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 vonVerstärkung, wenn es negativ ist, dann spricht man vonDämpfung. Im Fall von drahtlosen Übertragungen handelt es sich insbesondere um Dämpfungen.

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.

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 (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 desAGC (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 :