Definition Was ist Open-RAN?

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Vitel GmbH

Open-RAN ist eine Initiative der O-RAN Alliance und ein technisches Konzept, das die Interoperabilität in den Radio Access Networks der Mobilfunknetze verbessern soll. Durch die Definition von Standards für offene Schnittstellen und durch die von der Hardware abstrahierten Netzwerkelemente entstehen von proprietärer Technik unabhängige Funkzugangsnetze. Mitglieder der O-RAN Alliance sind Telekommunikationsanbieter und Hersteller von Telekommunikations-Hardware und -Software.

Ausgeschrieben bedeutet Open-RAN Open Radio Access Network. Es handelt sich um ein technisches Konzept und eine Standardisierungsinitiative der O-RAN Alliance. Entstanden ist die Initiative, da es sich in der Vergangenheit bei den Funkzugangsnetzen (RANs; Radio Access Networks) der Mobilfunknetze hinsichtlich der eingesetzten Hard- und Software größtenteils um geschlossene, proprietäre Systeme handelte. Die verschiedenen Komponenten waren nicht mit Produkten anderer Hersteller kompatibel. Teilweise wurden proprietäre Schnittstellen und Funktionen verwendet. Es entstand eine starke Abhängigkeit der Mobilfunknetzbetreiber von einzelnen Herstellern und ihren Produkten und Technologien.

Das Konzept des Open Radio Access Networks soll diese Abhängigkeiten auflösen und für mehr Flexibilität und bessere Interoperabilität in den Funkzugangsnetzen sorgen. Führende Telekommunikationsanbieter gründeten die O-RAN Alliance, an der sich auch viele große Telekommunikations-Hardware- und -Softwarehersteller beteiligen. Mitglieder der Alliance sind beispielsweise die Mobilfunkgesellschaften Vodafone, AT&T, Orange, China Telecom, Telefonica, Deutsche Telekom, BT, Bell, SK Telecom, Verizon, U.S. Cellular und viele mehr. Ziel der Alliance ist das flexible, intelligente, offene, virtualisierte und vollständig interoperable Radio Access Network.

In einem solchen Open Radio Access Network sind die RAN-Funktionen disaggregiert und die einzelnen Elemente über standardisierte, offene Schnittstellen miteinander verbunden. Die Technik arbeitet softwaredefiniert und ist von der zugrundeliegenden Hardware entkoppelt. Für das RAN lässt sich Standardhardware beliebiger Hersteller einsetzen. Es kommen Konzepte wie das virtual RAN (vRAN) zum Einsatz.

Grundsätzliches zum Radio Access Network (RAN)

Um das Open-RAN-Konzept besser zu verstehen, zunächst einige grundlegende Informationen zu den Aufgaben, Bestandteilen und zur Funktionsweise eines RANs. RAN steht für Radio Access Network und bedeutet im Deutschen Funkzugangsnetz. Das Radio Access Network ist der Teil eines Mobilfunknetzes, der die drahtlosen Verbindungen zu den Endgeräten herstellt und sie mit dem Kernnetz des Telekommunikationssystems verbindet.

Für die Mobilfunknetzwerke der verschiedenen Generationen wie GSM, GPRS/EDGE (2G), UMTS (3G), LTE (4G) und 5G kommen RANs in verschiedenen technischen Varianten zum Einsatz. In Wireless Regional Area Networks (WRANs) oder Netzen mit WiMAX-Technik (Worldwide Interoperability for Microwave Access) arbeiten im Funkzugangsbereich ebenfalls RANs. Das Radio Access Network erfüllt unabhängig von der eingesetzten Technik folgende Funktionen:

• Herstellung der drahtlosen Verbindungen zu den Endgeräten

• Übergabe der Endgeräte beim Wechsel der Funkzellen

• Authentifizierung der Benutzer oder Geräte

• Kontrolle der Zugriffe auf die verschiedenen Dienste

• Weiterleitung der Daten oder Sprachinformationen in die zuständigen Telekommunikationsnetze

• Accountingfunktionen zur Abrechnung der Leistungen oder übertragenen Daten

Wichtige Komponenten in einem Radio Access Network sind die Basisstationen, Antennen, Software und die Sende- und Empfangstechnik der Endgeräte. Die genaue technische Ausgestaltung der Komponenten unterscheidet sich von Mobilfunkgeneration zu Mobilfunkgeneration. Die über die Funkzugangsnetze verbundenen Endgeräte werden als User Equipment (UE) oder Terminal Equipment (TE) bezeichnet. Endgeräte können gleichzeitig mit mehreren RANs verbunden sein. Das Radio Access Network deckt mit seinen Basisstationen definierte Bereiche mit Funksignalen ab.

Das Grundkonzept eines Open-RAN

Konzeptionell sind in einem Open Radio Access Network die Funktionen in folgende Funktionsblöcke disaggregiert.

• Radio Unit (RU)

• Distributed Unit (DU)

• Centralised Unit (CU)

• RAN Intelligent Controller (RIC)

Aufgabe der Radio Unit ist das Senden, Empfangen, Verstärken und Digitalisieren der Funksignale der verschiedenen Frequenzbänder. Die RU ist gemeinsam mit den Antennen oder in unmittelbarer Nähe der Antennen realisiert. Die Distributed Unit und die Centralised Unit sind logische Bestandteile der Basisstation, die für die Weiterleitung der Signale in das Kernnetz verantwortlich sind. Physikalisch befinden sich die Distributed Unit in der Nähe der Radio Unit und die Centralised Unit in der Nähe des Kernnetzes.

Das Open-RAN-Konzept sieht vor, dass die einzelnen Funktionsblöcke RU, CU und DU über standardisierte, offene Schnittstellen und Protokolle miteinander kommunizieren. Hierfür definierte die O-RAN Alliance mehrere Schnittstellen wie die Schnittstellen zwischen RU und DU, zwischen DU und CU sowie zwischen CU und Kernnetz. Der RAN Intelligent Controller (RIC) sorgt für die Programmierbarkeit im Open-RAN. Mit Hilfe von vRAN (virtual Radio Access Network) lassen sich die Funktionsblöcke RU, CU, DU und RIC virtualisieren und anstatt auf dedizierter Hardware beispielsweise als Cloud-Services implementieren. Cloudbasierte Realisierungen des RANs werden auch als Cloud RAN oder C-RAN bezeichnet.

Vorteile in einem Open-RAN

Ein Open-RAN bietet gegenüber herkömmlichen geschlossenen und proprietären Radio Access Networks zahlreiche Vorteile wie:

• stark verbesserte Interoperabilität der verschiedenen modularen RAN-Komponenten - Mischung von Hard- und Software unterschiedlicher Hersteller möglich

• geringere Abhängigkeit des Mobilfunknetzbetreibers von einzelnen Herstellern und Technologien

• mehr Flexibilität und Innovationen im Radio Access Network

• Einsatz von Standardhardware möglich

• Programmierbarkeit des RANs durch Software-definierten Ansatz

• keine aufwendigen Umrüstungen der Basistationen - Upgrades per Software möglich

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