IEEE

Die Abkürzung IEEE (ausgesprochen: Eye-triple-E) steht für das 1963 gegründete Institute of Electrical and Electronics Engineers. Kern des Instituts bildet ein globaler Berufsverband von Ingenieuren aus den Bereichen Elektrotechnik und Informatik. Mit knapp 430.000 Mitgliedern (Stand 2014) aus mehr als 160 Ländern stellt das IEEE den weltweit größten Berufsverband im technischen Sektor dar.

Inhalts­verzeich­nis

    IEEE – Aufgliederung und Aktivitäten

    Der Verband gliedert sich in zehn über die ganze Welt verteilte sogenannte Regionen auf. Seine über 300 länderorientierten Gruppen (Sections) unterteilen sich zudem in ca. 2.200 einzelne Chapters, deren Mitglieder nicht nur die gleichen thematischen Interessen, sondern auch den Standort teilen. 39 verschiedene, global operierende Societies widmen sich schwerpunktmäßig jeweils unterschiedlichen Themen, zum Beispiel der Photonik oder der Signalverarbeitung. Darüber hinaus gibt es sechs Technical Councils im IEEE. Ein Technical Council ist ein Zusammenschluss mehrerer Societies, der sich breiter gefassten technischen Fragestellungen zuwendet als es in den einzelnen Societies der Fall ist. Hauptsitz des Verbandes ist New York City, das Büro der deutschen IEEE Section befindet sich in Frankfurt am Main. Neben der Herausgabe von Fachzeitschriften und -beiträgen sowie der Organisation fachspezifischer Tagungen und Konferenzen ist das IEEE auch für seine Normungen von Techniken, Hardware und Software bekannt. Zwei typische IEEE-normierte Standards sind u.a. der IEEE 802.11 Standard für Wireless LAN (WLAN) und der IEEE 802.16 Standard für Broadband Wireless Access bzw. WiMAX.

    WiMAX – normiert nach IEEE 802.16 Standard

    WiMAX ist eine Form von Broadband Wireless Access (BWA), das den Überbegriff für verschiedene drahtlose Zugangstechnologien zum Internet bildet. Die ersten Entwicklungen der IEEE 802.16-Arbeitsgruppe wurden 2001 veröffentlicht. WiMAX steht für „Worldwide Interoperability for Microwave Access“ und ist wie andere BWA-Technologien auch eine Funktechnologie für den drahtlosen Zugang zum Breitbandinternet, ohne dass Sender- und Empfängerteil in direkter Sichtverbindung miteinander stehen müssen. Mit der alternativen Breitbandtechnologie WiMAX kommt man gegenüber WLAN auf noch höhere Reichweiten. Mithilfe der WiMAX-Methode lassen sich Funkzellen mit einem Radius zwischen zwei und sieben Kilometern aufbauen. Theoretisch möglich sind sogar Radien von bis zu 50 Kilometer Durchmesser. WiMAX-Funksysteme sind sehr komplex und ähneln von ihrer Technologie her den in Mobilfunknetzen eingesetzten Techniken. Das WiMAX-Prinzip stellt eine nach dem IEEE-Standard 802.16 international normierte Technologie dar, die über weite Strecken eine Kompatibilität zwischen Produkten verschiedener Hersteller ermöglicht. Heutzutage ist WiMAX in insgesamt mehr als 150 Ländern der Welt verfügbar und unterliegt ständigen Weiterentwicklungen der Standards.

    Weiterentwicklungen des WiMAX-Standards

    Mit WiMAX sind theoretisch Hochgeschwindigkeitsübertragungen im Frequenzbereich zwischen 2 und 66 GHz möglich. Der entsprechende IEEE-Standard startete zunächst als IEEE 802.16d und wurde später in IEEE 802.16-2004 umbenannt. Mit diesem auch für WiMAX geltenden Standard wurden breitbandige Funkübertragungssysteme für stationäre Verbindungen gekennzeichnet. Eine solche stationäre Verbindung besteht beispielsweise zwischen Fernsehturm und Antenne auf dem Hausdach. Es folgte dann eine Weiterentwicklung des Standards zu dem mobilen Standard IEEE 802.16e bzw. dem 802.16e-2005 Standard für mobile Anwendungen. Mit IEEE 802.16m (abwärtskompatibel zu 802.16e) wurde ein Standard geschaffen, der eine High-Speed-Übertragung von bis zu 1 Gbit/s zulässt. Der IEEE 802.16 Standard legt in seiner Spezifikation besonderen Wert auf große Übertragungsraten mit sehr kurzen Reaktionszeiten. Außerdem ist ein Betriebsmodus mit fest zugesicherten Datenraten ins WiMAX-System integriert. So soll verhindert werden, dass Video- und Telefonieanwendungen nicht aufgrund mangelnder Datenrate abbrechen. Gegenüber anderen Funktechniken legt WiMAX seinen Fokus außerdem auf eine bevorzugte Handlung der Sprechdatenpakete, sodass eine bessere Sprachqualität erzielt wird. Die oben bereits genannten sind die drei wichtigsten WiMAX- bzw. IEEE 802.16 Standards:


    • IEEE 802.16-2004, genannt fixed WiMAX
    • IEEE 802.16e-2005, genannt mobile WiMAX
    • IEEE 802.16m für High-Speed-Übertragung bis zu 1 Gbit/s

    WiMAX fixed

    Dem jeweiligen Standard entsprechend gibt es unterschiedliche Funkübertragungsarten. Bei der funktechnischen Übertragungsart WiMAX fixed handelt es sich um den stationären Funktechnologie-Vorgänger zu WiMAX mobile. Sie basiert auf dem sogenannten OFDM-Prinzip, also einem orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren. Für diese Form der Funkübertragung wurde in dem entsprechenden Standard kein Wechsel der Funkzelle bei gleichbleibender IP-Adresse spezifiziert. Bei Bedarf können die „WiMAX fixed“-Netze aber auf die mobile Variante umgerüstet werden.

    WiMAX mobile

    Diese funktechnische Übertragungsart wurde entwickelt, um dem Nutzer einen Breitbandinternetzugang zur Verfügung zu stellen, bei dem er die Möglichkeit zu einem Funkzellenwechsel hat. Konkret bedeutet das die Anwendung von WiMAX als Funktechnologie für mobiles Internet mit hohen Datenraten in Mobilfunknetzen. WiMAX mobile basiert auf OFDMA, einer Form des OFDM, und der MIMO-Drahtlostechnologie(Multiple Input Multiple Output). Die MIMO-Nachrichtentechnik sorgt bei WiMAX mobile für eine Erhöhung des Datendurchsatzes. Außerdem verbessert sie in Umgebungen mit Reflektionen bzw. ohne Sichtverbindung zwischen den Antennen von Sender und Empfänger die Signalstabilität. Mobile WiMAX steht hierzulande derzeit mit einer Datenrate von ca. 40 Mbit/s zur Verfügung.

    WiMAX-Übertragungsverfahren oberhalb der 10-GHz-Grenze

    Da sich eine Übertragung oberhalb der 10-GHz-Grenze – wie sie der IEEE 802.16 Standard anfänglich vorsah – schnell als wenig praxisorientiert herausstellte, wurde in späteren Versionen des Standards ein Übertragungsbereich unterhalb dieser Grenze spezifiziert. Um aber auch den Frequenzbereich jenseits der 10 GHz bedienen zu können, werden spezielle Parabolantennen zur Signalübertragung eingesetzt. Vorteil dieser Antennen sind ein hoher Wirkungsgrad und eine große Richtwirkung. In Europa stehen durch dieses Verfahren Bandbreiten von 28 GHz zur Verfügung, die sehr hohe Datenübertragungsraten ermöglichen. Um dies zu gewährleisten, muss jedoch eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger bestehen. Diese Methodik eignet sich deshalb insbesondere für den Anschluss über weite Entfernungen.

    Aufbau eines WiMAX-Netzwerks

    Obligatorische Bestandteile eines WiMAX-Netzwerks sind mindestens eine Basisstation und einzelne Clients. Die Funk- und damit Versorgungsreichweite einer einzelnen Basisstation liegt in städtischen Bereichen in der Regel zwischen zwei und fünf Kilometern. Genau wie bei anderen Mobilfunknetzen teilt sich auch bei WiMAX die bereitgestellte Datenrate zwischen den einzelnen beteiligten Nutzern auf. Die Clients reagieren auf ihre jeweilige Basisstation. Diese ist die zentrale Instanz innerhalb eines WiMAX-Netzwerks und legt fest, welcher Client darin senden darf. Auf diese Weise wird eine effiziente Ausnutzung der Bandbreite sichergestellt und die Ko-Existenz konkurrierender Verbindungen innerhalb eines Netzwerks ausgeschlossen. Die Basisstation als zentrales Netzwerkelement ist eines der Merkmale dafür, dass WiMAX schon in seinen ersten Erscheinungsformen als konvergente Technologie klassifiziert wurde. Angesiedelt zwischen Mobilfunk- und Datennetz ist WiMAX also früher Vertreter einer Technik, die Telefonie und Internetzugang miteinander verbindet – in der heutigen digitalen Welt ein Standard. An die Struktur von Mobilfunksystemen angelehnt sind außerdem auch die zellenartige Architektur von WiMAX-Netzwerken sowie die Möglichkeit eines Funkzellenwechsels, eines sogenannten Handovers, innerhalb eines Netzwerkes. Damit der Aufbau und die Funkzellenwechsel gelingen, kommunizieren die Basisstationen der verschiedenen Zellen miteinander.

    Ziele der WiMAX-Technologie

    Die für den 802.16-Standard hauptsächlich zuständige IEEE-Arbeitsgruppe wurde einst mit dem Ziel gegründet, ein effizientes Zugangssystem für funkbasierte, breitbandige Datennetze zur Versorgung größerer Gebiete zu entwickeln. Der Fokus lag dabei vor allem auf der Abdeckung von Regionen, die ohne Einsatz von WiMAX nur mithilfe teurer kabelgebundener Netze versorgt werden können. Der Anspruch heißt: günstiger Breitbandinternetzugang auch in ländlichen Gebieten. Aber auch die Erschließung urbaner Ballungsräume fällt unter die Zielsetzung der IEEE Standard 802.16 Arbeitsgruppe. Denn in solchen Gebieten werden die meisten Telefonhausanschlüsse von einem Versorger verwaltet, der das Monopol hält. Mit dem WiMAX-Funksystem sollte diese Vorherrschaft über die sogenannte Letzte Meile, also das letzte Leitungsstück zum Teilnehmerhaushalt bzw. Hausanschluss, aufgebrochen werden.

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