Warum ist die Datenübertragungsrate von Glasfaser schneller als von WLAN?

[David7]

Hallo,

bei Glasfaser-Internet werden Daten in Form von sichtbarem Licht durch eine Faser aus Glas übertragen. Licht ist eine elektromagnetische Welle (siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle ). Glasfaser ist dafür bekannt, sehr schnelle Datenübertragungsraten zu erreichen.

Bei der Internetübertragung mit WLAN werden Daten ebenfalls in Form einer elektromagnetischen Welle übertragen. WLAN ist aber deutlich langsamer als Glasfaser oder z.B. auch als normale Kupferkabel (RJ45 Cat 6).

Warum ist die eine Form von elektromagnetischen Wellen (Licht) deutlich schneller als die andere (WLAN)?

Siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum

Liegt es an den unterschiedlichen Frequenzen?
WLAN verwendet die Frequenzen von 2,4 GHz und 5 Ghz (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Wireless_Local_Area_Network#Übersicht ).
Licht hingegen verwendet Frequenzen von ca. 400.000 GHz (rot) bis 790.000 GHz (violett) (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Licht#Licht_als_Sinnesreiz ).

Wenn es einen Zusammenhang gibt zwischen Frequenz und Geschwindigkeit (höhere Frequenz = höhere Geschwindigkeit), müsste man dann nicht Daten noch schneller übertragen können, wenn man elektromagnetische Wellen mit noch höheren Frequenzen als Licht verwendet?

 

[arvan]

Ich glaube du hast da die Grundlagen nicht verstanden, Lichtwellenleiter sind doch nicht elektromagnatisch... die kommen aus Dioden.

Nachtrag: Danke für den Link, hab ich wohl auch gedanklich durcheinander gebracht.
Trotzdem nicht vergleichbar!

 

[conf_t]

1. Stichwort: Shared-Medium. Luft kannst du als ein Sharedmedium sehen, wie früher bei Hubs und Ethernet im Half-Duplex Mode. Wiki zu benutzen bist du ja offensichtlich in der Lage.
2. Stichwort: Störungseinflüsse. Das 2,4 und bald auch das 5 GHz Band ist zugemüllt mit Sendern (z.B. Blutooth) und Störern (z.B. Mirkowellenherde). Dazu kommen Luftfeuchtigkeit, die ebenfalls Wellen reflektiert und bauliche Bedingungen. Und da sich wie unter 1. Beschrieben alle das "Medium Luft" teilen, ist da ganz schön viel "Lärm" auf der Frequenz.

PS: Die übliche Wellenlänge bei Licht im Lichwellenleiter liegt zwischen 850 und 1620 nm.

 

[BlubbsDE]

Und die Geschwindigkeit der Übertragung ist da auch nicht das Problem. Da gibt es auf kurze Distanzen keine ernsthaft relevanten Unterschiede unter perfekten Bedinungen, zwischen Kabel (Kupfer oder Licht) und WLAN per Funk.

Und zum Rest. Einfach mal tiefer ins Thema eintauchen. Was bei Datenübertragung per Funk für Probleme gelöst werden müssen.

 

[David7]

Ich glaube du hast da die Grundlagen nicht verstanden, Lichtwellenleiter sind doch nicht elektromagnatisch... die kommen aus Dioden.

Lichtwellenleiter sind physikalisch gesehen dielektrische Wellenleiter, mit welchen elektromagnetische Strahlung vom ultravioletten bis in den infraroten Spektralbereich übertragen werden kann (ca. 350–2500 nm).

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiter#Funktionsweise_und_Arten

 

[BlubbsDE]

Kupfer ist nicht wirklich langsamer als Lichtleiter. Sie haben andere große Vorteile gegenüber Kupfer, aber das ist nicht die Geschwindigkeit. Beide übertragen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ihre Daten.

Du kannst das alles nicht mit WLAN vergleiche. Oder mit jedem anderen Funk Standard, der per Modulation seine Daten überträgt. Da spielen dann zig Faktoren mit rein, die bei einer Kabelverbbindung gar keine Rolle spielen.

 

[David7]

1. Stichwort: Shared-Medium. Luft kannst du als ein Sharedmedium sehen, wie früher bei Hubs und Ethernet im Half-Duplex Mode. Wiki zu benutzen bist du ja offensichtlich in der Lage.

Und die Geschwindigkeit der Übertragung ist da auch nicht das Problem. Da gibt es auf kurze Distanzen keine ernsthaft relevanten Unterschiede unter perfekten Bedinungen, zwischen Kabel (Kupfer oder Licht) und WLAN per Funk.

Könnte man dann nicht auch die elektromagnetischen Wellen vom WLAN in Kabeln übertragen? Vielleicht nicht unbedingt in Kupfer- oder Glasfaserkabeln, aber grundsätzlich müsste das doch gehen?

 

[conf_t]

genauer unter Laborbedingungen mit 0,6 bzw 0,65 facher Lichtgeschwindigkeit. Siehe: Velocity Factor, das deutsch Wort fällt mir gerade nicht ein.

 

[snaxilian]

Weil du Äpfel mit Birnen vergleichst.

Ethernet per LWL oder Kupfer sind auf eine 1:1 Beziehung ausgelegt, Ethernet per WLAN aber 1:n und muss so Dinge wie z.B. CSMA/CA beachten. Das ist nur ein Faktor von vielen, da spielen noch so Dinge: LWL ist zielgerichtet, WLAN idR nicht. Die Liste ist endlos erweiterbar. Nur weil bei EM-Wellen sind können diese unterschiedlichste Eigenschaften und Datenübertragunsraten erzielen eben weil die reine Eigenschaft "EM-Welle" nicht ausschlaggebend ist sondern eben viele andere Faktoren da mit rein zählen.

Könnte man dann nicht auch die elektromagnetischen Wellen vom WLAN in Kabeln übertragen? Vielleicht nicht unbedingt in Kupfer- oder Glasfaserkabeln, aber grundsätzlich müsste das doch gehen?

Ähm und was genau soll das bringen? Wenn Sender und Empfänger stationär sind, dann verlege ich ein Kabel (LWL oder Kupfer). WLAN wurde "erfunden" um eben mobile Clients mit einer Anbindung zu vernetzen. Wenn du das jetzt wieder in ein Kabel stopfen willst, wie willst du dann Handys, Tablets etc mit Netzwerk verbinden? Per Kabel zum WLAN-AP? Warte... das gibt es schon...

 

[conf_t]

Könnte man dann nicht auch die elektromagnetischen Wellen vom WLAN in Kabeln übertragen? Vielleicht nicht unbedingt in Kupfer- oder Glasfaserkabeln, aber grundsätzlich müsste das doch gehen?

Und welchen Leiter willst du dann nehmen? Und was ist der Unterschied zwischen Kabelgebundenem Netzwerk und WLAN durch kabelgeleitet (mal eine 1:1 Kommunikation vorausgestetzt)?!?! Richtig, ist vom Prinzip her das gleiche. Aber WLAN trägt es ja im Namen ist eben kabellos.

 

[Sobber]

WLAN sollte schneller sein als LWL. In Luft ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit nahezu identisch mit der Lichtgeschwindigkeit, in Materie dagegen doch etwas reduzierter.

Problem ist die Bandbreite. Den Ansatz mit höherer Frequenz (und größerer Bandbreite) gibt es: WLAN ad.
Wird von Materie aber stärker geschirmt und Funktioniert dann im Nachbarraum gar nicht mehr.

 

[David7]

Du kannst das alles nicht mit WLAN vergleichen.

Wo kann ich denn die Unterschiede lernen?

Wenn Internet in Kupferkabeln übertragen wird, wird dann da einfach Strom durchgeschickt? Also letztendlich Elektronen?
Und wenn Internet in Lichtwellenleitern übertragen wird, sind es doch Photonen, die dort durchgeschickt werden, oder?

 

[conf_t]

Wo kann ich denn die Unterschiede lernen?

Wenn Internet in Kupferkabeln übertragen wird, wird dann da einfach Strom durchgeschickt? Also letztendlich Elektronen?

Ja, genau das ist das Prinzip von Datenübertragung in Kupfer. Stromimpulse. So arbeiten die Busse im PC und das USB-Kabel genauso wie die DSL-Leitung.

 

[Nilson]

Im Endeffekt werden die Informationen per sich änderten Feld (sei es nun elektromagnetisch als Licht/Strahlung oder elektrisch im Kupferkabel). Wichtig ist nur, das das was ich am Sender als Information raus sende beim Empfänger ankommt. Die Information (die Stärke des Feldes) wird vor allem durch zwei Faktoren beeinflusst:
Dämpfung und Störung

Unterschiedliche Materialen haben unterschiedliche Dämpfungen. So dämpft eine LWL Leitung deutlich weniger als Luft (vereinfacht ausgedrückt) .Daher ist LWL meist schnller als WLAN, vorallem wenn es um mehr als 150 Meter geht, dann da bei LWL das Feld den Leiter für sich hat und dadurch nicht gestört wird, bleibt die Information deutlich länger erhalten als das WLAN in Luft in dem alle WLAN der Nachbarn unterwegs sind.

 

[Steffenkrue]

Ähm das Problem liegt nicht in der Geschwindigkeit der Strahlung sondern in der Menge an Bits die man damit übertragen kann. Die Strahlung wird doch nicht langsamer wenn die Bitrate sinkt.

 

[engine]

Für drahtlose Netzzugänge (Breitbandzugänge) in regionalen Versorgungsbereichen stehen allgemein zugeteilte Frequenzen für WLAN in den Bereichen bei 2,4 GHz und 5 GHz zur Verfügung.
Die sind fest zugeordnet.

Daraus ergibt sich die Übertragungsbandbreite des Kanals in Bit/s:
http://einstein.informatik.uni-oldenburg.de/rechnernetze/stoerung.htm

Wenn WLAN eine größere Bandbreite (>5GHz) hätte, wäre vermutlich auch die Übertragungsbandbreite höher, wenn die Verluste nicht ungewöhnlich erhöht wären.

Eines noch, nebenbei:
WLAN ist ein sogenanntes "Shared Medium", was soviel bedeutet wie geteilte Bandbreite. Die maximal mögliche Datenrate eines Accesspoints wird auf alle mit dem Accesspoint verbundenen Clients aufgeteilt.
http://www.id.uzh.ch/de/dl/mobil/wlan/technische-angaben/funktionsweise.html

 

[Baal Netbeck]

Ob das Signal mit nahezu Lichtgeaschwindigkeit, 0,6 facher oder 0,1facher bei dir ankommt ist relativ egal.

Wichtig ist wie viel Information in dem Signal steckt. Geht es über funk, müssen sich alle in der Umgebung die Frequenzen teilen. Und es sind nur kleine Bereiche für bestimmte Anwendungen freigegeben. Da streiten sich DVB-t, Radio, Wlan, mobiles Internet Militär usw. um den gleichen Übertragungsweg.....und höher energetische Signale sind aus Gesundheitlichen Gründen nicht freigegeben und andere Bereiche werden zu stark absorbiert und kommen nicht an. Es gehen immer wieder Pakete verloren und müssen erneut geschickt werden....die Geräte haben mehr Arbeit mit entstörung und haben daher oft eine größere Latenz sobald die Verbindung schlecht ist.

In einem Kabel kannst du Stromsignale relatif ungestört übertragen . Daher kann es mehr Information übertragen.....wenn sie auch nicht ganz so schnell ankommen....

Im Lichtleiter kannst du wieder EM-Wellen übertragen...diesmal aber ohne auf andere Rücksicht nehmen zu müssen. So bist du nur limitiert durch die Art deine Mediums und den Möglichkeiten von Empfänger und Sender. Du kannst ein breites Frequenzband voll nutzen und schnell übertragen.

 

[florian.]

Du solltest dich fragen: "Was begrenzt eigentlich die Geschwindigkeit?"
Das ist nicht die Lichtgeschwindigkeit, sondern das sind störeinflüsse.
Daher ist es völlig sinnlos sich über die Lichtgeschwindigkeit Gedanken zu machen.

WLAN: viele Sender/Empfänger welche sich alle das gleiche Übertragungsmedium "LUFT" Teilen.
entsprechend braucht jeder einen eigenen Kanal, welcher nur sehr wenige Frequenzen benutzen darf.

Kupfer: hat das Problem nicht, man kann das volle Frequenzspektrum ausnutzen.
Aber der Kabelwiderstand macht Probleme. Dadurch wird das Signal verschlissen.
Die Isolation macht Probleme, es kommt zum Übersprechen benachbarter Leitungen.
Der Sender schickt einen schönes Rechteck Signal, beim Empfänger kommt aber nur noch eine Hügellandschaft an.

LWL: selbes Spielchen, aber der Lichtwiderstand ist weniger Problematisch als der Elektrische widerstand.
Und viel wichtiger: Es kommt zu keinem Übersprechen, denn Licht zu blockieren ist sehr einfach.
Das sorgt dafür, dass man die Daten mit höheren Frequenzen übertragen kann --> schneller.

 

[Rickmer]

Jetztendlich machen wlan, lan und Glasfaser alle dasselbe: senden oder nicht senden - d.h. 1 oder 0 übertragen.

Das Problem beim wlan ist, dass dies offen ist - da kann jeder mitreden. Die Sonne, das wlan der Nachbarn, eine schlecht abgeschire Mikrowelle,...

Dies führt zu einem SNR (Signal Noise Ratio) Problem bei wlan. Das ist als würdest du versuchen deinem Kumpel was quer über den Hauptbahnhof kommunizieren wollen: Du musst langsam und deutlich reden und dich manchmal wiederholen, sonst wird garnichts verstanden.

Kupferkabel und Lichtwellenleiter haben das Problem deutlich geringer. Daher kommt auch, das Ethernet-Kabel bei Cat 7 deutlich dicker und stabiler sind als Cat 5E Kabel: Um 10Gbit auf eine vernünftige Distanz zu ermöglichen braucht es erheblich mehr Abschirmung als wenn man 1Gbit übertragen will. Stichwort crosstalk.

Lichtwellenleiter (LWL) derweil hat das Problem deutlich geringer. Daher ist LWL das Medium der Wahl wenn man hohe Datenraten über lange Strecke kommunizieren will - z.B. unter dem Atlantik hindurch. Auch ist durch die deutlich höhere Frequenz des Lichtes theoretisch eine enorm höhere Bandbreite möglich - praktisch limitieren hier die Sende- und Empfangseinheiten zu beiden Enden des Kabels, wo das Signal zwangsläufig wieder durch Kupfer fließt.


Ich habe hier natürlich auch stark vereinfacht (und vermutlich etwas Unwissen einfließen lassen), aber hoffentlich bringt das die Diskussion weiter...

Wenn WLAN eine größere Bandbreite (>5GHz) hätte, wäre vermutlich auch die Übertragungsbandbreite höher, wenn die Verluste nicht ungewöhnlich erhöht wären.

Gibt es. Google nach 802.11ad - das ist im 60GHz Bereich.
Problem: Da ist bei der ersten Wand mit Empfang schon schluss, d.h. tolle Bandbreite, aber nur in dem Raum wo es aufgebaut ist.

 

[error]

Moin,

viele Antworten haben mMn fragwürdige Erklärungen und sind auch mehr Halbwissen anstelle von Fakten.

Es gibt einen Zusammenhang zwischen der Frequenz und der möglichen Bitrate. Der Ursprung ist hierbei in der Elektrotechnik/ Nachrichtentechnik (= Mathematik/Physik) zu finden. Der Mathematiker Claude Elwood Shannon hat hierfür die Grundlagen gelegt.

Das Shannon-Hartley-Gesetz bescheibt die theoretisch maximal mögliche Bitrate in Abhänigkeit von der Bandbreite (=Frequenz) und dem Signal-Rausch-Abstand (SNR).

Ausgehend von einem störungsfreien Kanal ergibt sich die folgende Formel:

C = 2 * B
C= Symbole pro Sekunde (Baud)
B= Bandbreite in Hertz

Wenn wir nun ein binäres Symbolalphabet verwenden, mit nur zwei Zeichen, dann bekommen wir als Ergebnis "bbp" (bit/s). Das stellt aber nicht die Grenze dar. Wir können nun "L" Symbole verwenden. Dabei ist uns keine Grenze gesetzt, wie viele das sein können. Weil wir die Basis zwei, wegen des Binärsystems, verwenden können wir dies durch " ld(L)" darstellen:

C= 2* B* ld(L)
ld(L) = logarithmus dualis von L

Shanon hat diese Formel nun weiter veralgemeinert und nun ein additives weißes Rauschen dem Kanal hinzugefügt:

C= B* ld(1+ S/N)
S = Signalpegel
N = Störpegel

Damit lässt sich nun eine theoretische maximale Datenübertragunsgrate bei einem konstanten Rauschen ausrechnen.
Daraus ergeben sich auch dann die mathematische Vorrausetzungen für QAM (Quadraturamplitudenmodulation) und OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) bilden.
Die Mathematik dahinter ist allerdings etwas zu komplex für das Forum

Doch leider ist es damit nicht getan. In deinem Fall, wir beachten mal nicht das Thema "elektomagnetische Welle", sind von der Ausbreitungsgeschwinigkeit der Welle her Wlan und Glasfaser gleichwertig.
Die Unterscheide liegen, einfach gesagt, im Signal-Stör-Abstand(SNR) und in den Frequenzspektrum.

Im idealen Kanal ohne Störungen sieht es folgendermaßen aus:

# Wlan 2,4 GHZ hat i.d.R eine Bandbreite von 20 MHz
C(2,4GHz) = 2* 20 MHz = 2* 20 * 10^6 = 40 000 000 bit/s = 40 Mbit/s
# Wlan 5 GHZ hat i.d.R eine Bandbreite von 40 MHz
C(5GHz) = 2* 40 MHz = 2* 40 * 10^6 = 80 000 000 bit/s = 80 Mbit/s
# Eine Glasfaser hat i.d.R eine Bandbreite von min. 3500 MHz bei 850 nm nach OM5 
C(LWL) = 2* 3500 MHz = 2* 3500 * 10^6 = 7 000 000 000 bit/s = 7 Gbit/s

Natürlich sind die Rechungen nur als Beispiele anzusehen. Das selbe können wir nun noch bei Signal-Stör-Abstand wiederholen. Allerdings werden die Ergebnisse ähnlich ausfallen.

Ebenso ist Wlan, in der Elektrotechnik/Nachrichtentechnik gesehen, nicht so einfach zu erklären. Die Signale verschleifen über die Distanz. Dies bedeutet, aus einem Rechteck wird über die Distanz eine Welle. Und das verringert den Signal-Stör-Abstand. Und je weiter Weg du bist, umso größer muss das Entscheidungsraster sein, in dem entschieden wird, welchen Wert dein Signal hat.
Eine Glasfaser hat nur eine extrem geringe Dämpfung. Dadurch kann es über große Distanzen eine hohe Geschwindigkeit liefern ohne, dass Aufwenig die Signale rekostruiert werden müssen. (Stichwort: Optisches Fenster)

Zusammenfassend gesagt sind folgende Faktoren entscheidend:
- Signal-Stör-Abstand (SNR)
- Bandbreite
(- Verwendete Technik (QAM, OFDM,..) im zweiten Schritt )

Für mehr Theorie müste ich dann aber auch die Bücher rauskramen. Schlimm genug, dass ich so etwas noch so zusammen bekomme....

gruß