Wie 5G-Entwicklungen die Infrastruktur beeinflussen Die Zukunft von 5G: Innovation braucht Infrastrukturen

Der wachsende Bedarf an solider Netzwerkinfrastruktur im privaten und industriellen Bereich fordert Netzwerkbetreiber und Kommunen heraus. Einigkeit herrscht darüber, dass 5G die veränderten Ansprüche kompensieren kann. Der Ausbau benötigt jedoch eine angepasste Infrastruktur.

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In der digitalen Welt von heute gehört Internetzugang zu kritischen Infrastrukturen, z.B. Strom und Wasser. Große Hoffnungen werden in die 5G-Technologie gesetzt, die mehr Geräte schneller und zuverlässiger verbinden kann. Dabei darf man allerdings nicht vergessen, dass diese Konnektivität ebenfalls einer zugrunde liegenden (physischen) Infrastruktur bedarf.

Mehr Endgeräte und Zugangspunkte

Die digitale Transformation bringt immer mehr Endgeräte und Zugangspunkte in unsere Netze. Derzeit gibt es weltweit etwa 5,3 Mrd. Mobiltelefonnutzer. Darüber hinaus gibt es heute schätzungsweise 30 Mrd. IoT-Geräte (Internet of Things, Sensoren, Maschinen) weltweit, bis 2025 werden 75 Mrd. erwartet. Gleichzeitig hat sich der Zugang zum Internet drastisch verändert, ein Mix von 4G- und 5G-Mobilfunknetzen mit zusätzlichen privaten Netzen, die 5G und Wi-Fi nutzen. Durch diesen Technologiemix erhofft man, auch in entlegenen Regionen der Welt drahtlose Konnektivität zu ermöglichen.

Die Verbindung von Netzzugangspunkten mit Cloud-Infrastrukturen in Rechenzentren wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Dazu muss die zugrunde liegende Infrastruktur erweitert werden. Es geht dabei aber nicht nur um die Integration von 5G-Netzwerken. Die Integration von 4G, 5G, Wi-Fi 6 und 6E spielt eine wesentliche Rolle, um eine breite Palette von Anwendungsfällen abzudecken. Kommunen wollen beispielsweise Anwendungen für dynamisches Parken, Personenzählung, Verkehrsmanagement, Abfallmanagement, Sicherheit und Gesichtserkennung einführen. Allerdings gibt es viele isolierte Anwendungen mit unterschiedlichen Datenanforderungen und verschiedenen Sicherheitsbedürfnissen. Wenn mehrere Anwendungen auf einem einzigen Zugangspunkt laufen und dieses Gerät ausfällt, fallen gleichzeitig mehrere Dienste für Privatkunden, Behörden und Unternehmen aus. Daher besteht ein wachsender Bedarf an redundanten Kommunikationspfaden sowie Notstromversorgung.

Aufbau eines Verbindungsnetzwerks

In der Regel wird ein Top-Down-Anwendungsdesignmodell verwendet, um z.B. eine intelligente Park- oder Verkehrssteuerungsanwendung zu entwickeln, sie zu sichern und sie dann mit Zugangspunkten und Endgeräten zu verbinden. Das erzeugt Silos, anstatt auf einen integrierten Ansatz zu setzen. Ein Gegenentwurf wäre, nach dem Bottom-up-Prinzip ein grundlegendes Verbindungsnetzwerk zu bauen, das die Redundanz, Sicherheit sowie Stromversorgung sicherstellt und damit die Basis für viele verschiedene Anwendungen ist.

Besonders wichtig ist auch der ökologische Aspekt: Hybride Glasfaserkabel können nicht nur Hochbreitbandverbindungen bereitstellen, sondern auch Zugangspunkte mit Strom versorgen, die dann besser gegen Stromausfall abgesichert werden können und weniger Strom verbrauchen.

Herausforderung: erhöhte Kosten und steigender Energiebedarf

Gleichzeitig geht die Umrüstung auf 5G mit mehr Antennen sowie einer höheren Anzahl von Glasfaserverbindungen und Zugangspunkten einher, die z.B. an Lichtmasten angebracht werden. Dies ist auch ein Sicherheitsrisiko: Man kann sich recht einfach Zugang zu diesen Installationen verschaffen. Inzwischen gibt es jedoch integrierte, intelligente Lichtmasten, die drahtlose Netzwerkkomponenten wie Antennen, Kabel und Funktechnik in einem optisch ansprechenden Design verbergen, für entsprechende Sicherheit sorgen und mehrere Netzbetreiber auf einem Standort kombinieren, um die optische Auswirkung auf unsere Städte zu minimieren. Im Idealfall arbeiten mehrere Netzbetreiber mit einem neutralen Host-Provider zusammen, um gleichzeitig Platzbedarf und Kosten zu reduzieren und den Stromverbrauch zu minimieren.

Hohe Kosten durch steigenden Energiebedarf spielen besonders bei mMIMO-Technologien (Massive Multiple-Input, Multiple-Output) eine Rolle, denn diese Funktechnik verbraucht 2,5- bis 3-mal mehr Energie als die derzeitigen Systeme. Das bedeutet, dass die Millionen von Funkzellen im 5G-Netz in absehbarer Zeit mehr Energie benötigen werden als ihre LTE-Vorgänger. Passive Antennen benötigend wenig Energie im Betrieb und sind ressourcenschonend in der Herstellung, dennoch werden sich Betreiber künftig wegen des steigenden Verkehrsaufkommens mehr Gedanken über den eigenen Energieverbrauch machen müssen, insbesondere, wenn sie ihre Netze mit mMIMO-Antennen ausbauen.

Konvergenz: drahtlose Netzwerke drinnen und draußen

Inzwischen hilft die Konvergenz der Netze Betreibern, intelligente Netzwerke zu bauen. Ein Fiber Distribution Hub (FDH) kann eine hochdichte Glasfaserverbindung in einem kompakten, wetterfesten Gehäuse an Masten, Kiosken, Bushaltestellen und in Gebäuden oder unterirdisch einen Knotenpunkt für die weitere Verteilung bereitstellen. Dank dieses Plug-and-Play-Geräts müssen Netzbetreiber nicht alle zwei Jahre die Straße wieder aufgraben, um neue Infrastruktur für erweiterte Anwendungen zu verlegen.

Um Verbindungen innerhalb von Gebäuden sicherzustellen, können die existierenden Kabel mit Power over Ethernet angeschlossene Geräte mit Strom versorgen. Switches versorgen die Geräte mit Strom und verbinden diese mit Glasfaserkabeln zum Breitband-Backhaul. Automated Infrastructure Management (AIM), eine integrierte Hardware- und Softwareplattform, kann die Verkabelungsinfrastruktur einschließlich der angeschlossenen Geräte dokumentieren und bietet einen umfassenden Echtzeitüberblick über den Standort und die Verbindung der Geräte.

Verteilte Antennensysteme (Distributed Antenna Systems, DAS) erfüllen den Bedarf an robuster, skalierbarer mobiler Kommunikation für mehrere Netzbetreiber in Bürogebäuden und großen Veranstaltungsorten.

Möglichkeiten der O-RAN-Entwicklung

Es wird erwartet, dass Open RAN zu einer zentralen 5G-Funktechnologie wird. Bis zur Einführung gibt es noch viel zu tun, um die Interoperabilität zwischen den einzelnen Systemkomponenten zu testen.

Dennoch sollte bei mittelfristiger und langfristigen Planung O-RAN als Konzept für 4G und 5G berücksichtigt werden. Gleichzeitig müssen Netzbetreiber über neue Strategien nachdenken, um die Auswirkungen der neuen EU-Sicherheitsrichtlinien auf die 5G-Einführung zu bewältigen. Deshalb setzen sich fünf der führenden europäischen Telekommunikationsunternehmen – Deutsche Telekom, Orange, Telecom Italia (TIM), Telefónica und Vodafone – für die Entwicklung eins Open-RAN-Ökosystems ein. In Japan hat Rakuten bereits ein 5G-Netz auf der Grundlage von Open-RAN eingeführt.

Fazit

Damit 5G sein volles Potenzial entfalten kann, sind auch Ausbaumaßnahmen in die Glasfaserinfrastruktur notwendig. Netzbetreiber und Kommunen sollten sich also bereits heute für eine Zukunft wappnen, in der alles mit allem vernetzt sein wird. Betreiber müssen nach effizienten Wegen suchen, um Investitionen im Zuge der 5G-Einführung zukunftssicher, wirtschaftlich und ökologisch zu gestalten.

Volker Ricker.

Unabhängige Glasfaseranbindungsnetze bieten dabei mehr Zukunftssicherheit. Hybride aktive/passive Antennen können zusätzlich die Auslastung der Funkstandorte und die Stromkosten senken.

Über den Autor

Volker Ricker ist Technical Sales Director bei CommScope.

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