Wimax Einführung

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ist eine vergleichsweise neueTechnologie, die den Nutzern einen breitbandigen Internet-Zugang auf drahtlosem Wege bereitstellen soll. Mit einer theoretischen Reichweite von bis zu 50 km und einer maximalen Übertragungsrate von über 40 MBit/s ist WiMAX deutlich leistungsfähiger als andere Internet-Zugänge, wie z.B. DSL oder WLAN. Auch vermuten Fachleute, dass WiMAX in seiner mobilen Ausprägung in manchen Regionen den klassischen Mobilfunk zu ergänzen vermag.

In Deutschland sind seit 2006 die ersten WiMAX-Angebote auf den Markt verfügbar. Noch in 2007 ist mit WiMAX-fähigen Notebooks und PDAs (Personal Digital Assistant) für portable Anwendungen (auch als „nomadische" Nutzung bezeichnet) zu rechnen und ab 2008 soll es die ersten Handys auf der Basis von WiMAX geben.

In den folgenden Abschnitten finden Sie

- ausführliche Informationen zu WiMAX, wie z.B. Vergleich mit WLAN (Wireless Local Area Network), technische Parameter, Anwendungsmöglichkeiten, Entwicklung in Deutschland und im Ausland,

- Kurzfassung mit den wichtigsten Informationen zu WiMAX sowie

- Praktische Tipps für ein EMVU-strahlungsbezogenes optimiertes Nutzer-Verhalten.

Die Funktechnologie WiMAX (Wireless Interoperability for Microwave Access) basiert auf dem ursprünglich für den Einsatz in Großstädten (Metropolitan Area Network) konzipierten Standard IEEE 802.16 (IEEE = Institute of Electrical and Electronic Engineers).

In der ersten Standardisierungsphase im Jahre 2001 (IEEE 802.16) wurde die Funkschnittstelle für Richtfunkanwendungen (hohe Reichweiten, keine Mobilität) im Frequenzbereich zwischen 10 und 66 GHz spezifiziert. Dabei plante man Reichweiten von bis zu 100 km und Übertragungsgeschwindigkeiten von maximal 70 MBit/s.

Im Jahre 2003 wurde dieser Standard überarbeitet (IEEE 802.16a), wobei sich der Arbeitsfrequenzbereich in Richtung 2 bis 11 GHz verlagerte und eine direkte Sichtverbindung zwischen Basisstation und Endgerät nicht mehr zwingend erforderlich war.

In der folgenden Zeit wurden die beiden oben genannten Standards nochmals revidiert und unter der Bezeichnung IEEE 802.16d im Jahre 2004 verabschiedet. Die heutigen im Einsatz befindlichen WiMAX-Geräte für stationäre und portable Anwendungen arbeiten nach dieser Spezifikation.

In der Untergruppe IEEE 802.16e wurden im folgenden Jahr Modifikationen erarbeitet, die unter Verwendung intelligenter Antennen sowie leistungsfähigerer Modulations- und Kodierungsverfahren auch mobile Nutzungen bei niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten (WiMAX-fähige Notebooks, PDAs = Personal Digital Assistant und Handys) im Frequenzbereich unter 6 GHz gestatten.

Die IEEE hat bereits Pläne für einen Nachfolger von IEEE 802.16e veröffentlicht. Demnach soll der IEEE 802.16m genannte Standard Transferraten von bis zu 1 GBit/s erlauben und abwärtskompatibel zu den heutigen WiMAX-Standards sein. Die Verabschiedung ist für Ende 2009 vorgesehen.

In dem so bezeichneten „WiMAX-Forum" sind mehr als 400 Netzbetreiber, System- und Gerätehersteller tätig, um die Kompatibilität und Interoperabilität der unterschiedlichen WiMAX-Komponenten sicherzustellen.

Wie im Abschnitt „Die WiMAX-Standardisierung" erläutert, basiert die WiMAX-Funktechnologie auf drei unterschiedlichen Standards, deren wichtigste Parameter in der folgenden Übersicht gegenübergestellt werden.

IEEE 802.16 IEEE 802.16d IEEE902.16e

Nutzer

Verfügbarkeit von

Geräten

Frequenzbereiche

Kanalbandbreiten

Großkunden mit stationären

Anwendungen,

z. B. Anbindung

von Mobilfunk-Ba-

sisstationen per

Richtfunk oder Kabel

verfügbar

10 – 66 GHz

20, 25, 28 MHz

Privat- und Geschäftskunden

mit

stationären und portablen

Endgeräten

seit 2006 (statio-

när), ab ca. 2007

Notebooks, PDAs

2 – 11 GHz, zugewiesen

derzeit 2,5 –

2,69 GHz (USA),

3,6 – 3,8 GHz;

3.4 – 3,6 und 5,725 –

5,85 GHz in Vorber.

in 250 kHz-Stufen

skalierbar von 1,5

Privat- und Ge-

schäftskunden mit

stationären, porta-

blen und mo-

bilen Endgeräten

Handys ab ca. 2008

0,7 – 6 GHz

1,75, 3,5, 5, 5,5, 7,

10, 20 MHz

Endgeräte-Antennen

Modulationsarten

Reichweiten, Bitra-

ten

Duplexverfahren

Pulsung

Outdoor-Richtanten-

nen; Sichtverbindung

zur Basisstation erforderlich

QPSK (Quadrature

Phase Shift Keying),

16QAM (Quadrature

Amplitude Modulation),

64QAM

max. ca. 100 km mit

bis zu 70 MBit/s

FDD (Frequency Di-

vision Duplex) oder

TDD (Time Divisi-

on Duplex)

ungepulst oder ge-

pulst je nach Duplex-

Verfahren

MHz bis 20 MHz

Out- und Indoor-An-

tennen, Antennen an

Notebook/PDA; mit

oder ohne Sichtver-

bindung je nach Entfernung

zur Basisstat.

OFDM (Orthogonal

Frequency Division

Multiplex), OFDM

256, OFDM64,

QAM, 16QAM,

QPSK, BPSK (Bina-

ry Phase Shift Key.)

max. 50 km, 600m

Indoor, max. 40

MBit/s

FDD oder TDD

ungepulst oder ge-

pulst je nach Du-

plex-Verfahren

Out- und Indoor-An-

tennen, bei mobilen

Anwendungen Antennen

an Notebook,

PDA oder Handy

SOFDM (Scalable

Orthogonal Fre-

quency Division

Multiplex)

max. 6 km (Outdoor-

Antennen), 30-300m

(mobil), max.13

MBit/s

FDD oder TDD

ungepulst oder ge-

pulst je nach Du-

plex-Verfahren

Der derzeit gebräuchliche Standard ist IEEE 806.16d. Ähnlich dem Mobilfunk gibt es in den

WiMAX-Netzen Basisstationen und Endgeräte. Jede Basisstation, die auch mehrere Antennen

für unterschiedliche Sektoren verwenden kann, versorgt eine Funkzelle und ist über Kabel

oder Richtfunk mit dem Festnetz verbunden. Alle Nutzer einer solchen Zelle müssen sich die

darin verfügbare Bandbreite teilen. Je nach Einsatzland und Frequenzzuteilung wird WiMAX

in unterschiedlichen Frequenzbändern eingesetzt, wobei die Bänder lizenzpflichtig oder

lizenzfrei sein können. Auch unterscheiden sich die Zugriffsverfahren auf die verfügbaren

Funkkanäle (mit oder ohne Zeitschlitztechnik) sowie die maximal zulässigen Sendeleistungen.

Zur Datenübertragung nutzt WiMAX heute das OFDM-Modulationsverfahren (Orthogonal

Frequency Division Multiplexing), bei dem viele einzelne Trägerfrequenzen aneinander gereiht

werden (256 oder 1024 Unterträger bei IEEE 802.16d, 128 bis 2048 Unterträger bei

IEEE 802.16e) und somit Frequenzbänder von mehreren MHz-Bandbreite entstehen. Das

OFDM-Verfahren ist besonders unempfindlich gegenüber Störungen und Reflexionen. Auch

können Reflexionen sogar zu einer Verbesserung der Empfangssignals führen, weshalb es

sich besonders für den Einsatz in dicht bebauten Gebieten und bei nicht vorhandener

Sichtverbindung eignet.

Die einzelnen OFDM-Träger wiederum werden je nach Kanalqualität mittels Phasen-Umtastverfahren

(PSK = Phase Shift Keying) oder Quadraturmodulation (QAM) mit den in einzelne

Pakete aufgeteilten Nutzdaten moduliert. Die Modulations- und Kodierungsparameter können

abhängig von der gewünschten Datenrate und der Güte des Funkkanals flexibel angepasst

werden. Je nach gewählter Modulation und Kodierrate beträgt die Übertragungsrate in einem

3,5-MHz-breiten Funkkanal 1,5 bis 20 MBit/s.

Die Trennung der unterschiedlichen Übertragungsrichtungen (vom Nutzer zur Basisstation

und umgekehrt) erfolgt zum einen über die Aufteilung auf verschiedene Sendefrequenzen

(FDD = Frequency Division Duplex) mit einem Abstand zwischen Unterband und Oberband

von 100 MHz. Zum anderen ist es auch zulässig, verschiedene Zeitschlitze bei Nutzung

desselben Frequenzbandes (Time Division Duplex) für Uplink und Downlink zu nutzen

(vergleichbar mit der DECT-Technologie), wobei jedem Anwender ein bestimmtes

Zeitfenster zur Übertragung seiner Daten zur Verfügung gestellt wird. Die beiden Duplex-

Verfahren sind untereinander nicht kompatibel.

Für die erlaubten Sendeleistungen gibt es für den derzeit in Europa interessantesten Frequenz-

bereich um 3,6 GHz aufgrund der europäische Empfehlung ECC-Recommendation (04)05 u

folgende Vorgaben:

- + 23 dBW/MHz EIRP entsprechend 5 dBW/MHz ERP für Basisstationen

- + 20 dBW/MHz EIRP entsprechend 2 dBW/MHz ERPfür Endgeräte mit Outdoor-Anten-

nen

- +12 dBW/MHz EIPR für Endgeräte mit Indoor-Antennen

Für eine Standardkanal-Bandbreite von z. B. 3,5 MHz (in Deutschland sind bis zu 7 MHz

möglich) entspricht dies einer maximal erlaubten EIRP von ca. 700 W für Basisstationen und

350 W für Endgeräte mit Außenantennen bzw. 55 W für Endgeräte mit Innenantennen. Die

Höhe der zulässigen abgestrahlten Sendeleistung EIRP beruht alleine auf der Verwendung

von Antennen mit starker Richtwirkung, die nur bei Basisstationen und bei Endgeräten mit

auf dem Dach oder an der Hauswand montierten Antennen realisierbar sind. Zwei weitere eu-

ropäische Standards (EN 301 021 und EN 301 080) begrenzen die maximal zulässige Sende-

leistung am Antenneingang (ERP) auf maximal 35 dBm entsprechend ca. 3,1 W.

Aktuelle WiMAX-Endgeräte verwenden Strahlungsleistungen (EIRP) von 100 mW bis 4 W.

Beim Wert handelt es sich z. B. um künftige Einsteckkarten mit integrierter Antenne zum

Einbau in Notebooks. Die zugehörigen Basisstationen arbeiten mit den Mobilfunk-

Basisstationen vergleichbaren Sendeleistungen (EIRP) von bis zu 40 W. Hierbei sind

Antennengewinne von 10 – 12 dBi (Gewinne bezogen auf einen Isotropenstrahler, d. h. einer

Referenzantenne mit kugelförmiger Strahlungscharakteristik) enthalten.

Die WiMAX-Technologie beinhaltet zudem das Quality-of-Service-Leistungsmerkmal (QoS),

wobei man in Netzen auf Basis des Internet-Protokolls (IP) unter QoS die Bevorzugung von

Datenpaketen anhand von bestimmten Eigenschaften und Leistungsmerkmalen versteht.

Dadurch können z. B. Datenpakete von Sprachdiensten (Voice-Over-IP), welche einen

verzögerungsfreien und kontinuierlichen Datenstrom benötigen, in den Routern und Switches

stärker bevorzugt werden als der Aufruf von Webseiten.

In der mobilen WiMAX-Variante (IEEE 802.16e) kommen intelligente Antennensysteme

(MIMO = Multiple Input Multiple Output) und spezielle Modulations- und Kodierungsverfahren

(SOFDM = Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing) zum Einsatz, die

den speziellen Ausbreitungseigenschaften des Mobilfunk-Kanals Rechnung tragen und zudem

die Übertragungskapazität erhöhen.

Je nach Geschäftsmodell und adressierten Zielgruppen denken die Anbieter der WiMAX-

Technologie z. B. an folgende Anwendungen:

- Breitbandige Internet-Zugänge in Regionen ohne DSL-Versorgung (Gebiete mit optischen

Anschlussleitungen (OPAL) ohne Kupferkabel-Infrastruktur, Gebiete mit zu großer An-

schlussleitungslänge und damit zu hoher Kabeldämpfung)

- Neue Produkte auf der Basis entbündelter Leistungen (Internetzugang und Voice-Over-IP

ohne Teilnehmeranschlussleitung)

- Portable Zugänge zu Firmennetzen (VPN=Virtual Private Networks), z. B. für mobile Mit-

arbeiter

- Mehrwertdienste auf der Basis eines Breitbanddienstes und Portabilität des Anschlusses (z.

B. Telematik, Telemetrie, Sicherheit)

- Kooperation zwischen WiMAX-Betreibern und Telekommunikations-Anbietern (Regional-

und City-Carrier, MVNOs (Mobile Virtual Network Operators), DSL-Anbietern oder Inter-

net-Service-Providern.

Durch den Einsatz von Hybrid-Netzen (z. B. WiMAX und WLAN oder WiMAX und Handy-

Fernsehen) können zusätzliche Anwendungen entstehen.

Was die Zukunftsperspektiven anbelangt, dürfte WiMAX mittelfristig nicht die extrem hohen

Übertragungsgeschwindigkeiten der VDSL-Leitungen (Very High Data Rate Digital Subscri-

ber Line) mit Bitraten von bis zu 100 MBit/s erreichen. Auch der Mobilfunk, der mit

UMTS/HSDPA/HSUPA (Universal Mobile Telekommunication System/Highspeed Down-

link Packet Access/Highspeed Uplink Uplink Packet Access) auf Übertragungsgeschwindig-

keiten in DSL-Größenordnung (bis zu 7 MBit/s) kommt, hat einen deutlichen Zeitvorsprung.

Zusätzliche Vorteile hat er in der großen Nutzerzahl und der bereits bestehenden

Netzinfrastruktur. In Deutschland

dürfte WiMAX daher künftig eher in Regionen ohne größere kabelgebundene Breitbandnetze

dominieren.

In Deutschland ist ein unlizensierter WiMAX-Betrieb theoretisch für jedermann im 2,4-GHz-

ISM-Band (ISM = Industrial, Scientific and Medical) mit einer Sendeleistung von bis zu 100

mW EIRP möglich, jedoch ist dies wenig interessant, da wegen der zu erwartenden Störungen

durch die dort etablierten WLAN-Systeme und andere ISM-Anwender nur Reich-weiten von

wenigen 100 Metern bei reduzierten Übertragungsraten erzielbar wären.

Daher ist für kommerzielle Anwender der lizenzierte Frequenzbereich von 3,4 bis 3,6 GHz

der interessantere, da hier höhere Sendeleistungen erlaubt sind und die Frequenzkoordinierung

stabilere Funkverbindungen mit höheren Bitraten und größeren Reichweiten

ermöglicht.

Nach verschiedenen Pilotversuchen mehrerer Netzbetreiber hat die Bundes-

netzagentur (BNetzA) im Dezember 2006 den 3,5-GHz-WiMAX-Frequenzbereich versteigert.

Die BNetzA bezeichnet diesen Dienst mit „BWA" (Broadband Wireless Access), da

die Betreiber neben der WiMAX-Technologie theoretisch auch andere Richtfunk-Verfahren

einsetzen könnten. Bei der Versteigerung wurde das Gebiet Deutschlands in 28 Regionen

aufgeteilt und je Region ein 2 x 7-MHz-breites Frequenzpaar pro Betreiber vergeben. Drei

Unternehmen haben bundesweite Lizenzen erworben, zwei weitere beschränken sich auf

regionale Pakete.

In Deutschland sind derzeit etwa 50 WiMAX-Netze in Betrieb. Laut den Lizenzvorgaben

müssen bis Ende 2009 in jedem Versorgungsgebiet 15 % der Gemeinden abgedeckt sein, bis

Ende 2011 sogar 25 %. Fachleute rechnen damit, dass für ein bundesweites Netz etwa 10.000

Basisstationen mit zugehörigen Investitionen von etwa 500 Mio. Euro und jährlichen Betriebskosten

von mindestens 160 Mio. Euro notwendig sind . Die BWA-Lizenzen sind zunächst

bis zum Jahre 2021 befristet.

Noch in 2007 will die BNetzA die bislang nicht versteigerten 3,5-GHz-Frequenzen vergeben.

Zudem ist geplant, weitere Frequenzbereiche zwischen 3,6 und 3,8 GHz sowie zwischen

5,725 und 5,875 GHz für WiMAX zu öffnen.

In zahlreichen Ländern sind bereits WiMAX-Netze in unterschiedlichen Entwicklungssta-

dien im Einsatz. Hierzu zählen neben den unten näher beschriebenen Ländern z.B.:

Belgien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, Costa Rica, Dänemark, Finnland, Frankreich,

Großbritannien, Guatemala, Honduras, Hongkong, Indien, Israel, Italien, Kolumbien, Litauen,

Malaysia, Marokko, Pakistan, Philippinen, Saudi Arabien, Serbien, Spanien, Südkorea, Taiwan,

Ukraine, Uruguay, USA sowie Weißrussland.

Nachfolgend soll die WiMAX-Situation in einigen unserer Nachbarländer näher betrachtet

werden:

Österreich

In Österreich erfolgte die Versteigerung von WiMAX-Lizenzen im Oktober 2004, und zwar

hat ein Betreiber-Konsortium eine landesweite Lizenz erworben, während vier weitere Unter-

nehmen über regionale Lizenzen verfügen. Die ersten WiMAX-Netze wurden 2005 in Be-

trieb genommen, mittlerweile gibt es etwa 120 Basisstationen und 7000 Anschlüsse. Bis 2008

sollen 70 % aller Österreicher mit WiMAX versorgbar sein.

Schweiz

In der Schweiz wurde mittlerweile eine Lizenz vergeben, zwei weitere Konzessionen sollen

im Frühjahr 2007 versteigert werden. Bislang sind noch keine WiMAX-Netze in Betrieb ge-

nommen worden.

Irland

In Irland gibt es einen Netzbetreiber mit über 20.000 Nutzern, der WiMAX in Ballungsgebie-

ten anbietet, um potenzielle DSL-Nutzer, die keinen Telefonanschluss haben, zu gewinnen.

Kroatien

Die kroatische Netzagentur hat bislang in 11 Regionen jeweils 4 Lizenzen vergeben. Insge-

samt gibt es 9 Netzbetreiber. Seit 2006 werden Telefon- und Breitbanddienste angeboten, spä-

ter soll Fernsehen folgen.

Slowakei

Ein auch in Österreich und Kroatien tätiges Betreiber-Konsortium hat erste WiMAX-Netze in

der Slowakei aufgebaut. Das Unternehmen gibt an, in Österreich, Kroatien und der Slowakei

zusammen etwa 6000 Kunden zu versorgen.

An dieser Stelle soll nicht die Richtigkeit von Grenzwerten angezweifelt werden, sondern es

sollen einfache, realisierbare Tipps gegeben werden, wie man seine persönliche

Strahlenbelastung reduzieren und dennoch die Vorteile der kabellosen Breitbandkommunika-

tion nutzen kann.

WiMAX wird aufgrund der Netzstruktur zahlreiche Basisstationen verwenden. Diese senden

wegen der verwendeten Richtantennen in der Regel mit höheren Leistungen als das Endgerät,

sind jedoch erheblich weiter vom Nutzer entfernt als das Endgerät. Für jede Basisstation ist

eine Standortbescheinigung der Bundesnetagentur (BNetzA) erforderlich, die den berechneten

Sicherheitsabstand zur Sendeanlage standortbezogen beziffert. Der Sicherheitsabstand wird

für die maximal mögliche Sendeleistung, d. h. alle Funkkanäle im Volllastbetrieb berechnet

und beträgt für WiMAX nur wenige Meter.

Basisstationsantennen befinden sich in der Regel auf Hausdächern, Masten und Türmen.

Aufgrund des exponierten Montageortes ist es für den Normalbürger nicht möglich, in die

Sicherheitszone zu gelangen.

Beim stationären WiMAX-Betrieb befinden sich die Endgeräte-Antennen auf dem Hausdach

oder an der Hauswand und sind damit mehrere Meter vom Nutzer entfernt. Die Antennen

haben zudem in der Regel Richtcharakter und strahlen über die Bewohner hinweg. Auch bei

einem möglichen Indoor-Betrieb in Basisstationsnähe sollten die Antennen aus

funktechnischen Gründen vorzugsweise unter dem Dach oder im Fensterbereich positioniert

werden und dürften damit einen hinreichenden Abstand zum Teilnehmer haben. Selbst bei

einem künftig zu erwartendem Notebook-Betrieb mit eingesteckter WiMAX- Funkkarte und

integrierter Antenne, beträgt der Abstand zwischen Kopf und Strahler immer noch mehr als

50 cm, weshalb sich die Einstrahlung auf den Menschen enorm verringert und spezielle

Nutzungsempfehlungen daher entfallen.

Entwicklung und Aufbau von WiMAX sind noch stark im Fluss und es gibt seitens der

WiMAX-Betreiber bisher wenig Informationen über die verwendete Funk-Hardware nebst

zugehörigen Parametern (z.B. Antennenmontageorte, Antennengewinne, Sendeleistungen,

Duplexverfahren, EMVU-Aspekte).

Aus den vorhandenen Studien über Auswirkungen hochfrequenter EMF im

Niedrigdosisbereich unterhalb der geltenden Grenzwerte kann im Moment keine

gesundheitliche Gefährdung durch WiMAX-Netzwerke abgeleitet werden.