WiMAX = WirmachenMAXimal Kohle

[vauwe]

Ich brauche mal Hilfe durch einen Nachrichtentechniker oder Physiker:

In der Anordnung der BNetzA war die Rede davon, daß früher eine Vergabe von 2 * 7 MHz Paketen geplant war, was aber nicht der ETSI-Mindestdefinition einer breitbandigen Verbindung von mindestens 2 MBit/s entsprochen hätte. Also aus 14 MHz im 3,5 GHz Band wären weniger als 2 MBit/s zu erzielen - soweit die Stellungnahme der BNetzA.

Nun werden Pakete mit 3 * 7 MHz versteigert. Wie berechne ich nun, welche maximale Datenrate mit einem 21 MHz breiten Frequenzband im 3,5 GHz Bereich zu erzielen wäre?

[catbert]

Tja, das kann man so nicht direkt beantworten. Das wäre ungefähr so, als wenn du fragen würdest: Wie schnell kann ein Kfz fahren, wenn die Autobahn 10m breit ist? Kommt dann natürlich darauf an, ob es ein Porsche oder Moped ist, wie die Fahrbahn beschaffen ist usw.

Bei einer Übertragungsrate ist es ähnlich: Welches Modulations/Multiplexverfahren, Codierung, Übertragungsprotokoll usw.

Ganz grundsätzlich wäre deine Frage mit dem Shannon'schen Informationstheorem zu beantworten; das dürfte aber nicht der Kern deiner Frage sein. (Oder auch hier)

Wenn man wirklich wissen will, welche Datenrate der Nutzer letzten Endes sieht (throughput rate), dann kommt es auf die konkrete Implemetierung des Dienstes an.

[gemso]

Hallo,
hinzufügen will ich noch das Shannon die theoretische maximale Kanalkapazität beschreibt. Catbert hat recht mit dem was er schreibt. Die Antwort auf deine Frage ist stark abhängig von der Quell- (Kompression),der Kanalkodierung (Fehlerschutz) und des Modulationsverfahrens (Anpassung des Signals an den Übertragungskanal).
Die Shannon Obergrenze berechnet sich:

Kanalkapazität [bit/s]= Bandbreite*Log2(1+Signalleistung/Rauschleistung)

Wobei ein weißes Rauschen (Breitbandig) vorrausgesetzt wird.
Die Kanalkapazität lässt also nur sehr bedingt einen Rückschluss auf die "Nettobitrate" zu.
LG
Gemso

[catbert]

Richtig gemso. Danke für den Zusatz.

Da kann man so richtig tief in die Nachrichtentechnik abtauchen!

Wenn ich ein Signal-zu-Rauschverhältnis von 30dB unterstelle, komme ich auf ca. 210 Mbit/s. Aber wie gemso schon sagte, das ist die theoretische Kanalkapazität.
Jetzt müsste man die weiteren Parameter und übertragungstechnischen Bedingungen kennen, um den throughput zu berechnen (schätzen).

Gruß catbert

Nachtrag: Wenn du abschätzen willst, welche Nutzdatenrate wohl dabei herausspringen wird, solltest du nicht die Frequenzbänder, sondern die einzelnen möglichen Modulationsverfahren untersuchen. Im ETSI EN 302 326-1 Annex B ist eine Liste mit entsprechenden Referenzen. Das gibt schon mal eine grobe Richtschnur. Von der Übertragungsrate ist dann noch ein Protokoll-Overhead abzuziehen, um auf die echte Nutzdatenrate zu kommen. Da gibt es keine feste Regel, kommt auf das jeweilige Protokoll/Dienst an.

[vauwe]

Danke catbert & gemso!

Da ich als Programmierer sonst maximal auf Schicht 2 runtergehe, sind mir die angeführten Argumente zur Schicht 1 und die physikalischen Grundsätze nicht wirklich geläufig. Ich dachte, man könnte sagen, welche Bruttokapazität die 21 MHz haben, davon die Bitsicherung, Protokolloverhead Schicht 2 + 3 abziehen und dann auf eine Netto-Übertragungsrate runterrechnen.

Catbert: Deine Angabe, daß (theoretisch) maximal eine Bruttorate von 210 MBit/s (unter praktisch unmöglichen, optimalen Laborbedingungen, nehme ich an) möglich wäre, müßte 21 MBit/s heißen oder täusche ich mich? Je Schwingung (Hz) wäre doch IMHO 1 Bit zu signalisieren - korrekt?

Wenn dies korrekt sein sollte, müßte ich mich noch mit Shannon, den ETSI Aussagen und dem WiMax Protokolloverhead auseinandersetzen... uff und das alles in ein paar Stündchen...

[catbert]

@vauwe
Nö, ich meine, dass ich richtig gerechnet habe mit 210 Mbit/s. Ein Bit pro Schwingung (Hz) wäre eine sehr einfache Modulation. Es geht noch mehr. Z.B. Phase Shift Keying (PSK) (in deutsch Phasenumtastung); da wird die Information nicht auf die Schwingung, sondern auf die Phase "aufmoduliert". Da gibt es haufenweise verschiedene Variationen und sonst noch eine Reihe von Modulationsarten. Und dann kann man ja noch Redundanzreduktion machen (Stichwort Enthropiekodierung).

1 Bit pro Hz ist da nahezu primitiv. Das ist viel zu binär gedacht, von wegen Licht an Licht aus = eine Informationseinheit.

Wenn du wirklich den throughput herausfinden willst, wird das ziemlich aufwendig. Es kommt wirklich auf die tatsächliche Implementation an. WiMax ist kein eindeutig definiertes Übertragungsverfahren. Da gibt es viele Variationen. Da müsstest du voll in die Übertragungstechnik einsteigen. Das wird nicht einfach. Und ob die "Spekulationen" dann eine halbwegs gesicherte Aussage darüber erlauben, was der Nutzer wirklich an Nutzdatenrate bekommt, ist auch nicht sicher. Bei der Frequenz-Ausschreibung der BNetzA wird kein Übertragungsverfahren festgelegt. Es ist wirklich entscheidend, was der Netzbetreiber genau implementiert.

[vauwe]

catbert,

danke, daß Du Dich so mit mir und dem (hochkompliziertem) Thema auseinandersetzt.

In der Anordnung der BNetzA ist davon die Rede, daß früher Frequenzpakete mit 2 * 7 MHz vergeben werden sollten. Laut ETSI (darauf nimmt die BNetzA konkret Bezug) entspricht eine breitbandige Verbindung aber mindestens 2 MBit/s und die BNetzA schreibt, daß bei 2 * 7 MHz weniger als die Mindestdefinition einer breitbandigen Anbindung herausgekommen wäre.

Also, Interpretation:

2 * 7 MHz < 2 MBit/s
3 * 7 MHz >= 2 MBit/s

Ich wollte nun versuchen zu verifizieren, wie die gerechnet haben - scheitere jedoch daran. Vielleicht gehen die ja auch von einer Mindestteilnehmerzahl aus und berechnen dann aufgrund einer angenommenen Bruttorate, wieviel für den einzelnen Nutzer Netto übrig bleibt, wenn mehrere Nutzer gleichzeitig eine Datenübertragung vornehmen? Kannst Du Dir diese Aussage der BNetzA irgendwie erklären?

BTW, die (philosophische) Frage, wie schnell man auf einer 10 Meter breiten Autobahn fahren kann, finde ich irgendwie schon Interessant!

PS: Ich hoffe, Du hast Mitleid mit einem Programmierer, der sich sonst um die physikalischen Gegebenheiten der Übertragung nicht zu kümmern hat. Ich beschäftige mich mit solchen Sachen sonst höchstens punktuell, wenn Wissen notwendig ist.

[catbert]

catbert,

danke, daß Du Dich so mit mir und dem (hochkompliziertem) Thema auseinandersetzt.

kein Problem

In der Anordnung der BNetzA ist davon die Rede, daß früher Frequenzpakete mit 2 * 7 MHz vergeben werden sollten. Laut ETSI (darauf nimmt die BNetzA konkret Bezug) entspricht eine breitbandige Verbindung aber mindestens 2 MBit/s und die BNetzA schreibt, daß bei 2 * 7 MHz weniger als die Mindestdefinition einer breitbandigen Anbindung herausgekommen wäre.

Ich habe die Mitteilung der BNetzA eben durchgesehen. Da sehe ich nichts von wegen ETSI und 2 MBit/s. Da wird doch auf die ITU-R F.1399-1 verwiesen.

Dort steht:

Broadband wireless access (BWA) = Wireless access in which the connection(s) capabilities are higher than the primary rate.

Primary rate = The transmission bit rate of 1 544 kbit/s (T1) or 2 048 kbit/s (E1).

Also wie immer die ganz allgemeine Aussage, dass Breitband irgendwas über der Primary Bit Rate ist. In anderern Worten: mehr als das bisher Übliche.

Da steckt also nichts "Wissenschaftliches" oder Gerechnetes dahinter. Die BNetzA wollte nur eine Hausnummer und hat nach irgend etwas in vorhandenen Standards gesucht.

Also, Interpretation:

2 * 7 MHz < 2 MBit/s
3 * 7 MHz >= 2 MBit/s

Klar, mehr Frequenz-Bandbreite also mehr Übertragungskapazität (siehe Shannon). Aber da ist keine knallharte Grenze. Wie vorhin schon gesagt, da ist nichts gerechnet worden. Ich denke, dass man einfach nur auf Nummer sicher gehen wollte, sprich zukunftsfähig sein wollte. Man hat - wie ja von der BNetzA ausgesagt - gesehen, dass die Netzbetreiber einen hohen Bedarf an breitbandigen Verbindungen haben werden. Daher wollte man wohl bei der Versteigerung größer geschnürte Pakete anbieten. Sonst kann keiner was damit anfangen.

Ich wollte nun versuchen zu verifizieren, wie die gerechnet haben - scheitere jedoch daran.

Ich glaube, dass die gar nicht gerechnet haben. Einfach Pi mal Daumen geschätzt. Nach dem Motto: Das wird schon hinkommen. im Zweifel lieber etwas mehr.

BTW, die (philosophische) Frage, wie schnell man auf einer 10 Meter breiten Autobahn fahren kann, finde ich irgendwie schon Interessant!

Ich auch. Deswegen habe ich Nachrichtentechnik studiert. Da schlägt man sich mit solchen Fragestellungen rum.

PS: Ich hoffe, Du hast Mitleid mit einem Programmierer, der sich sonst um die physikalischen Gegebenheiten der Übertragung nicht zu kümmern hat. Ich beschäftige mich mit solchen Sachen sonst höchstens punktuell, wenn Wissen notwendig ist.

Kein Problem. jeder hat sein Spezialgebiet.

[vauwe]

In der Anordnung steht folgendes:

In der Vfg. 95/2005 wurde eine Frequenzausstattung von 14 MHz gepaart je Netzbetreiber für erforderlich und ausreichend gehalten. Eine geringere Frequenzausstattung (von z.B. 7 MHz gepaart) würde dazu führen, dass ein potentieller Netzbetreiber nicht in die Lage versetzt würde, seinen Kunden ein Angebot mit Übertragungsraten anbieten zu können, die den heute am Markt üblichen Übertragungsraten von 2 MBit/s entsprechen. Dies entspricht auch dem Wert, den die ITU in ihrem Dokument ITU-R F.1399-1 als generelle Mindestübertragungsrate für breitbandige Anwendungen festsetzt.

Also ich hatte es beim ersten Lesen falsch ins Gedächtnis übernommen:

1) Es wird auf die ITU verwiesen (die aber AFAIK immer sehr dicht an der ETSI arbeitet und deren Standards oft übernimmt)
2) Es ging um 1 * 7 MHz, die weniger als 2 MBit/s Nutzdatenrate für den Endkunden ergeben würden (nach Ansicht der BNetzA).

Weiter heißt es:

Die Bundesnetzagentur ist bei der Bemessung der notwendigen Frequenzausstattung von 14 MHz gepaart aber von einer eher lokalen Nutzung der BWA-Frequenzen mit Inselnetzen und kleineren zellularen Netzen ausgegangen. Zur Versteigerung kommen nunmehr jedoch die Frequenznutzungsrechte in Regionen mit nicht unerheblicher Größe. Um eine Versorgung dieser größeren Flächen durch ein zellulares Netz mit dem Angebot entsprechender Datenraten für die einzelnen Teilnehmer zu ermöglichen, hält die Bundesnetzagentur 21 MHz gepaart für erforderlich. Diese Frequenzausstattung bewegt sich auch in dem Rahmen, der für eine Mindestausstattung in der ECC-Empfehlung (04)05 im Anhang 1 empfohlen wird.

Interpretation:

- 2 MBit/s sind für breitbandige Verbindungen die Mindestdefinition
- mit 7 MHz wäre diese nicht erfüllt (7 MHz entspr. < 2 MBit/s)

Die zusätzlichen Frequenzbereiche sollen in erster Linie dazu dienen, um in den Randbereichen (Grenzgebiete zu benachbarten Funkbereichen) Ausweichfrequenzen zur Verfügung zu haben.

Weitere Interpretationen?
Wie nun berechnet BNetzA die tatsächliche Bandbreite? Gehen sie von mehr Rauschanteil aus? Oder wieso ist dort so eine große Kluft zwischen (theoretisch maximalen) 210 MBit/s und irgendwas mehr als 2 MBit/s (bei 14 MHz bzw. weniger als 2 MBit/s bei 7 MHz Bandbreite)? So viel Protokolloverhead und Bitsicherung hat doch WiMax nicht oder habe ich einen Knoten im Gehirn?

[catbert]

Weitere Interpretationen?
Wie nun berechnet BNetzA die tatsächliche Bandbreite? Gehen sie von mehr Rauschanteil aus? Oder wieso ist dort so eine große Kluft zwischen (theoretisch maximalen) 210 MBit/s und irgendwas mehr als 2 MBit/s (bei 14 MHz bzw. weniger als 2 MBit/s bei 7 MHz Bandbreite)? So viel Protokolloverhead und Bitsicherung hat doch WiMax nicht oder habe ich einen Knoten im Gehirn?

Die 2 MBit/s ist doch die Übertragungsrate, die ein einzelner Kunde angeboten bekommt. Sein Anschluss sozusagen. Ein Unternehmen, dass ein Frequenzband/paket ersteigert hat will will doch in dem Lizenzgebiet das gesamte Band für mehrere Kunden nutzen. Da ist die Endkunden-Übertragungsrate natürlich viel geringer als die gesammte Übertragungsrate.

Ich glaube nicht, dass die BNetzA irgend etwas gerechnet hat. (Es ist für die Nutzung der Frequenzen ja noch nicht einmal das Modulationsverfahren festgelegt.) Man wird sicherlich von den Standards ausgegangen sein. Die wurden ja im Hinblick auf ein bestimmtes Dienstangebots entwickelt. Daraus ergibt sich sicherlich auch die Schlußfolgerung, dass größere Bandbreiten sinnvoller sind.

Aber wie schon gesagt, ohne Information über die Netzstruktur, Modulationsverfahren, Protokoll und Diensteplanung lässt sich nur sehr schwer etwas aussagen bzw. abschätzen. Man müsste zumindest grob wissen, wie der Übertragungsplan aussehen soll.

[vauwe]

Ich habe mir gerade mal einige Dokumente und Spezifikationen des WiMax-Konsortiums überflogen.

Dort wird bei einer Bandbreite von 10 MHz mit einer DL-Rate von 46 MBit/s und UL-Rate von 14 MBit/s bei 3:1 Ratio (DL/UL) gerechnet. Bei 1:1 Ratio sollten also (rein rechnerisch) knapp 30 MBit/s DL/UL rauskommen. Diese Werte sind allerdings reine "Laborwerte" (am grünen Marketingtisch berechnet).

Außerdem gehen diese Werte davon aus, daß alle Frequenzen aus einem 10 MHz Block auch vollständig zur Verfügung stehen. Ich nehme also an, daß sich diese Angaben auf die Zelle oder den Sektor beziehen und nicht dem einzelnen Nutzer zur Verfügung stehen.

Kann ich also schlußfolgern, daß die zur Verfügung stehenden Frequenzblöcke tatsächlich ausreichend sind, um breitbandige Anbindungen von ca. 10 MBit/s oder mehr pro Zelle zu realisieren, wenn die BNetzA 21 MHz breite Blöcke lizenziert?

Für mich zumindest liest sich das so, nur verstehe ich dann immer weniger die Aussage der BNetzA, die sie mit ihren 2 MBit/s gemacht hat. Ich nehme allerdings an, daß sie in ihrer Schätzung mit einer hohen Nutzerzahl gerechnet hat und jedem sollen wenigstens noch 2 MBit/s zur Verfügung stehen (daß lese ich auch aus catbert's geduldigen Antworten raus *s* - korrekt catbert?).

Sollte diese Annahme so stimmen, können wir wegen der zur Verfügung gestellten Frequenzpakete nicht meckern, aber wenigstens noch über das komplizierte Versteigerungsverfahren und (dank der hohen Mindestgebote) die extrem hohen Lizenzgebühren, die zu erwarten sind.

[vauwe]

Aber wie schon gesagt, ohne Information über die Netzstruktur, Modulationsverfahren, Protokoll und Diensteplanung lässt sich nur sehr schwer etwas aussagen bzw. abschätzen. Man müsste zumindest grob wissen, wie der Übertragungsplan aussehen soll.

Nur ganz kurz habe ich folgende Infos aus einigen WiMax-Dokumenten gelesen:

- TDD Verfahren wird angewandt (Time-Division-Duplex) - hmm?
- 5 mSek lange Frames
- fast 2 bps/Hz DL, fast 1 bps/Hz UL
- Sektorendurchsatzraten: DL 14 MBit/s, UL 2 MBit/s

Modulationsverfahren etc. habe ich entweder überlesen, nicht verstanden oder ich bin nicht darüber gestolpert. Wie gesagt, ich habe einige Dokumente "nur mal eben schnell" überflogen und on-the-fly versucht, Infos dabei rauszuziehen.

[catbert]

Für mich zumindest liest sich das so, nur verstehe ich dann immer weniger die Aussage der BNetzA, die sie mit ihren 2 MBit/s gemacht hat. Ich nehme allerdings an, daß sie in ihrer Schätzung mit einer hohen Nutzerzahl gerechnet hat und jedem sollen wenigstens noch 2 MBit/s zur Verfügung stehen (daß lese ich auch aus catbert's geduldigen Antworten raus *s* - korrekt catbert?)

Ja, das sehe ich auch so. Wegen der technischen Angaben, die du gemacht hast, muss ich noch mal sehen. Ich werde mir mal was im Wimax-Forum durchlesen.

[catbert]

So, ich habe mal die Stage 2-Beschreibung auf dem Wimax-Forum durchgelesen. Wie ich es mir gedacht (befürchtet) habe, ist Wimax extrem flexibel ausgelegt. Man kann in Bezug auf Modulationsverfahren und Frequenznutzung, Kanaleinrichtung usw. so ziemlich alles machen. Spezifiziert sind nur die Referenzpunkte, Protokolle und Schnittstellen (auch noch das Interworking mit anderen Diensten/Netzen). Relevant ist hier der Part 1, 6. Network Reference Model.

Dies bedeutet, dass es dem Netzbetreiber überlassen ist, wie er die Frequenzbänder nutzt, und was er dem Endkunden dann letzten Endes anbietet. Je nach Konzept (& Fähigkeit) sind die unterschiedlichsten Szenarien denkbar.

Wenn man grundsätzlich darüber sinnieren will, welche Datenrate möglich ist, müsste man eine vollständige Netzplanung durchspielen und berechnen. Das wird langwierig. Wer es dennoch versuchen will, dem empfehle ich als Richtschnur die ITU-T Empfehlung G.101 "The transmission plan".

Wenn man nur mal grundsätzlich wissen will, was physikalisch möglich ist, muss man sich halt mal die OSI-Schichten 1 und 2 ansehen. Die sind wohl in dem IEEE 802.16 beschrieben. Den habe ich aber nicht.

In Europa wird Wimax aber bei ETSI BRAN spezifiziert. Das läuft da unter der Bezeichnung HiperMAN (High Performance Radio Metropolitan Area Network). Es gibt da den ETSI TS 102 177 "Broadband Radio Access Networks (BRAN); HiperMAN; Physical (PHY) layer". Da sind die Grundlagen beschrieben.

Nach einigem weiteren Rumgooglen komme ich zu dem Schluss, dass man realistischerweise von einer Endkundenübertragungsrate von 2 - 4 Mbit/s ausgehen kann.

[catbert]

Habe noch was gefunden:
So müsste man vorgehen. Und hier noch eine weitere sehr gute Darstellung. In dem Zusammenhang noch ETSI TR 102 311 "Fixed Radio Systems; Point-to-point equipment; Specific aspects of the spatial frequency reuse method"...

Lange Rede, kurzer Sinn. Man kann schon einiges rausholen, aber auf den einzelnen Endkunden gesehen wird die Datendurchsatzrate wohl etwas >= 2 Mbit/s, max. 10 Mbit/s liegen.
Aber, wie schon gesagt, das hängt ganz von der jeweiligen Netzplanung und -dimensionierung des jeweiligen Betreibers ab. Also sprich max. Anzahl der Kunden pro Funkzelle.