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Das Signal-to-Noise Ratio (SNR). Es sollte größer als 20 dB sein.

Veröffentlicht von empy
Lesezeit: 3 Minuten

Was macht ein WLAN zu einem guten WLAN? Über den TCP Throughput zur Beurteilung von WLAN-Qualität habe ich bereits in einem anderen Artikel gesprochen. Natürlich spielt auch die Abdeckung durch die eigentliche Funkzelle eine Rolle. Denn was nützt ein schnelles WLAN, wenn es am Home-Office-Arbeitsplatz, der Spielkonsole oder dem Fernseher überhaupt nicht ankommt?

Gut gemachtes WLAN sollte daher der verfügbaren Datenrate am Nutzungsort einen großen Stellenwert einräumen – und zwar aus Sicht des Endgerätes. Das Signal-to-Noise Ratio verbindet die beiden Aspekte Throughput und Räumlichkeit, indem es mehr oder weniger aufwändige Modulationsverfahren in Abhängigkeit der Entfernung vom Access Point erlaubt.

Qualität des empfangenen Signals und Noise Floor: Der Signal-Rausch-Abstand

Bei den Überlegungen zum empfangenen Signal hilft folgende Faustregel: Mit steigender Entfernung von Endgerät zum Access Point sinkt die Signalstärke beim Empfänger. Dies liegt unter anderem an der Freiraumdämpfung (FSPL). Pro Verdopplung der Entfernung viertelt sich die Signalstärke bis sie so schwach wird, dass sie nicht mehr als eindeutiges Signal wahrnehmbar ist. Das Signal verliert sich im sogenannten Grundrauschen, auch Noise Floor genannt.

In der Folge liegt die Signalstärke auf Empfängerseite zwangsläufig zwischen dem Grundrauschen und etwa -30 dBm. 30 dBm ist die maximal erlaube Sendeleistung im 5-GHz-WLAN. Das Grundrauschen entsteht durch viele kleine Signale im Funkspektrum, die sich wie oben verloren haben. Übliche Werte liegen bei etwa -95 dBm. Das Grundrauschen ist immer vorhanden.

Stellt euch nun einen Raum vor, in dem mehrere Personen miteinander sprechen. Dieses Gemurmel ist sozusagen das Grundrauschen. Möchtet ihr euch mit einer Person in diesem Raum unterhalten, müsst ihr lauter sprechen als dieses Gemurmel. Ihr müsst es gewissermaßen übertönen. Umso lauter ihr das tut, umso besser kann man euch verstehen. Wenn ihr leiser sprecht, muss euer Gegenüber besser zuhören, um eure Worte zu verarbeiten.

SignalqualitätSignalstärkeSNR
Hervorragend-40 dBm55 dB
Stark-60 dBm35 dB
Akzeptabel-70 dBm25 dB
Schwach-80 dBm15 dB
Sehr schwach-90 dBm5 dB
Noise Floor-95 dBm0 dB
Abstand zwischen Signal und Grundrauschen ergibt die SNR.

Mit den oben beschriebenen Begriffen lässt sich das Signal-to-Noise Ratio (SNR) sehr einfach erklären. Es ist das Verhältnis von Empfangssignal-zu-Grundrauschen, daher Signal-to-Noise. Verhältnis meint hier den Abstand beider Werte, welcher mathematisch dann in dB ausgedrückt werden muss. Wenn der Abstand von Empfangssignal und Grundrauschen zu gering ausfällt, kann ein WLAN-Empfänger den Datenstrom nicht mehr erkennen. Gemäß obigem Beispiel würden eure Worte einfach im Gemurmel untergehen. Ihr müsstet entweder lauter sprechen oder die anderen Personen müssten leiser sein. In beiden Fällen könnte euch euer Gegenüber dann wieder verstehen.

Das Signal-to-Noise Ratio

Der Abstand entscheidet über Stabilität und Geschwindigkeit

Wenn das empfangene Signal also sehr nah am Grundrauschen liegt, lässt sich das Signal nicht eindeutig verstehen. Die Amplituden des WLAN-Signals und des Grundrauschens sind sich dann so ähnlich, dass das Funksignal nicht mehr eindeutig identifiziert und vom Grundrauschen unterschieden werden kann. Die Erfahrungswerte besagen, dass bei einem SNR von nur 10 dB die WLAN-Signale aufgrund von Erkennungsfehlern am Empfänger mehrmals übermittelt werden müssen. Die sogenannte Retransmission Rate schießt dann auf bis zu 50%. Das bedeutet, dass die Hälfte aller Datenpakte im WLAN erneut übertragen werden muss. Die Geschwindigkeit der Datenübertragung sinkt dementsprechend. Liegt das SNR unter 10 dB ist sogar der komplette Abbruch der WLAN-Verbindung möglich.

Gute Werte für die SNR liegen bei 20 dB und darüber. Ab 25 dB SNR sind recht zuverlässige VoWLAN- und VoIP-Verbindung möglich. Zudem gilt: Je höher das Signal-to-Noise Ratio ist, desto höhere Datenraten sind möglich. Denn wenn die Signale eindeutig verarbeitet werden können, können empfindlichere Modulations- und Codierungsverfahren (MCS) für die Übertragung eingesetzt werden. Komplexe MCS-Verfahren setzen einwandfreie Signalqualität voraus, ansonsten können die Informationen nicht mehr ausgewertet werden und eine erneute Datenübertragung ist erforderlich.

Das erklärt auch, warum die Datenraten mit steigender Entfernung zum Access Point abnehmen. Wie oben beschrieben viertelt sich pro Verdopplung der Entfernung vom Access Point die Stärke des WLAN-Signals und somit auch dessen Amplitude. Der Abstand zum Grundrauschen und somit auch die SNR sinkt um das Vierfache. Für empfindliche aber schnelle Modulationsarten fehlt dann der notwendige Rausch-Abstand und es muss eine fehlertolerantere Modulationsart verwendet werden.

Ein nützliches Dokument aus der Cisco-Community zeigt den Zusammenhang zwischen SNR und den maximal möglichen Modulationsarten auf. Demnach braucht man für 256-QAM eine minimale SNR von 29 dB. 256-QAM ist das schnellste Modulationsverfahren, das bei Wi-Fi 5 zum Einsatz kommt. Damit können 8 Bits pro Symbol übertragen werden. 20 dB reichen immerhin noch für 64-QAM bei Wi-Fi 4. (6 Bits pro Symbol). Hier können bereits wenige Meter Abstand darüber entscheiden, welches der beiden Verfahren zum Einsatz kommt. Mit zwei verbauten Antennen und 40 MHz Kanalbreite (short guard interval) ist das eine Veränderung der Datenrate von immerhin 100 MBit/s.

MCS Index VHT 9 - HT 15:
400 MBit/s - 300 MBit/s = 100 MBit/s

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