EP Basics: Mobilfunk-Zugangsnetze Offenheit statt Black-Box: So funktioniert Open RAN

Von Volker Ricker*

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Standardisierte Schnittstellen, Trennung von Hard- und Software und modularer, herstellerunabhängiger Aufbau: Open RAN ist angetreten, die Architekturen von Mobilfunk-Zugangsnetzwerke zu revolutionieren. Die fünf großen europäischen Mobilfunkbetreiber unterstützen die Technik.

Nicht schön, aber essenziell: ein Mobilfunkmast. Bisher kommt hier fast ausschließlich proprietäre Technik zum Einsatz. Die offene Open-RAN-Alliance will das ändern.
Nicht schön, aber essenziell: ein Mobilfunkmast. Bisher kommt hier fast ausschließlich proprietäre Technik zum Einsatz. Die offene Open-RAN-Alliance will das ändern.
(Bild: frei lizenziert / Pixabay)

Open RAN erregte in den letzten fünf Jahren innerhalb des Telekommunikationssektors große Aufmerksamkeit. Fast alle Unternehmen in dieser Branche befassen sich auf die eine oder andere Weise mit dem Thema und auch auf politischer Ebene stößt die Technologie auf Interesse. Da sich mit der Open-RAN-Technologie im Vergleich zu konventionellen Architekturen eine ähnliche Netzversorgung zu einem günstigeren Preis erzielen lässt, wird dieses Konzept für viele Unternehmen für einen weiteren Netzausbau zum Mittel der Wahl werden.

Die fünf großen europäischen Netzbetreiber Deutsche Telekom, Orange, Telefónica, Telecom Italia und Vodafone Group haben in einem gemeinsamen Memorandum ihre Unterstützung für Open RAN bekundet. Sie wollen die Möglichkeiten diese Technologie nutzen, um agilere Mobilfunknetze für das Zeitalter von 5G zu bauen. Doch wie funktioniert Open RAN und wie unterscheidet es sich vom bisherigen Status quo?

Funktionsweise von Open RAN

Um die Funktionsweise von Open RAN zu verstehen, muss man zunächst einen Blick auf die zugrundeliegende Mobilfunktechnologie – besser bekannt als Radio Access Network (RAN, Mobilfunk-Zugangsnetzwerk) — werfen. Dieses fungiert als Verbindung zwischen Endgeräten (User Equipment (UE), beispielsweise Smartphones oder Laptops, und dem Vermittlungsnetz oder auch Kernnetz des Telekommunikationssystems. Zur RAN-Architektur gehören auf der Netzseite Basisstationen, die aus Antennen, Sender und Empfänger, Signalverarbeitungshardware und -software bestehen.

Die Sender und Empfänger werden als Radio Unit (RU) bezeichnet, während die Signalverarbeitung in der sogenannten Baseband Unit (BU) stattfindet. RUs senden und empfangen die Funksignale der verschiedenen Frequenzbänder, in dem für die Basisstationen vorgesehenen Versorgungsbereich. BUs sind direkt an das Kernnetz angeschlossen und sind für die störungsfreie und effiziente Übertragung der Daten über die Antenne zum Endgerät zuständig. Auch ermöglicht das RAN eine Weiterleitung der Telefongespräche zu benachbarten Basisstationen und sorgt für verschlüsselte und sichere Verbindungen.

Bei den derzeitig genutzten RAN-Systemen handelt es sich um eine geschlossene, herstellerspezifische und folglich untereinander inkompatible Technik. Die dabei eingesetzten Basisstations-Komponenten von verschiedenen Herstellern können deshalb nicht im gleichen Netzabschnitt genutzt werden. Als Folge dessen sind die Mobilfunkbetreiber oft in der Auswahl der besten Komponenten für den Netzausbau eingeschränkt.

Open RAN setzt hier an, indem es dieses relativ unflexible System aufbricht und eine dynamischere Architektur ermöglicht. Es setzt auf standardisierte Schnittstellen zwischen den RAN-Netzwerkkomponenten, auf die Trennung von Hard- und Software sowie den modularen, herstellerunabhängigen Einsatz von einzelnen Komponenten.

Open RAN sieht vor, die RAN-Funktionen der Basisstationen in die folgenden vier separaten Blöcke zu disaggregieren: Radio Units (RU), Distributed Unit (DU), Centralised Unit (CU) sowie den RAN Intelligence Controller (RIC). RUs übernehmen dabei weiterhin das Empfangen und Versenden von Funksignalen und sind typischerweise nahe der Antennen verbaut. DUs leiten die Signale in das Kernnetz weiter und CUs kontrollieren die Verbindungen. Dabei befinden sich DUs in der unmittelbaren Umgebung der RUs, die CUs können sowohl im Kernnetz oder nahe der Basisstation implementiert werden. Die Kommunikation zwischen den Blöcken wird durch standardisierte Schnittstellen gewährleistet. Der RIC Controller sorgt währenddessen dafür, dass das Mobilfunknetz intelligent genutzt wird und ist üblicherweise im Kernnetz untergebracht.

Die Vorteile für die Anbieter

Dadurch bietet Open RAN für Telekommunikationsanbieter diverse Vorteile: Zunächst profitieren sie von sinkenden Infrastrukturkosten, da sie Equipment für ihre Basisbandeinheiten von der Stange, beziehungsweise als commercial off-the-shelf (COTS)-Komponenten, beziehen können. Außerdem erleichtert Open RAN die Einführung und damit den schnellen Einsatz neuer Services und innovativer Lösungen.

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Da Software und Hardware voneinander entkoppelt sind, steigt zum einen der Grad der Interoperabilität. Anbieter sind dadurch in der Lage, einzelne Komponenten herstellerunabhängig und modular miteinander zu kombinieren, wodurch sie einen „Vendor Lock-in“ umgehen und auf die für sie besten Lösungen zurückgreifen können. Zum anderen entfallen durch den Software-definierten Ansatz aufwendige und kostspielige Um- und Aufrüstungen der Basisstationen, da sich neue Funktionen einfach über ein Update aufspielen lassen.

Zu guter Letzt unterstützt Open RAN ein einfaches Lieferketten-Ökosystem, das dann den Markteintritt neuer Anbieter aktiv fördert. Dies steigert Innovation und Wettbewerb denn kleinere Anbieter oder Anbieter, die gerade erst den Markt der Mobilfunktechnik betreten haben, erhalten die Chance, sich am Netzausbau zu beteiligen.

Sicherheit, Interoperabilität: Herausforderungen, die gelöst werden müssen

Trotz des großen Interesses der Netzbetreiber muss man sich darüber im Klaren sein, dass es eine Reihe von Herausforderungen und berechtigten Bedenken gibt, die es zu überwinden gilt. Solange dies nicht geschieht, wird es keine breite Einführung von Open RAN in der Branche geben.

Bei Diskussionen rund um Open RAN fällt immer wieder das Stichwort Sicherheit. Viele haben Sorge, dass die Disaggregation von Software und Hardware zu einem gefährdeteren Gesamtsystem führen könnte. Diese verständlichen Bedenken beziehen sich vor allem auf die gestiegene Anzahl von Schnittstellen. Laut einer kürzlich von 451 Research veröffentlichten Studie ermöglicht die Kontrolle über die Sicherheit ihrer Netzwerkkomponenten Netzbetreibern gleichzeitig ein unabhängiges Vertrauensmanagement ihrer Dienste. Auch die Security Task Group der O-RAN Alliance kommt zu dem Schluss, dass offene Architekturen sicherer sind als traditionelle Black-Box-Implementierungen. Die Experten betonen außerdem die mögliche Einbettung Cloud-nativer Sicherheitsfunktionen über containerisierte Microservices.

Neben Sicherheitsfragen ist Interoperabilität für das gesamte Open-RAN-Ökosystem eine der drängendsten Aufgaben und daher eine Top-Priorität für die O-RAN Test & Integration Focus Group. Unternehmen wie Keysight wagen den Blick über O-RAN hinaus und arbeiten daran, ein umfassendes O-RAN-Ökosystem aufzubauen. Sie stellen Lösungen für die Konformität, Leistung und Interoperabilität für alle Komponenten, die in der neuen Architektur vorgesehen sind, bereit. Dazu gehören ein Fronthaul-Fehler-Emulator, mit dem Anbieter und Betreiber ihre Netzwerkkomponenten unter einer Vielzahl von Fronthaul-Betriebszuständen testen können, sowie ein realistischer Kanalemulator.

Ein weiterer, nicht unberechtigter Einwand gegen Open RAN ist die Befürchtung, dass softwarebasierte virtualisierte Open-RAN-Anwendungen möglicherweise nicht so effizient arbeiten wie Software, die eine eigens dafür entwickelte Hardware nutzt. Allerdings gleichen die grundsätzlichen Eigenschaften von Open-RAN-Komponenten diese Einschränkungen wieder aus. Denn sie sind in der Lage, besser zu skalieren, die Ausbau-Flexibilität zu erhöhen und die Kosten durch mehr Wettbewerb, Innovation und höheres Volumen zu senken.

In offenen Ökosystemen sind die standardisierten Schnittstellen immer wichtig, um die Interoperabilität verschiedener Komponenten zu gewährleisten. Das ist auch bei Open RAN nicht anders. Hier hat aber bereits die 3GPP-Initiative mehrere Schnittstellen definiert, unter anderem X2/Xn, S1/NG, F1, und E1.

Anbieter erkennen die Chancen durch Open RAN

Trotz der oben genannten Herausforderungen spielt Open RAN eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung des globalen 5G-Ausbaus. So hat beispielsweise der US-Provider DISH kürzlich die Open-RAN-Technologie für seinen 5G-Rollout in den USA ausgewählt. In Japan basiert das 5G-Netz von Rakuten auf Open-RAN-Architektur und auch in Europa gibt es bereits Projekte. Telefonica Deutschland führt beispielsweise bereits einen Pilotversuch in Landsberg am Lech durch. Die Deutsche Telekom entwickelte gemeinsam mit Intel und VMware eine auf offenen Standards basierende vRAN-Plattform. Vodafone UK ist schon einen Schritt weiter und hat im ländlichen Wales bereits eine Open-RAN-Implementierung im Livebetrieb. Momentan basiert diese noch auf 4G, ist aber 5G-kompatibel ausgelegt. Auch hat sich 1&1 Drillisch in Zusammenarbeit mit Rakuten entschieden, Open RAN als revolutionäre Netztechnik einzusetzen.

Durch 5G stehen Mobilfunkunternehmen vor einem entscheidenden Wendepunkt, da die neuen Netze höhere Datenraten, mehr vernetzte Geräte und geringere Latenzen bieten werden. Allerdings stellen 5G-Netzwerke die Betreiber auch vor enorme Herausforderungen. Die Erwartung, dass ein einzelner Systemlieferant die besten und innovativsten RAN-Lösungen anbieten kann, ist unrealistisch. In den letzten Jahren haben wir den Aufstieg der Cloud, softwaredefinierter Netzwerke und Open-Source-Software in unseren Rechenzentren miterlebt. Diese Technologien haben die Branche verändert, indem sie skalierbare Netzwerke bereitstellten, die Möglichkeit schufen, neue Anwendungen und Dienste schnell einzuführen und die Kosten zu senken.

In ähnlicher Weise werden 5G und offene Netzwerke der Katalysator sein, der es Betreibern ermöglicht, neue Anwendungen und mobile Dienste effizienter bereitzustellen und gleichzeitig ihre Geschäftsmodelle zu erweitern. Sicherlich geht es bei Open RAN darum, die Kosten für die Bereitstellung der Infrastruktur zu reduzieren. Viel wichtiger ist aber vielleicht noch, dass Mobilfunkunternehmen aus einem Angebot von vielfältigen Lösungen wählen können, anstatt sich nur auf eine Handvoll Anbieter zu verlassen, die geschlossene Plattformen anbieten. Das ermöglicht es, Kunden flexiblere Lösungen anzubieten. Einfacher ausgedrückt: Der Wettbewerb und die Flexibilität fördern Innovationen, neue Geschäftsmodelle, Kosteneinsparungen und gibt Anreize für kundenorientierte Angebote.

Die proprietären Netzwerkarchitekturen, die die etablierten Positionen der Systemlieferanten schützen, sind dagegen seit Jahrzehnten im Wesentlichen unverändert geblieben.

Bei Open RAN gibt es zwar noch einiges zu tun, doch bereits jetzt ist abzusehen, dass eine offene Architektur längerfristig die Kosten senken wird. Außerdem trägt sie dazu bei, Risiken in Lieferketten kalkulierbarer zu machen und Innovationen zu fördern. Ähnlich wie die Cloud und Software Defined Networking in der Rechenzentrumbranche, könnte Open RAN zu einem Innovationsbeschleuniger für die Mobilfunkwelt werden. (me)

* Volker Ricker ist Director und Product Line Manager für Open RAN bei CommScope

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