WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Übersicht

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1 WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Übersicht Diese Information wurde von der Arbeitsgruppe zur gesundheitlichen Bewertung elektromagnetischer Felder des BMG erstellt

2 Was ist WiMAX? WiMAX ist eine neue, derzeit gerade in Verbreitung begriffene Technologie für eine drahtlose Breitbandanbindung WiMAX ist im Unterschied zu den hauptsächlich für den Indoor Einsatz ausgelegten Wireless Local Area Networks (WLANs) 1) für die Errichtung eines flächendeckenden zellularen Funknetzes für Breitbandanwendungen konzipiert und stellt damit eine drahtlose Alternative zu kabelgebundenen Breitbandtechnologien, wie z.b. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) dar. WiMAX soll in Zukunft auch Breitbandkommunikation für mobile (sich bewegende) Benutzer ermöglichen. Im Vergleich zu WLAN ist WiMAX nicht nur im Bereich Reichweite und erzielbarer Datenraten überlegen, sondern bietet auch hinsichtlich vieler anderer Aspekte wesentliche Vorteile. So ermöglicht WiMAX beispielsweise qualitativ hochwertige Sprach und Videoübertragung. Weiters, wie vom WiMAX Marketing immer wieder betont wird, ist mit WiMAX eine schnelle und effiziente Errichtung eines großräumigen und leistungsfähigen Funknetzwerkes ohne zusätzlich erforderliche (technologiefremde) Infrastruktur möglich, was beispielsweise für die Einsatzkoordination in Katastrophengebieten genutzt werden könnte. Die grundsätzliche Tauglichkeit von WiMAX für solche Zwecke wurde bereits im Rahmen von einigen internationalen sportlichen Großveranstaltungen demonstriert. Gibt es WiMAX schon? Im Gegensatz zu vielen anderen europäischen Ländern sind in Österreich die ersten Runden der Frequenz Lizenzvergabe für WiMAX bereits seit dem Herbst 2004 abgeschlossen und seit Herbst 2005 hat die WiMAX Telekom (ein österreichisch schweizerisches Konsortium) die ersten kommerziellen WiMAX Netze in Ostösterreich in Betrieb genommen (im Frequenzbereich von ca. 3,4 3,6 GHz). Versorgt werden derzeit vor allem Firmen, aber auch bereits einige Privatkunden. Für den Betrieb eines WiMAX Netzwerks werden, ähnlich wie bei Mobilfunknetzen, Basisstationen errichtet. Von diesen Basisstationen wird, wieder ähnlich wie bei den bekannten Mobilfunknetzen, das Downlink Signal (= Kommunikationsrichtung von der Basisstation zum Endkunden) abgestrahlt. Auf Kundenseite sind in der gegenwärtigen Ausprägung von WiMAX 2) noch keine mobilen oder portablen Endgeräte verfügbar, sondern es werden zumeist noch Sende/Empfangsmodule an der Hausfassade oder auf dem Dach montiert (Abbildung 1). WiMAX- Sende/Empfangsmodul beim Kunden (CPE) Abbildung 1 1) WLAN wird derzeit zwar auch Outdoor ( Hot Spots ) eingesetzt, ist aber hinsichtlich Reichweite und Datenrate WiMAX weit unterlegen. 2) Obwohl für WiMAX verschiedene Übertragungsverfahren für mehrere Frequenzbänder vorgesehen sind, wird in Europa derzeit praktisch ausschließlich im lizenzierten 3,5 GHz Frequenzband gearbeitet. In naher Zukunft ist jedoch WiMAX auch in anderen Frequenzbändern zu erwarten. Welche dies genau sind, hängt teilweise von nationalen funkregulatorischen Vorgaben ab. 1

3 Technische Grundlagen und Funktionsweise Die technischen Spezifikationen von WiMAX sind in der Standard Reihe IEEE x des USamerikanischen Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) definiert. Die für die gegenwärtig eingesetzte Ausprägung von WiMAX relevanten Spezifikationen basieren auf dem Dokument IEEE d, auch bekannt unter dem Namen IEEE In diesem Standard sind noch keine Mechanismen für Mobilität vorgesehen. Das heißt, die Endkunden Geräte sind fix einer Basisstation (einer Funkzelle) zugeordnet. Für die Verbindung zwischen den Basisstationen und den Endgeräten sind zwar mehrere lizenzierte (z.b. um 3,5 GHz) und unlizenzierte (z.b. um 2,45 und 5,7 GHz) Frequenzbereiche definiert, es wird jedoch der Betrieb derzeit fast ausschließlich im lizenzierten Frequenzband um 3,5 GHz (in Österreich von 3,41 3,59 GHz) realisiert. Die beiden Kommunikationsrichtungen, d.h., von der Basisstation zu den Endgeräten (Downlink) und von den Endgeräten zur Basisstation (Uplink) werden durch ein so genanntes Frequency Division Duplex (FDD) getrennt, das heißt, für die Informationsflüsse im Downlink und Uplink werden unterschiedliche Sendefrequenzen verwendet (ähnlich wie z.b. auch bei GSM und UMTS). Die Organisation des Funkverkehrs innerhalb einer Funkzelle, das heißt, der geordnete Ablauf zu welcher Zeit welches Gerät empfängt bzw. sendet wird durch relativ komplizierte Zeitmultiplexverfahren bewerkstelligt. Das heißt, WiMAX Geräte senden nicht kontinuierlich Hochfrequenz (HF) aus, sondern in Form von kurzen HF Paketen (HF Bursts), deren Länge und zeitliche Wiederholrate maßgeblich vom gerade herrschenden Datenverkehr abhängen. Weiters sind bei WiMAX eine automatische Sendeleistungsregelung sowie dynamische Frequenzwahl implementiert, das heißt innerhalb des vorgesehenen Frequenzbandes werden automatisch nur die besten verfügbaren (am wenigsten gestörten) Frequenzen benutzt und die Sendeleistung der Geräte auf das gerade notwendige Mindestmaß reduziert. Die nächste WiMAX Generation (bereits definiert im Standard IEEE e 2005) soll die volle Mobilität der Benutzer unterstützen. Das heißt, die Benutzer (mit den Endgeräten) können sich während aktiver Teilnahme am Netz (während Datentransfer) frei bewegen und bei einem Wechsel der Funkzelle erfolgt automatisch ein Handover, ähnlich wie dies auch von den heutigen Mobiltelefonsystemen GSM und UMTS bekannt ist. Erste mobile WiMAX Geräte (das heißt, unter 2

4 anderem auch handliche Geräte) sind bereits auf dem Markt. Als Frequenzbereich für das Mobile WiMAX sind verschiedene Frequenzbänder im Bereich von 0,7 MHz bis 6 GHz vorgesehen. Exposition durch WiMAX Da bisher noch keinerlei Daten aus Immissionsmessungen in der Umgebung von WiMAX Stationen vorliegen, entsprechen die folgenden Informationen lediglich den aus den technischen Spezifikationen ableitbaren Erwartungen. Zeitlicher Verlauf der Immissionen Aufgrund der bei WiMAX vorgesehenen Organisation des Funkverkehrs (siehe oben), erfolgt die Abstrahlung der hochfrequenten elektromagnetischen Felder nicht kontinuierlich, sondern in Form von HF Paketen (Bursts), deren Wiederholrate und Dauer maßgeblich vom Datenverkehr und von der abzusetzenden Datenmenge bestimmt sein wird. Es kann damit von einer ähnlichen Situation, wie von WLAN bekannt ausgegangen werden, mit dem Zusatz, dass nicht nur das zeitliche Auftreten der HF Bursts als ein in der Praxis nur statistisch beschreibbarer Parameter anzusehen ist, sondern, aufgrund der Sendeleistungsregelung, auch die Amplitude der HF Bursts. Intensität der Immissionen Glossar Die Intensität der zu erwartenden Immissionen ist gegenwärtig nur schwer abzuschätzen und daher generell nicht pauschal vorhersagbar. Wie von den Mobilfunknetzen bekannt, sind je nach Immissionsort Schwankungen von mehreren Zehnerpotenzen zu erwarten. Hinsichtlich der von Basisstationen verursachten Immissionen ist aufgrund ähnlicher Sendeleistungen anzunehmen, dass die Immissionsspitzenwerte ähnlich jenen der etablierten Mobilfunksysteme sein werden; hinsichtlich der mittleren Immissionen jedoch derzeit (noch) mit der Einschränkung einer im Vergleich zu GSM und UMTS extrem geringen Nutzungsdichte von WiMAX. Hinsichtlich der von den Endgeräten verursachten Immissionen, wird die Erscheinungsform der Geräte und die tatsächlich abgestrahlte Sendeleistung eine große Rolle spielen. In der derzeit hauptsächlich realisierten Form mit fixer Antenne am Dach oder an der Hausfassade werden die Immissionen im für die Bevölkerung zugänglichen Teil, auch bei relativ großen Sendeleistungen, wahrscheinlich relativ gering sein. Ändern könnte sich die Situation durch die neu auf den Markt kommenden portablen bzw. mobilen Endgeräte, die in unmittelbarer Nähe von Personen betrieben werden können. Jedenfalls müssen natürlich auch solche Geräte Expositionsgrenzwerte einhalten, um am Markt zugelassen zu werden. Die deutsche IMST GmbH führt derzeit im Auftrag des deutschen Bundesamtes für Strahlenschutz eine breit angelegte Untersuchung zur Erfassung der WiMAX Exposition der Bevölkerung durch. Aus diesem Projekt können erstmals detaillierte Informationen hinsichtlich der Exposition durch WiMAX in der Praxis erwartet werden. GHz Abkürzung für Gigahertz. Die Maßeinheit Hertz ist die internationale Einheit der Frequenz und wird zur Angabe der Anzahl der Schwingungen pro Sekunde verwendet. Die Vorsilbe Giga steht für 1 Milliarde (= ). Das heißt, eine physikalische Größe der Frequenz von beispielsweise 3,4 GHz vollführt 3,4 Milliarden Schwingungen pro Sekunde. Zellulares Funknetz Von einem zellularen Funknetz spricht man dann, wenn zur Erreichung einer flächendeckenden Versorgung mit einem Funkdienst, das zu versorgende Gebiet in einzelne Regionen (Funkzellen) 3

5 unterteilt wird und für räumlich einander nahe Funkzellen jeweils unterschiedliche Sende bzw. Empfangsfrequenzen verwendet werden. Dies erlaubt die (Wieder) Verwendung von gleichen Frequenzen in voneinander ausrechend entfernt liegenden Funkzellen und stellt damit in der modernen Mobilkommunikation einen wesentlichen Mechanismus für die gleichzeitige Versorgung von vielen Benutzern bei nur beschränkt vorhandenen Frequenzressourcen dar. Bewegt sich ein Benutzer von einer Funkzelle zur nächsten, so erfolgt bei Mobilfunkdiensten (GSM, UMTS, zukünftiges mobiles WiMAX) automatisch ein so genanntes Handover, das heißt, der Benutzer, bzw. seine Funkverbindung wird von der einen zur nächsten Funkzelle weitergereicht, ohne dass der Benutzer davon etwas bemerkt, bzw. selbst etwas dazu beitragen muss. Aus technischer Sicht bedeutet weiterreichen hier, das koordinierte Umschalten der Sende und Empfangfrequenzen im mobilen Endgerät, ohne Verlust ( Abreißen ) der Verbindung. 4

6 Impressum: Herausgeber, Medieninhaber und Hersteller: Bundesministerium für Gesundheit, Sektion III Radetzkystraße 2, 1030 Wien Für den Inhalt verantwortlich: Prof. MedR Dr. Hubert Hrabcik, Leiter der Sektion III In der vorliegenden Broschüre finden Sie Verhaltensmaßregeln und fachliche Hintergrundinformationen zum vernünftigen Gebrauch von WiMAX Geräten. Diese Information wurde von der Arbeitsgruppe EMF (gesundheitliche Bewertung elektromagnetischer Felder des BMG) zur Verfügung gestellt.