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WLAN-Standard 802.11ac So verdoppeln sie Ihre WLAN-Geschwindigkeit

Mit dem neuen WLAN-Standard 802.11ac verdoppeln Sie mit den richtigen Geräten und Einstellungen den Datendurchsatz. Auch fette Datenbrocken wie Videos und Backups stellen mit dieser WLAN-Geschwindigkeit kein Problem dar.
Neue Fritzboxen unterstützen den AC-Standard. © AVM
Neue Fritzboxen unterstützen den AC-Standard.

Der neue WLAN-Standards 802.11ac verspricht mehr Geschwindigkeit mit Datenraten von bis zu 540 Mbit/s. Doch es war nicht immer so: Etwa zehn Jahre ist es her, als die ersten WLAN-Router und -Adapter im Handel erhältlich waren. In Europa funkten die Adapter zunächst mit bis zu 11 Mbit/s nach dem 802.11b-Standard, der dann wenige Jahre später durch den schnelleren 802.11g-Standard mit bis zu 54 Mbit/s abgelöst wurde. Die beiden Standards übertragen im gleichen Frequenzband bei 2,4 GHz und sind untereinander kompatibel. Mit dem Nachfolgestandard 802.11n, der lange Zeit nur als Entwurf (Draft-n) vorlag, erhielt WLAN einen weiteren deutlichen Geschwindigkeitsschub. Ein n-WLAN-Adapter kann mit nur einer Funkantenne bis zu 150 Mbit/s Übertragungsrate erreichen. Beim Einsatz von zwei oder drei Antennen lässt sich die Geschwindigkeit auf 300 oder gar 450 Mbit/s steigern.

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Neben der Übertragung im 2,4-GHz-Band erlaubt der 802.11n-Standard auch die zusätzliche Nutzung des 5-GHz-Bandes. WLAN-Geräte nach dem 802.11n-Standard, die beide Frequenzbänder bedienen können, werden als „dualbandfähig“ bezeichnet. Ein Dualband-Router kann somit zwei verschiedene Funknetze aufspannen: Das erste WLAN funkt bei 2,4 GHz und das zweite bei 5 GHz. Falls jedes dieser Netze auf drei Antennen zurückgreifen kann, stehen als Übertragungsleistung insgesamt zweimal 450 Mbit/s zur Verfügung - eine deutlich gesteigerte WLAN-Geschwindigkeit. Die Hersteller bewerben diese Geräte deshalb auch mit dem Kürzel N900, wobei N für 802.11n steht.

Platzmangel im 2,4-GHz-Band

Mit 802.11n hatte die 2,4-GHz-Frequenz allerdings ihre maximale Kapazität erreicht. Denn das für WLAN zugelassene Frequenzband reicht von 2.400 MHz bis 2.483 MHz und ist somit nur etwa 80 MHz breit. Um die maximale Übertragungsleistung von bis zu 450 Mbit/s bei drei Antennen erreichen zu können, beansprucht eine WLAN-Verbindung bereits 40 MHz der verfügbaren Bandbreite. Mit einem zweiten 802.11n-Router in der näheren Umgebung wäre dann bereits die komplette 2,4-GHz-Bandbreite belegt.

Im dichtgedrängten 2,4-GHz-Spektrum finden sich nur vier überlappungsfreie Kanäle mit 20 MHz Bandbreite – und nur zwei Kanäle für 40 MHz Bandbreite. © PC Magazin
Im dichtgedrängten 2,4-GHz-Spektrum finden sich nur vier überlappungsfreie Kanäle mit 20 MHz Bandbreite – und nur zwei Kanäle für 40 MHz Bandbreite.

Jeder zusätzliche Router in der Nachbarschaft wird dann zwangsläufig als Störer die Funkleistung eines der beiden erstgenannten Geräte herabsetzen. Und in den dicht besiedelten Wohngebieten liegt die Anzahl an WLAN-Routern, die sich im schmalen 2,4-GHz-Band stören könnten, häufig bei mehr als drei benachbarten Geräten. Im 5-GHz-Band sieht es hingegen etwas entspannter aus. Deshalb zielt der neue 802.11ac-Standard auch speziell auf diese Frequenz ab.

Reichlich Platz bei 5 GHz

Mit rund 380 MHz verfügbarer Bandbreite bietet das 5-GHz-Band erheblich mehr „Raum für Übertragungen“ als das 2,4-GHz- Band. Hinzu kommen verbesserte Übertragungstechniken im 802.11ac-Standard. Aktuelle ac-Router erreichen Übertragungsraten von bis zu 1.300 Mbit/s, was etwa der dreifachen WLAN-Geschwindigkeit eines schnellen 802.11n-Geräts entspricht.

Im 5-GHz-Spektrum können 802.11ac-Geräte aus 19 Kanälen mit je 20 MHz, neun Kanäle mit je 40 MHz und vier Kanäle mit je 80 MHz wählen. © PC Magazin
Im 5-GHz-Spektrum können 802.11ac-Geräte aus 19 Kanälen mit je 20 MHz, neun Kanäle mit je 40 MHz und vier Kanäle mit je 80 MHz wählen.

Diese Steigerung der Übertragungsrate gelingt zum einen, indem die Übertragungsbandbreite von 40 MHz auf zunächst 80 MHz verdoppelt wird. Tatsächlich erlaubt der 802.11ac-Standard noch eine weitere Verdoppelung der Bandbreite auf bis zu 160 MHz. Hinzu kommt eine noch leistungsfähigere Kodierung des Datenübertragungssignals über die sogenannten Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM). Und schließlich lässt sich mit 802.11ac - WLAN die Anzahl der parallelen Datenströme (Multiple Input Multiple Output, kurz: MIMO) auf bis zu acht MIMO-Streams erhöhen, während im 802.11n-Standard maximal vier MIMO-Streams definiert sind.

Automatisch die beste Verbindung mit Beamforming

Für eine bessere Verbindungsleistung sorgt zudem das sogenannte Beamforming. Hierbei ermittelt der 802.11ac-Router über seine Mehrfachantennen den jeweils besten Verbindungsweg zum ac-WLAN-Client. Durch zeitlich versetztes Senden desselben Signals mit mehreren Antennen peilt der Router den ungefähren Standort des Clients an und richtet seine Übertragungsleistung dann optimal aus. Beamforming erhöht somit die Reichweite des WLANs, sorgt für eine stabilere Verbindung, einen bessere Übertragungsleistung und reduziert unerwünschte Funkstörungen. Zwar wird das Beamforming bereits im Standard 802.11n beschrieben, doch war die Beschreibung dort zu allgemein, weshalb die Technik nicht zwischen Geräten unterschiedlicher Hersteller funktionierte.

Zum Gebrauch von AC-WLAN in der Praxis haben wir noch 8 hilfreiche Tipps für Sie:

Tipp 1: 5-GHz-Band - DFS oder begrenzte Kanalwahl

Obwohl im 5-GHz-Band gut viermal soviel nutzbare Bandbreite wie im schmalen 2,4-GHz-Band bereitsteht, kann nicht jeder der im Handel verfügbaren 802.11ac-Router oder -Adapter auch tatsächlich das gesamte Spektrum nutzen.

Damit ein Router auf ungenutzte Kanäle im höheren 5-GHz-Band ausweichen kann, muss das Gerät die dynamische Frequenzwahl beherrschen, die auch als Dynamic Frequency Selection oder kurz DFS bezeichnet wird. DFS ist laut European Telecommunications Standards Institute (ETSI) zwingend vorgeschrieben, um den Betrieb von Wetterradar ab Kanal 52 nicht zu stören.

Dieser ac-WLAN-Router unterstützt neben den Standardkanälen 36 bis 48 auch höhere Kanäle und ist demnach auch DFS- und TCP-tauglich. © PC Magazin
Dieser ac-WLAN-Router unterstützt neben den Standardkanälen 36 bis 48 auch höhere Kanäle und ist demnach auch DFS- und TCP-tauglich.

Außerdem muss das WLAN-Gerät gegebenenfalls auch seine Funkleistung reduzieren können, was als Transmit Power Control oder kurz TCP bezeichnet wird. Solange ein 802.11ac-Router die beiden Funktionen DFS oder TCP nicht unterstützt, darf er das große 5-GHz-Frequenzspektrum zwischen Kanal 53 und Kanal 120 nicht nutzen. Nach wie vor verwenden viele der im Handel verfügbaren 802.11ac-Router im 5-GHz-Band nur die untersten Übertragungskanäle von Kanal 36 bis Kanal 48.

Dieses eingeschränkte Spektrum zwischen 5170 MHz und 5250 MHz deckt exakt 80 MHz Bandbreite ab. Funkt der ac-Router mit seiner vollen Bandbreite von 80 MHz, ist sein gesamtes Übertragungsspektrum im 5-GHz-Band komplett belegt. Sollte nun einer der Nachbarn sein Heimnetz ebenfalls auf 802.11ac umrüsten, und dessen AC-Router beherrscht ebenfalls keine DFS, so belegt auch dieser Router dieselben Kanäle. Das wirkt sich dann zwangsläufig auf die maximale Übertragungsleistung beider WLAN-Netze aus, die jeweils deutlich herabgesetzt wird.

Tipp 2: Benchmark: WLAN-N bei 2,4 GHz und 3 MIMO-Streams

Der neue 802.11ac-Standard bringt eine ganz erhebliche Steigerung der Übertragungsrate. Für einen Vergleich haben wir zunächst die Geschwindigkeit eines schnellen 802.11n-Routers bei 2,4-GHz mit drei MIMO-Streams ermittelt.

Der 802.11n-Router ist, ebenso wie der von uns eingesetzte n-WLAN-Client, mit drei Antennen ausgestattet und kann somit einen maximalen Durchsatz von 450 Mbit/s erreichen – zumindest theoretisch. Denn tatsächlich errechnet sich dieser Geschwindigkeitswert nicht nur aus den übertragenen Nutzdaten, sondern auch aus allen für die Übertragung benötigten Protokoll- und Vermittlungsdaten. Letztere werden auch unter dem Begriff Overhead zusammengefasst. Dieser Overhead verfälscht die tatsächliche Übertragungsgeschwindigkeit oder Nettodatenrate, mit der beispielsweise eine Datei von Ihrem Notebook auf das am Router angeschlossene NAS übertragen wird.

Trotz 40 MHz Kanalbreite und drei MiMo- Streams kommt diese 450-Mbit/s-Verbindung netto nur auf knapp 170 Mbit/s. © PC Magazin
Trotz 40 MHz Kanalbreite und drei MiMo- Streams kommt diese 450-Mbit/s-Verbindung netto nur auf knapp 170 Mbit/s.

Den Anwender interessiert nur, wie schnell eine Datei von A nach B transportiert werden kann – ohne die daran beteiligten Übertragungsprotokolle. Bei WLAN ist der Anteil des Overheads sehr hoch, ungefähr ebenso groß wie der Anteil der Nutzdaten. Eine WLAN-Verbindung mit 450 Mbit/s brutto überträgt Nutzdaten unter Idealvoraussetzungen nur mit etwa 200 bis 225 Mbit/s. Diese Datenraten lassen sich im 2,4-GHz-Band jedoch kaum noch erreichen, da meist zu viele Router in der Nachbarschaft das eigene Funknetz stören.

Der breite Übertragungskorridor von 40 MHz wirkt sich damit eher kontraproduktiv auf die eigene Verbindungsleistung aus. Aus diesem Grund sollten Sie bei Übertragungen im 2,4-GHz-Band immer die kleinere Kanalbandbreite von 20 MHz wählen. Das halbiert zwar die maximal mögliche Übertragungsleistung, doch gleichzeitig reduzieren Sie damit auch die Anfälligkeit Ihres Routers gegen WLAN-Störungen aus der Nachbarschaft deutlich.

Tipp 3: Benchmark: WLAN-AC bei 5 GHz und 2 MIMO-Streams

Im Anschluss messen wir über dieselbe Verbindungsstrecke die Nettoübertragungsleistung eines 802.11ac-Routers. Die Bruttodatenrate des ac-WLAN-Clients liegt bei 867 Mbit/s.

Die Probleme durch Störungen benachbarter Funknetze haben bei einem 802.11ac- Router Seltenheitswert. Zum einen ist die Chance nach wie vor sehr gering, dass sich ein weiteres 5-GHz-WLAN in Reichweite befindet. Zum anderen stehen selbst bei einer Kanalbreite von 80 MHz rund vier überlappungsfreie, alternative Übertragungskanäle bereit, auf die der Router bei Störung durch ein anderes 5-GHz-WLAN ausweichen kann – sofern Router und Client DFS unterstützen.

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Obwohl unser ac-WLAN-Client nur mit zwei MIMO-Antennen ausgestattet ist, messen wir damit eine Nettoübertragungsrate von knapp 420 Mbit/s zum ac-WLANRouter. In der Abbildung ist gut zu sehen, dass die Übertragungsleistung über den gesamten Messzeitraum hinweg sehr homogen verläuft. Lassen wir unser Network Performance Tool anstelle einer Client-Verbindung gleich sechs parallele Datenstreams simulieren, so ermittelten wir in der Summe sogar Nettodatenraten von bis zu 540 Mbit/s.

Tipp 4: Bandbreite: So wirkt sich die Übertragungsrate aus

Neben der Anzahl der MIMO-Streams von Router und Client hat auch die Bandbreite des Übertragungskanals einen entscheidenden Einfluss auf die Übertragungsgeschwindigkeit. Ein aktueller ac-WLAN-Router erreicht erst mit 80 MHz Kanalbreite seinen maximalen Datendurchsatz. Reduziert man die Kanalbandbreite auf die Hälfte, also auf 40 MHz, so halbiert sich damit auch die maximal mögliche Übertragungsgeschwindigkeit.

Um die maximale Übertragungsleistung im 5-GHz- WLAN zu erhalten, stellen Sie die Bandbreite im ac-WLAN-Router auf 80 MHz. © PC Magazin
Um die maximale Übertragungsleistung im 5-GHz- WLAN zu erhalten, stellen Sie die Bandbreite im ac-WLAN-Router auf 80 MHz.

Allerdings kann in einigen Jahren bei zunehmender Verbreitung und Nutzung des 5-GHz-Bandes eventuell auch hier das Herunterschalten auf eine schmalere 40-MHzÜbertragung sinnvoll sein. Für die maximale Übertragungsleistung sollten Sie jedoch Ihren Router auf eine Kanalbreite von 80 MHz schalten. Die meisten ac-WLAN-Router besitzen in deren WLAN-Einstellungen eine entsprechende Option.

Tipp 5: Fritzbox 7490 Maximale Bandbreite

In der Benutzeroberfläche der Fritzbox 7490 findet man keine Möglichkeit, um die maximale Bandbreite im 5-GHz-Band einzustellen – jedenfalls nicht auf den ersten Blick.

Seit der Firmware FritzOS 5.53 gibt es in den WLAN-Einstellungen der aktuellen Fritzbox-Modelle, und dazu zählt auch das 802.11ac-Modell 7490, eine neue Option namens WLAN-Koexistenz aktiv. Die Koexistenz-Funktion sorgt laut AVM dafür, dass das WLAN-Spektrum zwischen allen umliegenden WLAN-APs bestmöglich aufgeteilt wird. Im viel genutzten 2,4-GHz-Band bedeutet das, dass die maximale Übertragungsbandbreite von 40 MHz automatisch auf 20 MHz gedrosselt wird.

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Der Grund: Benachbarte Access-Points, die mit jeweils 20 MHz Bandbreite funken, kommen sich deutlich weniger in die Quere als solche mit 40 MHz. Diese Einstellung betrifft alle WLAN-Netze – auch das 802.11ac-Netz im 5-GHz-Band. Falls in Ihrem näheren Umfeld keine oder nur schwach funkende WLANNetze auszumachen sind, sollten Sie den Haken vor WLAN-Koexistenz aktiv entfernen. So sind Sie sicher, dass die Fritzbox 7490 im 5-GHz-Band mit 80 MHz Kanalbandbreite funkt.

Tipp 6: Standard: Die Kanäle 36-48 sind voreingestellt

Jeder ac-WLAN-Router versucht, zunächst den unteren 5-GHz-Bereich zwischen 5170 MHz und 5250 MHz zu belegen. Dabei handelt es sich um die vier untersten überlappungfreien Kanäle 36, 40, 44 und 48 mit je 20 MHz Bandbreite.

Die neue Einstellungsmöglichkeit zur WLANKoexistenz regelt die Bandbreite, mit der die Fritzbox Ihr WLAN aufspannt. © PC Magazin
Die neue Einstellungsmöglichkeit zur WLANKoexistenz regelt die Bandbreite, mit der die Fritzbox Ihr WLAN aufspannt.

In diesem Bereich findet keine Nutzung und damit auch keine mögliche Störung durch Wetterradar statt. Deshalb darf dieser Kanalbereich von allen WLAN-Routern und -Adaptern genutzt werden, auch wenn diese kein DFS (Dynamische Frequenzwahl) unterstützen. Höhere Übertragungsfrequenzen ab Kanal 52 oder oberhalb von 5250 MHz werden auch vom Wetterradar genutzt, die als sogenannte Primärnutzer in diesem Frequenzspektrum gelten. Ein DFS-fähiger ac-WLAN-Router hat als untergeordneter Sekundärnutzer eine Radarerkennung integriert, um einen Primärnutzer erkennen zu können. Falls erforderlich muss der Router per DFS seinen Kanal wechseln.

Tipp 7: Bandbreite: Kanaltuning im oberen Frequenzbereich

Alle AC-Router funken zunächst im unteren 5-GHz-Bereich auf den Kanälen 36 bis 48. Gibt es in Ihrer Nachbarschaft einen weiteren 5-GHz-Router, kann Ihr eigener Router automatisch den Kanal wechseln – sofern er DFS unterstützt. Auch ein manuelles Tuning verschafft Besserung.

In der Regel wechselt Ihr Router auf den nächst höheren, freien 80-MHz-Frequenzbereich, zum Beispiel auf die Kanäle 52 bis 64. Vorher schaltet der Router allerdings seine Radarerkennung ein, um eine mögliche Nutzung des Bereichs durch Primärnutzer, sprich: Radar, feststellen zu können. Im Anschluss wechselt der Router auf den neuen Kanal. Doch Vorsicht: Ebenso wie einige AC-Router sind auch so manche AC-Clients beim Funken im 5-GHz-Bereich eingeschränkt, da sie nur die unteren 80 MHz des 5-GHz-Spektrums unterstützen.

Mit drei internen MIMO-Antennen bringt das Speedport 724V 1300 Mbit/s Übertragungsrate. © PC Magazin
Mit drei internen MIMO-Antennen bringt das Speedport 724V 1300 Mbit/s Übertragungsrate.

Falls Ihr ac-WLAN-Client also nur die Kanäle 36 bis 48 unterstützt, kann er nach einem Kanalwechsel des Routers zunächst keine Verbindung mehr ins Heimnetz aufnehmen. Falls Ihr ac-WLAN-Router auch parallel über 2,4 GHz funkt, können Sie Ihren Client auch über dieses Frequenzband mit dem Router verbinden – dann allerdings nur mit maximal 450 Mbit/s und allen Nachteilen des 2,4-GHz-Bandes. Oder Sie stellen Ihren Router von automatischer auf manuelle Kanalwahl um und legen ihn auf die radarfreien Kanäle 36 bis 48 fest. Falls Ihr Nachbar jedoch ebenfalls auf diesen Kanälen überträgt – und ebenfalls nicht wechseln kann oder will – müssen Sie mit Einbußen in der Übertragungsleistung rechnen. Die dritte Möglichkeit: Sie ersetzen den eingeschränkten ac-Client und wählen einen Adapter, der das komplette 5-Hz-Spektrum unterstützt.

Tipp 8: Mit voller Geschwindigkeit durchstarten

Ebenso wie ein schneller 802.11n-Router kann auch ein 802.11ac-Gerät seine volle Bandbreite erst dann ausschöpfen, wenn auch wenigstens ein Client den ac-Standard unterstützt. Auch die Anzahl der integrierten MIMO-Antennen spielt eine entscheidende Rolle.

Die maximale Übertragungsrate der erhältlichen AC-Router-Modelle beläuft sich auf 1300 Mbit/s, sofern sie mit je drei Sende-/ Empfangsantennen ausgestattet sind. Allerdings finden sich auch AC-Router mit nur zwei Antennen, die damit nur bis zu 867 Mbit/s erreichen.

Bevor die aktuelle Fritzbox 7490 auf Kanal 52 wechselt, führt das Gerät die für diesen Frequenzbereich vorgeschriebene Radarerkennung durch. © PC Magazin
Bevor die aktuelle Fritzbox 7490 auf Kanal 52 wechselt, führt das Gerät die für diesen Frequenzbereich vorgeschriebene Radarerkennung durch.

Zudem steht die volle Übertragungsleistung nur dann zur Verfügung, wenn beide WLAN-Partner, sprich: Router und Client, mit 802.11ac-Technik ausgestattet sind. Inzwischen finden sich bereits erste Notebooks, die eine entsprechende Karte integriert haben. Die meisten AC-Client-Adapter sind nur mit zwei Antennen ausgestattet und unterstützten deshalb nur bis zu 867 Mbit/s (brutto). Die aktuell schnellste Einzelverbindung zwischen einem ac-WLAN-Client mit zwei Antennen und einem ac-WLAN-Router mit zwei oder drei Antennen liegt somit bei 867 Mbit/s brutto.

In unserem Test mit einer AC-Media-Bridge als Client erreichten wir etwa 420 Mbit/s netto. Simuliert man mehrere Einzelverbindungen, die gleichzeitig auf den AC-Router zugreifen („parallel Streams“), konnten wir Nettotransfers bis 550 Mbit/s ermitteln. Bei einer Verbindung über je drei Antennen liegt die Nettodatenrate über 700 Mbit/s. Somit ist ein Gigabit-fähiges LAN mit einer Nettodatenrate von etwa 900 Mbit/s nach wie vor schnell genug für aktuelle 802.11ac- Geräte.

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