Letzte Aktualisierung: 11. September 2013 | 2214929 | Anbieterkennzeichnung
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WLAN-Booster

Gelegentlich kann es vorkommen, daß man mit der regelbaren Sendeleistung des Accesspoint, dem Gewinn einer passiven Antenne, der Dämpfung eines überlangen Koaxialkabels oder einer sehr langen bzw. durch ungünstiges Gelände verlaufenden Richtstrecke an die Grenzen des technisch Machbaren gelangt. Besonders wenn man ohne eine Überschreitung der gesetzlich erlaubten Sendeleistung keine stabile WLAN-Verbindung erreicht, kann der Einsatz von elektronischen Verstärkern, sogenannten Boostern, Sinn machen.

Auf den ersten Blick erscheint es absurd, Verstärker zu verwenden wenn man sich ohnehin an der Grenze der erlaubten Sendeleistung oder bereits darüber bewegt. Dazu muß man jedoch erst einmal die verschiedenen Signalwege bei WLAN-Anwendungen betrachten. Ebenso spielen die gesetzlichen Bestimmungen eine Rolle.

Beim Einsatz von aktiven Sende-Verstärkern muss unbedingt darauf geachtet werden, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers plus der Gewinn der angeschlossenen Sendeantenne die maximal zulässige Gesamtsendeleistung nicht überschreitet.

Signal-Rausch-Abstand

Für die WLAN-Technik sind prinzipiell zwei Pegel von entscheidender Bedeutung: Der Signalpegel des eigentlichen WLAN-Nutzsignals und der des immer vorhandenen "Rauschteppichs", das sogenannte Noise-Level. Der Unterschied zwischen Rauschpegel und Signalpegel wird als Signalrauschabstand bzw. SNR (Signal to Noise Ratio) bezeichnet und in Dezibel (dB) gemessen. Dabei kommt es darauf an, daß das Nutzsignal stärker ist als das Rauschen. Je stärker das Nutzsignal den "Rauschteppich" übertönt, umso besser ist die Qualität des übertragenen Signals und damit der über das WLAN übertragbaren Datenbandbreite.

Das Rauschen entsteht aus Sicht des WLAN-Empfängers in der Luft zwischen der sendenden und der empfangenden Antenne. Während die sendende Antenne noch ein sehr rauscharmes Signal verlässt, erreicht es die empfangende Antenne mit einem deutlich größeren Rauschanteil. Die empfangende Antenne verstärkt dann sowohl das Nutzsignal als auch das Rauschen. Ist das Nutzsignal bereits sehr schwach im Vergleich zum Rauschen, also der SNR sehr gering, so ändert sich dies auch durch eine Antenne mit sehr hohem Empfangsgewinn nicht mehr. Als Faustregel gilt: Der SNR am empfangenden WLAN-Gerät sollte mindestens 10 dB betragen. Bei minderwertigen Geräten sogar mindestens 15 dB.

Signalverstärker (Booster)

Ist der SNR am empfangenden WLAN-Gerät zu gering, resultiert dies in niedrigen Datenübertragungsbandbreiten oder gelegentlichen Abbrüchen der Funkverbindung. Das Ziel in so einem Fall muß also sein, den Signalpegel am empfangenden WLAN-Gerät deutlich anzuheben, also den SNR zu vergrößern. Hier kommen nun die elektronischen Verstärker zum Einsatz. Doch dies will genauestens geplant sein um nicht mit dem Gesetz in Konflikt zu geraten.

WLAN-Antennen und die zugehörigen Koaxialkabel sind bidirektionale Übertragungsmedien. Das heißt, die Signale bewegen sich in beiden Richtungen durch die Antenne und das Kabel. Dies geschieht jedoch niemals gleichzeitig. Dafür sorgt die Steuersoftware der Accesspoints und Client-Geräte. Der Gesetzgeber beschränkt jedoch nur die Stärke des ausgehenden Signals, also jenes welches den Accesspoint über die Antenne in Richtung Funkgegenstelle verlässt. Das Signal in der umgekehrten Richtung, also dem Empfangsweg kann praktisch unbegrenzt stark sein. Natürlich gibt es keine unbegrenzte Verstärkung und ab einer bestimmten Signalstärke wird es für den WLAN-Empfänger schlichtweg zu "laut".

Aufgrund der bidirektionalen Natur der WLAN-Technik gibt es drei verschiedene Arten von Verstärkern:

  1. Sende-Verstärker, sogenannte TX-Booster (TX = Transmit Extender)
  2. Empfangs-Verstärker, sogenannte RX-Booster (RX = Receive Extender)
  3. kombinierte Sende- und Empfangsverstärker, sogenannte RX/TX-Booster

TX-Booster

Während der Rauschpegel in der Luft zwischen der sendenden und empfangenden Antenne meist konstant bleibt, erhöht man mit dem TX-Booster den Pegel des ausgehenden Signals und vergrößert damit den SNR bereits vor der sendenden Antenne. Natürlich darf der Pegel des Sendesignals die gesetzlichen Limits nicht überschreiten.

Sinn macht der TX-Booster vorallem in Verbindung mit Antennen niedrigem Gewinns. Er gleicht den fehlenden Antennengewinn im Sendeweg aus und hebt das Sendesignal signifikant über den Rauschpegel. Im Empfangsweg verstärkt die schwächere Antenne zwar weniger, doch ist das empfangene Signal stark genug und der SNR ausreichend groß, so resultiert dies trotzdem in einer verbesserten Funkverbindung.

Zu empfehlen sind TX-Booster vorallem bei kürzeren Richtstrecken wenn das WLAN-Signal aufgrund der geringen Streckendämpfung nicht zu stark abgeschwächt wird. Auch wenn aus ästhetischen Gründen oder wegen Problemen mit der Windlast nur kleine Antennen eingesetzt werden können, kann ein TX-Booster sinnvoll sein.

RX-Booster

RX-Booster RB-5600
RX-Booster RB-5600
(Werkfoto WiMo)

Bewegt sich der Signalpegel am WLAN-Sender bereits an der Grenze des gesetzlichen Limits, so läßt sich auf dieser Seite keine Verbesserung des SNR bewirken. Also muß man mit der Signalverstärkung auf der anderen Seite der Richtstrecke ansetzen.

Da auf der empfangenden Seite das ankommende Signal bereits mit dem Rauschen vermischt ist genügt es nicht, das Signal einfach nur zu verstärken. Denn dadurch würde zwar der Signalpegel angehoben, der Rauschpegel jedoch ebenso. im Ergebnis würde der SNR unverändert bleiben. Aus diesem Grund ist der RX-Booster technisch komplizierter, denn er muss das Nutzsignal vom Rauschen trennen um eine Verbesserung des SNR zu erreichen.

Wie genau diese Unterscheidung zwischen Nutzsignal und Rauschen funktioniert, ist meist ein gut gehütetes Geheimnis der Booster-Hersteller. Man kann aber davon ausgehen, daß hier unter Anderem Bandfilter zum Einsatz kommen. Diese sind im Booster-Gerät integriert.

Im Normalfall hebt ein RX-Booster das mit dem Rauschen gemischte Signal um einen bestimmten Betrag x an und senkt dann den Rauschpegel um einen Betrag y. Dabei ist x meist größer als y. Ein Beispiel:

Das an der empfangenden Antenne ankommende Nutzsignal hat einen Pegel von -100 dB, der Rauschpegel beträgt -110 dB. Das Nutzsignal ist also 10 dB stärker als das Rauschen. Der SNR beträgt demzufolge 10 dB. Die Antenne hat einen Gewinn von 20 dB. Sie hebt also das Nutzsignal auf -80 dB und das Rauschen auf -90 dB an. Der RX-Booster hebt zunächst Nutzsignal und Rauschen um 15 dB an und dämpft dann das Rauschen um 6 dB. Dadurch beträgt der Pegel des Nutzsignals nunmehr -65 dB und der Rauschpegel -81 dB. Der SNR beträgt nun 16 dB, ist also um den Faktor 4 verbessert (Dezibel ist ein logarithmisches Maß, alle 3 dB verdoppelt sich das Signal).

Zu empfehlen sind RX-Booster besonders bei sehr langen Richtstrecken wenn die Möglichkeiten der Optimierung durch stärkere Antennen bereits ausgeschöpft sind. Da RX-Booster nur den gesetzlich nicht limitierten Empfangsweg optimieren, spielen Sie in der Berechnung der Sendeleistung keine Rolle. Lediglich eine geringe Einfügedämpfung von ca. 1 dB kann im Sendeweg veranschlagt werden.

Ein weiterer Einsatzzweck von RX-Boostern ist die Kompensation von Verlusten des Empfangssignals in überlangen Koaxialkabeln zwischen Antenne und WLAN-Gerät. Der Verlust im Sendeweg durch das überlange Koaxialkabel wird in diesem Fall durch eine simple Erhöhung der Sendeleistung im Accesspoint kompensiert.

RX/TX-Booster

RX/TX-Booster RT-2400-2
RX/TX-Booster RT-2400-2
(Werkfoto WiMo)

Diese Verstärker kombinieren die Eigenschaften der beiden vorgenannten Typen. Es wird sowohl das ausgehende Sendesignal als auch das eingehende Empfangssignal verstärkt. Unterscheiden muss man hierbei lediglich zwischen RX/TX-Boostern mit und ohne "Intelligenz". Das bedeutet, es gibt RX7TX-Booster welche im Empfangsweg eine Optimierung des SNR vornehmen und es gibt RX/TX-Booster die dies nicht tun.

Im Auge behalten muss man bei RX/TX-Boostern natürlich wieder die Verstärkung des Sendesignals. In Verbindung mit dem Gewinn der angeschlossenen Antenne überschreitet man sehr leicht das gesetzliche Limit um ein Vielfaches.

Auch beim typischen Einsatzzweck kombinieren RX/TX-Booster die Eigenschaften der beiden vorgenannten Typen. Sinnvoll sind sie z.B. bei langen Richtstrecken in Verbindung mit langen Koaxialkabeln zwischen Antenne und WLAN-Gerät. Dieses Szenario ist z.B. bei hohen Antennenmasten anzutreffen.

Im Gegensatz zu den spezialisierten reinen Sende- bzw. Empfangsverstärkern ist der RX/TX-Booster nicht geeignet für Antenneninstallationen im Diversity-Mode, da hierbei der Sende- und Empfangsweg über getrennte Signalleitungen verläuft.

Montageort

Typischerweise werden diese Verstärker sehr nah an der Antenne plaziert um das Koaxialkabel zwischen Antenne und Verstärker möglichst kurz zu halten. Besonders im Empfangsweg ist die Vermeidung von Kabelverlusten vor dem Verstärker sehr wichtig. Darum sollten hier auch besonders hochwertige, dämpfungsarme Kabel eingesetzt werden.

Die Verstärker sind aktive Komponenten. Sie benötigen also eine Stromversorgung. Bei den meisten Verstärkern wird das Koaxialkabel zwischen WLAN-Gerät und Verstärker zur Stromübertragung mitverwendet. Dazu wird eine sogenannte Einspeiseweiche verwendet. Über diese Weiche wird die Versorgungsspannung von einem Steckernetzteil in das Koaxialkabel geschleust und zum Verstärker geleitet. Die Weiche sorgt dafür, daß die Versorgungsspannung nicht zum WLAN-Gerät gelangt und dieses beschädigen kann.

Bildmaterial mit freundlicher Genehmigung von:
WiMo Antennen und Elektronik GmbH, Herxheim

 
Web www.wlan-skynet.de