Zukunftssichere WLAN-Zellplanung für Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E – Teil 2

Phasen einer WLAN-Zellplanung

Egal für welchen WLAN-Standard man plant: Die methodische Vorgehensweise ist jedes Mal die gleiche. Unterschiede finden sich insbesondere später in der Festlegung der Details. Bevor wir diese Details genauer erläutern, stellen wir die einzelnen Phasen einer Zellplanung vor. Wir empfehlen hier immer, möglichst viel und umfänglich zu dokumentieren, da die gesamte spätere Ausführung auf einer genauen Planung und deren Dokumentation beruht. Oftmals liegen diese Phasen aus verschiedenen Gründen wie Baufortschritt oder Bestell- und Lieferzeiten mehrere Monate auseinander.

Phase 1: Festlegung der Planungsparameter

Als Ausgangspunkt für die Planung, basierend auf einer Messung oder einer Simulation, sind grundlegende Parameter festzulegen. Erster Schritt ist hier die Aufnahme der Anforderungen an das zukünftige WLAN. In erster Linie spielen die geforderte Kapazität und die gewünschte Datenrate eine Rolle, und zwar nicht nur absolut, sondern heruntergebrochen auf die Anzahl der Endgeräte, die das WLAN auf einer vorgegebenen Fläche nutzen werden. Genau mit dieser Festlegung wird aus einer Zellplanung, die lediglich auf eine generelle Funkabdeckung abzielt, eine Kapazitäts-orientierte Zellplanung. Hierbei sind auch Details der späteren Nutzung, soweit diese bereits feststehen, aufzunehmen.

Es ist ebenfalls ein Blick auf die später primär genutzten Anwendungen und deren Anforderungen an das Netzwerk wie Datenraten oder geforderte Mindestlatenzen zu empfehlen. In der Kapazitätsbetrachtung macht es einen gravierenden Unterschied, ob WLAN später als primärer Netzzugang oder nur unterstützend für mobile Endgeräte und Gäste genutzt werden soll. Latenz- und Roaming-kritische Anwendungen, wie Voice-over-WLAN oder Videotelefonie, soweit diese genutzt werden, sind in der Planung auch zu adressieren. Werden diese Technologien und Anwendungen flächendeckend oder räumlich begrenzt eingesetzt? Muss es möglich sein, eine Video-Konferenz in der Industrie-Halle durchzuführen?

Da die Anzahl der Nutzer, die gleichzeitig dieselbe Funkzelle nutzen, durch die geforderte Kapazität beschränkt ist, erhält man somit eine Abschätzung über die Anzahl der benötigten Access-Points bzw. Funkzellen. In diese Kapazitätsüberlegung spielen natürlich auch die Leistung vom zu verwendenden Access Point sowie die unterstützten Übertragungsverfahren wie zum Beispiel IEEE 802.11ac (WiFi 5) oder IEEE 802.11ax (WiFi 6) eine entscheidende Rolle, auf welche wir später noch einmal eingehen werden.

Neben der geforderten Kapazität sind die Anforderungen an die Redundanz ein entscheidender Parameter für die Bestimmung von Lage und Anzahl der Funkzellen. Schließlich wird Redundanz im WLAN mithilfe sich überlappender Funkzellen erzielt. Dabei gilt, je größer die geforderte Zellüberlappung, umso höher die Anzahl der benötigten Funkzellen und damit Access-Points.

Phase 2: Definition der WLAN-Versorgungsbereiche und Montageeinschränkungen

Hat man nun Kapazität, zu verwendende Produkte, im WLAN genutzte Anwendungen, die Anforderungen an die Redundanz und möglicherweise weitere Leistungsparameter festgelegt und dokumentiert, geht es an die Festlegung der mit WLAN zu versorgenden Bereiche. Wird WLAN nur in den Büros und Besprechungszonen benötigt oder möglicherweise auch auf dem Parkplatz vor dem Gebäude oder auf der Dachterrasse? Welche Ausschlussbereiche, in denen ich kein WLAN benötige, gibt es? Dies können einerseits ganze Bereiche oder Etagen wie z. B. die Tiefgarage sein, andererseits können sie auch innerhalb der festgelegten Versorgungsbereiche, wie Waschräume oder Treppenhäuser, liegen.

Stehen nun die Bereiche im Detail fest, sollten auch alle oben gestellten Fragen wiederholt und je Bereich festgelegt werden. Welche Kapazität benötigt mein WLAN im Außenbereich? Sind Redundanzen in Lager- und Kellerbereichen ebenfalls erforderlich oder reicht hier eine WLAN-Grundversorgung?

Diese Zusammenstellung wird schnell sehr unübersichtlich, weswegen wir immer eine detaillierte Dokumentation der Festlegungen empfehlen. Im besten Fall kristallisieren sich gleiche Anforderungen für verschiedene Bereiche heraus, sodass sich diese wiederum zusammenfassen lassen. Hierbei können dann wenige, grundlegende Versorgungsbereiche festgelegt werden. Diese können im ersten Schritt auch noch sehr grob gefasst sein. Später lassen sich Details wie die daraus resultierende Mindestsignalstärken einfach ergänzen. Folgendes Beispiel lässt sich hier nennen:

• Versorgungsbereich 1: Büro-Bereiche mit intensiver WLAN-Nutzung: Maximal 15 Endgeräte je Funkzelle; Redundanz gefordert; Ausschlussbereiche: Treppenhäuser, Lagerflächen, WCs
• Versorgungsbereich 2: Technik-Flächen und Kellerbereiche mit grundlegender WLAN-Versorgung; Planung nach Mindestsignalstärke; keine Kapazitätsanforderung; keine Redundanz gefordert; Ausschlussbereich: Heizungskeller
  Versorgungsbereich 3: Außenbereiche, mit grundlegender WLAN-Versorgung; Planung nach Mindestsignalstärke; keine Kapazitätsanforderung; keine Redundanz gefordert; keine Ausschlussbereiche

Weiterhin muss geklärt werden, an welchen Positionen Access Points montiert werden dürfen, bzw. an welchen Positionen eine Montage nicht möglich ist. So werden beispielsweise in vielen Gebäuden Heiz-Kühldecken eingesetzt, was aufgrund der wasserführenden Bauelemente eine Anbringung der Access-Points erschwert oder unmöglich macht. Darüber hinaus sind Brandschutzvorgaben zu beachten: Treppenhäuser oder sogenannte notwendige Flure müssen auch im Brandfall möglichst lange nutzbar bleiben, was zur Folge haben kann, das dort brennbare Materialen, zu denen auch Access Points, Antennen oder Datenleitungen gehören, gar nicht oder nur sehr eingeschränkt installiert werden dürfen. Gleichzeitig sind oftmals auch optische Gesichtspunkte zu diskutieren. Auch wenn wir aus technischer Sicht immer die funktechnisch beste Position empfehlen, sollten vorab diese Vorgaben ebenfalls geklärt werden. Hier empfehlen wir, schon in der Planungsphase das Gespräch mit dem Bauherrn, Architekten und weiteren Verantwortlichen wie beispielsweise den Planern der passiven IT-Infrastruktur zu suchen. Grundsätzlich sollte die Montage der gängigsten Access-Points mit internen Antennen an der Decke erfolgen, da die Antennencharakteristik der meisten Geräte hierfür optimiert ist. Es gibt jedoch mitunter auch APs für die Wandmontage oder die Option, externe Antennen zu verwenden, solange man kein WiFi-6E ausstrahlt – eine der Besonderheiten, auf die wir im Folgenden noch genauer eingehen werden.

Ist man schon auf der Suche nach geeigneten Montagepositionen, bietet sich eine Prüfung der zur Verfügung stehenden Kabelwege an. Hier lassen sich unnötige Kosten für die Verkabelung vermeiden, indem die Positionen der Access-Points so gewählt werden, dass die Installation der Netzkabel bis zur nächstgelegenen Kabeltrasse oder Kabelkanal möglichst einfach gestaltet werden kann.

Seitens anderer Gewerke oder des Bauherrn gibt es oftmals spezielle Anforderungen an die Montage von Access Points und Wünsche bezüglich der unsichtbaren Montage, etwa oberhalb einer Abhangdecke, oder zumindest farbig dem Rest der Umgebung angepasst. Diese Anforderungen müssen bereits bei der Planung berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang hilft oftmals der Hinweis, dass Access Points, damit sie optimal funktionieren, genau wie Lampen, Bewegungsmelder, Rauchmelder, Sprinkler oder Lautsprecher sichtbar montiert werden sollten, schließlich haben auch sie eine wichtige Funktion im Betrieb des Gebäudes, unabhängig davon, welchen ästhetischen Anforderungen die Elemente genügen.

Darüber hinaus sind andere Funktechniken, die dieselben Frequenzen wie WLAN nutzen, zu berücksichtigen. Beispiele hierfür gibt es sehr viele: Funkanwendungen aus der Medientechnik wie drahtlose Audio- und Video-Übertragung, IoT-Geräte oder Sicherheitstechnik, doch auch parallele WLAN-Infrastrukturen wie Präsentations- und Konferenzsysteme. Hinzu kommen Funksysteme, die zwar in anderen Frequenzbereichen operieren, zu deren Sendern jedoch ein gewisser Schutzabstand eingehalten werden sollte. Hier sei DECT und Inhouse-Mobilfunk beispielhaft genannt. Sofern es zu diesen Systemen keine Dokumentation, etwa in Form eines Funkfrequenzkatasters, geben sollte, ist eine Messung vor Ort erforderlich.

Phase 3: Ableitung der technischen Planungsparameter

Für die weitere Planung ist es von Vorteil, die später verwendete Hardware sowie die Access Points bereits zu kennen. Dies ist jedoch kein Muss. Ist die möglicherweise genutzte Hardware nicht bekannt bzw. soll eine herstellerunabhängige Planung erfolgen, so lässt sich sehr gut mit Durchschnittswerten und sicherheitshalber zu berücksichtigenden Margen arbeiten. Hierzu ist jedoch eine gewisse Arbeit erforderlich, um mehrere Modelle zu vergleichen und Werte zu bestimmen. Eine breite Kenntnis von Access-Point-Modellen ist dabei von Vorteil.

Aus den Informationen bezüglich der erforderlichen Datenrate und des Zugriffsverfahrens (“WLAN-Standard”) kann die hierzu erforderliche Signalstärke abgeleitet werden. Diese soll innerhalb eines Bereiches nicht unterschritten werden, sodass die Mindestsignalstärke als wichtiger Planungsparameter definiert wird. Allgemein gilt: Je höher die zur Verfügung stehende Signalstärke am Client ist, desto höher ist die zu erzielende WLAN-Datenrate. Die Empfangsempfindlichkeit wird durch die WLAN-Schnittstelle des Access-Points und des Clients bestimmt. Der Empfänger wird erst dann mit der jeweiligen Datenrate aktiv, wenn das Signal der Gegenstelle mit einem gewissen Mindestsignalpegel empfangen wird. Access-Point-Hersteller veröffentlichen in der Regel die Werte in den Datenblättern, sodass die Empfangsempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Datenrate des verwendeten AP-Modells für die Festlegung der erforderlichen Mindestsignalstärke verwendet werden kann. Um Datenraten eines WLANs zu erhöhen, können mehrere angrenzende 20-MHz-Kanäle gebündelt werden. Hierbei sind Kanalbandbreiten von 20, 40, 80 oder 160 MHz möglich. Je breiter der verwendete gebündelte Kanal ist, desto höher sind meist auch die Anforderungen an den Mindestsignalpegel. Gleichzeitig stehen auch weniger Kanäle für die Gesamt-Infrastruktur zur Verfügung, sodass zu der Auswahl der zu verwendenden Kanalbandbreite auch immer eine Abwägung zwischen der zu erzielenden Datenrate und möglichen Gleichkanalstörungen durch benachbarte Access Points erfolgen sollte. In der Praxis haben sich aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Spektrums 20 MHz breite Kanäle bei 2,4 GHz, 20 oder 40 MHz breite Kanäle bei 5 GHz und 40 oder 80 MHz breite Kanäle bei 6 GHz als Grundlage bewährt. Die Wahl der Kanalbandbreite hängt dabei immer auch von der Dichte bzw. Anzahl der Access-Points ab. Je höher diese ist, umso geringer sollte die Kanalbandbreite gewählt werden, um Gleichkanalstörungen möglichst niedrig zu halten.

Die Sendeleistung des Access-Points spielt als Planungsparameter ebenfalls eine wichtige Rolle. Wenn der zu verwendende Access-Point eine interne Antenne besitzt, steht hiermit auch die Antennenverstärkung fest. Bei einer Planung mit externen Antennen ist dies noch zusätzlich je Antennen-Typ (bei 2,4 oder 5 GHz) zu berücksichtigen. Mit der Verstärkung der Antenne kann die Sendeleistung des Access-Points definiert werden. Rahmenparameter bilden hier die gesetzlichen Vorgaben der Regulierungsbehörden, die die maximale Sendeleistung inklusive Antennengewinn (EIRP<1>) abhängig vom verwendeten Frequenzband festlegen. Beispielsweise beträgt diese in Europa 100 mW im 2,4-GHz-Band. Verwendet man nun eine Antenne mit einem Gewinn von drei dBi, was einer Verdoppelung der Sendeleistung in der Hauptstrahlungsrichtung der Antenne gleichkommt, darf die Sendeleistung des Verstärkers im Access Point auf maximal 50 mW eingestellt werden.

In der Praxis sollten für eine Planung deutlich geringere Werte genutzt werden, um zu gewährleisten, dass die Endgeräte mit deutlich schwächeren Antennen auch zurücksenden können. Darüber hinaus sollte immer eine gewisse Reserve für eine nachträgliche Feinjustierung nach Inbetriebnahme der WLAN-Infrastruktur verbleiben. Oftmals kann durch Feinjustierung der Sendeleistung auf kleinere Veränderungen des zu versorgenden Bereiches reagiert werden.

Phase 4: Durchführung der WLAN-Ausleuchtungsmessung bzw. -Simulation

Erst nachdem alle Anforderungen aufgenommen und Vorabstimmungen getroffen sind, kann die eigentliche Planung in Form der Ausleuchtungsmessung vor Ort oder Simulation am Computer erfolgen, wobei keine Festlegung auf eine der beiden Vorgehensweisen erforderlich ist. In vielen Fällen ist es sinnvoll, Simulation und Messung vor Ort zu kombinieren, um präzise und zeiteffizient zu planen.

Für beide Vorgehensweisen sind Grundrisspläne des Gebäudes bzw. aller relevanten Bereiche erforderlich. Grundsätzlich werden die meisten gängigen Dateiformate wie PDF oder PNG unterstützt. Optimalerweise sind CAD-Dateien zu verwenden, da hier bereits Bemaßungen vorhanden sind und nicht benötigte Layer ausgeblendet werden können. Teilweise sind hier schon wertvolle Informationen zu Bemaßungen und den zu verwendeten Materialien für Wände, Decken, Türen usw. enthalten.

Je genauer die zur Verfügung stehenden Daten und Eigenschaften der gebrauchten Baumaterialien und den Wandstärken sind, desto präziser kann in der Simulation die Ausleuchtung errechnet werden. Sollten diese Daten nicht vorliegen, ist für jeden Bereich mit unterschiedlichen Wand-Eigenschaften bzw. Bauabschnitten eine Referenzmessung vor Ort durchzuführen, sodass die hierdurch gewonnenen Informationen in die Simulation einfließen können. Die besten Ergebnisse lassen sich allerdings mit einer flächendeckenden Ausleuchtungsmessung vor Ort erzielen. Hier gehen alle Dämpfungen direkt mit in das Ergebnis ein. Durch die Begehung der unterschiedlichen Bereiche können weitere Informationen wie mögliche Montagepositionen und Montageeinschränkungen aufgenommen oder eine ausführliche Foto-Dokumentation durchgeführt werden. Aus unterschiedlichen Gründen ist eine durchgehende Ausleuchtungsmessung vor Ort nicht immer möglich bzw. sinnvoll. So ist beispielsweise eine Messung bei Neubauprojekten, bei denen der Baufortschritt noch keine Begehung zulässt, nicht durchführbar. Auch kann bei identisch gebauten Bereichen wie Regeletagen die Ergänzung durch Simulation sinnvoll sein. Trotzdem sollte, wenn möglich, eine Begehung zur Festlegung von Montagepositionen durchgeführt werden. Welches Vorgehen das beste für die jeweilige Planung ist, muss vorab individuell festgelegt werden.

Die Durchführung einer Simulation beginnt mit der Festlegung der Bemaßung und Skalierung des Plans in der Simulationssoftware. Im nächsten Schritt werden alle Wände und Dämpfungsbereiche modelliert, die einen Einfluss auf die Ausbreitung der Funkzelle haben. Hierzu zählen Wände, Türen, Fenster, Raum-Trennungen und weitere Einbauten wie Möbel ab einer gewissen Höhe. Diese sind in der Regel von Hand nachzuzeichnen, was je nach Größe und Genauigkeit oft zeitintensiv ist. Für die Simulation müssen alle verwendeten Materialien mit einem Dämpfungswert versehen werden. Hierbei gibt es in der Software bereits vorgefertigte Referenzwerte für die unterschiedlichen Materialien, wie Trockenbau-Elemente, Beton oder Glas. Ist die Beschaffenheit einer Wand oder die Dämpfung eines Materials nicht bekannt, muss diese geschätzt oder durch eine Referenzmessung vor Ort ermittelt werden.

Es können zusätzlich vorher festgelegte Bereiche und Ausschlussbereiche in den Grundrissplan eingezeichnet werden. Je Bereich können in der Software auch Anforderungen wie Mindestsignalstärken für das stärkste und zweitstärkste Signal etc. festgelegt werden, die später in der Simulation erfüllt werden müssen.

Nach den wichtigen Vorbereitungsarbeiten steht die eigentliche Zellplanung an. Für die Durchführung müssen wir auf die in Schritt 1-3 festgelegten Parameter und Vorgaben zurückgreifen.

Für die Durchführung der Simulation steht ein breites Angebot von Access Points zur Verfügung. Hier würde dann das vorher bestimmte Modell ausgewählt, oder, wenn noch kein Modell feststeht, ein generischer AP verwendet werden. Der AP muss entsprechend den Anforderungen parametrisiert werden. Werte wie Sendeleistung für jedes Radio, Kanal- und Kanalbandbreiten und Montagehöhe sowie Ausrichtung der Antenne werden je Access Point festgelegt, bevor dieser auf dem Grundrissplan an der vorgesehenen Montageposition platziert wird. Die ausgestrahlten Funkzellen werden je Frequenzband durch die Software simuliert. Dabei werden die Dämpfungseigenschaften der vorher eingezeichneten Wände und Dämpfungsbereiche in den Berechnungen berücksichtigt. Die Ausbreitung der simulierten Funkzelle wird mithilfe von farbigen Heatmaps dargestellt. Diese können so konfiguriert werden, dass die Signalstärke innerhalb eines vorgegebenen Farb-Bereiches liegt. Werte unterhalb der festgelegten Mindestsignalstärke werden grau dargestellt, sodass hier die in den Anforderungen (Phase 3 der Planung) definierte Mindestsignalstärke je Frequenzband eingestellt werden kann. Neben diesem Parameter können auch weitere Parameter ermittelt werden. Hierzu gehören zum Beispiel die Mindestsignalstärke des zweitstärksten (redundanten) Signals, die zu erwartende Datenrate oder Gleichkanalstörungen der simulierten WLAN-Infrastruktur.

Während die Simulation auf einem mathematischen Modell basiert, ist eine Messung vor Ort dementsprechend genauer. Die Parameter des Gebäudes wie Wanddicken oder Reflexionen und vorhandene eigene sowie fremde WLANs gehen direkt mit in die Messung ein, wodurch eine relativ gute Aussage bezüglich der zu erwartenden WLAN-Ausleuchtung getroffen werden kann. Bei einer Ausleuchtungsmessung wird ein Access Point üblicherweise mithilfe eines Statives an einer geeigneten Stelle aufgebaut. Anschließend kann diese Testfunkzelle mithilfe von Mess-Equipment ausgemessen werden. Dieses besteht aus WLAN-Mess-Software und einem speziellen WLAN-Mess-Adapter. Für die Messung wird im besten Fall der AP verwendet, der später für den Aufbau der Infrastruktur genutzt werden soll. Ist dieser noch nicht bekannt, wird ein verfügbarer Referenz-Access-Point genutzt. Im Allgemeinen ähneln sich z. B. die intern verbauten Antennen der für die Deckenmontage vorgesehenen Access-Points. Trotzdem kann man auch hier eine gewisse Marge vorsehen, um die Unterschiede zwischen Ausleuchtungsmessung und End-Montage auszugleichen. Neben der Signalstärke des Mess-APs bei den unterschiedlichen WLAN-Frequenzen werden bei der Messung noch weitere Daten aufgenommen. Hierzu zählen benachbarte oder bereits vorhandene Access Points in der Umgebung sowie das Funkspektrum bei 2,4, 5 und 6 GHz, um mögliche Störquellen zu identifizieren. Jede Mess-Position wird bis zu der festgelegten Zellgrenze, dem Punkt, an dem die Mindestsignalstärke unterschritten wird, ausgemessen. Sollte Redundanz-Anforderung bestehen, so gilt die hier festgelegte Signalstärke als Zellgrenze für die Messung. Anschließend wird die nächste Zelle ausgemessen. Die optimale Ausleuchtung ist erreicht, wenn der Abstand der Access-Points klein genug ist, um alle Anforderungen (z. B. Signalstärke, Kapazität, Redundanz) zu erfüllen und groß genug ist, um auch wirtschaftlich sinnvoll zu sein. Darüber hinaus sind nur geringe oder keine Gleichkanalstörungen durch die gewählten Positionen vorhanden und die Platzierung ist auch für das Roaming optimiert. Bei der Auswahl der Position sind hier ebenso die festgelegten Montage-Möglichkeiten und -Einschränkungen zu berücksichtigen. Sowohl die Zellplanung mittels Simulation als auch die Ausleuchtungsmessung vor Ort erfordert den Einsatz spezieller Mess- und Simulationssoftwareprodukte. Einen ausführlichen Vergleich gängiger Planungstools finden Sie in der Ausgabe des Netzwerk-Insiders 12/21 <2>.

Aus Kostengründen bietet es sich oft an, dass vor Ort ausgewählte Bereiche messtechnisch erfasst werden. Diese sollten sich soweit möglich in baulich unterschiedlichen Abschnitten befinden. Mithilfe der während der Messung gewonnenen Erkenntnisse lässt sich anschließend eine Simulation deutlich genauer durchführen. In der Praxis hat sich bei dieser Vorgehensweise ein Verhältnis von ca. einem Drittel Messungen vor Ort und zwei Dritteln Simulation bewährt. Dies gilt insbesondere bei sich wiederholenden Bereichen, etwa sogenannten Regeletagen in mehrstöckigen Gebäuden. Anschließend sollten die in der Simulation gewählten Montagepositionen vor Ort oder auf verfügbaren Plänen (z. B. Deckenspiegeln) geprüft werden, sodass mögliche Kollisionen mit anderen Objekten und Installationen vermieden werden.

Abschließend werden die Ergebnisse der Messung dokumentiert. Wir empfehlen, mindestens die Access-Point-Positionen in die Grundrisspläne einzuzeichnen sowie eine Beschreibung der angedachten Montage des jeweiligen APs zu dokumentieren. Für Informationen zur Ausleuchtung und die Dokumentation der Anforderungen und der getroffenen Abstimmungen ist es zudem ratsam, einen Bericht anzufertigen. Hier sind alle Informationen zentral zusammengetragen und zum späteren Zeitpunkt einfach abrufbar. Dies ist in vielen Fällen auch notwendig. Oft genug vergehen zwischen Planungs- und Umsetzungsphase mehrere Monate. In einigen Fällen, zum Beispiel bei Neubauten, sind Umplanungen von gesamten Bereichen ebenfalls keine Seltenheit, sodass Planungen mehrfach überarbeitet werden müssen. So sind auch Planungs-Anpassungen oder Neu-Planungen aufgrund anderer Gewerke möglich, wenn beispielsweise Positionen verkabelungstechnisch nicht erschließbar sind, oder eine abweichende Montage erfolgen muss.

Nach erfolgreicher Inbetriebnahme und Konfiguration des WLANs ist eine Abnahmemessung vorzunehmen. Hierbei werden die Funkzellen aller WLAN-APs erneut gemessen und mit den Ergebnissen der Ausleuchtungsmessung bzw. Simulation verglichen. Ziel ist es, mögliche Abweichungen zwischen Planung und Realisierung zu entdecken. Sollten Unterschiede festgestellt werden, müssen hierzu infrage kommende Ursachen herausgefunden werden. Konfigurationsfehler bzw. Abweichungen können meist leicht korrigiert werden. Sind APs an falscher Position montiert, oder sind neue Dämpfungen des WLAN-Signals hinzugekommen (z. B. durch Umpositionierung von Maschinen in einer Werkshalle), muss gegebenenfalls partiell eine neue Zellplanung durchgeführt und als Ergebnis bestehende APs verschoben oder neue hinzugeplant werden. Hier sind die Ergebnisse der Messung ebenfalls zu dokumentieren. Die geplante WLAN-Ausleuchtung ist somit in der bestehenden Umgebung valide und betriebsbereit.

Auch im WLAN-Betrieb sind die Planungsdokumente in verschiedenen Situationen hilfreich. Dort dokumentierte Parameter, Versorgungs-Bereiche und Signalstärken sind sicherzustellen. Kommen neue Anforderungen hinzu, gilt es zu bewerten, ob Anpassungen an der Planung erfolgen müssen. Vereinfacht gesagt müssen alle ursprünglich definierten Anforderungen unterstützt werden, für neue Anforderungen muss geprüft werden, ob die vorhandene WLAN-Infrastruktur diese ausreichend unterstützt. Ist beispielsweise eine Grundversorgung geplant, muss für die Umstellung auf “WLAN-Only-Office“ gegebenenfalls eine neue Planung durchgeführt werden. Gleiches gilt bei einem Technologie- oder Herstellerwechsel. Hierbei muss meist keine vollumfängliche Neuplanung erfolgen. Referenzmessungen verschiedener Bereiche sind oft aufschlussreich und lassen sich auf die restlichen Bereiche beziehen.

Wie aus der hier beschriebenen Vorgehensweise hervorgeht, ist der Prozess der WLAN-Planung erst einmal unabhängig vom WLAN-Standard. Planungsparameter und abgeleitete Anforderungen unterscheiden sich unter anderem jedoch je nach zu planendem WLAN-Standard.

Festlegung der Qualitätsparameter als technische Planungsparameter (Phase 3 der Zellplanung)

Basierend auf den zuvor beschriebenen technischen Planungsparametern werden Voreinstellungen für die Sendeparameter und gut messbare Qualitätsparameter für die Durchführung einer WLAN-Zellplanung festgelegt. Die in Tabelle 1 gelisteten Parameter sind als Beispiele bzw. als Startwerte für eigene Parametrisierungen zu verstehen und wären demnach in der oben beschriebenen Planungsphase 3 zu ermitteln.

Der Korridor für die Sendeleistung beschreibt den Bereich, innerhalb dessen sich die Sendeleistung der Access-Points für die Planung und für den späteren Betrieb bewegen sollte. Hierbei sind einerseits die frequenzabhängigen Dämpfungseffekte und ein gesundes Verhältnis zwischen den Sendeleistungen von Access Points und Endgeräten zu berücksichtigen.

Die Kanalbandbreite entspricht sogenannter Best Practice. Bei 2,4 GHz sind nur 20 MHz breite Kanäle möglich. Im 5-GHz-Band sind 40 MHz Kanalbandbreite ein guter Kompromiss zwischen Leistung und der Anzahl zur Verfügung stehender Kanäle. Bei Umgebungen mit sehr vielen Access Points sollten alternativ 20-MHz-Kanäle gebildet werden. Im 6-GHz-Band verschieben sich diese Werte von 20/40 MHz auf 40/80 MHz, wobei 80 MHz gut zur Scanning-Methode PSC passt.

Die zu verwendenden Kanäle sind vor der Planung festzulegen. Bei 2,4 GHz sind dies in der Regel die Kanäle 1, 6 und 11. In allen anderen Frequenzbändern werden optimalerweise alle verfügbaren Kanäle genutzt, sofern nicht eine parallele Nutzung durch andere Gewerke bzw. Anwendungen dagegenspricht.

Ohne Detailwissen über die verwendeten WLAN-Adapter in den voraussichtlich genutzten Endgeräten lässt sich die Mindestsignalstärke für die Zellplanung aus der Empfängerempfindlichkeit der Access-Points bei einer vorgegebenen Kanalbandbreite zuzüglich einer Marge von ca. 3 dB ableiten.

Sofern eine Redundanz durch sich überlappende Funkzellen benötigt wird, kann mithilfe der Signalstärke für den zweitstärksten Access Point hierfür eine Planungsvorgabe festgelegt werden. Je näher dieser Wert an die Mindestsignalstärke (für den primären AP) herankommt umso höher ist die Zellüberlappung, doch auch die Gefahr von Gleichkanalstörungen.

Das SNR (Signal-to-Noise Ratio) lässt sich alternativ – soweit nicht mithilfe einer Spektrum-Analyse oder mit einer vergleichbaren Messung ermittelt – auf einen Standard-Rauschpegel von 95 dBm (“Noise Floor”) beziehen. Das SNR ergibt sich dann aus dem Abstand zwischen dem Rauschpegel und der zuvor festgelegten Mindestsignalstärke.

Gleichkanal-Interferenzen lassen sich nie verhindern, gerade nicht im 2,4-GHz-Band. Beispielhaft wird hier gefordert, dass an jedem Ort nur die Signale einer bestimmten Anzahl an Access Points auf demselben Kanal mit einer Signalstärke größer als -80 dBm empfangen werden dürfen.

Paketverluste und Paketlaufzeiten sind wichtige Parameter für die Bewertung der Qualität der WLAN-Ausleuchtung und können mithilfe eines aktiven Site Survey ermittelt werden. Beide Parameter sind insbesondere für eine Voice-taugliche Ausleuchtung von entscheidender Bedeutung.

Bei der Messung des Datendurchsatzes kommt es bei Weitem nicht auf einen möglichst hohen Durchsatz an, sondern eher auf einen möglichst homogenen Durchsatz über die gesamte mit WLAN zu versorgende Fläche. Schließlich wäre der absolute Durchsatz immer von den jeweiligen Eigenschaften des Empfängers abhängig.

Ausblick auf Wi-Fi 7

Während für WLAN gemäß IEEE 802.11ax der Begriff High Efficiency WLAN (HEW) verwendet wird, kann man sich für den kommenden WLAN-Standard IEEE 802.11be den Begriff EHT, also Extremely High Throughput, merken. Der neue Standard wird für das Jahr 2024 erwartet.

EHT-WLAN soll Bruttodatenraten bis zu 30 Gbit/s erreichen und wie IEEE 802.11ax in allen drei Frequenzbändern operieren. Zum Erreichen dieser hohen Bitrate wird ein höherwertiges Modulationsverfahren eingeführt. Mit 4K-QAM können 12 Bit pro Symbol übertragen werden. Zum Vergleich: IEEE 802.11ax verwendet QAM 1024, womit 10 Bit pro Symbol kodiert werden. Zusätzlich soll es eine Verdoppelung der maximalen Kanalbandbreite von 160 MHz auf 320 MHz geben. Ob es nun 23 Gbit/s oder 46 Gbit/s werden, hängt zusätzlich noch davon ab, ob der neue Standard 8 oder 16 Spatial Streams, also parallele Datenströme, erlauben wird. Neben der Erhöhung der maximalen Bitrate soll weiter an der Effizienz des WLANs geschraubt werden. Hierfür wird das mit 11ax eingeführte Verfahren OFDMA nochmals verbessert, wodurch der gleichzeitige Versand von und zu mehreren Stationen weiter optimiert wird. Darüber hinaus soll es zukünftig möglich sein, mehrere Datenströme von unterschiedlichen Access Points oder von einem AP auf unterschiedlichen Frequenzen gleichzeitig zu einem Endgerät zu versenden. Dieses Feature nennt sich Multi Link Operation.

Obwohl der Standard noch nicht verabschiedet ist, wird bereits kräftig die Werbetrommel gerührt. Der Begriff Wi-Fi 7 ist bereits in aller Munde, wenngleich es eine entsprechende Zertifizierung noch nicht gibt. Es sind sogar erste Access Points für Wi-Fi 7 (im aktuellen Entwurf) bereits verfügbar; ob deren Erwerb derzeit bereits sinnvoll ist, wagen wir jedoch zu bezweifeln. Die Erfahrung aus der Einführung der Vorgänger-Standards hat uns jedenfalls gezeigt, dass in der Praxis von den versprochenen 23 oder 46 Gbit/s zunächst einmal nicht viel übrigbleiben wird. Zumindest in Europa ist im 6-GHz-Band nur ein 320 MHz breiter Übertragungskanal machbar, vielleicht kann es noch einen weiteren im 5-GHz-Band geben. Ein flächendeckendes WLAN mit vielen Access Points wird es damit jedoch nicht geben. Die Verdopplung der Kanalbandbreite erfordert zudem noch einmal 3 dB mehr Signalstärke, Gleiches wird auch für die Übertragung von 4K-QAM gelten. Entweder werden die Ingenieure deutlich bessere Empfänger konstruieren, oder wir werden demnächst etwas näher an die Access Points heranrücken müssen. Ebenfalls fraglich wird es sein, ob und wann es Access Points oder gar Endgeräte mit 8 x 8 bzw. 16 x 16 MIMO geben wird. Selbst bei Wi-Fi 6 sind Access Points mit 8 x 8 MIMO sehr rar. Im Grunde genommen sollten wir mit Blick auf den kommenden Standard ganz entspannt bleiben. Zunächst einmal gibt es auch mit der Umsetzung von Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E noch einiges an Arbeit. Zum einen sollte, als zwingende Voraussetzung für die Nutzung von Wi-Fi 6E, die flächendeckende Einführung von WPA 3 vorangetrieben werden, zum anderen sollte die vorhandene Client-Landschaft auf einen aktuellen Stand angehoben werden. Dies gilt insbesondere im Bereich Industrie, Logistik und Retail. Schließlich funktioniert ein HEW-WLAN nur dann, wenn man auch die zugehörigen Endgeräte dafür bereitstellt. Wie immer gilt es, alte Zöpfe abzuschneiden. Über die weitere Entwicklung zu Wi-Fi 7 werden wir selbstverständlich noch ausführlich berichten.

Zusammenfassung und Fazit

Wi-Fi 6E entwickelt sich mehr und mehr zum aktuellen Stand der Technik. Bedingt durch die vielen zur Verfügung stehenden Kanäle im bisher nicht genutztem 6-GHz-Band sowie die verpflichtende Abkehr von veralteten Sicherheitsstandards eröffnet sich somit die Chance zum Aufbau eines betriebssicheren und von Altlasten befreiten WLANs.

Ein Grund zur Eile besteht allerdings nicht, zunächst sollte dafür gesorgt werden, dass die Endgeräte-Basis entsprechend modernisiert wird. Ein jetzt bestehendes WLAN auf Basis von 802.11ac/ax wird sicherlich noch lange seinen Zweck erfüllen und muss nicht sofort ausgetauscht werden. Bei Neuaufbauten oder Erneuerungen der Hardware ist jedoch die Einführung von 6-GHz-WLAN zu empfehlen, welches selbstverständlich abwärtskompatibel ausgelegt werden sollte. Bei der Planung und Einführung unterstützen wir Sie gerne in allen Planungsphasen im Rahmen von Workshops, Konzeptionen, Messungen und Seminaren.

Quellen

[1] https://www.comconsult.com/wp-content/uploads/2021/10/leseprobe_in2110.pdf

[2] https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/Telekommunikation/Frequenzen/Allgemeinzuteilungen/start.html; abgerufen am 27.10.2023

[3] https://www.wi-fi.org/

[4] https://www.ofcom.org.uk/consultations-and-statements/category-1/hybrid-sharing-to-access-the-upper-6-ghz-band

[5] https://www.bluetooth.com/specifications/specifications-in-development/

[6] https://ieeexplore.ieee.org/document/9090146

Ergänzungen

<1> EIRP – Equivalent Isotropically Radiated Power – Produkt aus Antennengewinn und Sendeleistung
<2> https://www.comconsult.com/wp-content/uploads/2021/11/leseprobe_in2112.pdf