Definition Was ist ein RAN (Radio Access Network)?

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Das Radio Access Network (RAN) ist der Teil eines mobilen Telekommunikationsnetzes, der die drahtlose Verbindung zu den Endgeräten herstellt und den Zugang zum Kernnetzwerk ermöglicht. Die Mobilfunktechnologien GSM, GPRS/EDGE, UMTS, LTE und 5G verwenden RANs in technisch unterschiedlichen Varianten. Im Wesentlichen bestehen sie aus den Basistationen, Antennen, Software und entsprechender Sende- und Empfangstechnik in den Endgeräten.

Die Abkürzung RAN steht für Radio Access Network. Der deutsche Begriff lautet Funkzugangsnetz. Es handelt sich um den Teil eines mobilen Telekommunikationsnetzes, der für die drahtlosen Verbindungen zu den Endgeräten zuständig ist und ihnen den Zugang zum Kernnetz des Telekommunikationssystems ermöglicht.

Die verschiedenen Mobilfunktechnologien GSM, GPRS/EDGE (2G), UMTS (3G), LTE (4G) und 5G verwenden Radio Access Networks in technisch unterschiedlichen Varianten. Auch Funknetzwerke und Netzwerktechnologien wie das Wireless Regional Area Network (WRAN) oder Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) verwenden das Konzept des RANs. Im Wesentlichen besteht das RAN aus den Funktionskomponenten Basistationen, Antennen, Software und entsprechender Sende- und Empfangstechnik in den Endgeräten.

Wie die einzelnen Komponenten exakt ausgestaltet und realisiert sind, kann sich stark unterscheiden. Es kommen beispielsweise Radio Network Controller (RNC), Node-B oder BSC zum Einsatz. Die per Funktechnik zu verbindenden Endgeräte werden als User Equipment (UE) oder Terminal Equipment (TE) bezeichnet.

Die Basisstationen eines RANs decken definierte Radien mit Funksignalen ab. Das Senden und Empfangen der Funksignale erfolgt über die Antennen der Basisstationen. Software und weitere Komponenten sind unter anderem für die logischen Verbindungen, Zugangskontrolle, Verschlüsselung und die Weiterleitung der Daten in das Kernnetz verantwortlich.

Endgeräte können mir mehreren RANs gleichzeitig verbunden sein. Das Kernnetz arbeitet je nach Telekommunikationssystem leitungs- oder paketvermittelnd. In der Vergangenheit waren RANs geschlossene Systeme, bei denen die Einzelkomponenten vom selben Hersteller stammen mussten. Konzepte und Initiativen wie Open-RAN und virtual RAN (vRAN) sorgen für offene Standards und mehr Flexibilität und Interoperabilität.

Die Funktionen eines Radio Access Networks

Elementare Funktionen eines Radio Access Networks sind:

• Herstellung der drahtlosen Verbindungen zu den Endgeräten

• Authentifizierung der Benutzer und Geräte

• Zugriffskontrolle auf die Dienste

• Weiterleitung der Daten oder Sprachinformationen in die zuständigen Telekommunikationsnetze

• Übergabe der Endgeräte beim Funkzellenwechsel

• Accountingfunktionen zur Abrechnung der Leistungen

Die Radio Access Networks der verschiedenen Mobilfunkgenerationen

Auch wenn die Grundfunktionen der RANs größtenteils gleich geblieben sind, hat sich die konkrete technische Ausgestaltung der Funkzugangsnetze unterschiedlicher Mobilfunkgenerationen mit dem technischen Fortschritt verändert. Je nach Mobilfunkgeneration tragen die RANs unterschiedliche Bezeichnungen. Gängige Bezeichnungen sind:

• GSM: GSM Radio Access Network (GRAN)

• EDGE: GSM EDGE Radio Access Network (GERAN)

• UMTS: UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)

• LTE: EUTRAN

• 5G: virtuelle RANs (vRAN), Cloud-RANs

Die Mobilfunktechnik der vierten und fünften Generation verfolgt im Radio Access Network verschiedene Konzepte der Flexibilisierung und Virtualisierung. Die Konzepte trennen die Steuerungsebenen (Control Plane) und Datenebenen (Data Plane) der Funkzugangsnetze in verschiedene Elemente auf und verwenden Technologien wie Software-Defined Networking (SDN) oder Virtualisierung. Viele Funktionen sind von der zugrundeliegenden Hardware entkoppelt. Auf Basis dieser virtualisierten RANs werden 5G-Funktionalitäten wie Network Functions Virtualisation (NFV) und Network Slicing ermöglicht.

Die Bedeutung von Open-RAN und virtual RAN

In der Vergangenheit waren RANs mit ihrer Hard- und Software größtenteils geschlossene Systeme. Die einzelnen Komponenten waren nicht mit anderen Produkten interoperabel und mussten von gleichen Herstellern stammen. Es kamen neben standardisierten Schnittstellen auch proprietäre Schnittstellen, Protokolle und Funktionen zum Einsatz. Dies führte zu starken Abhängigkeiten der Mobilfunknetzbetreiber von einzelnen Herstellern oder Technologien. Um diese Abhängigkeiten aufzulösen und mehr Flexibilität und Interoperabilität im RAN-Umfeld zu schaffen, entstanden Konzepte und Initiativen wie Open-RAN und virtual RAN (vRAN).

Das Open Radio Access Network ist eine Initiative großer Telekommunikationsanbieter und Hersteller von Telekommunikations-Hard- und -Software. Sie verfolgt das Ziel, offene Schnittstellen für die verschiedenen Komponenten eines RANs zu definieren und bereitzustellen. Zudem sollen viele Funktionen von der Hardware entkoppelt virtualisiert realisiert werden. Das Open Radio Access Network ist ein herstellerneutraler Ansatz, mit flexiblen, modular einsetzbaren Komponenten. Es ermöglicht offene Funkzugangsnetze, in denen Hard- und Software verschiedener Hersteller nutzbar sind. Der Ansatz für offene Funkzugangsnetze wird von der O-RAN Alliance vorangetrieben. Zu den Mitgliedern der Alliance zählen beispielsweise Mobilfunknetzbetreiber wie Vodafone, AT&T, Orange, China Telecom, Telefonica, Deutsche Telekom, BT, Bell, SK Telecom, Verizon, U.S. Cellular und viele mehr.

Das virtual Radio Access Network ist eine Technologie, die in einem offenen Funkzugangsnetz zum Einsatz kommen kann und dieses weiter flexibilisiert. Das vRAN basiert auf Network Functions Virtualization (NFV) und entkoppelt die Hardware von Softwarefunktionen. Data Plane und Control Plane lassen sich voneinander trennen. Die Radio Access Networks werden auf Standard-Hardware betreibbar und benötigen keine proprietären Komponenten mehr. Wichtige Funktionen der Funkzugangsnetze können ausgelagert und auf virtuellen Maschinen oder containerisierten Umgebungen in Rechenzentren nahe am Edge oder in der Cloud betrieben werden.

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