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WiMAX

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WiMAX Antenne 13 Meter über dem Boden - die Gegenstelle ist ein 26 km entfernter Fernsehturm - in Betrieb seit 2004 (in Litauen)

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ist ein Standard (IEEE 802.16) für regionale Funknetze. Mit dieser Technik sollen Kommunikationsdienste über Funk angeboten werden. Hierbei handelt es sich hauptsächlich um die Übertragung von Daten für Internet- und Telekommunikation. Sie soll die sogenannte letzte Meile überbrücken. Die Technik steht in Europa in direkter Konkurrenz zu bestehenden Telefonanbietern, die Telefon- und Internetdienste (DSL) über Kupferkabel anbieten.

Technische Grundlagen

Der Standard IEEE 802.16 gehört zur Familie der 802-Standards. Dieser Familie gehören auch die Standards 802.3 Ethernet und 802.5 Token Ring, als auch 802.11 Wireless LAN an. Es existieren daher auch einige Gemeinsamkeiten zu diesen Standards, wie zum Beispiel das zugrundeliegende Schichtenmodell des Netzwerk-Protokolls (OSI-Modell). WiMAX spezifiziert in diesem Modell lediglich die beiden untersten Schichten.

Im Unterschied zu Wireless LAN ist bei WiMAX die sogenannte Basisstation eine zentrale Instanz, die entscheidet, wer senden darf und wer nicht. Lediglich bei der erstmaligen Anmeldung konkurrieren verschiedene Endgeräte um die Kommunikation mit der Basisstation. Bei Wireless LAN konkurrieren die Endgeräte hingegen bei allen Aussendungen, wenn kein RTS/CTS verwendet wird. Durch dieses wird das Zugriffsverfahren in CSMA/CA, welches langsamer als CSMA/CD ist, geändert.

Der WiMAX-Standard wurde zunächst für hohe Frequenzen spezifiziert. An mobile Anwendungen wurde zunächst nicht gedacht. Viel Wert wurde auf große Übertragungsraten mit sehr kurzen Latenzzeiten (Reaktionszeiten) von paketvermittelten Daten gelegt. Auch wurde von Anfang an ein Betriebsmodus mit zugesicherten Bandbreiten integriert (QoS). Dies ist wichtig z. B. für Telefon und Video-Anwendungen, damit diese nicht plötzlich wegen mangelnder Bandbreite unterbrochen werden.

Es existieren verschiedene funktechnische Übertragungsarten:

Das Verfahren des Standards IEEE 802.16-2004 für Frequenzen oberhalb von 10 GHz

Oberhalb der Frequenz von 10 GHz bieten sich zur Übertragung der Signale Parabolantennen als Antennen mit hohem Gewinn und großer Richtwirkung an. Die großen zur Verfügung stehenden Bandbreiten von 25 MHz in den USA bzw. 28 MHz in Europa lassen bezüglich großer Datenübertragungsraten wenig Wünsche offen. Die Nachteile bei diesen Frequenzen sind die nötige Sichtverbindung der beiden Antennen, die aufwändige stationäre Antennenmontage und die fehlende Möglichkeit, mit mobilen Endgeräten zu kommunizieren. In Deutschland wird dieses Verfahren nicht zum Anschluss der Endkunden diskutiert, sondern zum Verbinden der Basisstation per Richtfunk an ein vorhandenens leitungsgebundenes Netz.

Das Verfahren des Standards IEEE 802.16-2004 für Frequenzen zwischen 2 und 11 GHz

Die andere heute übliche Übertragungstechnik ist für Frequenzen zwischen 2 bis 11 GHz spezifiziert. Bei diesen Frequenzen benötigt man oft noch keine Sichtverbindung. Die Antennenmontage ist somit einfacher bzw. kann bei mobilen Geräten ganz entfallen. Als Modulationsart wird die für mobile Zwecke gut geeignete OFDM zugrundegelegt. Diese aufwändige Modulationsart geht einerseits sehr sparsam mit den benötigten Frequenzspektren um, andererseits verträgt die OFDM einen Mehrfachempfang durch Reflexionen. Als Nachteile müssen aber bei diesen Frequenzen geringere Antennengewinne, eine größere Störung von verschiedenen Funkpartner untereinander, sowie geringere Datenübertragungsraten aufgrund fehlender breitbandiger Frequenzspektren in Kauf genommen werden.

Das Verfahren des Standards IEEE 802.16e-2005 für Frequenzen zwischen 2 und 6 GHz

Diese obigen beiden funktechnische Übertragungsverfahren wurden bereits im Standard IEEE 802.16-2004 spezifiziert. Der neue Standard IEEE 802.16e-2005 spezifiziert ein weiteres inkompatibles funktechnisches Übertragungsverfahren für Frequenzen bis 6 GHz. Dieses ist ähnlich wie OFDM, jedoch nicht kompatibel. Es handelt sich um die sogenannte SOFDMA, bei der der Qualität des Übertragungsweges und der Rechenleistung mobiler Endgeräte Rechnung getragen werden kann. Dies geschieht durch ein zusätzliches Aufsplitten des Frequenzspektrums auf verschiedene Empfänger und durch Wechsel der Modulationsart der Teilträger. Darüberhinaus bietet IEEE 802.16e-2005 die Möglichkeit, die Funkzelle während des laufenden Betriebes zu wechseln (Handover). IEEE 802.16e-2005 ist keine Erweiterung des IEEE 802.16-2004-Standards, sondern inkompatibel dazu.

Quality of Service

Bei WiMAX ist eine Sprachübertragung möglich. Dafür ist ein so genannter Quality of Service (QoS) vorgesehen, der durch bevorzugte Behandlung der Sprachdatenpakete für eine bessere Sprachqualität sorgen soll als die Internettelefonie über herkömmliche Breitbandzugänge.

Spektrale Effizienz

Für einen 10-MHz-Kanal ergibt sich für den Standard IEEE 802.16e-2005 (Mobile WiMax) bei einer Aufteilung des Frequenzbandes im Verhältnis von 3 zu 1 für Empfang und Senden eine maximale Datenempfangsrate für alle Endgeräte zusammen von 46 MBit/s. Alle Endgeräte können dabei noch gleichzeitig mit maximal 4 Mbit/s über den gleichen 10 MHz-Kanal Daten versenden. Die angegebenen Datenraten setzen dabei MIMO-Technik voraus. Die spektrale Effizienz ist damit höher als bei der UMTS-Erweiterung HSDPA.

Praxis

Mit in Labortests erreichten, im Betriebsalltag jedoch nicht annähernd zu erwartenden 50 km Reichweite und einer Datentransferrate von bis zu 108 Mbit/s (bei 28 MHz Bandbreite) übertrifft WiMAX die derzeit aktuelle WLAN-Technik, die im Außenbereich-Einsatz mit 802.11a/h-Technik auf bis zu 20 km Reichweite kommt, bei Datenraten bis zu 108 Mbit/s. In der Praxis wird bei einem ungünstigen Umfeld bei portablen Betrieb ein Radius von ca. 2 km erwartet. Außerdem müssen sich alle beteiligten Nutzer die zur Verfügung stehende Bandbreite teilen. Wegen der hohen Leistungsfähigkeit wird die WiMAX-Technik unter anderem auch als Alternative zu DSL-Leitungen und UMTS-Verbindungen diskutiert. Die Technik wird maßgeblich vom Chiphersteller Intel betrieben, der Chips für Notebooks für 2006, Chips für Telefone für 2007 angekündigt hat, – strategische Partnerschaften, wie z. B. mit Alcatel, sichern die parallele Entwicklung dazugehöriger Mobilfunk-Basisstationen. Bisher haben sich 350 Technologieunternehmen im WiMAX-Forum zusammengeschlossen, um durch Standardisierung von WiMAX dessen Kompatibilität mit den Produkten der verschiedenen Hersteller zu gewährleisten. Dazu gehören auch führende Netzwerkausrüster wie Siemens sowie große Netzbetreiber wie AT&T und British Telecom. Der weltgrößte Konzern für mobile Endgeräte Nokia hatte sich aus dem WiMAX-Forum zurückgezogen, ist jedoch inzwischen wieder beigetreten. Auch der weltgrößte Hersteller von Mobilfunknetzen, Ericsson aus Schweden, gehört mittlerweile dem Forum an.

Es gibt verschiedene IEEE 802.16-Standards

Die wichtigsten sind:

  • IEEE 802.16-2004 (auch WiMAX fixed genannt, Wechsel der Funkzelle im laufenden Betrieb ist nicht möglich)
  • IEEE 802.16e-2005 (auch WiMAX mobile genannt, Wechsel der Funkzelle im laufenden Betrieb ist möglich)

Entwürfe:

  • P802.16h
  • P802.16i

noch in der Entwicklung:

  • IEEE P802.16/Conformance04
  • IEEE P802.16g
  • IEEE P802.16k

aktuell gültig:

  • IEEE 802.16-2004
  • IEEE 802.16f-2005 (amendment to IEEE 802.16)
  • IEEE 802.16e-2005 (amendment to IEEE 802.16)
  • IEEE 802.16-2004/Cor1-2005 (corridendum to IEEE 802.16, published along with IEEE 802.16e-2005)
  • IEEE 802.16.2-2004
  • IEEE 802.16/Conformance01-2003
  • IEEE 802.16/Conformance02-2003
  • IEEE 802.16/Conformance03-2004

veraltet:

  • IEEE 802.16-2001
  • IEEE 802.16a-2003
  • IEEE 802.16c-2002
  • IEEE 802.16.2-2001

Der Einsatz von WiMAX-Netzen scheint hauptsächlich in solchen Ländern interessant, deren großflächige Städte wegen einer geringen Dichte in der Telefonversorgung noch nicht so engmaschig verkabelt sind wie in Europa, also Länder wie China, Russland, Indien oder die Türkei. In hochindustrialisierten Ländern wird diese Technik auch noch Schwierigkeiten zu überwinden haben, die passenden Funklizenzen zu bekommen und Standorte für die Antennenstationen, die eine recht hohe Sendeleistung benötigen, zu finden.

Kompatibilität zu WLAN

Derzeit wird eine mögliche Kompatibilität von WIMAX zu WLAN diskutiert. Es wird dabei davon ausgegangen, Router zu entwickeln, die es ermöglichen, dass vermaschte WLAN-Zellen auch zu einem WIMAX Netz verbinden können. Es ist eine ähnliche Topologie wie Ultrapeers bei dem Gnutella-Netzwerk, wobei die WIMAX-Sender die Funktion eines Supernodes wahrnehmen, sodann aber bestimmte Router auch WLAN-Netze unterstützen können. So wird es möglich sein, WLAN-Netze oder durch vermaschte WLAN-Netze mit dem OLSR-Protokoll in einem lokalen MAN Netzwerk von WLAN über WIMAX zu WLAN zu hoppen, und so innerhalb eines hybriden Netzwerkes verbunden zu sein. Dieses ermöglicht die breite Nutzung, indem Laptops mit bestehenden Wireless Chips auch zu WIMAX Netzen verbinden können, bzw. entsprechende Router mehrere vermaschte WLAN-Netze von Freifunkern verbinden.

Entwicklung in Deutschland

In Deutschland hat in der zweiten Jahreshälfte 2005 der Netzaufbau gemäß dem WiMAX-Standard an Fahrt gewonnen. Während die Bundesnetzagentur die Entscheidung über die endgültige Lizenzvergabe wiederholt aufschob und schließlich ein Interessenbekundungsverfahren (Registrierungsverfahren) bis 28. Februar 2006 abschließen wollte, befanden sich mehrere Testgebiete im Aufbau.

Am 24. August 2005 wurde in Teilen von Heidelberg ein kommerzielles WiMAX-Netz für Gewerbekunden durch die Deutsche Breitband Dienste GmbH unter dem Namen MAXXtelekom (inzwischen MAXXonair) in Betrieb genommen. Hauptkunde ist die Fachhochschule. In Berlin wurde nach einschlägigem Engagement der Bürgerinitiative "DSLnachPankow" am 8. November 2005 von MAXXonair europaweit das erste kommerzielle städtische WiMAX-Netz für Privat- und Geschäftskunden im Bezirk Pankow gestartet. Innerhalb von 18 Monaten soll das Netz dann auf ganz Berlin ausgedehnt werden. Die Standard-Produkte für Privatkunden haben eine asymmetrische Bandbreite, welche mit Downloadgeschwindigkeiten von 1,5 Mbit/s bis zu 3,5 Mbit/s buchbar sind. VoIP soll Teil des Angebotes werden. Darüber hinaus bietet DBD individuelle Produkte mit Bandbreiten von bis zu 155 Mbit/s an.

Am 20. Oktober 2005 starteten die Kaiserslautern ISP Transkom Kommunikationsnetzwerke GmbH ein WiMAX-Pilotprojekt in Kaiserslautern. Auch Arcor ist in Kaiserslautern seit Dezember 2005 mit einem WiMAX-Netz in der westlichen verglasfaserten Stadthälfte an den Start gegangen. Das Leistungsspekturm ist geringer als das von MAXXonair. Arcor bietet einen kompletten Anschluss mit Telefon- und Internetflatrate an. Die Geschwindigkeiten des Internets sind mit DSL 1000 vergleichbar. Die Deutsche Telekom AG hat seit der zweiten Jahreshälfte 2005 WiMAX im Rahmen eines Pilotbetriebes in Nordrhein-Westfalen im Test. Hierbei werden 100 Haushalte in den Ortsteilen Menden und Meindorf der Stadt Sankt Augustin bei Bonn mit WiMAX versorgt.

Am 11. April 2006 teilte die Bundesnetzagentur mit, dass das geplante erleichterte Vergabeverfahren für das 3,5 GHz-Band gescheitert ist. Es wurden über 1000 Anträge von rund 100 Unternehmen gestellt. Unter den 1000 Anträgen befanden sich neun Anträge auf bundesweite Nutzung. Eine gütliche Einigung über die Nutzung der Frequenzen im 3,5 GHz-Band war damit nicht möglich. Die Behörde will nun bis Sommer 2006 ein neues Vergabeverfahren vorstellen und die Frequenzen bis Herbst 2006 endgültig vergeben.

Anfang Juli 2006 gab die Bundesnetzagentur die konkreten Pläne für die Versteigerung der Frequenzen im Bereich 3400 bis 3600 MHz bekannt. Es sollen nun 3 Frequenzpakete versteigert werden. Zwei Frequenzbereiche sind 42 MHz (2x21 MHz-Bänder 100 MHz voneinander entfernt). Das dritte Band ist insgesamt 56 MHz groß (2 x 28 MHz-Bänder 100 MHz voneinander entfernt). Die Frequenznutzungsrechte können jeweils auf Gebieten erworben werden, die ungefähr den Grenzen der Bundesländer entspricht, aber auch bundesweite Anträge sind möglich. Änderungsvorschläge für die Versteigerung werden durch die Bundesnetzagentur im Rahmen eines Anhörungsverfahrens bis 4.8.2006 angenommen.

Entwicklung in Österreich

Im Oktober 2004 haben 4 Unternehmen die nötigen Funkfrequenzen ersteigert. Ende April 2005 starteten erste Pilotversuche des österreichisch-schweizerischen WiMAX-Telecom Konsortiums im Burgenland. Die Konkurrenten UPC Telekabel, Telekom Austria sowie Teleport testen ebenfalls die Technologie. Alle Anbieter geben jedoch an, die endgültige Festlegung der technischen Standardisierung noch abwarten zu wollen bevor ein Termin für den Marktstart angepeilt wird. Zunächst sind für die Firmen vor allem Gebiete interessant, wo Breitbandanbindungen noch nicht verfügbar sind.

Mitte September 2005 startete WiMAX Telecom die Versorgung im Burgenland und Teilen der Steiermark mit der Präsentation durch Landeshauptmann Hans Niessl im Hotel GIP in Großpetersdorf. Dabei wurde ein störungsfreier Datentransfer von bis zu 20 Mbit/s auf Distanzen von bis zu 25 Kilometern vorgestellt. Seit Anfang 2006 wird WiMAX im Burgenland, in Teilen des Wiener Beckens und der Oststeiermark angeboten. An eine Erreichbarkeit der Städte ist bis 2008 gedacht.

Übriges Europa

Frankreich

Intel und France Télécom haben während der Tour de France 2005 gemeinsam ein drahtloses WiMAX-Breitbandnetz aufgebaut. Um die 450 Journalisten und akkreditierte Tourbegleiter an das Breitbandnetz anzuschließen, hat France Télécom einen WiFi-Hotspot eingerichtet. Für die Informations- und Berichterstattung der Journalisten zur Tour de France stand France Télécom jeden Tag vor der Aufgabe, über Nacht die gesamte Telekommunikations-Infrastruktur am nächsten Etappenziel aufzubauen. Da für WiMAX keine Verkabelung nötig ist, ist das Breitbandnetz innerhalb einer knappen Stunde einsatzbereit gewesen.

Litauen

In Litauen wird WiMAX seit Sommer 2004 vor allem für Gegenden angeboten, in denen es gar keine Telefonleitungen gibt. Die Preise liegen bei ca. 30 EUR für eine 64 kbit Flatrate mit fester IP Adresse.

Belgien

In Belgien wird seit 2005 (Pre-) WiMAX im Raum Brüssel angeboten. Derzeit mit Geschwindigkeiten von 1 – 3 Mbit/s.

Irland

In Irland bietet Irish Broadband (www.irishbroadband.ie) Wimax in ausgewählten Gegenden an. Derzeit hat es mehr als 20.000 Nutzer und will dieses auf 700.000 Nutzer in den nächsten 3 Jahren ausbauen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Ländern setzt Irish Broadband dabei weniger auf Nutzer in schlecht versorgten Gebieten sondern geht in die Ballungsgebiete Dublin, Cork usw. um potenzielle DSL-Nutzer, die keinen Telefonanschluss haben, zu gewinnen.

Peking zu den Olympischen Spielen drahtlos

Das drahtlose Internet mittels WiMAX soll den Gästen der Olympischen Spiele in Peking helfen, sich in der Stadt zurechtzufinden. Das Unternehmen Capinfo aus Hong Kong hat eine Software entwickelt, die es möglich machen soll, mit Smartphones im Internet zu surfen – um Daten und Informationen über die Stadt abzurufen.

Insbesondere soll es möglich sein, auf eine Datenbank mit Touristeninformationen zuzugreifen. Außerdem sei ein Tool eingebaut, das englische Schrift in gesprochenes Mandarin übersetze; so sollen die Olympia-Gäste beispielsweise Taxifahrer zum nächsten Hotel oder Restaurant bitten können. Das Handy benötigt für die Software allerdings die Möglichkeit, per UMTS oder WLAN auf das drahtlose Internet zugreifen zu können.

Derzeit (Stand November 2005) wird das System mit etwa 100 Nutzern getestet. Kommendes Jahr sollen bereits 10.000 Teilnehmer an einem Pilotprojekt teilnehmen. Läuft das System bei den Olympischen Spielen erfolgreich, soll das drahtlose Netz auch auf Shanghai ausgedehnt werden.

Siehe auch

Netzbetreiber:

Informationen zu den Pilotprojekten: (+) geht (o) geht vielleicht (-) geht nicht (--) ging nie

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