Im zweiten Teil über drahtlose lokale Netzwerke geht es um die Funktechnologie WiMAX, die sich aufmacht, um die Vorherrschaften über die Letzte Meile aufzubrechen und auch in ländlichen Gebieten kostengünstig Breitband-Internetzugänge zu liefern.
Was ist WiMAX?
Der Funkstandard WiMAX wird häufig in einem Satz mit WLAN verwendet und in manch Marketingmaterial gar als Nachfolger von WLAN gepriesen. Beides ist so nicht richtig, denn WiMAX hat eine ganz andere Ausrichtung als WLAN und muss deshalb auch gesondert betrachtet werden. Die ersten Entwicklungen der IEEE-802.16-Arbeitsgruppe, die sich mit der Entwicklung von WiMAX beschäftigt, wurden im Jahre 2001 veröffentlicht, es handelt sich also um eine verhältnismäßig junge Technologie, die sich in einigen Aspekten auch noch im Entwicklungsfluss befindet.
Der Begriff WiMAX ist ein Kunstwort und steht für Worldwide Interoperability for Microwave Access ("Weltweite Interoperabilität für Mikrowellenzugänge"). Die Entwicklung wird zum großen Teil von der IEEE-802.16-Arbeitsgruppe forciert, die ehemals dazu eingerichtet wurde, um ein Zugangssystem für effiziente, breitbandige Datennetze auf Funkbasis zu entwickeln, um damit größere Gebiete abzudecken. Primäre Ziele sind vor allem Regionen, die nur unverhältnismäßig teuer mit kabelgebundenen Netzen angebunden werden können. Weitere Ziele sind jedoch auch Ballungsräume, in denen die meisten Telefonhausanschlüsse, die so genannte Letzte Meile, monopolartig von einem Anbieter verwaltet wird und mit einem zuverlässigen Funksystem diese Vorherrschaft aufgebrochen werden kann.
Ähnlich wie auch bei WLAN und Bluetooth, wird auch bei WiMAX ein Großteil der Entwicklungsarbeit in einem eigenen Branchenverband, dem so genannten WiMAX Forum getan, das im Jahre 2003 gegründet wurde. In diesem Forum, in den praktisch alle an der Entwicklung und Herstellung von WiMAX-Gerätschaften beteiligten Unternehmen vertreten sind. Hier werden die meisten Standards formuliert, die dann später in der IEEE-802.16-Arbeitsgruppe meist ohne große Änderungen als offizieller IEEE-Standard auserkoren werden.
Grundzüge der WiMAX-Architektur
Im Gegensatz zu WLAN, das auch im nomadischen Betrieb ohne zentrale Access Points arbeiten kann, gibt es bei WiMAX eine klare Spielregel: Ein WiMAX-Netzwerk besteht aus mindestens einem zentralen Access Point (in der WiMAX-Nomenklatur als Basisstation bezeichnet) und einzelnen WiMAX-Clients. Diese Clients "gehorchen" auf die Basisstation, die als zentrale Instanz in einem WiMAX-Netzwerk allein darüber entscheidet, wer im Netzwerk senden darf. Mit dieser klassischen Stern-Topologie (siehe hierzu auch Arten von Netzwerken) ist sichergestellt, dass es im Netzwerk keine konkurrierenden Verbindungen gibt und die zur Verfügung stehende Bandbreite effizient ausgenutzt wird.
Diese klassische "Zentralisierung" der Autorität, die allgemeinen Begrifflichkeiten und auch die Liste der teilnehmenden Hersteller an der Entwicklung von WiMAX (unter anderem klassische Mobilfunk- und Telefonausrüster wie Nokia, Alcatel oder Ericsson) positionieren WiMAX zwischen Daten- und Mobilfunknetze als konvergente Technologie, also als Technik, die sowohl Netzzugang als auch Telefonie miteinander verbinden kann, da allgemein davon ausgegangen wird, dass beide Welten früher oder später zusammenwachsen.
Eine Reminiszenz an die Mobilfunktechnik ist auch der zellenartige Aufbau von WiMAX-Netzwerken und die Möglichkeit des Zellenwechsels innerhalb eines Netzwerkes. Die Basisstationen der einzelnen Zellen kommunizieren untereinander, um diesen Aufbau und die entsprechenden Zellenwechsel zu ermöglichen.
WiMAX-Technik
Protokollaufbau
Wie fast alle Netzwerkstandards der aus dem IEEE-Projekt 802 befasst sich WiMAX mit den beiden untersten Schichten des OSI-Schichtenmodells, der Sicherungsschicht und der untersten Bitübertragungsschicht (siehe hierzu auch Schichtenmodelle). WiMAX bringt hier jedoch eine kleine Spezialität mit, denn die Sicherungsschicht (auch oft MAC-Schicht genannt) besteht im WiMAX-Standard aus drei einzelnen Schichten, um Nutzdatenverkehr und Verwaltungsdatenverkehr voneinander zu trennen. Zudem ist mit einer eigenen Schicht eine Verschlüsselungsebene integriert, so dass von Hause aus eine Datenverschlüsselung schon auf unterster Ebene möglich ist.
Ein wichtiger Aspekt (wenn nicht gar der wichtigste Aspekt) ist das so genannte Quality of Service (QoS), der Zusicherung einer Dienstegüte. Mit QoS können bestimmte Übertragungsinhalte gegenüber anderen Inhalten priorisiert werden können. Dies ist zum Beispiel notwendig bei
Funkschnittstelle und Übertragungsbandbreiten
Für die Funkschnittstelle wird als Übertragungsverfahren das so genannten Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) genutzt. Bei diesem Verfahren wird die zu übertragende Datenmenge aufgeteilt und auf unterschiedlichen Frequenzen, die untereinander orthogonal in Beziehung stehen, gleichzeitig übertragen. Die Frequenzbereich der einzelnen Träger überschneidet sich dabei leicht. Dies ist jedoch kein größeres Problem, da die einzelnen Träger untereinander leicht unterschieden werden können.
Dieses Übertragungsverfahren hat den Vorteil, dass ein Kanal nicht mit einem starken Signal belegt ist (und dementsprechend störanfällig ist, wenn auf dem Kanal externe Störungen vorhanden sind), sondern das ein Kanal aus mehreren Subkanälen mit eigenen Trägerfrequenzen besteht und Störungen für gewöhnlich nur auf einigen Subkanälen auftauchen.
Die Übertragungsbandbreite, die in WiMAX-Spezifikationen festgelegt ist, beläuft sich bei einer nutzbaren Frequenzbandbreite von 20 Megahertz auf 75 Megabit pro Sekunde.
Frequenzbereiche
Bei WiMAX wird sowohl darauf gesetzt, lizenzfreie und auch lizenzpflichtige Frequenzbereiche zu nutzen. Lizenzpflichtige Frequenzbereiche haben für Anbieter den Vorteil, dass diese ihnen exklusiv zur Verfügung stehen und nicht durch Unbefugte, also von Nutzern und Anbietern ohne gültige Lizenz, genutzt werden dürfen. Zudem gilt für solche lizenzpflichtigen Frequenzbereiche nicht grundsätzlich die maximale Sendeleistung von 0,1 Watt wie auf den ISM-Bändern.
Im ursprünglichen Standard IEEE 802.16, der im Dezember 2001 verabschiedet wurde, wurde der Frequenzbereich zwischen 10 und 66 GHz definiert. Dies war jedoch von Anfang an nicht praxisorientiert, da bei höheren Frequenzen zwar größere Reichweiten möglich sind, jedoch eine Sichtverbindung und eine sehr genaue Ausrichtung der Sendeanlagen notwendig ist. In späteren Unterprojekten der 802.16-Arbeitsgruppe wurde deshalb der Frequenzbereich auf 2 bis 11 GHz festgelegt, ein neuerer Standard namens 802.16e definiert einen Frequenzbereich von 0,7 bis 6 GHz.
In der Praxis ist dies jedoch nicht ganz einfach, denn anmelde- und lizenzfrei sind nur Funkanlagen, die in den ISM-Bändern senden. Diese Frequenzbänder dürfen jedoch nur mit sehr geringen Sendeleistungen genutzt werden und sind durch viele andere Funkanwendungen stark "verschmutzt", weshalb in vielen Ländern durch nationale Behörden oder Regulierungsbehörden gesonderte Frequenzbänder für WiMAX-Anwendungen definiert werden und Betreiber entsprechende Nutzungslizenzen erwerben können. Herauskristallisiert haben sich vor allem Frequenzbänder bei 2,5, 3,5 und 5 GHz, die durch Räumung der Vornutzung für Datenübertragungsdienste freigemacht werden konnten.
Lizenzverfahren
In Deutschland wird für den so genannten Wireless Local Loop (WLL), der funkbasierten Letzten Meile, der Frequenzbereich von 3,410 bis 3,594 GHz reserviert. Interessanterweise ist dieser Frequenzbereich nicht explizit für WiMAX-Nutzung reserviert, sondern generell für WLL-Anwendungen. Lediglich einige Parameter zwecks gestatteter Funkverfahren und Sendeleistungen sind vorbestimmt. Dennoch kristallisierte sich von Anfang an heraus, dass als WLL-Verfahren in den allermeisten Fällen von Betreibern WiMAX als einzusetzendes Funkprotokoll genutzt werden dürfte.
Der Frequenzblock ist grundlegend in zwei gleich große, um 100 MHz versetze Frequenzbänder aufgeteilt, das so genannte Unterband für Verbindungen von Clients zur Basisstation und das Oberband für Verbindungen von der Basisstation zu Clients:
| Kanal | Frequenzbereich Unterband |
Frequenzbereich Oberband |
Belegung |
|---|---|---|---|
| 1 | 3,410 - 3,417 GHz | 3,510 - 3,517 GHz | Frequenzpaket A (21 MHz) |
| 2 | 3,417 - 3,424 GHz | 3,517 - 3,524 GHz | |
| 3 | 3,424 - 3,431 GHz | 3,524 - 3,531 GHz | |
| 4 | 3,431 - 3,438 GHz | 3,531 - 3,538 GHz | Schutzblock |
| 5 | 3,438 - 3,445 GHz | 3,538 - 3,545 GHz | Frequenzpaket B (21 MHz) |
| 6 | 3,445 - 3,452 GHz | 3,545 - 3,552 GHz | |
| 7 | 3,452 - 3,459 GHz | 3,552 - 3,559 GHz | |
| 8 | 3,459 - 3,466 GHz | 3,559 - 3,566 GHz | Schutzblock |
| 9 | 3,466 - 3,473 GHz | 3,566 - 3,573 GHz | Frequenzpaket C (28 MHz) |
| 10 | 3,473 - 3,480 GHz | 3,573 - 3,580 GHz | |
| 11 | 3,480 - 3,487 GHz | 3,580 - 3,587 GHz | |
| 12 | 3,487 - 3,494 GHz | 3,587 - 3,594 GHz |
Die auf diese Weise gebildeten logischen Kanäle werden in drei Frequenzpakete zusammengefasst, die jeweils durch einen Kanal, dem so genannten Schutzblock, voneinander getrennt sind.
Ursprünglich war von der Bundesnetzagentur, der Regulierungsbehörde für Telekommunikationsfragen in Deutschland, im Jahre 2005 angedacht, Kanäle im Zweierpaket in einem flexiblen Registrierungsverfahren an zukünftige Netzbetreiber zu vergeben. Diese durchaus innovative und schnell realisierbare Idee wurde jedoch von einem unerwarteten Ansturm von Anträgen überschwemmt; zwischen Dezember 2005 und Februar 2006 wurden über 1200 Anträge von rund 100 Antragsstellern eingereicht, 9 Anträge davon waren bundesweite Lizenzanfragen. Die Nachfrage war demnach um ein Vielfaches höher, als Frequenzpakete vorhanden waren. Aus diesem Grund muss die Frequenzvergabe neu aufgerollt werden.
Aktuell schlägt die Bundesnetzagentur eine Vergabe im Rahmen einer Versteigerung vor, bei der die Frequenzpakete für 16 Regionen (die sich nah an den Grenzen der Bundesländer richten), gesondert ersteigert werden können. Aufgrund der hohen Nachfrage werden jedoch voraussichtlich Mindestgebote eingestellt, so dass sich die Lizenzkosten für einzelne Regionen pro Frequenzpaket durchaus im sechs- bis siebenstelligen Euro-Bereich bewegen dürften.
Weiterführende Links
http://www.wimax-forum.org/
WiMAX Forum
