WLAN Verstärken

Es ist keine Seltenheit, dass die WLAN Verbindung quälend langsam ist. Oder man möchte auch auf der Terrasse über WLAN im Web surfen, doch das eigene WLAN Netzwerk wird erst gar nicht gefunden. Wände, Decken, Schränke, alles was sich im Pfad eines WLAN Signals befindet, dämpft das Signal und führt dazu, dass die Geschwindigkeit (Datenrate) einer Verbindung sinkt oder am Ende gar keine Verbindung zustande kommt. Der Gedanke liegt jetzt nahe irgendwie das WLAN Signal zu verstärken, um eine höhere Flächenabdeckung oder eine höhere Datenrate zu erreichen. Kann man z.B. nicht einfach ein stärkeres WLAN Gerät kaufen?

Dieser Artikel klärt auf was möglich ist, welche Rahmenbedingungen es gibt und wissenswertes über die Hintergründe. Folgende Fragestellungen werden näher beleuchtet?

• Kann ich einfach ein Gerät mit „stärkerem“ WLAN kaufen?
• Kann ich die Sendeleistung von WLAN per Einstellung erhöhen?
• Kann ich die WLAN Leistung über eine andere oder modifizierte Antenne verbessern?
• Verstärkt ein WLAN Repeater ein WLAN Signal?
• Kann man die WLAN Leistung über den Standort optimieren?

Kann man einfach ein Gerät mit „stärkerem“ WLAN kaufen?

Manch einer hat von Bekannten gehört oder aus dem Internet gelesen, dass nach dem Austausch z.B. eines Internet-Routers mit WLAN, die WLAN Verbindungen viel besser waren als vorher. Doch kann man davon ausgehen, das wenn man ein Gerät gleichen Typs kaufe, das WLAN auch wirklich besser wird? Kann man mittels eines anderen WLAN Gerätes mein WLAN einfach verstärken?

Um diese Fragen zu beantworten, muss man Wissen, dass die maximale Sendeleistung von WLAN in Deutschland gesetzlich begrenzt ist. Das bedeutet in der Praxis, dass man davon ausgehen kann, dass in Deutschland vertriebene Geräte diese Sendeleistung nicht überschreiten. Um die gesetzlichen Grenzwerte auch einzuhalten, planen die Hersteller eine Marge in der WLAN Sendeleistung ein. Diese Marge wird gebraucht, damit Schwankungen in den für die Produktion verwendeten elektronischen Komponenten und Ungenauigkeiten im Produktdesign, nicht zu einer Überschreitung führen.

Als Resultat kann es tatsächlich zu Unterschieden in der WLAN Sendeleistung und damit der Leistungsfähigkeit kommen. Eventuell ist ein Hersteller mutiger als ein anderer und geht näher an die Grenzwerte heran. Oder man hat ein Gerät gekauft, welches rein zufällig durch die individuell verbauten elektronischen Komponenten etwas leistungsstärker ist. Der Punkt ist aber, dass das nicht vorhersagbar ist. Mit etwas Pech erwischt man ein Gerät gleichen Herstellers und Typs und die Sendeleistung ist niedriger als bei einem sonst baugleichen Gerät.

Es gibt aber eine Ausnahme. So ist es möglich auf dem 5GHz Frequenzband mit einer höheren Sendeleistung zu senden als auf dem 2,4GHz Frequenzband. Ein weitere Abstufung gibt es für Frequenzen ab 5,470 GHz, welche höchste Sendeleistung erlaubt (1W EIRP). So gibt es spezialisierte Geräte wie den TP-Link CPE510, welche diese Möglichkeit ausnutzen.

Fazit: Sich von einem anderen WLAN Gerät eine bessere Sendeleistung auf dem 2,4GHz Frequenzband zu versprechen, ist ein Glücksspiel und funktioniert nicht zuverlässig. Auch auf dem 5GHz Frequenzband ist es in der Praxis eher Zufall, wenn Sie durch ein anderes Gerät eine bessere WLAN Sendeleistung erreichen. Ausnahmen bestätigen aber die Regel und wenn Sie definitiv wissen, dass ein bestimmtes Gerät die erlaubten höheren Sendeleistungen auf dem 5GHz Frequenzband nutzt, dann kann ein neues Gerät hier Besserung bringen. Dummerweise geizen die meisten Hersteller mit eineindeutigen Aussagen. Somit ist es sehr schwer sich vorab zu informieren und zielgenau ein passendes Gerät zu erwerben.

Notiz: Der Austausch eines WLAN Geräts erhöht zwar nicht unbedingt die Sendeleistung, kann aber trotzdem zu einer Verbesserung der WLAN Geschwindigkeit führen. Grund sind neuere und bessere Verfahren in der Signalübertragung. Um eine Verbesserung zu erreichen, müssen aber auch die WLAN Clients (Smartphones, Notebook, WLAN Adapter am PC, … ) die entsprechenden Verfahren unterstützen. Ist das Signal für einen WLAN Client aber sehr schwach, dann bewirken auch modernere Signalübertragungsverfahren keine Wunder.

Kann man die Sendeleistung von WLAN per Einstellung erhöhen?

Die spontane Antwort auf die im Titel gestellte Frage ist „Möglicherweise“.

Zum ersten ist es von WLAN Gerät zu WLAN Gerät unterschiedlich ob solch eine Einstellung unterstützt wird. Die in Deutschland populäre Fritz!Box verfügt über eine solche Einstellmöglichkeit. Im folgenden Screenshot ist diese Einstellung dargestellt.

Zum zweiten darf ein WLAN Gerät weiterhin die gesetzlichen Grenzwerte nicht überschreiten. Sprich bei einer Einstellung von z.B. 100% stellen Sie die maximale Sendeleistung Ihres WLAN Geräts ein, welche in der Regel, weiterhin niedriger ist als der gesetzliche Grenzwert.

Fazit: Es lohnt sich durchaus zu schauen, ob Ihr WLAN Gerät über eine Einstellungsmöglichkeit für die WLAN Sendeleistung verfügt. Steht diese auf unter 100%, dann können Sie die Sendeleistung erhöhen. Im Regelfall ist die Einstellung schon bei 100% und Sie können keine weitere Verbesserung hierüber erreichen.

Notiz: Sie mögen sich fragen, wofür solch eine Einstellung überhaupt gut ist. Damit können Sie die Reichweite Ihres WLAN Netzwerkes verringern, um z.B. das Risiko zu vermindern das Unbekannte Ihr WLAN in der Umgebung Ihres Heims aufspüren und versuchen in dieses einzudringen. Andere Menschen sorgen sich um die Auswirkung der Radiostrahlung auf die Gesundheit und möchten über die Verringerung der Sendeleistung das entsprechende Risiko senken.

Kann man die WLAN Leistung über eine andere oder modifizierte Antenne verbessern?

Die Antwort auf die obige Frage lautet „ja, aber …“.

Um die Antwort zu verstehen, muss man Wissen, dass die Sendeleistung sich aus der in eine Antenne eingespeisten Leistung und dem sogenannten Antennengewinn (in dBi, relativ zu einer isotrope Antenne) zusammensetzt. Eine Isotrope ist eine ideale Antenne, welche gleichmäßig Kugelförmig sendet. Dadurch wird die eingespeiste Sendeleistung gleichmäßig auf eine maximale Fläche verteilt. Es ist eingängig, dass wenn ich die gleiche eingespeiste Leistung auf eine kleinere Fläche verteile (z.B. in Form eines Torus), dass dann die effektive Leistung bei gleicher Entfernung auf der “Oberfläche” des Torus größer ist, als im Vergleich zu einer kompletten Kugel. Diese quasi Erhöhung der effektiven Leistung nennt sich Antennengewinn.

Folgende Grafik illustriert dieses Prinzip. Die Oberfläche des über die rote ideale isotrope Antenne ausgesendeten Signals ist größer als die Oberfläche des über die blaue Stabantenne gesendeten Signals. Als Resultat ist z.B. die Reichweite über die blaue Stabantenne größer.

Wenn man nun ganz extrem gesehen eine Richtantenne verwendet, welche sozusagen einen einzelnen Strahl aussendet, dann wird die gesamte in die Antenne eingespeiste Leistung in diesen Strahl gebündelt. Damit kann man höchste Reichweiten erzielen.

Jetzt kommt das „aber“. Die gesetzlichen Grenzwerte definieren die Sendeleistung für eine isotrope Antenne. Das bedeutet unabhängig von der tatsächlich eingesetzten Antenne, darf die Sendeleistung auf einer gedachten Kugeloberfläche den Grenzwert nicht überschreiten.

Wenn man nun durch eine andere Antenne in bestimmte Senderichtungen eine höhere Sendeleistung erreicht, dann können dadurch die gesetzlichen Grenzwerte überschritten werden.

Jetzt wird es noch etwas komplizierter. Die gesetzlichen Grenzwerte sind nicht für alle WLAN Frequenzbänder gleich. Auf dem 2,4GHz Frequenzband ( 2,400 GHz - 2,4835 GHz) darf mit bis zu 100mW EIRP gesendet werden, auf dem Frequenzband 5,150 GHz - 5,350 GHz mit 200mW EIRP und auf dem Frequenzband 5,470 GHz - 5,725 GHz sogar mit 1 Watt EIRP.

Bei einer kurzen Prüfung von Datenblättern von WLAN Geräten entstand bei mir der Eindruck, dass der höheren Sendeleistung auf dem 5GHz Frequenzband durch Antennen mit höherem Antennengewinn bis 200mW Rechnung getragen wurde. Die Möglichkeit ab 5,470 GHz bis 1 Watt zu senden, scheint von Geräten für den Heimgebrauch gar nicht genutzt zu werden. Die Begriffe “Eindruck” und “scheint” wurden verwendet, da die Datenblätter nur sehr spärlich Auskunft gaben.

Wichtig zu erwähnen ist noch, dass die in Deutschland beliebte Fritz!Box den Austausch bzw. Modifikation der WLAN Antennen nicht vorsieht. Das ist zwar am Ende doch möglich, erfordert aber detaillierte Kenntnisse durch z.B. eine entsprechende Anleitung.

Fazit: Der Austausch oder die Modifikation einer Antenne für eine bessere WLAN Leistung ist etwas für Fachleute und motivierte Bastler. Man sollte sich des Risikos gesetzliche Grenzwerte zu überschreiten bewusst sein. Das Risiko liegt bei Ihnen. Sie sollten sich also vorher gut informieren, welche Sendeleistung das zu modifizierende Gerät ungefähr hat und ob Sie mit einer anderen Antenne die Grenzwerte überschreiten könnten. Gerade auf dem 5 GHz Frequenzband mit dem Frequenzband ab 5,470 GHz existiert aber Potential eine wesentlich höhere Reichweite durch die Veränderung der Antenne zu erreichen, ohne Grenzwerte zu verletzen. Hintergrund ist, dass die möglichen 1 Watt Sendeleistung viel Spielraum lassen. Dies ist insbesondere für eine Richtfunkstrecke sehr interessant.

Notiz: Ein schöner Seiteneffekt von Antennen mit Richteffekt ist, dass andere WLANs, welche nicht in der Antennenausleuchtung liegen, wesentlich weniger bis gar nicht mehr Stören. Dadurch wird ein WLAN ebenfalls effizienter. Und noch ein Schmankerl für Fachleute am Rande. Die Fresnelzone ist auf dem 5GHz Frequenzband deutlich kleiner als auf dem 2,4GHz Frequenzband. Ein weiteres Plus für WLAN Richtfunkstrecken auf dem 5GHz Frequenzband.

Notiz: Folgend drei Links mit weiteren Informationen zum Antennenbau in Eigenregie. Die Anleitung von Chip ist dabei schon fast für jedermann geeignet, wenn denn Ihr WLAN Gerät über eine externe Antenne verfügt.

• WLAN-Richtfunk mit Hausmitteln
  
• Freifunk WLAN-Antennen
  
• WLAN-Booster im Eigenbau

Notiz: Last but not least. Der Antennengewinn ist sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung zu verzeichnen. Damit bekommen Sie schon durch die Verbesserung der Antenne auf einer Seite eine spürbare Verbesserung. Beste Leistung für z.B. eine Richtfunkstrecke bekommt man aber durch den Einsatz von besseren Antennen auf beiden Seiten einer Verbindung.

Verstärkt ein WLAN Repeater das WLAN Signal?

Der ein oder andere ist mit der Funktion eines elektronischen Verstärkers vertraut. Auf der einen Seite wird ein schwaches Signal eingespeist und auf der anderen Seite kommt ein starkes Signal heraus. Für Musikliebhaber ein gern genutztes, schönes Prinzip. Funktioniert das auch mit WLAN und sind WLAN Repeater nicht genau die Geräte welche das WLAN Signal letztlich verstärken?

Und schon wieder bekommen Sie die klare Antwort „jain“.

Ganz abstrakt und einfach gesehen, kann man die Funktionsweise eines WLAN Repeaters so sehen. Von daher das “Ja”. Der WLAN Repeater empfängt Daten über ein abgeschwächtes Signal vom WLAN Access Point. Diese Daten, werden mit eigener Antenne und entsprechend hoher Sendeleistung zum WLAN Client weitergesendet.

Der Punkt ist aber, dass das Signal nicht analog verstärkt wird. Letztlich ist ein WLAN Repeater eine Kombination aus einem WLAN Client und einem WLAN Access Point. Der WLAN Client empfängt ein komplettes Datenpaket vom ursprünglichen WLAN Access Point und sendet dieses über den im Repeater integrierten WLAN Access Point weiter. Damit habe bekommt man einen zweiten unabhängigen WLAN Access Point, welcher eine zweite WLAN Funkzelle aufspannt. So können z.B. beide Funkzellen einen eigenen Namen (SSID) haben.

Fazit: Praktisch gesehen kann man einen WLAN Repeater so betrachten als würde dieser ein WLAN Signal verstärken. Damit können Sie Ihr Ziel erreichen und eine größere Fläche mit WLAN abdecken oder die Datenrate steigern.

Im Detail gesehen ist es aber falsch sich einen analogen Verstärker vorzustellen, denn ein WLAN Repeater vergrößert keine einzelne bestehende Funkzelle, sondern spannt eine eigene neue auf. Das macht dann auch funktional einen Unterschied, wenn Sie z.B. für die Anmeldung in der Funkzelle des Repeaters einen anderen Namen (SSID) verwenden, als in der Funkzelle des WLAN Access Points. Auch die Latenz leidet unter der Verwendung eines Repeaters, da dieser erst einmal ein Datenpaket komplett empfängt und dann in der neuen WLAN Funkzelle weiter sendet. Das kostet Zeit.

Notiz: Ein WLAN Repeater kann die Datenrate für eine Verbindung zu einem WLAN Client steigern. Das ist dann der Fall, wenn das Signal vorher so schwach war, dass nur eine sehr geringe Datenrate erreicht wurde. Durch den Repeater kann die einzelne Verbindung mit schwachem Signal, durch zwei Verbindungen mit jeweils starkem Signal ersetzt werden. Dadurch kann insgesamt eine höhere Datenrate erreicht werden. Mit einem Same-Band WLAN Repeater wird aber für die Verbindung zum WLAN Access Point und WLAN Client, jeweils das gleiche Frequenzband verwendet. Damit kann der Repeater zur gleichen Zeit nur den WLAN Access Point oder den WLAN Client bedienen. Als Resultat halbiert sich die Datenrate gleich wieder. Abhilfe schafft hier ein Cross-Band WLAN Repeater, welche über zwei getrennte Frequenzbänder gleichzeitig mit dem WLAN Client und dem WLAN Access Point reden kann.

Notiz: Der Begriff Mesh-WLAN macht seit Ende 2016 die Runde und bezeichnet letztlich meistens ein System von einem WLAN Access Point und WLAN Repeatern mit bestimmten Eigenschaften. Der Artikel über Mesh-WLAN gibt Ihnen weitere Einblicke und ob Mesh-WLAN für Sie interessant ist.

Kann man die WLAN Leistung über den Standort optimieren?

Ja, das kann man.

Huch, kein wenn und aber. Ok, ein kleines wenn. Wenn der Standort Ihres WLAN Geräts schon optimal ist, dann gibt es nichts mehr zu optimieren.

Schenken Sie bei der Festlegung des Standortes für Ihre WLAN Geräte acht Faustregeln Beachtung und Sie können allein dadurch eine bessere WLAN Leistung erreichen.

1. Stellen Sie das WLAN Gerät offen auf und nicht versteckt in einem Schrank. Hintergrund ist das die Funksignale sonst erst einmal die Schranktüren, Wände etc. durchdringen müssen und dabei gedämpft werden.

2. Das WLAN Gerät sollte etwas erhöht aufgestellt werden (in dem oberen Drittel der Raumhöhe). Warum? Die meisten das Funksignal störenden Objekte stehen üblicherweise am Boden und die Funksignale können sich besser in dem offeneren oberen Bereich eines Raumes ausbreiten.

3. Wenn Sie bestimmte Orte haben an welchen Sie eine besonders gute Leistung erwarten, dann positionieren Sie Ihren Internet-Router im gleichen Raum. Damit vermeiden Sie, dass das Funksignal erst Wände durchdringen muss, bevor es von den Endgeräten empfangen wird.

4. Stellen Sie Ihr WLAN Gerät im gleichen Stockwerk auf, wo sich auch die Endgeräte befinden, welche die höchste Leistung benötigen. Hierfür gibt es zwei Gründe. Zu einem Dämpfen viele Decken besonders stark, da Sie für Ihre Tragfähigkeit besonders dick sind und oft auch noch aus Stahlbeton bestehen. Zum anderen breiten sich Funksignale nicht Kugelförmig aus, sondern eher in Form eines Torus im rechten Winkel zur Antennenposition.

5. Das 2.4Ghz Frequenzband, auf welchem WLAN sendet, wird auch von anderen Geräten genutzt. Mikrowellen, DECT, Bluetooth und USB3.0 sind eine Reihe von Beispielen. Um gegenseitige Störungen zu minimieren sollte der Internet-Router nicht direkt neben anderen Funkgeräten aufgestellt werden und ein Abstand von ca. 1m zu diesen eingehalten werden.

6. Falls Ihr Internet-Router über mehrere drehbare Antennen verfügt, dann denken Sie sich eine Linie im 90 Grad Winkel zu der Ebene auf welcher Sie den besten Empfang erwarten (meistens vertikal nach oben). Die Antennen werden dann 15 bis 30 Grad nach rechts bzw. links zu dieser gedachten Linie gedreht. Der Ursprung hier ist, dass moderne WLAN Geräte das sogenannte MIMO (Multiple Inputs Multiple Outputs) beherrschen. Hier ist es von Vorteil wenn Funksignale durch andere Signallaufwege etwas zeitlich versetzt empfangen werden. Das wird durch eine unterschiedliche Antennenpositionierung unterstützt.

7. Über die unterschiedliche Positionierung der Antennen können Sie auch andere Effekt erreichen. So können Sie eine Antenne vertikal die andere horizontal positionieren. Darüber kann erreicht werden, das die horizontal positionierte Antenne Decken, soweit möglich, durchdringen kann und andere Etagen abdeckt. Der Preis hierfür ist, dass die Leistung von z.B. MIMO oder Beamforming im Durchschnitt schlechter wird, da Endgeräte dann eher nur das Signal eine der Antennen gut empfangen.

8. Möchten Sie WLAN in einem anderen Raum empfangen, als in dem wo der Internet-Router platziert ist, dann dämpfen die Zwischenwände das Funksignal. Bei dickeren Wänden, z.B. aus Stahlbeton, kann der Leistungsverlust des Signals erheblich sein. Eine Positionierung etwas näher zur Tür zu einem Raum, kann helfen auch solch einen Raum noch abdecken zu können. Offene Türen helfen zusätzlich, da das Funksignal dann nicht die Tür als solches durchdringen muss.

Fazit: Die Optimierung des Standortes Ihres WLAN Gerätes ist einfach und kostenlos. Diese Möglichkeit sollten Sie immer versuchen, bevor Sie andere Maßnahmen in Betracht ziehen.

Notiz: Erwerben Sie für einen PC keinen WLAN USB Stick, sondern einen USB WLAN Adapter mit abgesetzter Antenne. Die Antenne können Sie dann gemäß obigen Regeln optimaler Platzieren (z.B. offen und erhöht). Ein WLAN USB Stick hat in der Regel eine schlechte Positionierung, alleine aufgrund der Notwendigkeit direkt an einem USB Port betrieben zu werden. Ferner sind die Antennen, bedingt durch die kleine Bauform, nicht optimal.

Notiz: Noch ein Kuriosum zum Schluss. Spiegel reflektieren nicht nur Licht sondern auch Radiowellen. Durch einen geschickt platzierten Flurspiegel, kann manchmal ein Funkloch ausgeleuchtet und eine gute WLAN Verbindung für z.B. einen PC realisiert werden.

Abschluss:

Noch ein paar Worte zum Abschluss. Eine langsame WLAN Verbindung ist nicht immer nur einem schwachen Signal geschuldet. Veraltete Geräte, Störungen des WLAN Funk und starke Konkurrenz auf dem verwendeten Frequenzband / Kanal tragen ebenfalls Ihr Scherflein bei.

Wenn Sie mehr über WLAN wissen wollen, dann finden Sie in der Artikelserie über das Übertragungsmedium WLAN, in dem Artikel wie man WLAN installiert oder in dem Artikel zum Scannen der WLAN Umgebung weitere Informationen die Sie weiterbringen.

Immer eine gute WLAN Verbindung wünscht,

Matthias