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Deep Dive in den 5G Transport - SRAN & ORAN

Angesichts der laufenden Diskussionen in der Branche, der Entwicklung und der Erprobung des herstellerübergreifenden O-RAN (Open Radio Access Network) als möglicher Nachfolger des SRAN (Single Radio Access Network), das derzeit von einer kleinen Zahl bekannter etablierter RAN-Anbieter fest etabliert ist, stehen die Transportnetze vor einem grundlegenden Wandel ihrer Konzeption und Leistungsfähigkeit. 

Eine der wichtigsten Veränderungen wird durch das Wort "offen" angedeutet: offene Schnittstellen, offenes Fronthaul oder offenes Midhaul. Offenes RAN bedeutet die Aufteilung der verschiedenen Funktionen von einem monolithischen Basisstationsansatz zu einem verteilten Ansatz. 

Wo findet der Transport statt?

Wenn ein Betreiber die disaggregierten Komponenten des von mehreren Anbietern bereitgestellten RANs miteinander verbinden muss, müssen die Schnittstellen unbedingt offen, vordefiniert und kompatibel sein und dürfen nicht durch proprietäre Installationen einzelner Anbieter eingeschränkt werden.

Was sind die zentralen Herausforderungen der Disaggregation?

  • Zellstandorte können die Remote Radio Unit nur dann weiter nutzen, wenn Zentralisierungsgewinne erzielt werden, die Fronthaul-Konnektivität erfordern.
  • 4G- und 5G-Fronthaul verfügen über sehr hohe Datenraten und extrem geringe Latenzzeiten (<100 usec).
  • Standard Server haben Nachteile im Vergleich zu traditionellen massgeschneiderten Basisbandgeräten mit erweiterter High-Density Common Public Radio Interface Anschlüssen.
  • Die Transportlösung, die sich am Rand befindet und alle Ports zwischen der Zentraleinheit und der verteilten Einheit (Midhaul) sowie zwischen der verteilten Einheit und der abgesetzten Funkeinheit (Fronthaul) umfasst, erfordert eine erhebliche Aufrüstung.
  • Der Transport zwischen der Sync-Quelle, der verteilten Einheit und der Funkeinheit ist ebenfalls eine besondere Herausforderung für Open RAN; traditionelles SRAN handhabt dies effizienter.

Um die Interoperabilität gewährleisten zu können, müssen von allen Beteiligten standardisierte Protokolle verwendet werden.

Trends und Schlussfolgerungen im Transport verursacht durch die Einführung von 5G und O-RAN

Mobiler Zugang holt bei der Datengeschwindigkeit gegenüber dem Festnetzanschluss auf

  • "Gigabit-Gesellschaft" ist eines der am häufigsten verwendeten Schlagworte. Dahinter verbirgt sich das Versprechen der Branche, dem Endnutzer auf der Zugangsebene "bis zu" 1 Gbit/s liefern zu können. Mit der Einführung von 5G sind Mobilfunkbetreiber erstmals in der Lage, Datengeschwindigkeiten anzubieten, die mit denen von Festnetzbetreibern vergleichbar sind oder diese unter bestimmten Umständen (z. B. wenn kupferbasierte Technologien oder ältere GPON-Versionen im Einsatz sind) sogar übertreffen. Der Nachteil ist, dass enorme Investitionen erforderlich sind. Für die Versorgung der Mikro- und Pikobasisstationen sind eine viel größere Anzahl von Basisstationen und enorme Investitionen in die Transportnetze erforderlich, sowohl was die Kapazität als auch die Abdeckung betrifft.

(R)evolution der Schnittstellenbandbreite führt zu höherem Bedarf für die Anzahl der Schnittstellen auf der Zugangsebene/ Aggregationsebene

5G und seine Datenkapazität verändern das Bild dramatisch: 

  • Durch die Aggregation hoher Bandbreiten werden immer mehr physikalische Schnittstellen benötigt.
  • Aufgrund der Disaggregation im O-RAN stehen mehr physikalische Schnittstellen zur Verfügung.
  • Durch die Erhöhung der Datengeschwindigkeit werden Schnittstellen für den Zugang und die Aggregation immer teurer - diese Art von Schnittstellen waren bisher nur in Backbones und sind sehr teuer.
  • Aufgrund der begrenzten Anzahl von Schnittstellen an Switches und Routern steigen die erforderlichen Investitionen steigen. 

Im Transportnetz sind große Investitionen in Zugang und Aggregation notwendig

(Provider) Backbone-Router in der Aggregation 

Die Transportschichten werden einfach durch Geschwindigkeitsklassen und Leistungsklassen getrennt. Der Zugang ist billig, die Aggregation ist noch billiger, während der Backbone teuer, redundant, sicher und funktionsreich ist.

  • Backbone: N x 100Gbit/s bis zu Tbits/s
  • Aggregation: N x 1 oder 10 Gbit/s
  • Zugang: einige 100Mbit/s bis zu 1 Gbits/s

Die Wahl des richtigen Transportequipments und der richtigen Boxen endet letztlich in der Suche nach teuren Backbone-Boxen, selbst für die Aggregations- und Zugangsebene, weil nur sie ausreichende physikalische Schnittstellen und Vermittlungskapazität bieten. In gewisser Weise wird der "Missbrauch" von Backbone-Boxen weitergehen, bis die Hersteller maßgeschneiderte Lösungen für Zugang und Aggregation anbieten. Kurz gesagt, ein wichtiger Kostenfaktor sind die Boxen auf der richtigen Transportschicht. 

Neuer Trend im Rechenzentrum: Spine-Leaf-Architektur

Wenn 5G (virtuelle/verteilte Einheit, virtuelle/zentrale Einheit) auf einer Cloud-Infrastruktur als Netzwerkfunktionsvirtualisierung (NFV) läuft, kommt es zu einer Verschmelzung von "klassischen" Telekommunikationsstrukturen und -designs mit gut etablierten "klassischen" Informationstechnologie (IT)-Strukturen und -Designs, die aus Rechenzentren bekannt sind. Beides wird kombiniert, um die gewünschten 5G-RAN- und Kernfunktionalitäten bereitzustellen. Das führt aber auch zu einer höheren Anzahl von Switches und Routern und anderen Netzelementen und erfordert Investitionen, in "klassische" Netztechnik und IT-Design. 

Steigende Nachfrage nach optischem Hochgeschwindigkeits-Fernverkehr

Um 5G in den meisten Ländern zu ermöglichen, müssen neue Frequenzressourcen oberhalb der heute genutzten Frequenzen zugewiesen werden. Das ist eine einfache Frage der Radiowellenphysik: Je niedriger die Frequenz, desto weiter die Ausbreitung, desto besser die Abdeckung und desto besser auch die Durchdringung im Inneren.

Die Zuteilung höherer Frequenzen verringert die Effektivität der Wellenausbreitung und -durchdringung, da sie auf die "Sichtlinie" beschränkt sind; die Folge ist, dass mehr Basisstationen benötigt werden, um ein bestimmtes Maß an Abdeckung zu gewährleisten. Beispiele hierfür sind kleine innerstädtische Basisstationen an jedem Strommast, jedem Lichtmast, an jeder Bushaltestelle, an jeder Werbetafel oder an jeder Ampel. Da die benötigte Bandbreite es unmöglich macht, Basisstationen mit mehr als 10G mit Mikrowellen zu versorgen, ist nur eine Schlussfolgerung möglich: Glasfaser - und enorme Investitionen in den Aushub - werden an innerstädtischen Strommasten, Lichtmasten, Bushaltestellen, Werbetafeln und Ampeln erforderlich sein.

Autor des Artikel ist Torsten Soltmann.

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