Die Ausbreitung von Radiowellen
Grundkenntnisse über die Übertragung von elektromagnetischen Wellen sind nützlich, um eine drahtlose Netzwerkarchitektur einrichten zu können. Damit können insbesondere die Zugriffspunkte (Access Points) so festgelegt werden, dass man eine optimale Reichweite erzielt.
Wie breiten sich Radiowellen aus?
Radiowellen übertragen sich in gerader Linie in verschiedene Richtungen. Ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 3.108 Meter pro Sekunde (m/s).
In jeder anderen Umgebung erfährt das Signal eine Abschwächung aufgrund von:
Reflexion,
Brechung,
Beugung und
Absorption.
Absorption von Radiowellen
Wenn eine Radiowelle auf ein Hindernis trifft, wird ein Teil 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 (B) und ist gleich dem dekadischen Logarithmus der Ausgangsleistung des Übertragungsgeräts gemessen an der Eingangsleistung.
Üblicherweise bevorzugt man die Verwendung von Dezibel (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 von Dämpfung. Bei drahtlosen Übertragungen kommt es vor allem zu Dämpfungen:
Die Dämpfung steigt mit der Frequenz oder der Entfernung. Außerdem hängt der Dämpfungsgrad im Falle einer Kollision mit einem Hindernis stark vom 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 ganz reflektiert und verliert an Leistung. Dabei entspricht der Einfallswinkel dem Reflexionswinkel:
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):
Der Unterschied in der Übertragungszeit, der sogenannte 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 derselben Herkunftsstation unterscheiden. Die von diesen beiden Antennen empfangenen Signale werden als entkorreliert (entkoppelt) bezeichnet, wenn sie durch Lambda (Maßeinheit der Wellenlänge) geteilt durch 2 (6,25 cm bei 2,4 GHz) 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 die Dämpfungsgrade für verschiedene Materialien:
| Materialien | Schwächung | Beispiele |
|---|---|---|
| Luft | Keine | Offener Raum, Innenhof |
| Holz | Schwach | Tür, Fußboden, Wand |
| Plastik | Schwach | Wand |
| Glas | Schwach | Ungetönte Scheiben |
| Getöntes Glas | Mittel | Getönte Scheiben |
| Wasser | Mittel | Aquarium, Brunnen |
| Lebendiges | Mittel | Menschenmenge, Tiere, Menschen, Vegetation |
| Ziegel | Mittel | Mauern |
| Gips | Mittel | Wand |
| Keramik | Hoch | Kacheln |
| Papier | Hoch | Papierrolle |
| Beton | Hoch | Tragende Mauern, Etagen, Pfeiler |
| Panzerglas | Hoch | Kugelsichere Scheiben |
| Metall | Sehr hoch | Stahlbeton, Spiegel, Stahlblechgehäuse, Liftschacht |
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