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Definition Was ist WiMAX (802.16)?

Der Standard IEEE 802.16 beschreibt eine drahtlose, breitbandige Übertragungstechnik für das Metropolitan Area Network (MAN). In den Normen des European Telecommunications Standards Institutes wird der Breitbandstandard unter dem Namen WiMAX geführt.

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

Der Begriff WiMAX steht für Worldwide Interoperability for Microwave Access und beschreibt eine Breitbandtechnik für die drahtlose Übertragung mit hohen Datenraten. Das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) definiert die notwendigen Techniken im Standard 802.16 (BWA, Broadband Wireless Access). Die ETSI (European Telecommunications Standards Institute) führt das Übertragungsverfahren unter der Bezeichnung WiMAX.

Zum Einsatz kommen soll die Technik für Metropolitan Area Networks (MANs). Aufgrund der drahtlosen Arbeitsweise findet sich in Anlehnung an den Begriff WLAN häufig der Begriff WMAN. Mithilfe von 802.16 lassen sich breitbandige Zugangsnetze per Funktechnik ohne eine leitungsbasierte Infrastruktur realisieren. Die Netze sind beispielsweise eine Alternative zu DSL. Eine 802.16-Basisstation versorgt einen Bereich ähnlich dem einer Mobilfunkbasisstation. Nutzbar ist 802.16 auch als mobile Kommunikationstechnik vergleichbar zu GSM, UMTS oder LTE.

Der verwendete Frequenzbereich von 802.16 liegt zwischen zwei und 66 Gigahertz. Erweiterungen sind in den Standards IEEE 802.16d, IEEE 802.16e und IEEE 802.16m beschrieben. WiMAX nach dem Standard 802.16m darf sich als 4G-Technologie bezeichnen. 802.16 gehört zur Familie der 802-Standards wie 802.3 für Ethernet oder 802.11 für Wireless LAN. Definiert sind im Standard die ersten beiden Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells: der Physical Layer und der Data Link Layer.

Typisch für die Technik sind relativ hohe Übertragungsraten bei geringen Latenzzeiten. Quality-of-Service-Optionen (QoS-Optionen) für Services mit Echtzeitanforderungen wie die Telefonie oder Bildübertragung sind vorhanden. Die maximale Sendeleistung einer Basisstation darf bis zu 30 Watt EIRP betragen. Für die Weiterentwicklung des Standards war das WiMAX-Forum verantwortlich. Das Forum stellte die Vorschriften zu Prüfung und Zertifizierung von Endgeräten zur Verfügung. Aufgrund neuerer drahtloser Übertragungstechniken wie LTE und aktuelle 802.11-WLAN-Standards hat 802.16 stark an Bedeutung verloren und ist größtenteils überflüssig. Es spielt nur noch in wenigen Ländern eine Rolle. Weiterentwicklungen sind nicht mehr vorgesehen und zu erwarten.

Abgrenzung der Begriffe WLAN, WMAN, Wi-Fi und WiMAX

Die Begriffe WLAN, WMAN, Wi-Fi und WiMAX finden oft in ähnlichem Kontext Verwendung. Zum besseren Verständnis und zur Einordnung der 802.16-Technologie im Folgenden eine kurze Abgrenzung der verschiedenen Begriffe.

Das WLAN (Wireless Local Area Network) vernetzt Endgeräte in einem begrenzten lokalen Bereich untereinander. Die verschiedenen WLAN-Technologien sind in der Familie der 802.11-Standards definiert. Zum Aufbau eines WLANs kommen Wi-Fi-Produkte zum Einsatz. Die Produkte erhalten eine Wi-Fi-Zertifizierung, wenn sie die 802.11-Standards erfüllen. Die Vorgaben für die Zertifizierung stammen von der Wi-Fi-Alliance. Zentrale Knotenpunkte des WLANs sind Wi-Fi-zertifizierte Accesspoints. Sollen größere Bereiche mit einem WLAN versorgt werden, müssen mehrere Accesspoints installiert und miteinander vernetzt werden. WLANs sind für den Einsatz im Innen- und Außenbereich geeignet.

Ein WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) stellt eine drahtlose Alternative für die kabelgebundene Vernetzung von Endgeräten mit der Netzwerkinfrastruktur eines Providers dar und ersetzt Technologien wie DSL. Die Wireless-MAN-Technologien sind in den 802.16-Standards definiert. Sowohl Fixed BWA (Broadband Wireless Access) als auch Mobile BWA ist möglich. Die Endgeräte können sich an festen Positionen befinden oder mobil sein.

802.16-Geräte, die die Vorgaben des WiMAX-Forums erfüllen, erhalten die WiMAX-Zertifizierung. WMANs werden von Providern betrieben, die Lizenzen für bestimmte Frequenzbereiche erworben haben. Zwar ist es möglich, die WMAN-Technologie im Innenbereich zu verwenden, konzipiert wurde sie jedoch für den Außenbereich. WLAN- und WMAN-Netzwerkarchitekturen können sich ergänzen.

Architektur und Funktionsweise

Komponenten eines WMANs nach 802.16 sind die Basisstationen (BS) und die Subscriber-Stationen (SS). Subscriber-Stationen (SS) befinden sich als Empfangs- und Sendegeräte auf Kundenseite und verbinden sich mit einer Basisstation eines Providers. Eine Basisstation bedient eine Vielzahl an Subscriber-Stationen. SS und BS kommunizieren über die im Standard definierte Luftschnittstelle. Der größte Teil der Funktionen und Intelligenz befindet sich in der Basisstation. Die Übertragung zwischen SS und BS ist verschlüsselt und unterstützt QoS-Funktionen. Während stationäre Anschlüsse nach 802.16d einen hohen Installationsaufwand haben und eine Außenantenne benötigen, sind mobile Endgeräte nach 802.16e wie Endgeräte in einem Mobilfunknetz nutzbar.

Theoretisch sind Entfernungen von bis zu 50 Kilometer überbrückbar. Typische Entfernungen in der Praxis sind jedoch wenige Kilometer. Die Übertragungsgeschwindigkeit nimmt mit der Entfernung zur Basisstation ab. Übertragungsdatenraten für einzelne Endgeräte liegen in einem Bereich zwischen einem und zehn Megabit pro Sekunde. Zum Einsatz kommen Techniken wie OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), MIMO (Multiple Input Multiple Output) und Beamforming.

Die verschiedenen 802.16-Standards

Für 802.16 existieren unterschiedliche Standards. Die wichtigsten sind:

  • IEEE 802.16d-2004 - Fixed WiMAX
  • IEEE 802.16e - Mobile WiMAX
  • IEEE 802.16m - WiMAX2

Fixed WiMAX nach IEEE 802.16d-2004 definiert statische Verbindungen in einem Frequenzbereich zwischen zwei und 66 Gigahertz. Funktionen wie ein Handover der Endstationen sind nicht vorgesehen. IEEE 802.16e erlaubt es den Endgeräten, Funkzellen vergleichbar zu den Mobilfunkstandards im laufenden Betrieb zu wechseln. Für höhere Übertragungsraten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde wurde der Standard IEEE 802.16m erarbeitet. Es handelt sich bei dieser Technik um eine 4G-Technik.

Einsatz, Verbreitung und Zukunftsaussichten von 802.16

Die Standards von IEEE 802.16 waren sowohl für stationäres als auch für mobiles Internet mit hoher Bandbreite vorgesehen und sollten eine Alternative zu kabelbasierten Lösungen bieten. In Deutschland erwarben verschiedene Anbieter Funklizenzen und stellten WiMAX-Angebote zur Verfügung.

Die Entwicklung von LTE setzt die Technik jedoch stark unter Druck. Sowohl auf Netzseite als auch auf Endgeräteseite hat sich LTE mittlerweile durchgesetzt. 802.16 wurde größtenteils überflüssig und hat aktuell nur noch in wenigen Ländern regionale Bedeutung. Viele Angebote wurden inzwischen eingestellt. Eine Weiterentwicklung der 802.16-Standards findet nicht mehr statt. Kompatible mobile Endgeräte für WiMAX-Netze sind nur noch selten zu finden. Im Jahr 2014 löst die IEEE 802.11-Arbeitsgruppe aufgrund des fehlenden Markterfolgs des Standards die IEEE 802.16-Arbeitsgruppe auf.

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