Gigabit-WLAN nach dem Standard 802.11ac

Vor allem für mobile Geräte ist WLAN entscheidend, um eine Verbindung zum Heimnetz oder ins Internet aufbauen zu können. Von einer schnellen Verbindung konnte bei WLAN bislang aber nicht die Rede sein. 

Der Standard WLAN 802.11ac will einen Schlussstrich unter langsamen Datenfunk ziehen und verspricht Gigabit-Funk – zumindest auf dem Papier. Denn in der Praxis sieht es anders aus. Der Artikel erklärt WLAN 802.11ac und worauf es in der Praxis und bei den Geräten ankommt.

WLAN 802.11ac ist die offizielle Bezeichnung für den gemeinhin als Gigabit-WLAN oder WLAN-ac bekannten Funkstandard. Diese Standardisierungen nimmt das IEEE vor, das Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Obwohl zwischen WLAN-n und WLAN-ac zahlreiche Buchstaben im Alphabet fehlen, ist WLAN-ac der direkte Nachfolger von WLAN-n. Dabei ist der Standard 802.11ac keine komplette Neuentwicklung, sondern eine Erweiterung des bereits verbreiteten Standards 802.11n.

Technisch gesehen sind mit WLAN-ac Geschwindigkeiten von bis zu 6933 MBit/s möglich. Das entspräche dem Siebenfachen eines klassischen Gigabit-Netzwerks.

In der Praxis wird allerdings kaum jemand zu Hause solche Datenraten in seinem Funknetzwerk erreichen können. Denn diese Datenraten sind nur unter ganz bestimmten Bedingungen möglich. Außerdem erreichen nicht einmal alle WLAN-ac-Geräte die sehr viel niedrigere Geschwindigkeit von 1300 MBit/s, mit der WLAN-ac derzeit beworben wird. Einige liegen sogar sehr deutlich da runter. Sie schaffen nicht mehr als 433 MBit/s, also lediglich ein Drittel von 1300 MBit/s.

Die Ursache liegt in der Art, wie WLAN-ac funktioniert. WLAN-ac funkt die Daten nicht etwa wie beim Radioempfang über eine einzige Antenne auf einer einzigen Frequenz. Stattdessen nutzt WLAN-ac mehrere Antennen gleichzeitig und unterschiedlich breite Frequenzbereiche. Je breiter der Frequenzbereich, desto höher ist die Bandbreite und desto mehr Daten lassen sich pro Sekunde übermitteln. Jede weitere eingesetzte Antenne vervielfacht diese Bandbreite.

WLAN-ac kann vier verschiedene Frequenzbreiten nutzen: 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz und 160 MHz. Dabei ist die Frequenzbreite ausschlaggebend für die verfügbare Bandbreite.

Bei 20 MHz beträgt die Bandbreite nur 96,3 MBit/s, bei 40 MHz höchstens 200 MBit/s, bei 80 MHz bereits 433 MBit/s und bei 160 MHz ordentliche 867 MBit/s. Pro Antenne kann höchstens eine Frequenzbreite genutzt werden. Das würde WLAN-ac auf 867 MBit/s beschränken. Insgesamt sieht WLAN-ac aber den Einsatz von acht Antennen vor. Grundlage für den Einsatz mehrerer Antennen ist MIMO.

MIMO steht für Multiple Input Multiple Output. MIMO setzt mehrere Antennen auf Sender- und Empfängerseite voraus. Auf allen Antennen wird gleichzeitig ein Teil des Datenstroms übertragen. Somit vervielfacht sich die verfügbare Bandbreite um die Anzahl der genutzten Antennen.

Kommen also am WLAN-Router und zum Beispiel am Notebook jeweils acht Antennen zum Einsatz und wird jeweils ein 160 MHz breiter Frequenzbereich genutzt, dann könnte WLAN-ac Daten mit bis zu 6933 MBit/s übertragen.

Nur lassen sich nicht an jedem Gerät tatsächlich acht eigenständige Antennen unterbringen. An WLAN-Routern sind in der Regel drei Antennen zu finden. Bei Smartphones und Tablet-PCs ist meist nur Platz für zwei, höchstens drei Antennen. Manche sehr kleinen WLAN-Adapter haben hingegen nur eine einzige Antenne.

Dementsprechend sind die Datenraten der derzeit verfügbaren Geräte auch eher gering und enden spätestens bei 1300 MBit/s, weil meistens nur das 80-MHz-Frequenzband genutzt wird. Viele WLAN-Adapter und –Router schaffen, weil sie nur eine oder zwei Antennen haben, auch nur 433 beziehungsweise 867 MBit/s.

Nicht selten steht in den Gerätebeschreibungen noch „802.11ac (Draft 2.0)“. Der Zusatz „Draft 2.0“ weist darauf hin, dass es sich um den zweiten Entwurf des neuen Standards handelt. Beim IEEE war 802.11ac noch bis Januar 2014 in der Entwicklung. Bis zur Finalisierung des Standards konnten sich also noch wichtige Punkte ändern.

Im Idealfall lassen sich die bis dahin noch vorgenommenen Änderungen durch ein Firmware-Update nachreichen. Das bedeutet allerdings auch, dass die Implementierungen der Hersteller des noch nicht finalen Standards WLAN-ac sehr unterschiedlich sein können – je nachdem an welchem Entwurf sie sich orientiert haben. Bei Draft-Implementierungen des ac-Standards müssen WLAN-Router und WLAN-Adapter verschiedener Hersteller deshalb nicht zueinander kompatibel sein.

Das kann sich durch eine sehr langsame Verbindung, gelegentliche Verbindungsabbrüche oder sogar eine komplette Verbindungsverweigerung bemerkbar machen. Deshalb raten die meisten Hersteller dazu, den WLAN-Adapter vom dem Hersteller zu nehmen, der auch den WLAN-Router entwickelt hat.

802.11ac verspricht Gigabit-schnelles WLAN. In der Praxis bleibt davon häufig nicht viel übrig. Auch hat der Standard einige Tücken.

Damit etwa Ihr Notebook und der WLAN-ac-Router mit der maximalen Datenrate kommunizieren können, müssen beide Geräte die gleiche Antennenzahl haben. Denn für jede Verbindung muss es auch einen Anschluss geben. Typisch für WLAN-ac- Router sind derzeit drei Antennen, die 433 MBit/s Bandbreite je Antenne aufweisen. Das ergibt die gängigen 1300 MBit/s Gesamtleistung.

Hat der WLAN-Adapter des Notebooks oder Tablet-PCs aber nur zwei Antennen, dann lassen sich auch nur über zwei Antennen Daten mit maximal 433 MBit/s je Antenne austauschen. Damit sinkt die Datenrate auf 867 MBit/s, im schlimmsten Fall auf 433 MBit/s, sofern der Adapter nur eine Antenne hat.

Obwohl 1300 MBit/s derzeit die gängige Datenrate ist, geben einige Hersteller bei ihren Geräten Datenraten von bis zu 1750 MBit/s an. Dies wäre unter Umständen sogar annähernd möglich, etwa bei vier Antennen und einer Frequenzbreite von 80 MHz oder zwei Antennen und einer Frequenzbreite von 160 MHz. Man käme so auf 1732 MBit/s.

Die Hersteller rechnen hier vollkommen anders: WLAN-ac nutzt ausschließlich das 5-GHz-Band. Damit bleibt das 2,4-GHz-Band, das von WLAN-n zusammen mit dem 5-GHz- Band verwendet wird, ungenutzt. Aktuelle Router sind in der Lage, sowohl auf dem 2,4- als auch auf dem 5-GHz-Band gleichzeitig zu funken und somit zwei verschiedene WLANs auf zwei unterschiedlichen Frequenzen anzubieten. Die Router sind also Dualbandfähig.

Der Vorteil: Egal welche WLAN-Version ein Gerät unterstützt, es kann mit dem Dualband-fähigen WLAN-Router verbunden werden. Die maximale Datenrate des einen Funknetzes, etwa 1300 MBit/s im 5-GHz-Band bei WLAN-ac, addiert mit der maximalen Datenrate des anderen Funknetzes, etwa 450 MBit/s im 2,4-GHz-Band mit WLAN-n, ergibt dann eine Gesamtdatenrate von 1750 MBit/s. Diese Datenrate kann aber nicht ein einzelnes Gerät erreichen, sondern stellt die maximale Bandbreite für alle Geräte dar.

Aus dieser Rechenschieberei ergeben sich teilweise noch merkwürdigere Datenraten, etwa bei D-Links AC1200 DIR-850L. Der Router hat vier Antennen. WLAN-n funkt er mit bis zu 300 MBit/s im 2,4-GHz-Band, WLAN-ac mit bis zu 867 MBit/s im 5-GHz-Band. Zusammen ergibt das 1167 MBit/s, was D-Link etwas irreführend als Basis für die Bezeichnung AC1200 nutzt.

Gigabit-WLAN darf sich WLAN-ac aber derzeit nur auf dem Papier nennen. Denn die Hersteller geben immer die Bruttodatenrate beziehungsweise die theoretisch mögliche Datenrate an. Diese können von den praktisch erreichbaren erheblich abweichen.

Die theoretische Datenrate gibt immer an, wie viele Bit pro Sekunde generell übertragen werden können. Für jedes Byte einer Datei, die Sie per Funk von einem Gerät zum anderen senden möchten, müssen aber immer auch einige weitere Bit übertragen werden, um die Zusammengehörigkeit zu kennzeichnen und Fehlerkorrekturen vornehmen zu können. Das nennt sich Protokoll-Overhead.

Rechnet man den Protokoll-Overhead heraus und misst nur die tatsächlich übertragene Datenmenge, dann ergibt sich die praktische Datenrate beziehungsweise die Nettodatenrate. Die liegt bei WLAN-ac, das mit einer theoretischen Datenrate von 1300 MBit/s angegeben ist, nur bei etwa 400 MBit/s. Das ist nicht einmal die Hälfte der praktischen Datenrate eines Gigabit-Ethernets, die bei 938 MBit/s liegt.

Im Betrieb machen einem WLAN zudem Störstrahlungen von anderen Geräten und auch benachbarte WLANs zu schaffen. Das reduziert die praktische Datenrate noch einmal.

WLAN-ac funkt auf dem 5-GHz-Band. Damit dies erlaubt werden konnte, wurde von der europäischen Regulierungsbehörde ETSI, dem Pendant zur Bundesnetzagentur, ein DFS genannter Mechanismus gefordert.

DFS steht für Dynamic Frequency Selection. Damit ist gemeint, dass WLAN-Router und -Access-Points automatisch und selbstständig den Funkkanal wechseln müssen, wenn sie auf ihrem Funkkanal priorisierte Aktivität feststellen, etwa ein Wetterradar.Der WLAN-Router wählt dann einen zufälligen Kanal und teilt diesen allen WLAN-Teilnehmern mit.

Mit Störeinflüssen durch andere WLANs hat DFS also nichts zu tun. Einige WLAN-Router, etwa von AVM, sind aber in der Lage, automatisch den besten verfügbaren Kanal zu wählen.

Wenn Sie die Anschaffung von WLAN-ac-Geräten planen, dann sollten Sie ein paar Details bei der Ausstattung beachten. So vermeiden Sie Verbindungsprobleme oder zu geringe Datenraten.

Wenn Sie einen WLANac- Router suchen, dann lassen Sie sich nicht von den summierten Datenraten von WLAN-n und WLAN-ac irritieren. 1300 MBit/s sollte der Router bei WLAN-ac erreichen und dementsprechend auch drei Antennen haben.

Gerade preisgünstige WLAN-ac-Router, in denen zum Beispiel nur eine Antenne verbaut ist, können sogar langsamer als reine WLAN-n-Router sein, die die maximale Leistung des n-Standards ausnutzen. Vier Antennen mit je 150 MBit/s Bandbreite bedeuten bei WLAN-n nämlich bis zu 600 MBit/s, während einWLAN-ac-Router mit nur einer Antenne lediglich 433 MBit/s liefert.

Der Router sollte zudem Dualband können, also sowohl auf dem 2,4-GHz-Band als auch dem 5-GHz-Band funken. Denn dann können Sie sowohl Ihre alten Geräte, die etwa nur WLAN-b und WLAN-g beherrschen, als auch die neuen Geräte, die WLAN-n und WLAN-ac können, gleichzeitig nutzen. Auch die sehr alten WLAN-a-Geräte ließen sich mit einem Dualband-Router parallel zur neuen Hardware verwenden. Gigabit-Anschlüsse für das Ethernet-Netzwerk sollten ebenfalls vorhanden sein.

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Möchten Sie WLAN mit einem externen Adapter nachrüsten, etwa an einem Notebook oder einem Desktop-PC, dann setzen die meisten Hersteller auf einen USB-Anschluss nach USB 2.0. Dieser erlaubt Datenübertragungsraten bis 480 MBit/s.

Das mag im ersten Moment wie ein Flaschenhals wirken, der einen 1300 MBit/s schnellen WLAN-ac-Stick ausbremsen würde. Das ist aber nicht der Fall.

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Selbst die teuren WLAN-USB-Adapter schaffen meist nur 867 MBit/s brutto, weil sie nur zwei Antennen haben. Das wäre zwar noch immer doppelt so viel wie USB 2.0 vorsieht. 867 MBit/s entsprechen aber auch nur einer praktischen Datenrate von rund 267 MBit/s.

Die günstigeren WLAN-USB-Sticks haben hingegen nur eine Antenne und sind somit sogar auf 433 MBit/s beschränkt, in der Praxis sind das rund 133 MBit/s. Aus Kompatibilitätsgründen ist es ratsam, den WLAN-ac-Adapter vom selben Hersteller zu kaufen, von dem auch der WLAN-ac-Router ist.

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Viele Notebooks, die mit Intels neuem Haswell-Prozessor ausgestattet sind, haben bereits WLAN-ac an Bord. Zum Einsatz kommt dabei fast durchweg der WLAN-Adapter Intel Wireless-AC 7260.

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Der Intel Wireless-AC 7260 hat zwei Antennen und schafft somit 867 MBit/s. Verwendet der Hersteller hingegen nur den Intel Wireless-AC 3160, dann ist die WLAN-ac-Geschwindigkeit auf 433 MBit/s begrenzt. Zudem gibt es bereits ein paar Mainboards, die ebenfalls mit WLAN-ac ausgestattet sind.

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Auch hier steckt fast durchweg der gleiche WLAN-Adapter von Intel auf dem Board, der auch in den Notebooks genutzt wird, nämlich der Intel Wire­less-AC 7260. Die Datenrate liegt also auch hier bei 867 MBit/s.

Es gibt zudem von Asus den Adapter PCE-AC66 für den PCI-Express-Steckplatz. Der Adapter schafft dank seiner drei Antennen 1300 MBit/s.

Möchten Sie hingegen die Reichweite Ihres WLAN-ac vergrößern, dann benötigen Sie einen Repeater. Der sollte auf jeden Fall drei Antennen haben, damit die derzeit maximale Datenrate von 1300 MBit/s auch tatsächlich genutzt wird.

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