900-MHz-Frequenzbereich 16 Kilometer – Reich­weiten­rekord für Wi-Fi HaLoW

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Im Joshua Tree National Park in Kalifornien wurde mit einem Wi-Fi-Netzwerk nach IEEE-802.11ah-Standard ein Reichweitenrekord von 16 Kilometern erzielt. Das eröffnet neue Möglichkeiten für Wi-Fi-Netze und IoT-Anwendungen gerade in ländlichem Raum.

Wie das das amerikanische Unternehmen Morse Micro meldet, hat es bei HaLoW Wi-Fi Tests im ländlichen Joshua Tree National Park in den USA eine Strecke von 16 km erreicht. Dabei konnte im Frequenzbereich von 900 MHz eine beständige Datentransferrate von 2 MBit/s aufrechterhalten werden.

Wi-Fi HaLoW, auch bekannt als IEEE Standard 802.11ah, ist eine Variante des von der Wi-Fi Alliance herausgegebenen Wireless-Standards. Im Vergleich zu den meisten anderen Wi-Fi-Standards nutzt Wi-Fi HaLow Frequenzen im Sub-GHz-Bereich um 900 MHz. Damit lassen sich zwar nur niedrigere Datenraten erzielen als bei den üblicherweise in Heimanwendungen eingesetzten 2,4GHz-, 5GHz- oder 6GHz-Wi-Fi-Netzwerken. Dafür sind Wi-Fi-HaLoW-Netzwerke deutlich energieeffizienter und auf besonders große Reichweiten ausgelegt – der IEEE-802.11ah-Standard spezifiziert eine typische Reichweite von bis zu einem Kilometer in urbanem Umfeld. "HaLoW" ist eine von der Wi-Fi Alliance herausgegebene Bezeichnung, die die Eigenschaften des Standards – hohe Energieeffizienz ("High"), und ("and") niedrige Bandbreite ("Low") bei Wireless-Konnektivität – zusammenfasst.

Bessere Netzabdeckung gerade im ländlichen Umfeld

Diese Reichweiten lassen sich aber noch weiter steigern: Bereits im Januar meldete Morse Micro, in städtischen Tests mit einem seiner Evaluierungskits stabile Verbindungsdistanzen von bis zu drei Kilometern erreicht zu haben. Wi-Fi HaLoW gilt aber auch als eine Technologie, mit der beispielsweise Funklöcher in ländlichen Arealen überbrückt werden könnten. Welches Potenzial in diesem Anwendungsbereich herrscht, belegt der jüngste Test im kalifornischen Joshua Tree National Park.

Für die Tests wurde ein handelsübliches Evaluierungskit als Access Point (AP) am Rande eines ruhigen ländlichen Tals verwendet. Das Kit MM6108-EKH01 basiert auf einem Raspberry Pi 4 mit dem Morse MM6108-MF08651 Wi-Fi HaLow Referenzmodul und gibt 21 dBm (125mW) über eine standardmäßige 1 dBi Low-Gain-Dipolantenne aus. Dies ergibt eine Gesamtstrahlungsleistung von 22 dBm, erlaubt aber weiter einen Betrieb innerhalb der vom 802.11ah-Standard vorgegebenen Parameter. Dies erlaubt eine Erhöhung der Reichweite, ohne dass beispielsweise zusätzliche Richtantennen mit hoher Verstärkung eingesetzt werden müssten.

Bei geringerer Reichweite auch die doppelte Datenrate möglich

Die Chips von Morse Micro entsprechen dem 802.11ah-Standard, der eine Slot-Zeit von 52µs vorschreibt. Die Implementierung von Morse Micro lässt eine maximale Flugzeit von 53µs zu, um leichte Abweichungen zwischen den Geräten zu ermöglichen. Daraus ergibt sich eine theoretische maximale Reichweite von 15,9 km (etwa 10 Meilen), die bei den Tests im Joshua Tree National Park erreicht wurden.

Dies sind natürlich Idealbedingungen – der kalifornische Nationalpark verfügt über geringe Bewaldung und über sehr geringes Hintergrundrauschen, was die Gegend für Funktests überaus beliebt macht. Er erlaubt dennoch gute Indikatoren für den generellen Einsatz der Technologie gerade in ländlichem Umfeld.

Theoretisch erwartete Morse eine Verbindung mit einer Empfindlichkeit von -95 dBm, die einen Durchsatz von 4,5 Mbit/s oder einen UDP-MAC-Durchsatz von 4 Mbit/s ermöglicht. Für die maximal mögliche Reichweite scheint dies aber für den angestrebten Datendurchsatz nicht ganz auszureichen: Bei den Tests im Joshua Tree National Park wurde eine stabile Verbindung mit einem UDP-Durchsatz von 2 Mbit/s bei 15,9 km erreicht, was aber immer noch eine attraktive Datenrate für viele IoT-Anwendungen sein drüfte.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Elektronikpraxis.

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