OpenRAN-Geschäftsmodelle

Indoor-Abdeckung entscheidend für 5G

1. August 2022, 7:30 Uhr | Autor: Adrian O’Connor / Redaktion: Diana Künstler

Die Einführung von 5G verspricht, unser Leben zu verändern und neue, profitable Anwendungen zu ermöglichen. Dieses Versprechen hängt stark von der Indoor-Abdeckung der 5G-Netze ab. Diese zu gewährleisten, stellt allerdings eine große Herausforderung für die weltweiten MNOs dar.

Warum braucht es eine radikale Umgestaltung der RAN-Ökonomie?
Was sind die Treiber für die Nachfrage nach Mobilfunkanbindung in Innenräumen?
Was sind die drei wesentlichen Funktionen von 5G und welche Anwendungen lassen sich damit umsetzen?
Warum sind noch so viele viele Bereiche innerhalb von Gebäuden und großen öffentlichen Plätzen hinsichtlich der Mobilfunkabdeckung unterversorgt?
Inwiefern spielt die Öffnung des RAN für die Indoor-Abdeckung eine Rolle?
Welche neuen Geschäftsmodelle auf Basis von OpenRAN ergeben sich dadurch?
Wie sieht die Zukunft von OpenRAN aus?

Die Mobilfunkabdeckung wird über das RAN (Radio Access Network) bereitgestellt, das in der Regel die teuerste Komponente in einer MNO-Infrastruktur ist und bis zu 70 Prozent der Gesamtbetriebskosten (TCO; Total Cost of Ownership) des Netzwerks ausmacht.¹

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Die Wirtschaftlichkeit des RAN war das größte Hindernis für die flächendeckende Einführung der Indoor-Mobilfunkabdeckung, und das MNO-Geschäftsmodell wird durch die Einführung von 5G noch weiter ausgebaut. Um die Durchsatz-, Kapazitäts- und Funkanbindungsanforderungen der 5G-Spezifikation zu erfüllen, müssen MNOs stark in ihre bestehenden RANs investieren, die Netzwerkzellendichte erhöhen und Techniken wie Massive MIMO hinzufügen, um die Nutzung des Spektrums zu verbessern und die Ausbreitungseigenschaften der 5G-Signale zu unterstützen.

Angesichts dieser Anforderungen bei der Einführung von 5G wird das aktuelle Geschäftsmodell der MNOs Schwierigkeiten haben, die zusätzlichen Investitionen zu rechtfertigen, die erforderlich sind, um eine Indoor-Abdeckung bereitzustellen. Gleichzeitig ist es aus Sicht des Gebäudeeigentümers nicht praktikabel, die RAN-Infrastruktur mehrerer MNOs zu hosten. Der Erfolg von 5G erfordert daher sowohl eine radikale Umgestaltung der RAN-Ökonomie als auch die Einführung neuer Geschäftsmodelle, die besser auf die Bereitstellung von Indoor-Abdeckung abgestimmt sind.

Herausforderungen der Indoor-Abdeckung

Über 80 Prozent des Mobilfunkverkehrs entsteht oder endet in Innenräumen, und diese Nachfrage nach Indoor-Funkanbindung wird nur noch zunehmen, wenn die Anzahl vernetzter IoT-Geräte steigt und neue Anwendungen wie die Smart Factory der Industrie 4.0 umgesetzt werden. Diese unaufhaltsame Nachfrage nach Anbindung und Bandbreite hat die Entwicklung von 5G vorangetrieben, was wiederum neue Anwendungen hervorbringen und die Nachfrage nach Mobilfunkanbindung in Innenräumen weiter antreiben wird.

Die drei wesentlichen Funktionen von 5G, Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Massive Machine Type Communications (mMTC) und Ultra-Reliable and Low Latency Communications (URLCC), wurden entwickelt, um zahlreiche Anwendungen zu unterstützen, von denen sich viele auf Innenräume beziehen.

Kommende Augmented-, Virtual- und Mixed-Reality-Anwendungen, die durch die hohen Bandbreiten von eMBB möglich werden, kommen in Innenräumen, in der Fertigung und in der Unterhaltungsbranche zum Einsatz. eMBB wird auch hochauflösende Kameras für Sicherheits- sowie Bildungs-/Schulungsanwendungen ermöglichen, die wiederum für Innenräume wie Einkaufszentren und Universitäten relevant sind.
Die mMTC-Funktion von 5G unterstützt sehr hohe Verbindungsdichten und ermöglicht eine Vielzahl von IoT-Anwendungen. Smart-Building-Technik nutzt zum Beispiel Sensornetzwerke, um das Raumklima zu verwalten, und Smart Tags ermöglichen die Bestandsverfolgung in Lagerhäusern, Krankenhäusern und vielen anderen Innenbereichen. Während aktuelle LTE-Netze diese Anwendungen bereits unterstützen, werden die erweiterten Fähigkeiten von 5G eine viel höhere Gerätedichte und mehr Effizienz bieten.²
Schließlich wird URLCC mit Latenzen in der Größenordnung von einer Millisekunde zeitkritische Anwendungen wie automatisierte Maschinen- und Robotersteuerungssysteme in der Industrie 4.0 unterstützen, in denen die Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Echtzeitreaktionen abhängen.

Die tiefgreifenden neuen Anwendungen, auf denen das wirtschaftliche Versprechen von 5G basiert, erfordern eine Innenraum-/Indoor-Abdeckung, die das traditionelle Geschäftsmodell der Mobilfunknetzbetreiber (MNO; Mobile Network Operator) in Frage stellt. Dieses Geschäftsmodell rechtfertigt nicht den Einsatz von Infrastruktur in Bürokomplexen, Fabriken, großen Veranstaltungsorten und so weiter. Gleichzeitig ist es für Gebäudeeigentümer unpraktisch, die Infrastruktur mehrerer Dienstanbieter zu hosten. Die Abdeckung in Innenräumen ist jedoch für den wirtschaftlichen Erfolg von 5G von entscheidender Bedeutung. Die Branche hat auf die Herausforderung reagiert, indem sie die etablierte Lieferkette durch die Öffnung des Funkzugangsnetzes (RAN; Radio Access Network) unterbrochen und eine neue Generation von Anbietern auf den Plan gebracht hat.

Trotz dieser wachsenden Nachfrage nach Indoor-Anbindung bedeuten die hohen Kosten des RAN zusammen mit den Schwierigkeiten beim Einsatz mehrerer MNO-Infrastrukturen in Innenräumen, dass Mobilfunkzugangspunkte in der Regel nur in externen, öffentlichen Räumen zu finden sind. Dies hat dazu geführt, dass viele Bereiche innerhalb von Gebäuden und großen öffentlichen Plätzen, wie Einkaufszentren und großen Unterhaltungseinrichtungen, hinsichtlich der Mobilfunkabdeckung unterversorgt sind. Die hohen Kosten und die mangelnde Flexibilität des RAN haben Regierungen und Industrieverbände dazu veranlasst, sich mit der gesamten Struktur und Lieferkette des Mobilfunknetzes zu befassen. Es ist weithin bekannt, dass die Skaleneffekte auf Cloud-Ebene, die zur Beseitigung dieses Hindernisses erforderlich sind, nur durch die Schaffung eines OpenRAN-Ökosystems erzielt werden können.

Die Herausforderung bewältigen: Öffnung des RAN

Eine Reihe von Branchenverbänden, darunter die O-RAN Alliance, das Telecom Infra Project (TIP) und das Small Cell Forum, haben die Definition, Annahme und Einführung von OpenRAN-Optionen und -Standards maßgeblich vorangetrieben. Basierend auf dieser Arbeit hat 3GPP, die 5G-Standardisierungsorganisation, eine Reihe von „Functional Splits“ definiert, die beschreiben, wie die Funktion des RAN auf drei definierte Einheiten verteilt wird: Centralised Unit, Distributed Unit und Radio Unit.

Die Aufteilung/Disaggregation der traditionellen, vertikal integrierten Basisstationsarchitektur auf diese Weise ermöglicht eine flexiblere Bereitstellung zu geringeren Kosten. Obwohl die Branche bereits einige Schritte in diese Richtung unternommen hat, waren die disaggregierten Schnittstellen immer noch proprietär, wodurch die Barrieren für neue Marktteilnehmer bestehen blieben. Durch die Schaffung einer Reihe offener Standards werden neue Anbieter ermutigt, Lösungen auf der Grundlage ihrer spezifischen Fachgebiete zu entwickeln. Da die Netzwerkfunktionen getrennt sind, können Lösungen von mehreren Anbietern auf derselben Hardware ausgeführt werden, was die Flexibilität für den MNO erhöht und die Gesamtbetriebskosten weiter senkt. Letztendlich wird ein vollständig offenes RAN die Gesamtbetriebskosten senken, indem es Standardkomponenten für gemeinsame Aufgaben nutzt und die Bindung an anbieterspezifische Lösungen vermeidet.

Mit dem Aufschwung von OpenRAN ist eine neue Generation von Anbietern entstanden, die neue Hardware und Software auf den Markt bringt und damit die Kosten, den Stromverbrauch und den Platzbedarf reduziert – was zuvor den Einsatz in Innenräumen begrenzt hat. So ist es jetzt beispielsweise möglich, hochleistungsfähige RUs mit MIMO-Funktion in Innenbereichen zu installieren. Geräte lassen sich flexibel in einer Büroumgebung montierten.

In der Praxis hat diese Unterbrechung der RAN-Lieferkette die Wirtschaftlichkeit des RAN grundlegend verändert und eine Reihe unterschiedlicher Geschäftsmodelle und Anbieter für die profitable Bereitstellung einer Indoor-Abdeckung hervorgebracht: Geschäftsmodelle, die OpenRAN nutzen.

Geschäftsmodelle, die OpenRAN nutzen

Die geringeren Gesamtbetriebskosten und flexibleren Architekturen des OpenRAN haben neue Geschäftsmodelle für die Bereitstellung der Indoor-Abdeckung angeregt und den Druck auf das MNO-Geschäftsmodell verringert.

Für Unternehmen ist es nun praktisch, ein privates oder nicht-öffentliches Netzwerk (NPN; Non-Public Network) in Betracht zu ziehen, um seine spezifischen Anforderungen zu erfüllen. Ein Fabrikbesitzer kann sich beispielsweise für ein solches Netzwerk entscheiden, um die speziellen Sicherheits- oder Echtzeitanforderungen seines Betriebs zu erfüllen. Der NPN-Eigentümer hat die Möglichkeit, die Netzwerkfunktion zwischen seinem NPN und dem 5G-Netz seines MNO zu vermischen und anzupassen. Das NPN kann vollständig vom öffentlichen Netzwerk isoliert sein, es kann das RAN mit dem öffentlichen Netz teilen³, es kann die RAN- und Control-Plane-Funktion gemeinsam nutzen, oder es kann bei Bedarf sogar vollständig vom MNO gehostet werden.

Eine neue Generation von Systemintegratoren ist ebenfalls entstanden, um NPNs für Unternehmen zu entwerfen, implementieren und zu betreiben, die die erforderlichen Fähigkeiten und Fachkenntnisse nicht intern vorhalten möchten. In öffentlichen Bereichen wie Einkaufszentren, großen Unterhaltungsstätten, Stadtzentren, Hotels usw. hat sich der Neutral Host etabliert, um den Zugang für mehrere Betreiber zu ermöglichen. Das Neutral-Host-Modell nutzt OpenRAN-Technik, um eine gemeinsam genutzte Netzwerklösung zu betreiben, die mehreren MNOs zur Verfügung steht.Regulierungsbehörden auf der ganzen Welt haben diesen wachsenden Bedarf an NPNs erkannt und damit begonnen, dedizierte und gemeinsam genutzte Frequenzoptionen für Eigentümer und Anbieter zuzuweisen.

Die Zukunft für das OpenRAN sieht rosig aus

Immer mehr Regierungen und die gesamte Branche erkennen die Bedeutung der Indoor-Abdeckung, und verschiedene Initiativen fördern die Entwicklung des OpenRAN. Die US-Regierung hat kürzlich einen Gesetzentwurf verabschiedet, mit dem in den nächsten zehn Jahren Investitionen in Höhe von 750 Milliarden US-Dollar in OpenRAN-Technik getätigt werden sollen, während in Großbritannien die „5G Supply Chain Diversification Strategy“ darauf abzielt, die Entwicklung und den Einsatz von Lösungen mit offenen Schnittstellen zu beschleunigen.

Die globalen Finanzmärkte sind sich ebenfalls sicher, dass O-RAN eine wichtige Rolle bei der Einführung von 5G spielen wird. Die Marktforscher von ABI Research gehen davon aus, dass die Ausgaben für OpenRAN in öffentlichen Mobilfunknetzen bis 2026/27 weltweit 10 Milliarden US-Dollar erreichen werden und bis 2030 die Ausgaben für herkömmliche RANs mit 30 Milliarden US-Dollarübersteigen werden.⁴

Da Anwendungen wie das Internet der Dinge (IoT) und das industrielle IoT (IIoT) die Nachfrage nach Funkanbindung vorantreiben, wird die Abdeckung von Innenräumen zunehmend zu einem Hindernis für den Fortschritt. Dieser Trend wurde durch 5G noch beschleunigt, und die Branche hat mit Unterstützung der Regulierungsbehörden darauf reagiert, indem sie dem Beispiel der Computerindustrie gefolgt ist. Genauso wie die Entscheidung von Microsoft, den PC zu einem offenen Standard zu machen, um die Kosten für die Datenverarbeitung zu verringern, senkt OpenRAN die Gesamtbetriebskosten der Mobilfunknetze und fördert das Wachstum und die Innovation.

^{1 https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/ericsson-technology-review/articles/5g-nr-ran-and-transport-choices-that-minimize-tco

2 https://www.itu.int/en/ITU-D/Regional-Presence/ArabStates/Documents/events/2018/RDF/Workshop%20Presentations/Session1/5G-%20IMT2020-presentation-Marco-Carugi-final-reduced.pdf

3 https://5g-acia.org/wp-content/uploads/2021/04/WP_5G_NPN_2019_01.pdf

4 https://www.abiresearch.com/press/open-ran-radio-units-soar-more-us47-billion-2026/}