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WiMAX

Breitband-WLAN
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WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ist ein Synonym für den Standard IEEE 802.16. Mit dieser Technik sollen Internetdienste über regionale Funknetze angeboten werden. Da diese Technologie die so genannte letzte Meile überbrücken kann, entsteht damit direkte Konkurrenz zu bestehenden Telefon- und Internetdiensten wie zum Beispiel DSL.

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

Technische Grundlagen

Der Standard IEEE 802.16 gehört zur Familie der 802-Standards, wie auch 802.3 Ethernet, 802.5 Token Ring oder 802.11 Wireless LAN. Es existieren daher einige Gemeinsamkeiten zu diesen Standards, wie zum Beispiel das zugrunde liegende Schichtenmodell (OSI-Modell). WiMAX spezifiziert in diesem Modell lediglich die beiden untersten Schichten.

Im Unterschied zu Wireless LAN ist bei WiMAX die so genannte 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.

Viel Wert wurde auf große Übertragungsraten mit sehr kurzen Latenzzeiten (Reaktionszeiten) gelegt. Auch wurde ein Betriebsmodus mit zugesicherten Bandbreiten integriert. Diese Quality of Service (QoS) Option ist wichtig z. B. für Telefon und Video-Anwendungen, damit diese nicht plötzlich wegen mangelnder Bandbreite unterbrochen werden. Es kann also, im Gegensatz zu anderen Funktechniken, durch bevorzugte Behandlung der Sprachdatenpakete für eine bessere Sprachqualität gesorgt 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 ermöglichen hohe Datenübertragungsraten. Die Nachteile bei diesen Frequenzen sind die nötige Sichtverbindung der beiden Antennen (sog. Line of Sight), die aufwändige stationäre Antennenmontage und die fehlende Möglichkeit, mit mobilen Endgeräten zu kommunizieren. Dieses Verfahren eignet sich daher eher für den Anschluss von Großkunden oder zum Verbinden von Basisstationen per Richtfunk.

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

Ein weiteres funktechnisches Übertragungsverfahren ist für Frequenzen zwischen 2 bis 11 GHz spezifiziert. Dieser Frequenzbereich bietet einige Vorteile. Hier 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 aufwendige Modulationsart geht sehr sparsam mit den benötigten Frequenzspektren um und verkraftet Mehrfachempfang durch Reflexionen. Als Nachteile müssen bei diesen Frequenzen geringere Antennengewinne, eine größere Störung der 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

Der neue Standard IEEE 802.16e-2005 spezifiziert zusätzlich ein funktechnisches Übertragungsverfahren für Frequenzen bis 6 GHz. Es handelt sich um die so genannte 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. Darüber hinaus 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.

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 50 km Reichweite und einer Datentransferrate von bis zu 108 Mbit/s (bei 28 MHz Bandbreite) übertrifft WiMAX die derzeit aktuelle WLAN-Technik (diese kommt im Außenbereich unter Verwendung des 802.11a/h-Standards auf bis zu 20 km Reichweite, bei Datenraten bis zu 108 Mbit/s).

In der Praxis wird bei portablem Betrieb ein Radius von ca. 2 km erwartet. Außerdem müssen sich alle beteiligten Nutzer die zur Verfügung stehende Bandbreite teilen. Wegen der möglichen Übertragungsraten wird die WiMAX-Technik unter anderem auch als Alternative zu DSL-Leitungen und UMTS-Verbindungen diskutiert. Die Technik wird maßgeblich vom Chiphersteller Intel unterstützt, der Chips für Notebooks und Telefone 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 Motorola und 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.

Die verschiedenen 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

Verbreitung von WiMAX (geographisch)

Der Einsatz von WiMAX-Netzen scheint hauptsächlich in solchen Gebieten interessant, die noch nicht über eine sehr dichte Telefonversorgung verfügen, wie zum Beispiel die Volksrepublik China, Russland, Indien oder die Türkei. Wesentlich für die Verbreitung ist auch, über die passenden Funklizenzen zu verfügen und entsprechende Antennenstandorte zu finden.

Entwicklung in Deutschland

In Deutschland hat in der zweiten Jahreshälfte 2005 der Aufbau von WiMAX-Netzen zugenommen. 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.

Eine Bürgerinitiative in der norddeutschen Stadt Bad Oldesloe erwirkte eine öffentliche Ausschreibung eines Internet-Funknetzes, nachdem insbesondere die Neubaugebiete und Industriegebiete der Stadt keine DSL-Versorgung bekamen. Den Zuschlag zur Errichtung des Netzes bekam die DBD Deutsche Breitband Dienste GmbH und betreibt es unter dem Namen „DSLonair“. Am 2. Juni 2005 wurde der erste Kunde an das WiMAX-Netz angeschlossen. Mittlerweile ist in Bad Oldesloe flächendeckend Breitbandinternet per Kabelanschluss und UMTS verfügbar. Selbst die Telekom rüstet inzwischen die Aufgrund der inkompatiblen OPAL-Technik DSL-unversorgten Gebiete für DSL auf. Innerhalb weniger Jahren wuchs in dieser Kleinstadt die Verfügbarkeit an Breitbanddiensten von "Null" auf Großstadtniveau. Dies geht sehr zu Lasten des WiMAX-Netzbetreibers, dessen Gewinnschwelle dadurch in weite Ferne gerückt ist.

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 Ortsteil 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. Darüberhinaus 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 Leistungsspektrum 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 umfassen 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 entsprechen, aber auch bundesweite Anträge sind möglich. Änderungsvorschläge für die Versteigerung werden durch die Bundesnetzagentur im Rahmen eines Anhörungsverfahrens bis 4. August 2006 angenommen.

Seit August 2006 wird auch in Teilen Wuppertals ein WiMAX-Netz aufgebaut. Da in an die Stadtmitte angrenzenden Gebieten Glasfaser verlegt wurde, wird hier bis Mitte 2007 ein gut verfügbares WiMAX-Netz verfügbar sein.

Am 23. August 2006 wurde in Leipzig eine Basisstation (weitere folgen) in Betrieb genommen. Es sind die gleichen Produkte wie in Berlin buchbar.

Am 5. Oktober 2006 wurde in Dresden das WiMAX-Netz der DBD Deutsche Breitband Dienste GmbH (MAXXonair) eröffent. Bis zum Jahresende sollen ca. 30 Basisstationen aufgebaut sein (weitere folgen in 2007). Wie in Berlin ist dies einer Bürgerinitiative ("DSLfuerDresden") zu verdanken.

Seit 11. Oktober 2006 stehen die Vergaberichtlinien für die Frequenzen im Bereich 3400 bis 3600 MHz für Broadband-Wireless-Access-Anwendungen in Deutschland endgültig fest. Die Bundesnetzagentur ist dabei zumindest teilweise auf Kritik eingegangen, die im Rahmen des Anhörungsverfahrens gesammelt wurde. Die Regionen wurden insgesamt etwas kleinräumiger strukturiert. Insgesamt sind es nun 28 Gebiete, in denen die Frequenzen getrennt versteigert werden. Auch ist die Bundesnetzagentur auf die Kritik übergroßer Schutzbänder eingegangen. Dadurch sind nun 4 Frequenzbänder mit 42MHz (2*21MHz) Breite zu versteigern, die aber nun aus technischen Gründen nicht mehr voll genutzt werden können. Auch sind einige Frequenzen nicht überall benutzbar aufgrund schon bestehender Nutzung durch andere Funkanwendungen (nicht zurückgegebene Wireless-Local-Loop-Frequenzen aus einer früheren Versteigerung).

Entwicklung in Österreich

Im Oktober 2004 haben 4 Unternehmen die nötigen Funkfrequenzen ersteigert. Davon hat nur das österreichisch-schweizerische WiMAX-Telecom-Konsortium ein Netz im Burgenland, im Wiener Becken und in der Oststeiermark in Betrieb genommen. Die anderen Lizenzen wurden an UPC Telekabel, Telekom Austria sowie Teleport vergeben. Diese Anbieter geben an, die endgültige Festlegung der technischen Standardisierung noch abwarten zu wollen, bevor ein Termin für den Marktstart angepeilt wird.

Entwicklung in der Schweiz

In der Schweiz wird WiMAX als Broadband Wireless Access (BWA) bezeichnet. Seit Herbst 2006 verfügt die Mobilfunktochtergesellschaft der Swisscom über eine entsprechend Lizenz, während die übrigen grossen Telekommunikationsanbieter wie Cablecom, Orange und Sunrise auf den Erwerb einer BWA-Lizenz verzichtet haben. [1]

WiMAX-Angebote für Endkunden sind in der Schweiz bislang nicht verfügbar. Grund für das geringe Interesse an WiMAX in der Schweiz sind vermutlich die grossen Investitionen in die Mobilfunktechnik UMTS in den letzten Jahren.

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 Telekommunikationsinfrastruktur 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 € 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 WiMAX in ausgewählten Gegenden an und verfügt dort über mehr als 20.000 Nutzer. 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

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