Hinweis:
Anmerkungen erscheinen jeweils im Anschluss an das Hauptkapitel. Die Anmerkungen [5-1], [5-2], zum Beispiel, folgen im Anschluss an das Hauptkapitel 5.

[Hinweis Ende]



5. Die weitere Entwicklung in den USA und Europa 2003 bis 2020. Geschichte der AirPort Extreme 802.11n/ac in den USA

5.1 Die Ergänzung IEEE 802.11h-2003 definiert Protokollelemente und Verhaltensregeln, mit denen WLAN-Stationen einander über die angewendete Strahlungsleistung oder bevorstehende Kanaländerungen nach dem Entdecken eines Radarsignals informieren können. Eine Anleitung dafür wie TPC (Kapitel 2.6) praktisch umzusetzen ist, findet man dort nicht.



5.2 ETSI EN 301 893 V 1.2 (2003-08) beschreibt erstmals, wie DFS (siehe hier Kapitel 2.7) in Europa auszuführen ist. Falls ein Hersteller für seine WLAN-Karte TPC (Kapitel 2.6) deklariert, ist lediglich nachzuweisen, dass sie die Strahlungsleistung auf ein Viertel des regulatorischen Maximalwerts absenken kann (entsprechend - 6 dB).



5.3 Anfang 2004 folgt die Federal Communications Commission (FCC) der USA der Entwicklung in Europa und gibt den Frequenzbereich 5470 MHz bis 5725 MHz (Kanal 100 bis 140, Kanal 144 unter Mitbenutzung des anschließenden Bands) für die lizenzfreie Nutzung durch WLAN beginnend am 19. Februar 2004 frei. Die Kanäle unterliegen einer Regelung für DFS und TPC, und in den schon seit 1997 frei gegebenen Kanälen im Bereich 5250 MHz bis 5350 MHz ist nun bei neu in Verkehr gebrachten Geräten wie in Europa TPC und DFS einzuhalten.

Netzwerkadministratoren ist die DFS-Regelung angeblich verhasst. Häufig wird oder wurde jedenfalls empfohlen, Kanäle, die der DFS-Regelung unterliegen, nicht in Unternehmensnetzwerken zu verwenden, da aufgrund der wenig selektiven Radardetektion in den zur Verfügung stehenden Chipsätzen mit falsch-positivem Radaralarm zu rechnen sei. Zudem unterliegt die Reichweite von Radarstrahlen dem Einfluss des veränderlichen Zustands der Atmosphäre, wobei es in unserem Fall ja im Allgemeinen auf die Wahrnehmung in Bodennähe ankommt, füge ich hinzu. Und Satelliten, die ein Radarsignal zum Boden senden, erscheinen örtlich nur von Zeit zu Zeit.

Es war jedoch wohl vor allem die anfangs langwierige (und kostspielige?) DFS-Zertifizierung bei dem einzigen von der FCC benannten Testinstitut (Zertifizierung und Forschungsprogramm zum Ermitteln geeigneter Testmethoden gingen hier parallel), die die Anbieter in den USA dazu anregte, die DFS-Funktion nicht zu implementieren und die betroffenen Kanäle auszulassen. So hat es auch Apple in den USA und Kanada bei allen Ausgaben der AirPort Extreme 802.11n gehalten. Für Modelle anderer Hersteller wurden Anleitungen verbreitet, die die Anwender in den Stand setzten, die physikalisch implementierten DFS-Kanäle in das Repertoire der verfügbaren Kanäle zu holen. Die Folgen schildere ich im Kapitel 5.9.



5.4 ECC/DEC/(04)08 (9. July 2004) des nun in „Electronic Communications Committee“ umbenannten ERC erneuert die vorhergehende Regelung in gestraffter Form und sorgt für Klarstellung, begrenzt jetzt zusätzlich wie im Regelwerk der Bundesnetzagentur die spektrale EIRP-Dichte, ändert ansonsten aber grundsätzlich nichts. Sie bereitet die technische Grundlage für die harmonisierte Entscheidung 2005/513/EC der Europäischen Kommission (11. Juli 2005).



5.5 ETSI folgt mit der technischen Anleitung EN 301 893, V1.3.1 (2005-08), in der die Grenzwerte der Sendespektrummaske weiterhin nur für den Fall eines Kanals mit 20 MHz Nennweite beschrieben sind wie schon in Ausgabe V1.2.1 vom August 2003. Dieses Dokument war noch als „Candidate Harmonized European Standard (Telecommunications series)“ deklariert. Die verbindlichen Regelungen für die Zertifizierung hatte Apple wohl ohnehin bei den nationalen Verwaltungen erfragen müssen.



5.6 Deutschland (Februar 2006): Die neue Version der Allgemeinzuteilung für den 5-GHz-Bereich ( Bundesnetzagentur „Vfg 8 / 2006“ ) hält sich an den Text der ECC/DEC(04)08. Der Text kommt nun ohne dubiose Hinweise auf die Kanalweite 20 MHz aus (Kapitel 4.1), und die Sonderregelung für auf den Frequenzbereich 5150 MHz bis 5250 MHz beschränkte Geräte (Kapitel 4.2) ist entfallen. Diese Version ist online nicht mehr nachweisbar bei der Bundesnetzagentur.

Die aktuelle Version „Vfg. 136 / 2022, geändert durch Vfg. 49 / 2023“ (siehe den Link zur Bundesnetzagentur in der Einleitung zu Kapitel 2) entspricht der Regelung von 2006 weitgehend bis auf die Ergänzungen zum Betrieb in Fahrzeugen verschiedener Art und die nach und nach erweiterten Erläuterungen zu besonderen Einsatzzwecken.



5.7 Die Apple AirPort Extreme 802.11n (Draft n) wird am 9. Januar 2007 angekündigt und ausgeliefert ab Februar 2007. In einigen Ländern Europas bietet sie im 5-GHz-Band nicht den in den USA beworbenen “Wide Channel Mode” an.



5.8 Juli 2007: ETSI EN 301 893 in Version 1.4.1 beschreibt endlich die Sendespektrummaske relativ zu einer beliebigen Kanalweite und ist als „Harmonized European Standard (Telecommunications series)“ deklariert.



5.9 USA (Herbst 2009): Beginnend im Januar 2007 hat die FCC Maßnahmen gegen WLAN-Netzwerke dokumentiert unter Nennung von Namen und Adresse der Betreiber, die im Frequenzbereich 5600 MHz bis 5650 MHz arbeitende Stationen des Niederschlagsradars gestört hatten. Im Herbst 2009 wurde die Zertifizierung für die den Bereich 5600 MHz - 5650 MHz in Anspruch nehmenden Kanäle 120 bis 128 bis zum Erlass neuer Regeln im Jahr 2014 (Kapitel 5.11) ausgesetzt. Die Hersteller mussten im Rahmen der Zertifizierung nun versichern, dass die betroffenen Kanäle unter keinen Umständen in Betrieb genommen werden können.

Die 2013 auf den Markt gekommene AirPort Extreme 802.11ac konnte diese Kanäle in den USA also nicht anbieten.

Für Europa galt diese Einschränkung nicht. Laut Apples unpräzise formuliertem Datenblatt bietet die AirPort Extreme 802.11ac diese Kanäle in Europa eventuell an. Gegebenenfalls würden sie in dem mit der App WiFi Explorer zu lesenden Country-Element des im 5-GHz-Band ausgesendeten Beacon annonciert.



5.10 USA 2012/2013: Die Arbeitsgruppe, die die Ergänzung „ac“ für den Standard IEEE 802.11 vorbereitet, fügt den Kanal 144 zur Liste der in den USA für WLAN nutzbaren Kanäle hinzu [5-1]. Er ist mit Kanal 140 zu einem 40 MHz weiten Kanal zu kombinieren, und die Kanäle 132 bis 144 können sich zu einem 80 MHz weiten Kanal bündeln. Der Kanal 144 erstreckt sich jedoch über zwei Frequenzbänder, die unterschiedlichen technischen Vorschriften unterliegen, und die von der FCC angeordnete Prüfprozedur zur Zertifizierung dieses Kanals ist aufwendig. Der Kanal 144 wird daher zunächst nur selten implementiert.

Apple war in dem Punkt anscheinend ein Vorreiter. Die AirPort Extreme 802.11ac Base Station und die Time Capsule 802.11ac kamen am 10. Juni 2013 zwar ohne Unterstützung für die der DFS-Regelung unterliegenden Kanäle 52 bis 64 und 100 bis 144 auf den Markt. Allerdings hatte Apple eine ergänzende Prüfung für eben diese Kanäle (ausgenommen 120, 124 und 128; siehe Kapitel 5.9) von Anfang an in Auftrag gegeben. Im August 2013 veröffentlichte die FCC die finale Fassung der zuvor schon im Entwurf vorliegenden Prüfprozedur. Und Apple reichte postwendend die Ergebnisse der Zusatzprüfung bei der FCC ein. Am 23. August 2013 wurden sie veröffentlicht. Auch Apples Klient-Geräte (Mac, iPhone etc.), die mit einem WLAN für 802.11ac ausgestattet sind, unterstützen den Kanal 144 in den USA.

In der Version 2013-11-01 der „Technical Specifications“ der AirPort Extreme 802.11ac werden die DFS-Kanäle in dem für USA und Kanada bestimmten Passus allerdings erneut nicht genannt. Das erste für das Nachrüsten der DFS-Kanäle in Frage kommende Firmware-Update (Version 7.7.2) erschien ohnehin erst am 21. November 2013. Doch Apple hat das genannte Dokument selbst im August 2016 noch präsentiert. Den frühesten Hinweis auf die Verfügbarkeit der DFS-Kanäle fand ich in Apples Support-Dokument „Some third-party devices may not see 5GHz AirPort base station Wi-Fi networks - Apple HT203750“. Es beschreibt jenes Problem, das dann auftritt, wenn man ein Gerät mit einer defizitär ausgestatteten WLAN-Karte mit einem WLAN-Zugangspunkt zu kuppeln versucht, der sein Netzwerk im Bereich der DFS-Kanäle errichtet hat. Mir ist dieses Dokument erstmals in der Version vom 13. Mai 2016 begegnet. Möglicherweise gab es Vorgänger. Apple hat die Angewohnheit, seine Support-Dokumente zu überarbeiten, ohne dort die Änderungshistorie zu nennen. Den seither allenfalls nebensächlich veränderten Text bietet Apple nun in Version 2023-08-23 an: . Es ist möglich, dass die Unterstützung für die DFS-Kanäle erst im Frühjahr 2016 in das Gerät gelangte, nachdem Apple die aufgrund der von der FCC erlassenen Regeln ohnehin notwendige Auffrischung der Zertifizierung hat ausführen lassen (siehe Kapitel 5.11). Hinweise auf in diesen Zeitraum fallende Updates der Firmware habe ich jedoch nicht gefunden. Die Firmware 7.7.7 erschien erst am 24. Mai 2016, und die in Frage kommende Firmware-Version 7.7.6 wird nirgendwo erwähnt. Die im Prüfbericht genannte Firmware-Version passt nicht in das uns vertraute Schema.

Im Juni 2016 berichtet ein Anwender in den USA, dass die Box ein WLAN-Netzwerk im Kanal 132 offeriert. Er nannte damit wohl den Primärkanal eines in den Kanälen 132, 136, 140 und 144 errichteten Netzwerks, falls er nicht seine AirPort Extreme 802.11ac auf den Betrieb im Modus 802.11n beschränkt hatte.

Hinweis: Errichtet ein WLAN-Zugangspunkt sein Netzwerk im Frequenzbereich des Kanalbündels {132, 136, 140, 144}, dann sollte er den 20 MHz weiten Primärkanal in den Kanal 132 oder 136 legen. Damit können Klient-Stationen, die den Kanal 144 nicht unterstützen, sich wenigstens durch Bündelung der Kanäle 132 und 136 in einem 40 MHz weiten Kanal mit ihm verbinden [5-2].

In der Version 2017-05-23 der technischen Spezifikationen der US-Version der AirPort Extreme 802.11ac werden zwar die Kanäle 36-116, 132-140 und 149-165 genannt, nicht jedoch der ebenfalls zertifizierte Kanal 144.



5.11 USA 2014-06-02: Das neue Testregime für das WLAN im 5-GHz-Band tritt in Kraft. Geräte, die schon nach den alten Regeln zertifiziert worden sind, müssen erneut zur Prüfung vorgelegt werden, sofern sie nach Mitte 2016 weiterhin in Verkehr gebracht werden sollen. Die Firmware muss nun gegen unbefugte Änderung gehärtet sein, jedenfalls jener Teil der Firmware, der die der Zertifizierung unterliegenden Funktionen ausführt.

Und tatsächlich wurde der Betrieb der AirPort Extreme 802.11ac im 5-GHz-Band im Frühjahr 2016 erneut einem Test unterzogen, und erneut hat Apple die grundsätzlich nun wieder zur Verfügung stehenden Kanäle 120 bis 128 ausgelassen. Apple hat wohl keine unterschiedlichen Ausführungen der AirPort Extreme für Kanada und die USA produziert, und die Regulierungsbehörde Industry Canada hat die Nutzung des von den Kanälen 120 bis 128 in Anspruch genommenen Frequenzbereichs 5600 MHz bis 5650 MHz durch RLAN (WLAN) spätestens seit 2016 untersagt.

In den Regeln der Federal Communications Commission (FCC) beträgt die Mindestdauer des Channel Availability Check in den DFS-Kanälen einheitlich 60 Sekunden. In der Prüfvorschrift ETSI EN 301 893 sind für den oben genannten Frequenzbereich hingegen 10 Minuten angegeben (Kapitel 2.7.1). Da der AirPort Extreme die Funktion Zero-Wait DFS wohl kaum zur Verfügung steht, liefert die erklärungsbedürftig lange Wartezeit bis zu Inbetriebnahme der betroffenen Kanäle einen Grund, sie auch in der ETSI-Region nicht anzubieten (Kapitel 2.7.2).



5.12 USA 2017: Die FCC strafft die Regeln für die Prüfung des Kanals 144 (Kapitel 5.10).



5.13 Großbritannien 2017, 2020: Im Jahr 2017 veröffentlicht Ofcom Regeln für die lizenzfreie Nutzung des Bands C (5725-5850 MHz) durch Radio Local Area Network (RLAN) inklusive WLAN. Im WLAN gemäß IEEE 802.11 ist das nutzbar mit den Kanälen 149 bis 165. Zudem wird die obere Grenze des Bands B (5470-5725 MHz) auf 5730 MHz erhöht, sodass jetzt der den Frequenzbereich 5710-5730 MHz in Anspruch nehmende Kanal 144 allein nach den Regeln des Bands B zertifiziert werden kann. Im Unterschied zu den USA wird auch den vollständig im Bereich 5725-5850 MHz liegenden Kanälen, also K 149 bis K 165, die Anwendung von DFS (Kapitel 2.7) auferlegt. Die Hersteller zeigten sich jedoch unwillig, allein für Großbritannien die Software für diesen Frequenzbereich zu ändern. Im Jahr 2020 hat Ofcom das Hemmnis aus den Regeln entfernt. Eine Übersicht des gegenwärtigen Stands bietet „Ofcom Information Sheet 5 GHz RLANs“ .


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Anmerkung [5-1]
Mitunter wird behauptet, die FCC habe den Gebrauch des Kanals 144 seit 2014 „erlaubt“. Sie hat den Gebrauch schon seit dem Jahr 2004 „erlaubt“, als nach dem Frequenzband 5725 MHz bis 5825 MHz auch das Frequenzband 5470 MHz bis 5725 MHz der Nutzung durch WLAN zugeschrieben wurde. Die Industrie war an ihm jedoch angesichts der im Kapitel 5.10 erwähnten aufwändigen Testprozedur erst dann interessiert, als sie durch die Bündelung der Kanäle 132 bis 144 einen 80 MHz weiten Kanal gemäß dem Standard 802.11ac gewinnen konnte.


Anmerkung [5-2]
Grundsätzlich kann der Zugangspunkt den 20 MHz weiten Primärkanal in jeden der an dem Kanalbündel beteiligten 20-MHz-Kanäle legen. Für den Fall, dass in dem Bereich der gebündelten Kanäle schon Netzwerke aktiv sind, schreibt der Standard jedoch vor, dass der Primärkanal genau in einem jener Kanäle einzurichten ist, in dem ein anderes Netzwerk schon seinen Primärkanal errichtet hat (Hinweis 3c im Kapitel 2.1). Meine Vorschlag, im Fall des Kanalbündels 132 bis 144 den Primärkanal nur in einen der Kanäle 132 oder 136 zu platzieren, steht natürlich nicht im Standard.

[Anmerkung Ende]