Inhaltsverzeichnis Kapitel 1

1. Einführung

1.1 Die Einführung des 5-GHz-Bands in Geräte der Firma Apple ab dem Jahr 2006
1.1.1 Airport Extreme 802.11n, Version 2007: Repertoire der Kanäle und Bandbreiten in Europa und den USA
1.1.2 War die Verweigerung des 40 MHz weiten Kanals im 5-GHz-Band geschäftspolitisch motiviert?
1.1.3 Die 802.11n-Module in Apples Klient-Geräten — verweigerten auch sie den Betrieb im 40 MHz weiten Kanal?

1.2 Die Geschichte des WLAN im 5-GHz-Band 1996 - 1999 - 2002 - 2003 - 2004 - 2006 und die Umsetzung der Vorschriften in der AirPort Extreme 802.11n des Jahrgangs 2007 (Kurzfassung)
1.2.1 Europa (1996, 1999, 2002, 2006)
1.2.2 USA (1997 bis 2004)

Hinweis:
Anmerkungen erscheinen jeweils im Anschluss an das Hauptkapitel. Die Anmerkungen [1-1], [1-2], zum Beispiel, folgen im Anschluss an das Hauptkapitel 1.

[Hinweis Ende]

1. Einführung

Kapitel 1.1 beschreibt die Anfänge der Implementierung des 5-GHz-WLAN im Apple AirPort (Klient-Geräte und Basisstation). Kapitel 1.2 erörtert behördliche Auflagen für den Betrieb im 5-GHz-Band, denen die Konstrukteure der Basisstation gerecht werden mussten.


1.1 Die Einführung des 5-GHz-Bands in Geräte der Firma Apple ab dem Jahr 2006

WLAN im 5-GHz-Band war bei Apple erstmals in den Intel-Macs ab Januar 2006 verfügbar. Ersatzkarten mit einer Funktion im 5-GHz-Band wurden auch für Macs schon vorher angeboten. Nachfolgend geht es jedoch vorwiegend um Apples AirPort Basis-Station.



1.1.1 Airport Extreme 802.11n, Version 2007: Repertoire der Kanäle und Bandbreiten in Europa und den USA

Im Januar 2007 erschien die erste Generation der Apple AirPort Extreme 802.11n Base Station. Das ist die erste AirPort Basisstation, die WLAN (Wi-Fi) auch im 5-GHz-Band und nicht nur in dem bis dahin von Apple bevorzugten 2,4-GHz-Band bereitstellen kann (Anmerkung [1-1]). Jedoch lieferte Apple Klient-Geräte, die mit Signalformen des Standards 802.11 im 5-GHz-Band umgehen können, schon seit Januar 2006 in der Form der WLAN-Karten 802.11a/b/g der Intel-Macs [1-2].

Bei der Anwendung der AirPort Extreme 802.11n in Deutschland und einigen anderen Ländern im 5-GHz-Band unterband Apple unerwartet den im Standard „High Throughput (HT)“ optional vorgesehenen Betrieb mit 104 Trägern im 40 MHz weiten Kanal. Außerhalb des Apple-Universums waren solche Beschränkungen in Deutschland anscheinend kein Thema.

Zwei technische Beweggründe diskutiere ich kurz im Kapitel 1.2 und ausführlich im Kapitel 4. Diese technisch motivierten Beweggründe reichen allerdings nicht aus, das Bandbreitendefizit der AirPort Extreme in Deutschland zu erklären, denn die Voraussetzungen dafür waren schon im Februar 2006 entfallen — ein Jahr bevor die AirPort Extreme 802.11n auf den Markt kam. Es muss also Ungeschicklichkeit und unzulängliche Kommunikation bei Apple hinzu gekommen sein. Einen geschäftspolitisch motivierten Beweggrund erörtere ich im Kapitel 1.1.2.

Dass bis zum Jahr 2004 die Regeln in den USA gegenüber Europa abwichen, spielte wohl eine Rolle dabei, wie Apple den 5-GHz-Funk auf der AirPort Extreme ausführte, und es scheint, dass Apple Anfang 2007 ein Produkt auf den Markt brachte, dessen Konzept auf einer Lösung für die Anfang der 2000-er Jahre in den USA geltenden Regeln beruhte und das die in Europa formulierte und seit 2004 auch in den USA geltende Vorschrift „Dynamic Frequency Selection“ (DFS, siehe Kapitel 2.7) nicht ausführen konnte. Auszuführen ist sie in den im Frequenzbereich 5250 MHz bis 5730 MHz liegenden Kanälen 52 bis 144, und folglich standen in Europa im 5-GHz-Band nur die Kanäle 36, 40, 44 und 48 zur Verfügung.

In den USA konnte die Airport Extreme des Jahrgangs 2007 zudem die Kanäle 149, 153, 157 und 161 anbieten (Kapitel 3). Diese liegen in einem Frequenzbereich, der in den Ländern der Europäischen Gemeinschaft auch heutzutage nicht in der Allgemeinzuteilung von Frequenzen für WLAN-Netzwerke ausgewiesen wird und der durch WLAN allenfalls nach den Regeln der Allgemeinzuteilung für Short Range Devices (SRD) genutzt werden kann (Kapitel 2.1, Hinweis 5). Großbritannien hingegen folgt seit 2017 dem Vorbild USA, siehe Kapitel 5.13.



1.1.2 War die Verweigerung des 40 MHz weiten Kanals im 5-GHz-Band geschäftspolitisch motiviert?

Die vier 20 MHz weiten Kanäle 36, 40, 44 und 48 können laut dem Standard IEEE 802.11n wie folgt zu zwei 40 MHz weiten Kanälen gebündelt werden: 36 mit 40 und 44 mit 48. Zwei Kanäle reichen jedoch nicht für die Bildung von ausgedehnten Netzwerken mit mehreren überlappungsfrei operierenden WLAN-Zugangspunkten.

Unter der Voraussetzung, dass der AirPort Extreme 802.11n des Jahrgangs 2007 in Österreich und Deutschland nur diese Kanäle zur Verfügung standen, stellt sich dann jedoch die Frage, warum Apple beim Betrieb dieses Geräts in der Schweiz die Bildung von 40 MHz weiten Kanälen nicht unterbunden hat. Standen dort zusätzlich auch die Kanäle 52 bis 64 und vielleicht weitere ab Kanal 100 zur Verfügung, obwohl die Box die Funktion DFS nicht anzuwenden vermochte? Ich halte das für unwahrscheinlich. Im Jahr 2018 jedenfalls orientierte sich das Bundesamt für Kommunikation (BAKOM) bzw. das Swiss Federal Office of Communication (OFCOM) an den in der Europäischen Gemeinschaft geltenden Voraussetzungen. Und auch die vergangene Webseite http://www.wlan-skynet.de/docs/rechtliches/sendeleistung.shtml gab im Jahr 2006 hinsichtlich der Schweiz dieselbe Auskunft.



1.1.3 Die 802.11n-Module in Apples Klient-Geräten — verweigerten auch sie den Betrieb im 40 MHz weiten Kanal?

Ob die im Mac gelieferten WLAN-Karten im 5-GHz-Band den 40 MHz weiten Kanal von Anfang an unterstützt haben, ist mir nicht bekannt.

Die Frage ist nämlich: Haben Apples im Mac gelieferte 802.11n-Karten anfangs im 5-GHz-Band auch dann nicht den Modus „40 MHz HT“ verwendet, wenn sie mit Zugangspunkten anderer Hersteller verbunden waren, die ihn anboten? Im Gegensatz zur Basisstation dürfen Klient-Geräte auch dann die der DFS-Regelung unterliegenden Kanäle des 5-GHz-Bands benutzen, wenn sie nicht über einen Radarsensor verfügen. Ihnen ist dann lediglich auferlegt, nur in solchen DFS-Kanälen zu senden, in denen eine Basisstation ein Netzwerk betreibt. Wenn ein Klient-Gerät diese leicht zu erfüllende Bedingung erfüllte, gab es einen technischen Grund, den Modus „40 MHz HT“ auszulassen nur dann, wenn Apple sich zunächst noch an der im Jahr 2002 erlassenen Verfügung der deutschen Regulierungsbehörde orientierte und dabei der im Kapitel 1.2.1 skizzierte Beweggrund 1 („In Deutschland ist nur die Bandbreite 20 MHz erlaubt“) zutraf.





1.2 Die Geschichte des WLAN im 5-GHz-Band 1996 - 1999 - 2002 - 2003 - 2004 - 2006 und die Umsetzung der Vorschriften in der AirPort Extreme 802.11n des Jahrgangs 2007 (Kurzfassung)

1.2.1 Europa (1996, 1999, 2002, 2006)

Ende 2002 veröffentlichte die „Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post“ (RegTP) die Verfügung 35/2002 für eine Allgemeinzuteilung von Frequenzen im 5-GHz-Band für die Nutzung durch WLAN-Stationen. Im Archiv der Pressemitteilungen der Bundesnetzagentur ist diese Version erhalten geblieben (pdf): .

Die Allgemeinzuteilung in der Version von 2002 basiert auf der im Jahr 1999 veröffentlichten Empfehlung „ERC/DEC/(99)23“ des European Radiocommunications Committee, sie bringt jedoch gegenüber dem Vorschlag zwei Ergänzungen an. Im Kapitel 4 beschreibe ich jene für die Ausführung der Airport Extreme 802.11n möglicherweise kritischen Details dieser Ergänzungen, die die Entwickler der Europa-Version der AirPort Extreme 802.11n dazu gebracht haben können, der Station beim Betrieb in Deutschland im 5-GHz-Band das im Standard „High Throughput (HT)“ optional vorgesehene Aussenden von 104 Trägern im 40 MHz weiten Kanal zu untersagen. Als mögliche Beweggründe für die Begrenzung der Kanalweite auf 20 MHz bei der Umsetzung der Regelung des Jahres 2002 erkenne ich:

1. Die in Deutschland und anderen Ländern Europas geltenden Auflagen verbieten vermeintlich den Betrieb im 40 MHz weiten Kanal (Kapitel 4.1).

Und wenn Apple nicht diesem Missverständnis erlegen ist, dann gilt vielleicht:

2. Apple hat in der Firmware der AirPort Extreme nur die im Kapitel 4.2 beschriebene Minimalvariante der Vorschrift implementiert. Die unter diesen Umständen gemäß der bis Anfang 2006 in Deutschland geltenden Regelung realisierbare Sendeleistung 30 mW EIRP hat Apple möglicherweise als ungünstig niedrig für den Betrieb im 40 MHz weiten Kanal angesehen.

Dieser zweite Beweggrund wäre der Ausdruck einer selbstbeschränkten Umsetzung der Regelung des Jahres 2002.

Die AirPort Extreme 802.11n erschien jedoch 11 Monate nachdem die Bundesnetzagentur im Februar 2006 eine bereinigte Version (Vfg 8 / 2006) der Allgemeinzuteilung ohne die möglicherweise störenden Zusätze veröffentlicht hat. Diese Version gab keinen Anlass für auch nur einen der genannten Beweggründe.


Dem ERC/DEC/(99)23 ging ERC/DEC/(96)03 voraus, in dem Regeln für die Nutzung des Frequenzbereichs 5150 MHz bis 5250 MHz durch Geräte des seinerzeit in Entwicklung befindlichen WLAN-Systems HiPerLAN 2 vorgeschlagen wurden. Mir ist nicht bekannt, dass die RegTP eine darauf beruhende Verfügung erlassen hat. Dieses Dokument ist vor allem deshalb interessant, weil die dort für den genannten Frequenzbereich vorgeschlagenen Regelungen in der Nachfolgeversion beibehalten wurden und somit diesem Bereich nicht wie den 1999 hinzugefügten Frequenzbereichen die Regelung „Transmit Power Control (TPC)“ auferlegt ist (Kapitel 2.1 und 2.6). Für das Anwenden der „Dynamic Frequency Selection (DFS)“ und ihrer Nebenbedingungen (Kapitel 2.1 und 2.7) zum Schutz eines den Boden abtastenden Radars gibt es in diesem Frequenzbereich ohnehin keinen Anlass.



1.2.2 USA (1997 bis 2004)

Das Dokument IEEE Std 802.11a, das die Ausführung von WLAN im 5-GHz-Band beschreibt, wurde 1999 veröffentlicht, und die für die USA zuständige Regulierungsbehörde Federal Communications Commission (FCC) hat dazu im Frühjahr 1997 zwei insgesamt 300 MHz weite Frequenzbereiche zum allgemeinen Gebrauch ausgewiesen (Kapitel 3). Für die Verwendung in Geräten der Endkunden geeignete Chipsätze standen ab dem Jahr 2001 zur Verfügung. Sie wurden jedoch nur zögernd angenommen und erlangten erst ab dem Jahr 2003 mit dem Erscheinen von 802.11a/b/g-Karten für die Klient-Geräte Verbreitung.

Im Jahr 2003 fügte die Ergänzung IEEE Std 802.11h Protokollelemente hinzu, die das Ausführen der in Europa vorgeschriebenen Störungsminderungstechniken TPC und DFS begleiten (Kapitel 2.1, 2.6, 2.7). Im Jahr 2004 erließ die FCC derartige Regelungen auch für ihren Bereich und fügte dem WLAN das zuvor schon in Europa freigegebene Frequenzband 5470 MHz bis 5725 MHz (entsprechend K 100 bis K 140) hinzu (Kapitel 3, Kapitel 5.3, Kapitel 5.10).

Die in den USA ausgelieferte Version der AirPort Extreme ließ die der DFS-Regelung unterliegenden Kanäle ungenutzt (Kapitel 5.3). Damit standen der AirPort Extreme dort acht der in IEEE 802.11-2007 für den Gebrauch in den USA definierten dreiundzwanzig 20 MHz weiten Kanäle zur Verfügung. Erst die AirPort Extreme 802.11ac erweiterte auch in den USA das Repertoire um einen Großteil der DFS-Kanäle (Kapitel 5.10).



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Anmerkung [1-1]

Anlässlich der Vorstellung der AirPort Extreme Base Station 802.11g im Januar 2003 hatte Apple dem WLAN im 5-GHz-Band in der Form der damals verfügbaren Technik 802.11a eine Absage erteilt. ZDNet berichtete: „Apple: 802.11a makes no sense“ . CNet veröffentlichte denselben Text unter der Überschrift „Apple: There's no "a" in Wi-Fi“.

Beginnend im Frühjahr 2002 hatten Anbieter 802.11a als überlegene Alternative zu dem im 2,4-GHz-Band arbeitenden 802.11b propagiert und setzten voraus, dass die mobilen Geräte mit einer nur für das 802.11a-Netzwerk geeigneten Netzwerkkarte ausgestattet werden. Der Einsatz in unternehmenskritischen Anwendungen würde den höheren Aufwand (engmaschigeres Netzwerk im Vergleich zu 2,4 GHz und höherer Preis für die Komponenten) rechtfertigen. Mit dem von der älteren Apple AirPort Base Station bereitgestellten 802.11b-Netzwerk konnten sich solche Karten nicht verbinden. Apple erteilte nun anscheinend im 5-GHz-Band betriebenen Netzwerken generell eine Absage, nachdem andere Hersteller im Frühherbst 2002 schon Zwei-Band-Karten des Typs 802.11a/b herausgebracht hatten. Ende 2002 folgten entsprechend ausgestattete WLAN-Zugangspunkte und Router, die drahtlose Netzwerke gleichzeitig in beiden Frequenzbändern anbieten. Im Jahr 2003 folgten Lösungen, die 802.11a mit 802.11b/g kombinieren.

Ironie der Technikgeschichte: Apple war einer der Bitsteller, die die FCC (Federal Communications Commission) ab 1995 erfolgreich zu einer Regelung für eine nicht lizenzpflichtige Nutzung des 5-GHz-Bands für lokale Kommunikation trieben („Grazing on the Commons: The Emergence of Part 15“, Henry Goldberg, , Seite 4, Abschnitt U-NII). Jedoch entschied sich Apple für die eher verfügbare und absehbar preisgünstigere Technik des IEEE 802.11b im zuvor mit Argwohn betrachteten 2,4-GHz-Band (Apples „AirPort“ im Jahr 1999).


802.11g ist 802.11a bei den Datenraten unter Umständen unterlegen:

Der 802.11g-Modus in Apples Basisstation des Jahres 2003 benutzt zwar jenes Mehrträger-Übertragungsverfahren, das ursprünglich für 802.11a formuliert worden ist, und 802.11g und 802.11a können somit dieselben Datenraten in Stufen bis hinauf zu 54 Mbit/s realisieren. Falls jedoch 11b-Stationen neben 11g- oder 11n-Stationen in demselben Kanal aktiv sind (sei es in ein und demselben Netzwerk oder in verschiedenen in demselben Kanal), dann wird der WLAN-Zugangspunkt eventuell den Modus für den Mischbetrieb (Mixed Mode) anwenden, welcher die praktisch erzielbare durchschnittliche Datenrate deutlich unter das mit 802.11a bzw. 11n im 5-GHz-Band erreichbare Niveau drückt. Im Mixed Mode versuchen die 802.11g bzw. 802.11n nutzenden Geräte vermeidbaren Kollisionen mit von 802.11b-Geräten gesendeten Datenpaketen vorzubeugen, indem sie ihren Datenaustausch so organisieren, dass 802.11b-Stationen ihren Aktivitäten folgen können. Ob es dazu kommt, ist Ermessenssache der Software des Zugangspunkts oder kann vielleicht vom Administrator konfiguriert werden. Es gilt abzuschätzen, welcher Vorgang die durchschnittliche Datenübertragungsrate stärker herabsetzt: die gelegentliche Kollision von Datenpaketen, welche jeweils das erneute Absenden des Datenpakets notwendig macht oder der Mixed Mode.

Übrigens: Aufgrund der Übereinstimmung der Basisbandsignale liegt es nahe, 11g und 11a in ein und derselben Netzwerkkarte zu kombinieren.


Zwei-Band-WLAN bei Apple ab 2006:

Apple brachte Zwei-Band-WLAN ab dem Januar 2006 in die Intel-Macs zunächst mit WLAN-Karten, die 802.11a und 802.11b/g unterstützten [1-2], ab dem Herbst 2006 dann mit Karten, die durch ein Software-Update zum Anwenden der Technik 802.11n befähigt werden konnten, und Apple erlaubt es diesen Karten allenfalls im 5-GHz-Band sich unter Anwendung der Kanalweite 40 MHz zu verbinden (ob von Anfang an, ist jedoch eine offene Frage; siehe Kapitel 1.1.3). Im 2,4-GHz-Band nutzen sie generell nur den dort 25 MHz weiten Primärkanal eines jeden Netzwerks, selbst wenn der Zugangspunkt auch den Betrieb mit der Kanalweite 40 MHz anbietet [1-3]. Insofern bietet das 5-GHz-Band nun ersichtlich einen Vorteil, sofern die beteiligten Geräte die höhere Datenrate des 802.11n praktisch verarbeiten können. Und in der Pressemitteilung erkennt Apple das relativ niedrige Niveau der durch andere Dienste als WLAN hervorgerufenen Störsignale als Vorteil des Betriebs im 5-GHz-Band an: . Den Umstand, dass die Detektion eines Radarsignals (oder eines vermeintlichen Radarsignals) in Teilen des für die Nutzung durch WLAN freigegebenen Bereichs kurzfristiges Ausweichen in einen jener wenigen Kanäle, für die die Prüfung auf die Abwesenheit von Radarsignalen nicht vorgeschrieben ist, oder die zeitweise Einstellung des Betriebs bis zum Aufsuchen eines nachgewiesen radarfreien Kanal erzwingt (Kapitel 2.7), erwähnt Apple nicht.




Anmerkung [1-2]

In den Pressemitteilungen zu den im Januar 2006 eingeführten Intel-Macs verschweigt Apple, dass die WLAN-Karten im 5-GHz-Band im Modus 802.11a arbeiten können. Die Mitteilungen nennen allenfalls 802.11b/g, falls ein Modus genannt wird. Die App MacTracker stützt ihre Auskunft anscheinend nur auf diese Pressemitteilungen und Apples Datenblätter, während die Website EveryMac auch die durch Beobachtung bestätigte Funktion 802.11a erwähnt. Und Anwender stellten die Frage, wie denn der Mac dazu gebracht werden kann, ein im 5-GHz-Band angebotenes WLAN-Netzwerk gegenüber dem gleichnamigen des 2,4-GHz-Bands zu bevorzugen.



Anmerkung [1-3]

Apples 802.11n-Karten beschränken sich im 2,4-GHz-Band auf den Modus „20 MHz HT“ selbst dann, wenn der WLAN-Zugangspunkt auch den Modus „40 MHz HT“ erlaubt - ärgerlich, aber standardkonform. Spätestens die im Jahr 2013 eingeführten WLAN-Karten erklären sich im 2,4-GHz-Band zudem für „40 MHz Intolerant“. Ein Zugangspunkt hat damit nur die Wahl, in seinem Netzwerk den Modus „40 MHz HT“ generell zu verbieten oder Apples Gerät den Zugang zum Netzwerk zu verweigern, oder Apples Gerät verzichtet auf den Beitritt, wenn der Zugangspunkt die 40-MHz-Intoleranz ignoriert.

[Anmerkung Ende]