrennschärfe beträgt, wie aus der Tabelle ersichtlich, jeweils 5 MHz. Um nun dem Kanalschema von 20 MHz störungsfrei Rechnung tragen zu können, sind jeweils 4 Kanäle unbelegt zu lassen.
Also führt uns dies zu den überlappungsfreien Kanälen 1, 5, 9, 13

Der 2,4 GHz WLAN Bereich wird nun zunehmend vom 5 GHz Bereich abgelöst. Es gibt bereits Dualband Router und Access Points auf dem Markt. Allerdings wird es noch dauern, bis sich dieser Standard durchsetzen wird, da bis dato nur die neuen Geräte wie Laptops oder Tablets diesen Standard unterstützen.
Der Basisgedanke für diesen WLAN Typ ist die Überlappungs- und damit störungsfreie Datenübertragung. Dies wird aus der Kanaltabelle ersichtlich:

Kanal	Frequenz Mhz

36	5180		20 Mhz
40	5200		20 Mhz
44	5220		20 Mhz
48	5240		20 Mhz
52	5260		20 Mhz
56	5280		20 Mhz
60	5300		20 Mhz
64	5320		20 Mhz 
.	.		.
.	.		.
.	.		.

Wie ersichtlich liegt die Kanaltrennschärfe bereits bei 20 MHz. Es ist bereits nach den anwählbaren Kanälen so geregelt. Allerdings treten bei der 5 GHz Datenübetragung andere Probleme auf.

Es ist eine physikalische Tatsache, dass je höher eine Frequenz ist, die Durchdringung fester Gegenstände zunehmend schlechter wird. Um diesen Umstand zu kompensieren, muss die Sendeleistung deutlich erhöht werden. In der Tat liegt sie beim 5 GHz Netz bei 500 mW. Allerdings ist der Betrieb unter widrigen Umständen beim 5 GHz Netz störanfälliger als beim 2,4 GHz Netz. Die Entfernung im Freifeld wird aber immer noch mit 300 Meter angegeben!

Rekapitulieren Sie nun den heutigen Unterrichtstag und ergänzen Sie Ihre Einträge um Tabellen und Bilder aus dem Internet. Legen Sie auch Gewicht auf z. B. Bluetooth und Infrarot in Bezug auf die Anzahl von Clients (Punkt-zu-Punkt oder Punkt-zu-Mehrpunkt).

Zusammenfassung

  • professioneller Bereich: proprietäre Richtfunkstrecken und lizenzierte Funkkanäle
  • privater Bereich: WLAN, freier Funkkanalbereichwifi-logo
    • Frequenzbereiche:
      2,4 GHz: verbeiteste WLAN Standard, 20 MHz Kanalschema, 15 Kanäle (nicht alle verfügbar; pauschal nur 13 nutzbar), außerordentlich überlaufen mit erheblichen Störungen
      Kanaltrennschärfe: 5 MHz -> überlappungsfreie Kanäle: 1, 5, 9, 13, Sendeleistung begrenzt auf 100 mW
      5,0 GHz: Kanaltrennschärfe bereits bei 20 MHz und damit bereits nach anwählbaren Kanälen geregelt, Sendeleistung 500 mW wegen schlechterer Durchdrungung!
    • Reichweite für 2,4 und 5,0 GHz Band im Freifeld mit 300 m spezifiziert (haha)
    • Übertragungsraten:
      xxxx		x,x Mbit/s
    • Durchdringung fester Gegenstände (Wände, Raumdecken) mäßig
      • im 5,0 GHz schlechter als bei 2,4 GHz
      • geringe Verbesserung möglich: größere Antennen oder Richtantennen (teuer und sperrig)
    • Frequenzbereiche müssen genau eingehalten werden
    • Geräte müssen Funkentstört sein und Prüfzeichen tragen
    • Importgeräte verboten
  • Bluetoothbluetooth
    • Industriestandard gemäß IEEE external_link802.15.1
    • privater Bereich
    • Funknetz, Frequenzbereich: 2,402 GHz und 2,480 GHz
      Bluetooth SIG Standardgeräte senden als Short Range Devices (SRD) in diesem lizenzfreien ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band)
    • Brutto-Übertragungsraten:
      Version 1.2: 1 MBit/s // Version 2.0: 2,1 MBit/s // Version 3.0: 24 MBit/s // Version 4.0: 1 MBit/s (Low Power Bluetooth)
    • Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) zur Vermeidung von Störungen durch WLAN (2,4 GHz) oder Mikrowellenherde (2,4 GHz)
    • für kurze Datenstrecken: bis ca. 8 Meter
    • Einsatz: Freisprecheinrichtungen, Schnurlos-Kopfhörern
    • löst im Bereich Datenübertragung auf kurzer Strecke Infrarot ab
    • Punkt-zu-Punkt und Punkt-zu-Mehrpunkt Übertragung ohne nötigen Sichtkontakt (Funk)
    • es können sich 8 Geräte aktiv, sowie ca. 247 passiv (standby o. parked) verbinden (im sog. Piconet, AMA Active Member Address, 3bit=8 Geräte und PMA Passive Member Address, 8 Bit=256 Geräte, 1 Master – Rest: Slaves)
    • Hauptzweck: Ersetzen von Kabelverbindungen zwischen den Geräten
  • Infrarotlogo_irda
    • privater und industrieller Einsatz
    • optische drahtlose Punkt-zu-Punkt Datenübertragung mittels infrarotem Licht (850 – 900 nm)
    • Standard nach Infrared Data Association (IrDA, gegr. 1993 von u.a. IBM, HP): SIR (Standard Infrared)
    • Übertragungsraten:
      SIR (Serial Infrared):		9,6 bis 115,2 kbit/s
      MIR (Medium Infrared):		0,576 Mbit/s und 1,152 Mbit/s
      FIR (Fast Infrared):		4 Mbit/s
      VFIR (Very Fast Infrared):	16 Mbit/s
      UFIR (Ultra Fast Infrared):	96 Mbit/s
      Giga-IR:			512 Mbit/s und 1 Gbit/s
    • Reichweiten von wenigen Metern, dafür hohe Abhörsicherheit
    • Punkt-zu-Punkt Übertragung
    • Line-of-Sight (LOS) Verbindung (=Sichtverbindung) / Sichtkontakt ist erforderlich und schränkt damit den Anwendungsbereich ein
    • Anwendung: Bereich Personal Area Network (PAN)
    • vergleichsweise hoher Datendurchsatz
    • niedriger Energieverbrauch pro übertragenem Byte
    • hohe Zuverlässigkeit wegen niedriger Bitfehlerraten (BFR / engl. bit error rate (BER)
    • wichtige Applikation-Layer sind IrCOMM, IrOBEX, IrSimple, IrFM oder IrLAN
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4 Gedanken zu „Datenübertragung über Luft, Funkfrequenzen, WLAN, Bluetooth, Infrarot

  1. Alex Beitragsautor

    IrDA Glossar

    Fast IrDA: Die Erweiterung des Standards IrDA 1.0 zu IrDA 1.1 verspricht vor allem eine wesentlich höhere Datenrate. Während IrDA 1.0 die maximale Rate auf 115,2 KBit/s festlegt, können mit Version 1.1 bis zu 4 MBit/s übertragen werden. IrDA 1.1 bezeichnet man außer als Fast IrDA auch als FIR oder Fast Infrared.

    IrCOMM: Der Teil des IrDA-Standards, der für Anwendungen eine serielle und parallele Schnittstelle emuliert.

    IrDA: Die Infrared Data Association besteht heute aus etwa 180 Mitgliedern und entwickelte den Infrarotstandard IrDA. Die aktuelle Version ist IrDA 1.1.

    Physical Layer: Der Hardware-Teil des IrDA-Standards enthält die physikalischen Parameter des Infrarotlichts (Wellenlänge, Intensität, Richtung) und beschreibt die Modulation des Lichts für die Datenübertragung.

    Protocol Stack: Der Infrarotstandard IrDA 1.1 ist in unterschiedliche Schichten aufgeteilt, die zusammen den Protocol Stack bilden. Gemäß IrDA sind vier Schichten notwendig: Physical Layer, IrLAP, IrLMP und IAS.

    SIR: Serial Infrared, ursprünglich von Hewlett-Packard entwickelter Standard für Infrarotübertragung, der dann maßgeblich in IrDA 1.0 aufgenommen wurde. Die Datenrate ist auf 115,2 KBit/s begrenzt.

    Quelle: http://www.hardwaregrundlagen.de/oben07-005.htm

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