4 Standard IEEE 802.11
4.3 Bitübertragungsschicht PHY gemäß 802.11

Der Standard IEEE 802.11 definiert in der Bitübertragungsschicht PHY für drahtlose Kommunikation einige Verschlüsselungs- und Übertragungsverfahren. Oft verwendet werden das Frequenzsprung-Spektrumspreizverfahren FHSS (engl. Frequency Hopping Spread Spectrum), das Direktsequenz-Spektrumspreizverfahren DSSS (engl. Direct Sequence Spread Spectrum) und das orthogonale Frequenzmultiplexverfahren OFDM (engl. Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Das Bild 1.13 zeigt die Standards IEEE 802.11, IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n und IEEE 802.11ac, die zurzeit auf der Bitübertragungsschicht PHY verwendet werden. Diese Standards werden in der folgenden Absätzen beschrieben.

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Bild 1.13 Standards IEEE 802.11 auf Bitübertragungsschicht

IEEE 802.11

Die Übertragungsrate des ursprünglichen Standards IEEE 802.11 beträgt 2 Mbit/s, wobei das Übertragungsverfahren FHSS mit dem Frequenzband ISM eingesetzt wird, welche den Frequenzbereich von 2,4 bis 2,5 GHz verwenden. Unter ungünstigen Bedingungen wird eine niedrigere Übertragungsrate von 1 Mbit/s verwendet.

IEEE 802.11b

Die wichtigste Verbesserung des Standards IEEE 802.11 in der Version IEEE 802.11b ist die Standardisierung der Bitübertragungsschicht PHY zur Unterstützung von höheren Übertragungsraten. IEEE 802.11b unterstützt zwei weitere Raten, 5,5 Mbit/s und 11 Mbit/s, die das Frequenzband von 2,4 GHz ausnutzen. Um höhere Übertragungsraten zu erzielen, wird das Verfahren DSSS eingesetzt. Unter idealen Bedingungen wird die Übertragungsrate von 11 Mbit/s erreicht. In anderen Fällen stehen niedrigere Übertragungsraten von 5,5 Mbit/s, 2 Mbit/s und 1 Mbit/s zur Verfügung.

Es ist darauf hinzuweisen, dass IEEE 802.11b das gleiche Frequenzband wie Mikrowellenherde, schnurlose Telefone, Babyfons, drahtlose Videokameras und Bluetooth-Geräte verwendet.

IEEE 802.11a

IEEE 802.11a kann mit Übertragungsraten von bis zu 54 Mbit/s arbeiten und verwendet das Frequenzband 5 GHz. Anstatt DSSS verwendet IEEE 802.11a das OFDM-Verfahren, das eine parallele Datenübertragung im Rahmen von Subfrequenzen ermöglicht und eine höhere Störfestigkeit und einen größeren Datendurchsatz erlaubt. Die höhere Übertragungsrate ermöglicht drahtlosen LAN bessere Leistungen für Video- und Konferenzanwendungen.

Wegen der Arbeitsfrequenz, die sich von Frequenzen anderer Geräte unterscheidet (z. B. schnurlose Telefone mit 2,4 GHz), kann IEEE 802.11a mit OFDM sowohl höhere Übertragungsrate als auch ein reineres Signal garantieren. Die Übertragungsrate von 54 Mbit/s kann nur unter idealen Bedingungen erzielt werden. In anderen Fällen stehen niedrigere Übertragungsraten von 48 Mbit/s, 36 Mbit/s, 24 Mbit/s, 18 Mbit/s, 12 Mbit/s und 6 Mbit/s zur Verfügung.

IEEE 802.11g

IEEE 802.11g kann mit Übertragungsraten von bis zu 54 Mbit/s arbeiten, aber verwendet das Frequenzband von 2,4 GHz und das OFDM-Verfahren. Er ist auch rückwärtskompatibel zum Standard IEEE 802.11b und kann mit den Übertragungsraten des IEEE 802.11b arbeiten und das DSSS-Verfahren verwenden. Drahtlose Netzwerkadapter von IEEE 802.11g können problemlos an drahtlose Zugriffspunkte AP, die den IEEE 802.11b Standard verwenden, angeschlossen werden. Umgekehrt können drahtlose Netzwerkadapter für den Standard IEEE 802.11b auch an drahtlose Zugriffspunkte AP für den Standard IEEE 802.11g angeschlossen werden.

IEEE 802.11g erlaubt daher die Netzwerkmigration für Netzwerke von IEEE 802.11b mit frequenzkompatibler Technologie und höherer Übertragungsrate.

Bestehende drahtlose Netzwerkadapter für den Standard IEEE 802.11b können auf IEEE 802.11g nicht nur durch bloße Aktualisierung ihrer Firmware upgegradet werden, sondern müssen ersetzt werden. Im Unterschied zur Migration von IEEE 802.11b auf IEEE 802.11a, bei der alle Netzwerkadapter sowohl bei drahtlosen Kunden als auch drahtlosen Zugriffspunkten AP zugleich ersetzt werden müssen, kann die Migration von IEEE 802.11b auf IEEE 802.11g schrittweise durchgeführt werden.

Wie IEEE 802.11a erzielt auch IEEE 802.11g unter idealen Bedingungen die Übertragungsrate von 54 Mbit/s und anderenfalls werden niedrigere Raten von 48 Mbit/s, 36 Mbit/s, 24 Mbit/s, 18 Mbit/s, 12 Mbit/s und 6 Mbit/s erreicht.

IEEE 802.11n

IEEE 802.11n verbessert vor allem die Reichweite (bis zu 250 m) und den Netzwerkdurchsatz im Vergleich mit den zwei Standards IEEE 802.11a und IEEE 802.11g (von 54 Mbit/s bis zu 600 Mbit/s unter idealen Bedingungen). Diese Verbesserungen wurden durch Integration des Verfahrens MIMO (engl. Multiple Input Multiple Output) und Erweiterung des Übertragungskanals auf 40 MHz erreicht. Das MIMO-Verfahren verwendet mehrere drahtlose Signale und Antennen sowohl für Sender als auch für Empfänger. Es kann auch in den Frequenzbändern von 2,4 GHz oder 5 GHz eingesetzt werden.

IEEE 802.11ac

Der Standard IEEE 802.11ac stellt ein Upgrade von IEEE 802.11n dar und leistet eine ähnliche Reichweite, aber einen erhöhten Durchsatz. Er arbeitet auf dem Frequenzband von 5 GHz und nutzt beam-forming, breite Bänder und mehrere Antennen, um theoretisch Übertragungsraten von bis zu 1,3 Gbit/s zu erzielen, was mehr als das Zweifache der maximalen Übertragungsrate von 600 Mbit/s bei IEEE 802.11n ist.