WLAN-Grundlagen: Funktechnik, Frequenzbänder und Kanäle einfach erklärt

In der Küche zeigt das Smartphone volle Balken, im Schlafzimmer zwei Wände weiter ruckelt das Video. In der Mietwohnung sieht die WLAN-Liste aus wie ein Telefonbuch, im Büro mit zehn Access Points stört trotzdem manchmal etwas. Woran liegt das? WLAN funktioniert über Funkwellen, und die folgen anderen Regeln als ein Kabel.

Im Beitrag LAN, WLAN und WAN hast du WLAN schon als „LAN per Funk“ kennengelernt. Hier lernst du die Technik dahinter. Das Wissen hilft dir bei der Planung, bei der Fehlersuche und bei der Frage, warum die Zahl auf der Verpackung nie erreicht wird.

Funkwellen: Frequenz und Wellenlänge

Beim WLAN werden Daten als elektromagnetische Wellen durch die Luft gesendet. Zwei Größen beschreiben eine Welle: die Frequenz in Hertz (Schwingungen pro Sekunde) und die Wellenlänge (Abstand zwischen zwei Wellenbergen). Beide hängen über die Lichtgeschwindigkeit zusammen:

λ = c ÷ f

λ = Wellenlänge in Metern
c = Lichtgeschwindigkeit ≈ 300.000.000 m/s
f = Frequenz in Hertz

Für die WLAN-Bänder ergibt das:

2,4 GHz: 300.000.000 ÷ 2.400.000.000 = 0,125 m = 12,5 cm
5 GHz:   300.000.000 ÷ 5.000.000.000  = 0,06 m  =  6 cm
6 GHz:   300.000.000 ÷ 6.000.000.000  = 0,05 m  =  5 cm

Die Faustregel daraus: Höhere Frequenz bedeutet kürzere Wellen. Kurze Wellen werden stärker von Wänden, Möbeln und Menschen gedämpft und kommen deshalb weniger weit. Dafür lassen sich auf höheren Frequenzen mehr und breitere Kanäle unterbringen, und damit höhere Datenraten.

Die Frequenzbänder

WLAN nutzt Bereiche, für die man keine Lizenz braucht, solange die Regeln für Sendeleistung und Nutzung eingehalten werden. Die drei Bänder im Überblick:

Band	Reichweite	Datenrate	Kanäle	Besonderheit
2,4 GHz	Groß, durchdringt Wände besser	Niedriger	Wenige, überlappend	Stark belegt, auch von Bluetooth, Mikrowellen und Funkgeräten genutzt
5 GHz	Mittel	Hoch	Viele	In Teilen mit Radarerkennung (DFS), weniger Störer
6 GHz	Kürzer	Sehr hoch	Viele, breite Kanäle	Nur mit Wi-Fi 6E und Wi-Fi 7, bisher kaum belegt

Welche Kanäle im jeweiligen Land erlaubt sind, ist gesetzlich geregelt und kann sich ändern. Die Zahlen in diesem Beitrag gelten für Europa und sind als Orientierung gedacht.

Kanäle: Wie sich WLANs den Platz teilen

Jedes Band ist in Kanäle eingeteilt. Ein WLAN belegt für seine Übertragung einen Kanal einer bestimmten Breite, meist 20 MHz oder mehr. Alle Geräte, die denselben Kanal nutzen, teilen sich die Übertragungszeit. Das Prinzip dazu kommt gleich.

Im 2,4-GHz-Band

Hier gibt es in Europa die Kanäle 1 bis 13. Sie liegen nur 5 MHz auseinander, ein WLAN ist aber 20 MHz breit. Dadurch überlappen sich benachbarte Kanäle stark. Ein Netz auf Kanal 3 stört auf Kanal 1 bis 5 mit. Ohne Überlappung gelingt nur der Abstand von fünf Kanälen: 5 × 5 MHz = 25 MHz, das reicht für ein 20-MHz-Signal. Üblich sind deshalb die Kanäle 1, 6 und 11. Manche Installationen nutzen in Europa auch 1, 5, 9 und 13, wobei dort die Kanäle enger zusammenliegen.

Alles dazwischen sollte man meiden. Zwei Netze auf demselben Kanal stören sich zwar auch, können aber noch miteinander „reden“ und die Übertragungszeit abstimmen. Überlappende Kanäle dagegen erzeugen nur Rauschen für den jeweils anderen. Das ist deshalb die schlimmere Variante.

Im 5-GHz- und 6-GHz-Band

Hier gibt es deutlich mehr Platz. Die 20-MHz-Kanäle überlappen nicht. In Europa sind im 5-GHz-Band vor allem die Kanäle 36 bis 64 und 100 bis 140 nutzbar. Ein Teil davon, insbesondere die Kanäle ab 52, verlangt DFS (Dynamic Frequency Selection): Der Access Point muss auf Radar achten und den Kanal wechseln, wenn er ein Radarsignal erkennt. Vor der Nutzung wartet er zudem etwa eine Minute. Die Kanäle 36 bis 48 sind davon in der Regel nicht betroffen und eignen sich gut, wenn ein stabiler Betrieb wichtig ist.

Die Kanalbreite

Neuere WLAN-Standards können mehrere Kanäle zu einem breiteren bündeln: 40, 80 oder 160 MHz. Ein doppelt so breiter Kanal bringt etwa die doppelte Datenrate. Der Preis: Er belegt mehr Platz, und es bleiben weniger Kanäle für andere Access Points übrig.

Kanalbreite	Datenrate	Nutzbare Kanäle im 5-GHz-Band (Größenordnung)	Typischer Einsatz
20 MHz	Basis	Viele	Dichte Umgebungen, viele Access Points
40 MHz	etwa 2-fach	Etwa halb so viele	Büros mit mehreren Access Points
80 MHz	etwa 4-fach	Wenige	Wohnungen, einzelne Access Points
160 MHz	etwa 8-fach	Sehr wenige	Spezielle Anwendungen mit viel freiem Spektrum

Das ist eine Abwägung: Wenige Access Points mit breiten Kanälen sind schnell, viele Access Points mit schmalen Kanälen stören sich weniger.

Signalstärke: dBm und dB

Die Stärke eines Funksignals wird in dBm angegeben. Das ist eine logarithmische Skala, bezogen auf 1 Milliwatt:

dBm = 10 × log10(P ÷ 1 mW)

1 mW   =  0 dBm
10 mW  = 10 dBm
100 mW = 20 dBm

Die 20 dBm entsprechen einer Sendeleistung von 100 mW. Das ist in Europa die Obergrenze (genau gesagt der äquivalenten Strahlungsleistung) im 2,4-GHz-Band. Die Regeln im 5-GHz-Band sind teils großzügiger, hängen aber vom Kanal ab.

Bei der Rechnung mit Dezibel gibt es zwei Merkregeln:

• +3 dB bedeutet etwa die doppelte Leistung, −3 dB die halbe.
• +10 dB bedeutet das Zehnfache, −10 dB ein Zehntel.

Am Empfänger kommen nur winzige Leistungen an, deshalb sind die Werte negativ. Die Empfangsstärke nennt man RSSI. Als grobe Richtwerte gelten:

Empfangsstärke	Bewertung
−50 dBm oder besser	Sehr gut
−50 bis −67 dBm	Gut, reicht für Sprache und Video
−67 bis −75 dBm	Brauchbar für einfaches Surfen
−75 bis −85 dBm	Schwach, Verbindungsabbrüche möglich
unter −85 dBm	Praktisch unbrauchbar

Je weiter der Wert gegen null geht, desto stärker das Signal: −50 dBm ist besser als −80 dBm. Dazu kommen die Dämpfungen auf dem Weg. Grobe Richtwerte, die stark schwanken: Eine Gipskartonwand kostet wenige dB, eine Ziegelwand mehr, Stahlbeton und Metall sehr viel. Auch Wasser dämpft Funk, das gilt für Aquarien und für Menschen.

Wie eine WLAN-Verbindung aufgebaut wird

Die Beteiligten sind der Access Point und die Clients (auch Stationen genannt). Das WLAN trägt einen Namen, die SSID. Zusätzlich hat jede Funkschnittstelle eines Access Points eine eigene MAC-Adresse, die BSSID. Sie identifiziert genau diese Funkzelle. Stehen mehrere Access Points mit derselben SSID im Gebäude, bilden sie ein gemeinsames WLAN, und die Clients können beim Gehen von einem zum nächsten wechseln. Das nennt man Roaming.

Der Access Point sendet regelmäßig kleine Rundrufe, die Beacons, etwa alle 100 Millisekunden. Darin steht, wie das WLAN heißt und was es kann. So finden Clients ein WLAN. Der Verbindungsaufbau besteht aus Suchen, Anmelden (Authentifizierung) und Zuordnen (Assoziation). Die Verschlüsselung, die dabei ausgehandelt wird, behandelt der nächste Beitrag zur WLAN-Sicherheit.

Wer darf wann senden? CSMA/CA

Auf einem Kanal kann zur selben Zeit nur ein Gerät senden. Wer gleichzeitig sendet, stört sich gegenseitig. Anders als im Kabel kann ein WLAN-Gerät auch nicht beim Senden zuhören und Kollisionen erkennen. Deshalb gilt das Verfahren CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), Kollisionsvermeidung statt Kollisionserkennung:

1. Das Gerät horcht, ob der Kanal frei ist.
2. Ist er belegt, wartet es eine zufällige Zeit.
3. Ist er frei, sendet es.
4. Der Empfänger bestätigt den Erhalt mit einer kurzen Rückmeldung (ACK). Bleibt sie aus, wird das Paket erneut gesendet.

Daraus folgt eine zentrale Eigenschaft: Das WLAN ist ein geteiltes Medium. Je mehr Geräte auf einem Kanal senden wollen, desto weniger Übertragungszeit hat jedes. Bei 10 Geräten, die sich einen Kanal mit einem Netto-Durchsatz von 300 Mbit/s teilen, bleiben im Schnitt etwa 30 Mbit/s je Gerät.

Luftzeit: Warum ein langsames Gerät alle bremst

Die Übertragungszeit auf dem Kanal heißt Luftzeit. Ein Gerät mit schlechter Verbindung sendet mit niedriger Datenrate und belegt für dieselbe Datenmenge viel mehr Luftzeit. Ein Beispiel mit einer Datei von 100 MB, also 800 Mbit:

Bei 54 Mbit/s:   800 ÷ 54  ≈ 14,8 Sekunden Luftzeit
Bei 600 Mbit/s:  800 ÷ 600 ≈  1,3 Sekunden Luftzeit

Das schwache Gerät belegt den Kanal gut elfmal länger. In dieser Zeit müssen alle anderen warten. Deshalb machen ein altes Gerät oder ein Gerät am Rand der Reichweite oft das ganze WLAN langsamer.

Datenrate: Was auf der Verpackung steht und was ankommt

Die Datenrate hängt von mehreren Faktoren ab: Kanalbreite, Zahl der Antennenpfade (MIMO), Modulation (wie viele Bits pro Funksymbol) und Signalqualität. Die Standards erreichen als theoretische Höchstwerte:

Bezeichnung	Standard	Theoretischer Höchstwert
Wi-Fi 4	IEEE 802.11n	600 Mbit/s
Wi-Fi 5	IEEE 802.11ac	rund 6,9 Gbit/s
Wi-Fi 6	IEEE 802.11ax	rund 9,6 Gbit/s
Wi-Fi 7	IEEE 802.11be	rund 46 Gbit/s

Diese Werte gelten für Geräte mit sehr vielen Antennen und sehr breiten Kanälen, die es in Smartphones nicht gibt. Ein typisches Smartphone hat zwei Antennenpfade. Mit Wi-Fi 6, einem 80-MHz-Kanal und zwei Pfaden erreicht es eine Verbindungsrate von rund 1,2 Gbit/s. Das ist die Brutto-Rate auf der Funkstrecke. Der Netto-Durchsatz, den du bei einem Download misst, liegt grob bei der Hälfte oder darunter, weil Steuerinformationen, Bestätigungen und Wartezeiten mitzählen und weil alle Geräte sich den Kanal teilen.

Planung: Lieber mehrere kleine Zellen

Beim Planen eines WLANs in einem Gebäude gilt: Es geht um Abdeckung und Kapazität, nicht um die höchste Sendeleistung. Ein einzelner starker Access Point erreicht zwar weit, aber die Clients können mit ihrer geringen Sendeleistung nicht zurückrufen. Außerdem teilen sich alle den einen Kanal. Besser sind mehrere Access Points mit mäßiger Leistung und kleinen Funkzellen.

• Benachbarte Access Points bekommen verschiedene Kanäle. Im 2,4-GHz-Band wechselt man zwischen 1, 6 und 11, im 5-GHz-Band zwischen nicht überlappenden Kanalblöcken.
• Die Zellen überlappen sich leicht, damit Roaming ohne Lücke klappt.
• Per Kabel anbinden. Access Points hängen am besten über Ethernet am Switch, wie im Beitrag Switch, Router, Access Point und Firewall beschrieben. Oft versorgt PoE sie gleichzeitig mit Strom.
• 5 GHz bevorzugen, 2,4 GHz nur für Geräte, die nichts anderes können.
• Zentral montieren, möglichst an der Decke und mit freier Sicht, nicht im Schrank.
• Vor Ort messen. Ein Standort-Survey mit einem Messgerät oder einer App zeigt tatsächliche Signalstärken.

Praxisbeispiel: Zwei Access Points im Obergeschoss

Im Obergeschoss der Firma hängen zwei Access Points, jeder über PoE am Switch. Der Administrator legt die Kanäle fest. Im 5-GHz-Band nutzt er eine Kanalbreite von 40 MHz. Dann belegt AP1 die Kanäle 36 und 40, AP2 die Kanäle 44 und 48. Sie überlappen nicht, und beide Blöcke liegen außerhalb des DFS-Bereichs, sodass keine Kanalwechsel durch Radar drohen. Im 2,4-GHz-Band bekommt AP1 den Kanal 1 und AP2 den Kanal 6, jeweils mit reduzierter Sendeleistung, damit die Zellen klein bleiben. Mit 80 MHz Breite hätten beide in denselben Block 36 bis 48 gepasst und sich gegenseitig gestört.

Mitarbeiter und Gäste bekommen unterschiedliche WLANs (SSIDs), die jeweils in einem eigenen VLAN enden. Der Access Point hängt dafür an einem Trunk-Port, wie im Beitrag Access Port und Trunk Port beschrieben.

Das WLAN am eigenen Rechner analysieren

Unter Windows zeigt dir die Eingabeaufforderung mit diesem Befehl die Details deiner aktuellen Verbindung:

netsh wlan show interfaces

Du siehst unter anderem SSID, BSSID, Funkkanal, Funktyp (zum Beispiel 802.11ac), Empfangs- und Übertragungsrate und die Signalqualität in Prozent. Welche WLANs in der Umgebung sichtbar sind, mit Kanal und Signal, zeigt:

netsh wlan show networks mode=bssid

Daran erkennst du, ob dein Kanal von vielen Nachbarn genutzt wird. Unter Linux liefert nmcli eine ähnliche Übersicht:

nmcli device wifi list

Die Liste zeigt SSID, Kanal, Datenrate und Signalstärke der Netze in Reichweite. Mit dem Programm iw (falls installiert) bekommst du mit iw dev wlan0 link Details zur aktuellen Verbindung. Der Name der Schnittstelle kann bei dir anders lauten.

Fehlersuche: Das WLAN ist langsam oder instabil

Beobachtung	Mögliche Ursache	Maßnahme
Langsam, viele Netze in der Umgebung sichtbar	Kanal wird von vielen genutzt oder Kanäle überlappen	Kanal wechseln, auf 5 GHz ausweichen
Signal schwach (unter −75 dBm)	Zu weit entfernt, zu viele Wände	Access Point näher platzieren oder zusätzlichen ergänzen
Aussetzer zu bestimmten Zeiten	Störquelle wie Mikrowelle, Babyphone, Funkkamera	Auf 5 GHz wechseln, Störer entfernen
Alle Geräte werden langsamer, wenn ein altes Gerät verbunden ist	Geringe Datenrate belegt viel Luftzeit	Altes Gerät auf eigenes Band oder SSID legen, ersetzen
Viele Geräte, Durchsatz bricht ein	Zu viele Clients auf einem Access Point	Weitere Access Points, schmalere Kanäle
Gerät bleibt am entfernten Access Point hängen	Roaming zu träge	Sendeleistung anpassen, Roaming-Funktionen aktivieren
Kurze Unterbrechungen im 5-GHz-Band	DFS-Kanalwechsel wegen Radar	Kanal außerhalb des DFS-Bereichs wählen (zum Beispiel 36 bis 48)

Typische Fehler und Missverständnisse

• „Mehr Sendeleistung ist besser.“ Clients können nicht mit gleicher Stärke antworten. Besser sind mehrere kleine Zellen.
• „Die Rate auf der Verpackung bekomme ich.“ Sie ist ein Höchstwert. Der Netto-Durchsatz liegt grob bei der Hälfte oder darunter.
• „5 GHz ist immer besser.“ Es ist schneller, hat aber weniger Reichweite. Bei großer Entfernung kann 2,4 GHz stabiler sein.
• Kanäle dazwischen wählen. Im 2,4-GHz-Band entstehen so überlappende Störungen. Nutze 1, 6 oder 11.
• Kanalbreite immer auf den höchsten Wert stellen. Dann bleibt kein Platz für andere Access Points.
• Repeater als verlustfreie Erweiterung sehen. Er halbiert oft die nutzbare Datenrate.
• Access Point im Schrank oder hinter dem Fernseher. Metall und Geräte dämpfen stark.
• WLAN-Problem mit Internetproblem gleichsetzen. Das WLAN kann tadellos laufen, während der Internetzugang gestört ist, und umgekehrt.

Zum Üben

1. Berechne die Wellenlänge für 5 GHz.
2. Warum hat 5 GHz eine kürzere Reichweite als 2,4 GHz?
3. Welche drei Kanäle im 2,4-GHz-Band überlappen sich nicht?
4. Wie viele dBm entsprechen 100 mW?
5. Was bedeutet eine Änderung um +3 dB, was um −10 dB?
6. Eine Datei mit 800 Mbit wird mit 100 Mbit/s netto übertragen. Wie lange dauert das? Zehn Geräte teilen sich 300 Mbit/s netto. Wie viel bleibt im Schnitt je Gerät?
7. Warum bremst ein Gerät mit niedriger Datenrate das ganze WLAN?
8. Beschreibe die vier Schritte von CSMA/CA.

Lösungen: (1) 300.000.000 ÷ 5.000.000.000 = 0,06 m, also 6 cm. (2) Höhere Frequenz bedeutet kürzere Wellen, die stärker gedämpft werden. (3) 1, 6 und 11. (4) 20 dBm. (5) +3 dB sind etwa die doppelte Leistung, −10 dB ein Zehntel. (6) 800 ÷ 100 = 8 Sekunden. 300 ÷ 10 = 30 Mbit/s je Gerät. (7) Es belegt für dieselbe Datenmenge viel mehr Luftzeit, und alle anderen müssen warten. (8) Kanal abhören, bei Belegung zufällig warten, bei freiem Kanal senden, Empfang per ACK bestätigen lassen und bei fehlendem ACK wiederholen.

Das solltest du dir merken

• WLAN überträgt Daten per Funk. Höhere Frequenz bedeutet kürzere Wellenlänge, höhere Datenrate und kürzere Reichweite (λ = c ÷ f).
• Die Bänder sind 2,4 GHz (weit, überfüllt), 5 GHz (schnell, viele Kanäle, teils mit DFS) und 6 GHz (nur Wi-Fi 6E und 7).
• Im 2,4-GHz-Band überlappen sich Kanäle. Sauber sind nur 1, 6 und 11.
• Breitere Kanäle sind schneller, lassen aber weniger Platz für andere Access Points.
• Signalstärke misst man in dBm: −50 ist sehr gut, −75 schwach. +3 dB bedeutet doppelte Leistung.
• Das WLAN ist ein geteiltes Medium (CSMA/CA). Langsame Geräte kosten Luftzeit.
• Plane mehrere kleine Zellen mit verschiedenen Kanälen, Kabelanbindung und leichter Überlappung.

Funk ist praktisch, hat aber einen Haken: Jeder in Reichweite kann mithören. Wie du dein WLAN so absicherst, dass nur Berechtigte hineinkommen und niemand mitliest, zeigt der nächste Beitrag: WLAN-Sicherheit.