Die Ausbreitung von Radiowellen

Dezember 2016

Die Ausbreitung von Radiowellen

Es ist wichtig, Grundkenntnisse über die Übertragung von elektromagnetischen Wellen
zu besitzen, um eine drahtlose Netzwerkarchitektur einrichten zu können,
und insbesondere die Zugriffspunkte (Access Points) so festzulegen,
dass man eine optimale Reichweite erzielt.


Radiowellen (genannt RF für Radiofrequenz)
übertragen sich in gerader Linie in verschiedene Richtungen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 3.108 m/s.


In jeder anderen Umgebung erfährt das Signal eine Abschwächung aufgrund von

  • Reflexion
  • Brechung
  • Beugung
  • Absorption

Absorption von Radiowellen

Wenn eine Radiowelle auf ein Hindernis trifft, wird ein Teil ihrer Energie
absorbiert und in Energie umgewandelt, ein Teil breitet sich abgeschwächt
weiter aus und ein Teil kann eventuell reflektiert werden.


Man spricht von Dämpfung eines Signals, wenn dessen Leistung
während der Übertragung reduziert wird. Die Dämpfung wird in Bel gemessen (Symbol B)
und ist gleich dem dekadischen Logarithmus der Ausgangsleistung
des Übertragungsgerätes gemessen an der Eingangsleistung.
Üblicherweise bevorzugt man die Verwendung von Dezibel (symbolisiert durch dB) das dem zehnten Teil eines Bels entspricht.
Da ein Bel 10 Dezibel entspricht, gilt die Formel :

R (dB) = (10) * log (P2/P1)



Wenn R positiv ist, dann spricht man von Verstärkung, wenn es negativ ist, dann spricht man


von Dämpfung. Im Fall von drahtlosen Übertragungen handelt es sich insbesondere um Dämpfungen.



atténuation d\




Die Dämpfung steigt mit steigender Frequenzhöhe oder der Entfernung.
Außerdem hängt der Dämpfungsgrad im Falle einer Kollision mit einem Hindernis
in starkem Ausmaß von Material des Hindernisses ab. Im allgemeinen bewirken
metallische Hindernisse eine starke Reflexion, während Wasser das Signal absorbiert.

Reflexion von Radioquellen

Wenn eine Radiowelle auf ein Hindernis trifft, wird die Welle teilweise oder zur
Gänze reflektiert und verliert an Leistung. Die Reflexion ist dergestalt, dass der
Einfallwinkel dem Reflexionswinkel entspricht.

réflexions d\




Eine Radiowelle kann sich definitionsgemäß in verschiedene Richtungen ausbreiten. Durch wiederholte Reflexionen kann eine Signalquelle eine Station oder einen Access Point über mehrere Wege erreichen (man spricht von multipath oder
auf Deutsch Mehrwegausbreitung).

cheminements multiples d\




Der Unterschied in der Übertragungszeit (genannt Übertragungsunterschied) zwischen zwei Signalen, die unterschiedliche
Wege zurückgelegt haben, kann beim Empfänger Interferenzen
verursachen, weil die empfangenen Daten sich überlappen.


Diese Interferenzen werden mit steigender Übertragungsgeschwindigkeit
stärker, weil die Zeitintervalle zwischen den Daten kürzer sind.
Die Mehrwegausbreitung begrenzt somit die in drahtlosen Netzwerken mögliche Übertragungsgeschwindigkeit.


Um dieses Problem zu beheben,
werden Wi-Fi-Karten und Access Points mit zwei Antennen pro Sender ausgestattet.
So kann mit dem Einsatz des AGC (Aquisition Gain Controller),
der je nach Signalleistung unmittelbar zwischen einer Antenne und der anderen wechselt,
der Access Point zwischen zwei Signalen der gleichen Herkunftsstation unterscheiden.
Die von diesen beiden Antennen empfangenen Signale werden als entkorreliert (unabhängig) bezeichnet, wenn sie durch Lambda/2 (6,25 cm bei 2.4GHz) getrennt sind.

Eigenschaften der Umgebung

Die Schwächung der Signalleistung lässt sich großteils aus den Eigenschaften der von der Welle
durchquerten Umgebung erklären. Die folgende Tabelle zeigt Dämpfungsgrade für verschiedene Materialien :


MaterialienSchwächungBeispiele
LuftKeineOffener Raum, Innenhof
HolzSchwachTür, Fußboden, Wand
PlastikSchwachWand
GlasSchwachUngetönte Scheiben
Getöntes GlasMittelGetönte Scheiben
WasserMittelAquarium, Brunnen
LebendigesMittelMenschenmenge, Tiere, Menschen, Vegetation
ZiegelMittelMauern
GipsMittelWand
KeramikHochKacheln
PapierHochPapierrolle
BetonHochTragende Mauern, Etagen, Pfeiler
PanzerglasHochKugelsichere Scheiben
MetallSehr hochStahlbeton, Spiegel, Stahlblechgehäuse, Liftschacht

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