Übertragung, Technologien, Frequenzen

Daten können mit zwei verschiedenen Verfahren über das Medium Luft gesendet und empfangen werden: Zum einen, indem sie auf die Trägerfrequenz aufmoduliert werden (Modulation ist der Fachterminus mit dem die Umwandlung von Ursprungsdatensignalen in Funkfrequenzenergie (RF energy) definiert wird, dabei wird das zu übertragende Signal auf eine hochfrequente Trägerschwingung „aufgesetzt“, indem man ihre Amplitude, Frequenz und Phase ändert). Nachteil dieses Verfahrens ist, dass nur ein schmalbandiges Ausgangssignal entsteht, das leicht abhörbar und sehr störanfällig ist. Zum anderen gibt es das Verfahren der Spreizung. Die Bandspreizung erzeugt aus einem schmalbandigen Signal ein breitbandigeres, es verteilt also die enthaltene Information auf einen grösseren Frequenzbereich und bietet somit eine höhere Abhörsicherheit. Die Standards 802.11a und 802.11b benutzen beide einen unterschiedlichen Physical Layer (eine andere Bitübertragung), wodurch die Verfahren zur Datenübertragung verschieden sein müssen, aber in beiden Fällen werden die Daten gespreizt und nicht aufmoduliert. Der 802.11b Standard arbeitet auf dem 2,4 GHz Band mit Geschwindigkeiten von bis zu 11 MBit/s unter Benutzung der so genannten Sequenz Spread Spectrum Modulation (DSSS).Der 802.11a Standard arbeitet auf der Trägerfrequenz 5 GHz und erlaubt Übertragungsraten von bis zu 54 MBit/s mit dem Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Der Vorgänger dieser beiden schnellen Standards, der 802.11, arbeitet noch mit der Frequenzsprung-Spreizbandtechnik.

Frequenzsprung-Spreizbandtechnik (FHSS)

Die Frequenzsprung-Spreizbandtechnik (Frequency Hopping Spread Spectrum – FHSS) zeichnet sich dadurch aus, dass die Trägerfrequenz 2,5 mal pro Sekunde gewechselt wird. Dieser Wechsel geht vom Sender aus und ist sowohl dem Sender als auch dem Empfänger bekannt. Ein zur Verfügung stehendes Frequenzband wird also in viele schmalbandigere Kanäle aufgeteilt, die von den einzelnen Sendern jeweils nur kurze Zeit belegt werden. Jeder Sender kann über eine eigene Frequenz verfügen, somit können mehrere Sender (theoretisch 26, real 15) im selben Raum mit verschiedenen Sequenzen betrieben werden, da die Empfänger ihre Frequenz herausfiltern. Mit der Frequenzsprung-Spreizbandtechnik werden Sendeleistungen bis zu 20 dBm erreicht.

Direktsequenz-Spreizbandtechnik (DSSS)

Die Direktsequenz-Spreizbandtechnik (Direct Sequence Spread Spectrum – DSSS) Modulation überträgt eine berechnete Pseudozufallsfolge von 11 Bits exklusiv-oder-verknüpft, anstelle einzelner Bits, die auf das Originalsignal aufmoduliert werden würden. Der Empfänger muss die gleiche Bitsequenz (genannt Chips) benutzen, damit die Daten wieder in den ursprünglichen Zustand hergestellt werden können. Das Signal wird mit Hilfe des Chip Codes dekodiert. Störungen, die z.B. durch Signale anderer Stationen auf benachbarten Frequenzen erfolgen, filtert das Verfahren dabei gleich mit aus. Die Länge der Chipping Sequence ist sehr unterschiedlich; für zivile Anwendungen beträgt sie zwischen 10 und 242 -1 Bits, für militärische Anwendungen noch mehr, da mit Spread Spectrum sehr gute Abhörsicherheit erreicht wird. Der Chipping Code hat in erster Linie zwei Funktionen: Zum einen, die Daten zu identifizieren, so dass erkannt werden kann, dass die Daten zu einem bestimmten Sender gehören. Zum anderen, die Daten über die gesamte Bandbreite zu spreizen (längere Chipping Codes brauchen demnach mehr Bandbreite), dadurch wird gewährleistet, dass die Daten im Fall einer Beschädigung, repariert werden können, ohne dass sie neu übertragen werden müssen, wie z.B. bei dem FHSS Verfahren). Dadurch, dass bei DSSS 11 Bit gecoded werden, benötigt man bei 2 MBit/s einen Frequenzkanal von 22MHz Bandbreite. Laut einem mathematischen Gesetz von Shannon und Hartley (aus den 40er Jahren), müssen die Daten nicht auf so eine große Bandbreite gestreut werden, wie es DSSS tut, dadurch wird die spektrale Leistungsdichte vermindert und das Signal wird damit unempfindlicher gegen Störungen, weil es nahezu im Hintergrundrauschen verschwindet. Das macht DSSS relativ abhörsicher. Weitere Vorteile von DSSS gegenüber FHSS sind höhere Transferraten, weil sie die Bandbreite besser ausnutzen als FHSS, bei größeren überbrückbaren Entfernungen. Dafür benötigen DSSS Systeme jedoch mehr Energie und sind deutlich teurer in der Implementierung.

Wireless LAN nutzt das ISM-Band. Die Abkürzung ISM steht für "Industrial, Scientific and Medical", also für Hochfrequenzgeräte in Industrie, Wissenschaft und Medizin. ISM-Frequenzen sind international zugewiesene Frequenzen, die von Hochfrequenzgeräten und Hochfrequenzanlagen genutzt werden können.