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Hintergründe und Funktion Open RAN verstehen

Von Bernhard Lück

Das offene Funkzugangsnetz (Open RAN) ist das letzte Puzzleteil, das es den Mobilfunknetzbetreibern ermöglicht, Equipment verschiedener Hersteller zu verwenden und gleichzeitig Interoperabilität zu gewährleisten, sagt Nokia Deutschland und erklärt, wie Open RAN funktioniert.

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Die O-RAN Alliance hat RAN-Schnittstellen definiert, u.a. für „Fronthaul“ zwischen Radio Unit und Distributed Unit sowie für „Midhaul“ zwischen Distributed Unit und Centralized Unit.
Die O-RAN Alliance hat RAN-Schnittstellen definiert, u.a. für „Fronthaul“ zwischen Radio Unit und Distributed Unit sowie für „Midhaul“ zwischen Distributed Unit und Centralized Unit.
(Bild: Nokia)

Um Open RAN zu verstehen, muss man sich zunächst ansehen, wie Netze funktionieren und wie sie sich über die verschiedenen Generationen hinweg entwickelt haben.

Das mobile oder zellulare/drahtlose Netz umfasst zwei Bereiche: das Funkzugangsnetz (RAN) und das Kernnetz (Core).

Das Funkzugangsnetz (RAN) ist der letzte Verbindungsschritt zwischen dem Netz und dem mobilen Endgerät, z.B. Smartphone. Es umfasst die Antennen, die wir auf Gebäuden sehen, sowie die Basisstationen, die sich üblicherweise nahe den Antennen befinden. Wenn wir einen Anruf tätigen oder eine Verbindung zu einem entfernten Server herstellen, um z.B. ein YouTube-Video anzuschauen, sendet und empfängt die Antenne Signale von unseren Telefonen oder anderen tragbaren Geräten. Das Signal wird dann in der Basisstation digitalisiert und entsprechend weiterverarbeitet.

Das Kernnetz wiederum hat viele Funktionen. Es verwaltet Zugangskontrollen und stellt sicher, dass die Nutzer für die von ihnen genutzten Dienste authentifiziert sind, es leitet Telefonanrufe über das öffentliche Telefonnetz weiter, ermöglicht es Netzbetreibern, Gebühren zu erheben, und es verbindet die Nutzer über das Internet mit dem Rest der Welt. Außerdem sorgt es dafür, dass der Nutzer so schnell und reibungslos von einer Funkzelle zur nächsten wechseln kann, dass er es nicht bemerkt.

Entwicklung der Netze

Die Mobilfunknetze haben sich seit der Zeit des 2G-Netzes rasch weiterentwickelt. Mit jeder neuen Generation hat sich die technische Komplexität schrittweise erhöht.

Während es für Betreiber immer möglich war, einen Anbieter für ihr Kernnetz und einen separaten Anbieter für das Funkzugangsnetz zu haben, wurde die Interoperabilität zwischen den RAN-Geräten verschiedener Anbieter auf Kosten der allgemeinen Funktionsfähigkeit vernachlässigt. Infolgedessen ist es bei den aktuellen Lösungen schwierig, die Anbieter für die Funk- und Basisbandeinheit zu mischen, und in den meisten Fällen stammen sie vom selben Anbieter.

Die herstellerübergreifende Implementierung und Standardisierung zwischen spezifizierten Schnittstellen ist beispielsweise bei Funk- und Kernnetzanbietern im gleichen Netz seit Jahrzehnten üblich. Open RAN soll dies ändern und den Betreibern die Möglichkeit geben, Komponenten zu mischen und aufeinander abzustimmen, und soll darüber hinaus sogar die Schnittstellen innerhalb der Basisstation öffnen.

Öffnung des RAN

Die Netzbetreiber wünschen sich heute ein vielfältigeres Ökosystem von Anbietern und definieren ihre Anforderungen an die Netzarchitektur, insbesondere im RAN, neu.

In einer offenen RAN-Umgebung ist das RAN in drei Hauptbausteine unterteilt: die Radio Unit (RU), die Distributed Unit (DU) und die Centralized Unit (CU). In der RU werden die Funkfrequenzsignale gesendet, empfangen, verstärkt und digitalisiert. Die RU befindet sich in der Nähe der Antenne oder ist darin integriert. Die DU und die CU sind die Recheneinheiten der Basisstation, die das digitalisierte Funksignal in das Netz senden. Die DU befindet sich physisch an oder in der Nähe der RU, während die CU näher am Kernnetz liegen kann.

Der Kern von Open RAN ist die „Öffnung“ der Protokolle und Schnittstellen zwischen diesen verschiedenen Bausteinen (Funkgeräte, Hardware und Software) im RAN. Die O-RAN Alliance hat verschiedene Schnittstellen innerhalb des RAN definiert, einschließlich derer für „Fronthaul“ zwischen der Radio Unit und der Distributed Unit und „Midhaul“ zwischen der Distributed Unit und der Centralized Unit. Ein weiteres Merkmal von Open RAN ist der RAN Intelligent Controller (RIC), der dem RAN Programmierbarkeit verleiht, d.h. neue Funktionen ermöglicht.

Vorteile von Open RAN

Eine offene Umgebung erweitert das Ökosystem, und da nun mehr Anbieter die Bausteine bereitstellen, gibt es mehr Innovation und mehr Optionen für die Netzbetreiber. Sie können auch neue Dienste hinzufügen, z.B. kann künstliche Intelligenz über den RAN Intelligent Controller eingeführt werden, um das Netz in der Nähe eines Fußballstadions an einem Spieltag zu optimieren.

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CloudRAN (vRAN – virtualisiertes Funkzugangsnetz)

Die Virtualisierung des RAN ist zwar nicht dasselbe wie Open RAN, kann aber in Verbindung damit eingesetzt werden und macht das RAN wesentlich flexibler. Was früher in Hardware erledigt wurde, kann jetzt in Software erledigt werden, was die Eintrittsbarrieren in den Markt verringert. DU und CU sind praktisch Computer, auf denen Software läuft. Anstelle von kundenspezifischer Hardware können sie nun virtualisiert und auf einem beliebigen Cloud-Server ausgeführt werden, solange dieser sich in der Nähe der Basisstation befindet, um die Übertragungsverzögerung (Latenz) zu verringern. Nokia nennt dies Cloud RAN. Die Software sei die gleiche wie die, die auf maßgeschneiderter Hardware läuft. Nokia biete Mobilfunkbetreibern ein Lösungsportfolio mit einer Cloud-Computing-Hardwareplattform (Nokia AirFrame Open Edge) und Software. Ein Betreiber könne auch alternative Cloud-Computing-Hardware eines anderen Anbieters verwenden und darauf die Cloud-RAN-Software von Nokia ausführen.

Nokia und Open RAN

Nokia sei ein Befürworter von Open RAN und der erste große Telekommunikationsausrüster gewesen, der der O-RAN Alliance beigetreten ist. Weltweit drängen Mobilfunkbetreiber auf offene, intelligente, virtualisierte und vollständig interoperable RAN-Lösungen. Die Regierungen sehen in O-RAN eine Möglichkeit, neue Anbieter in ihren Markt einzuführen und lokale 5G-Innovationen voranzutreiben. Eine größere Marktvielfalt wird dies wahrscheinlich noch beschleunigen. Neue offene und disaggregierte Architekturen, Software und Hardware wie Open RAN geben Betreibern die Flexibilität, 5G kostengünstig, sicher und energieeffizient auf mehr Nutzer auszuweiten. Nokia sieht in dieser Flexibilität eine Möglichkeit, branchenübergreifend mehr Innovationen in Bereichen wie der Telemedizin und intelligenten Fabriken zu fördern.

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