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Mobilfunk

Open RAN – neue Spielregeln für den Mobilfunk


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

O-RAN: neue Schnittstellen, Komponenten, Betriebssysteme

Ein weiterer Fokuspunkt von Open RAN ist das X2-Interface, das die Kommunikation einzelner Basisstationen untereinander erlaubt, sowie insbesondere bei der Migration von 4G zu 5G Non-Standalone (NSA) eine entscheidende Rolle spielt. Auch wird hierüber unter anderem das Interferenzmanagement zwischen einzelnen Funkzellen umgesetzt. In bisherigen Netzen ist diese Schnittstelle oft nicht oder nur proprietär implementiert, was ebenfalls den Betrieb von Multi-Vendor-Umgebungen hemmt.

Übersicht möglicher Splits zur Aufteilung der RAN-Funktionen zwischen Central Unit, Distributed Unit und Radio Unit, mit O-RAN Standard Split 7-2x, basierend auf [3]
Bild 3. Übersicht möglicher Splits zur Aufteilung der RAN-Funktionen zwischen Central Unit, Distributed Unit und Radio Unit, mit O-RAN Standard Split 7-2x. (Bild: TU Dortmund, basierend auf [3])
© TU Dortmund

Darüber hinaus wird die der Radio Unit – oRU in O-RAN-Nomenklatur – vorgeschaltete BBU in zwei unabhängige Einheiten, die O-RAN Central Unit (oCU) und die Distributed Unit (oDU), aufgespalten, die wiederum durch ein Midhaul getauftes Interface verbunden sind. Eine oCU übernimmt dabei für mehrere oDUs unter anderem die Signalisierung. Jede oDU leistet ihrerseits die echtzeitkritische und datenratenintensive Verarbeitung der Bitübertragungsschicht und bedient jeweils mindestens eine oRU bzw. Antenne.

Dies eröffnet eine auf unterschiedliche Einsatzszenarien abstimmbare Aufteilung einzelner Signalverarbeitungsschritte, was unter der Bezeichnung »functional splits« zusammengefasst ist (Bild 3). So können je nach verfügbarer Glasfaserinfrastruktur, gewünschter Flexibilität und Reaktionszeiten Funktionen näher am jeweiligen Antennenstandort oder zentralisiert in Richtung Kernnetz und Cloud integriert werden.

Ein Netz kann dabei verschiedene »Splits« beinhalten, wie beispielsweise AAUs (Active Antenna Units) oder Small Cells demonstrieren, die jeweils oRU und oDU in einer Plattform integrieren. Open RAN bezeichnet damit nicht eine einzelne starre Netzkonstellation, sondern eine breite Palette offener Architekturoptionen, um die jeweiligen Anwendungsszenarien der Mitglieder der O-RAN Alliance optimal zu bedienen.

 Der RAN Intelligent Controller (RIC) verwaltet als Betriebssystem alle Komponenten in einem Open RAN. Je nach Anforderungen der Dienste hinsichtlich ihrer Reaktionszeit werden Dienste durch den Non-Realtime RIC oder Near-Realtime RIC ausgeführt
Bild 4. Der RAN Intelligent Controller (RIC) verwaltet als Betriebssystem alle Komponenten in einem Open RAN. Je nach Anforderungen der Dienste hinsichtlich ihrer Reaktionszeit werden Dienste durch den Non-Realtime RIC oder Near-Realtime RIC ausgeführt.
© O-RAN Alliance

Das Management all dieser Komponenten wird durch den RAN Intelligent Controller (RIC) übernommen (Bild 4). Dieser stellt eine Kerninnovation von Open RAN dar und kann als Betriebssystem des RAN gesehen werden. Er dient als Plattform zur Bereitstellung intelligenter Netzdienste durch modulare Software (Apps) mittels künstlicher Intelligenz (KI) bzw. maschineller Lernverfahren (ML) und erlaubt verschiedenen Herstellern die Bereitstellung von eng mit dem RAN verzahnten Apps. In Abhängigkeit von den konkreten Anforderungen der jeweiligen Dienste hinsichtlich ihrer Reaktionszeit werden diese durch den Non-Realtime RIC (rApps) oder Near-Realtime RIC (xApps) ausgeführt.

Neben eher klassischen Aufgaben wie dem Fehlermanagement oder der Durchsetzung von Policies sollen hier Funktionen wie die dynamische Analyse und Optimierung des RAN, beispielsweise für Massive MIMO, Pufferung und Verarbeitung von Videodaten, feingranulares Network Slicing oder Dienste für private Funknetze im Kontext der Industrie 4.0, eingebettet werden. Innovative neue Konzepte und Funktionen sollen dadurch in Zukunft mit einem möglichst reibungslosen Software-Update implementiert werden können.

Damit eröffnet diese Schnittstelle nicht zuletzt für Forschungseinrichtungen einen direkten Pfad zur Erprobung neuer Konzepte. So wird an der TU Dortmund gegenwärtig unter anderem daran gearbeitet, das bisher nur für den jeweiligen Hersteller zugängliche Scheduling über diese offenen Schnittstellen zu optimieren. Dazu wird eine robuste und flexible, KI-basierte Allokation variabler Funkressourcen angestrebt, die so zur Hebung signifikanter Effizienzpotenziale in künftigen O-RAN-basierten Netzen beiträgt.

O-RAN ist Teil der 6G-Forschung

Ob und in welchem Umfang Open RAN die Versprechen einlösen kann, wird sich in den nächsten Jahren zeigen. Nach aktuellem Stand der Roadmap sind noch einige Hürden auf dem Weg zu einem umfassenden Standard zu nehmen. Auch bestehen große Herausforderungen im Bereich der komplexen Integration der angestrebten Multi-Vendor-RAN-Umgebungen. Dies bietet jedoch auch eine Chance für neue Akteure, die als Dienstleister für Mobilfunknetzbetreiber die erforderliche Integration von Hard- und Software unterschiedlicher Anbieter übernehmen können.

Beispielsweise baut Rakuten, ursprünglich als Pendant zu Amazon gestartet, gegenwärtig als Quereinsteiger ein viertes Mobilfunknetz am japanischen Heimatmarkt auf. Das dabei erworbene Know-how wurde in der kürzlich unter dem Namen Rakuten Symphony gestarteten neuen Business Unit für Cloud-native Open RAN gebündelt und Dritten angeboten. Auf deutscher Seite ist hier United Internet unter der Marke 1&1 auf das Angebot eingegangen und hat eine Partnerschaft zum Aufbau des eigenen Open-RAN-Netzes verkündet.

Ob das Ziel der Offenheit dabei erreicht werden kann, muss sich allerdings erst noch beweisen, da die Rakuten Communications Plattform bislang nur Systeme des vom Unternehmen übernommenen Ausrüsters Altiostar bietet und zudem eng mit Intels FlexRAN-Plattform sowie Radio Units von NEC verbunden ist.
Ohnehin wird eine breite Marktdurchdringung von vielen erst Richtung Ende der Dekade gesehen, wie auch Howard Watson als CTO von BT vor Kurzem unterstrich [5].

Damit könnte Open RAN in vielen Märkten bei 5G zu spät kommen, um große Marktanteile zu gewinnen. Umso relevanter wird O-RAN für kommende 6G-Systeme. Entsprechend äußerte sich Börje Ekholm, CEO von Ericsson, mit den Worten »O-RAN will be a fundamental part of the 6G solutions. That’s no question in my mind« [6] im Rahmen der Telefonkonferenz zu den Geschäftsergebnissen des zweiten Quartals zu diesem Thema.

In den kommenden Jahren wird es daher im Kontext der nun bereits beginnenden Forschungsarbeiten zu 6G von besonderer Bedeutung sein, die Zukunft der O-RAN-Spezifikationen mitzugestalten. Hierbei muss ein angemessener Ausgleich zwischen Flexibilität, Leistungsfähigkeit – insbesondere auch Echtzeitfähigkeit – und Sicherheit zukünftiger, offener Funkzugangsnetze gefunden werden. Es ist daher nicht überraschend, aber auch absolut notwendig, dass sich die vom BMBF eingerichteten 6G-Forschungshubs auch diesem Thema intensiv annehmen werden.

 


Literatur

[1] Pongratz, S.: Key Takeaways—Total Telecom Equipment Market 2020. Dell’Oro Group, 8. März 2021, Website, www. delloro.com/key-takeaways-total-telecom-equipment-market-2020.

[2] 5G-era Mobile Network Cost Evolution. GSM Association (GSMA), 28. August 2019, Website, www.gsma.com/futurenetworks/wiki/5g-era-mobile-network-cost-evolution.

[3] Functional Split Overview. Hubert+Suhner, Website, www.cubeoptics.com/functional-split.

[4] O-RAN Alliance, Website, www.o-ran.org.

[5] Le Maistre, R.: BT’s CTO: Huawei swap-out first, Open RAN later. TelecomTV, 14. Juli 2021, Website, www.telecomtv. com/content/open-ran/bt-s-cto-huawei-swap-out-first-open-ran-later-41965.

[6] Telefonaktiebolaget LM Ericsson (ERIC) Q2 2021 Earnings Call Transcript. The Motley Fool, 16 Juli 2021, Website, www. fool.com/earnings/call-transcripts/2021/ 07/16/telefonaktiebolaget-lm-ericsson-eric-q2-2021-earni.

 

Die Autoren

 

 

 

Fabian Kurtz von TU Dortmund
Fabian Kurtz von der TU Dortmund.
© TU Dortmund

Fabian Kurtz

ist Senior Researcher am Lehrstuhl für Kommunikationsnetze der TU Dortmund. Er hat dort Elektrotechnik und Informationstechnik studiert und 2020 promoviert. Derzeit ist er am BMWi geförderten Projekt »5Gain« beteiligt, welches die Erforschung zukünftiger Mobilfunknetze für zellulare Energiesysteme unter Nutzung künstlicher Intelligenz und Network Slicing fokussiert. Seine Forschungsinteressen konzentrieren sich dabei auf die Analyse und Leistungsbewertung Software-basierter IKT für kritische Infrastrukturen.

fabian.kurtz@tu-dortmund.de

Stefan-Böcker von TU Dortmund
Stefan Böcker von der TU Dortmund
© TU Dortmund

Stefan Böcker

ist Senior Researcher am Lehrstuhl für Kommunikationsnetze der TU Dortmund. Er hat dort Elektrotechnik und Informationstechnik studiert. Als Forschungsgruppenleiter leitet er für die TU Dortmund maßgeblich das vom Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen (MWIDE) geförderte Competence Center 5G.NRW, das darauf abzielt, Chancen der 5G-Technik im Vergleich zu Marktbegleitern aufzuzeigen, sowie den Einsatz von 5G-Campusnetzen in Unternehmen beispielhaft umzusetzen.

stefan.boecker@tu-dortmund.de

Prof. Dr Christian Wietfeld von TU-Dortmund.
Prof. Dr. Christian Wietfeld von der TU Dortmund..
© TU Dortmund

Prof. Dr.-Ing. Christian Wietfeld

leitet den Lehrstuhl für Kommunikationsnetze der TU Dortmund und erforscht dort zukünftige Mobilfunknetze insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen. Seit 1992 hat er zunächst an der RWTH Aachen und später bei Siemens verschiedene Mobilfunkgenerationen erforscht und aktiv mitgestaltet. Aktuell liegt der Schwerpunkt seiner Forschungsarbeiten auf 5G- und 6G-Netzen, z.B. in dem vom Land NRW geförderten 5G-Kompetenzzentrum, in dem das Potenzial der 5G-Technik für die industrielle Produktion und andere Szenarien mit besonders anspruchsvollen Anforderungen ausgelotet wird.

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 876 der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) untersucht er als stellv. Sprecher des SFB den Einsatz von neuartigen Methoden der künstlichen Intelligenz für zuverlässige Mobilfunknetze zukünftiger Generationen. Seit August 2021 leitet er als Standortsprecher die Aktivitäten der TU Dortmund in dem vom BMBF geförderten 6G-Forschungshub 6GEM.

christian.wietfeld@tu-dortmund.de


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