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5G

Neue Perspektiven und die Notwendigkeit eines End-to-End-Ansatzes

8 MINUTEN LESEDAUER

Die 5G-Technologie ermöglicht mobile Internetverbindungen, die bis zu 100-mal schneller sind als der derzeitige 4G-Standard. Das 5G-Netz wird – wenn es vollständig ausgebaut ist – in der Lage sein, Milliarden von Geräten gleichzeitig zu verbinden. Natürlich können wir nicht vorhersagen, welche neuen Services und Applikationen zuerst und am meisten von der Einführung von 5G profitieren werden. Wir können jedoch sicher sein, dass es sich hier um einen «Game Changer» handelt, der den Aufbau von Glasfaser basierten Backbone-Netzen erfordert.

Heute erleben wir einen beispiellos schnell wachsenden Bedarf an ultrahoher Bandbreite, der von einer Vielzahl von 5G-bezogenen Faktoren getrieben wird. Zum Beispiel die Einführung neuer mobiler Geräten und zusätzlicher Cloud-Anwendungen. Geringe Latenzzeiten, die u.a. für autonomes Fahren aber auch für andere zeitkritische Services erforderlich sind, werden zu einem weiteren enormen Anstieg des Datenverkehrs führen, der schnellstmögliche Datenverarbeitungs- und Reaktionszeiten der Netzinfrastruktur erfordert. Die umfassende Nutzung des Internet der Dinge (Internet of Things, IoT), ‘All over IP’ konvergierte Netzwerke im Gebäude und die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation treiben diesen Bedarf ebenfalls weiter voran. In den nächsten 10+ Jahren wird die Verdichtung, Verbesserung und kontinuierliche Entwicklung der Infrastruktur von Mobilkommunikationsnetzen zur Einführung neuer 5G-Funktionen in folgenden drei grossen Schritten erfolgen:

Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Unterstützt die Erhöhung der Datenraten und der Systemkapazität der End-Teilnehmer. Es bietet eine grössere Datenbandbreite und moderate Latenzverbesserungen sowohl bei 5G-NR- (‘new radio’) als auch bei der bestehenden 4G LTE-Funkinfrastruktur. Dank eMBB kann der Breitbandzugang in dicht besiedelten Gebieten sowie die Innen- und Aussenabdeckung in Stadtzentren und grossen, mehrstöckigen Gebäuden erhöht werden. Darauf basierend können neue mobile Anwendungen für viele, verschiedene Schlüsselindustrien auch für private User, aber insbesondere für investitionsbereite Unternehmenskunden entwickelt werden.

Massive Internet of Things (mIoT): Beschreibt die Einbindung einer immens grossen Anzahl zusätzlicher, kostengünstiger 5G-fähiger Endgeräte und Sensoren mit niedrigem Energieverbrauch in die mobilen Netzwerke, die wiederum mit dem dadurch hervorgerufenen hohen Abdeckungsbedarf im Sinne von viele zeitgleiche Verbindungen zu verschiedensten Endgeräten pro Quadratmeter Schritt halten müssen. In diesem Fall sind die Anforderungen an Latenz und Durchsatz derzeit zwar noch weniger kritisch, dennoch wird die Kombination von IoT und 5G einen nächsten revolutionären Schritt im modernen Fabrik- und Prozessmanagement grosser Unternehmen ermöglichen. Auf die gleiche Weise wird dies die Grundlage für eine neue Ära des öffentlichen Informationsmanagements und die Bereitstellung intelligenter, grüner und hocheffizienter, moderner öffentlicher Dienste in den stetig weiterwachsenden Gesellschaften unserer Metropolregionen und “Smart Cities” bilden.

Mission critical Low Latency services (mcLLs): Dies sind Anwendungen, bei denen ein Netzwerkausfall oder eine zu lange Reaktionszeit beim Datentransfer potenziell katastrophale Folgen haben kann. Solche Anwendungen erfordern erhöhte Sicherheitsstandards, eine 100% verfügbare Abdeckung und eine äusserst zuverlässige Kommunikationsqualität mit niedrigsten Latenzzeiten. Beispiele hierfür sind das bereits erwähnte autonome Fahren, aber zum Beispiel auch medizinische Fernoperationen oder kritische Betriebs- und Wartungsdienste in nationalen Stromnetzen.

Bereitstellung eines Glasfaser-Backbone-Netzes

5G wird all diese Entwicklungen ermöglichen und unterstützen – aber es geht nicht nur darum, die bestehende «drahtlose» Mobilfunknetzinfrastruktur aufzurüsten. Die Veränderungen zwischen 2G und 3G oder 3G und 4G und LTE waren evolutionär, aber die entsprechende Technologie für den Datenübertragungs-Backbone blieb mehr oder weniger die gleiche. Bei 5G ist dies jedoch anders. Getrieben durch eine Änderung der für 5G notwendigen Netzarchitektur, welche die technische Komplexität deutlich erhöht. Ergänzt werden die Entwicklungen durch die Einführung neuer Frequenzen, zusätzlicher Aktivgeräte und Antennen und die anschliessende Verdichtung des Netzes durch die Zentralisierung aktiver Netzelemente sowie den Parallelbetrieb von 2G-, 3G-, 4G/LTE- sowie neuen 5G-Geräten auf verschiedenen Frequenzen, mit unterschiedlichen Features und Applikationen.

Zum Beispiel eine Anbindung von 5G-Basisstationen über bestehende digitale Mikrowellen-Funkverbindungen wird nicht ausreichen, um alle 5G-bezogenen Dienste zu unterstützen. Neue Standorte mit 5G-Zellen (unabhängig ob Makro-Zelle oder Klein-Zelle, ‘macro cell, small cell’) werden enormen zusätzlichen Datenverkehr erzeugen, der eine höhere Bandbreite und Übertragungsgeschwindigkeit erfordert. Ein Grossteil der bestehende Backbone-Netztechnologie kann ein solches Volumen nicht bewältigen und wird nicht schnell genug sein. Solche neuen 5G-“Zellstandorte” müssen daher in ein neues Glasfaser-Backbone-Netz integriert werden. Das bedeutet, dass 5G-Basisstationen direkte Verbindungen zu Hochleistungs-Glasfasernetzen (Fiber to the Antenna, FTTA) benötigen. Die 5G-Spezifikation verlangt für kritische Services eine Latenzzeit von weniger als 10 Millisekunden. Das bedeutet, dass zukünftig kürzeste Übertragungswege zu den nächstgelegenen, z.T. dezentralen Rechenzentren (‘edge computing’) und ein engmaschiges, modernes Glasfasernetz mit hoher Verfügbarkeit erforderlich sind.

Netzbetreiber werden ihre bestehenden Mobilfunknetze in mehreren Schritten mit der 5G-Technologie aufrüsten. Dabei werden sie gezwungen sein, auf die Kapazitäten anderer bestehender Glasfasernetze zurückzugreifen d.h. auf optische Faser-Netze anderer Betreiber im Festnetz-, FTTH- oder CATV-Bereich. Zudem drängen neue Glasfasernetzbetreiber – so genannte “neutral hosts” – in das Marktsegment und bieten zusätzliche Glasfaserkapazität und Bandbreite an. Die Integration und Zusammenarbeit zwischen diesen Akteuren, von der Planung bis zur Implementierung, ist neu und eventuell komplex, aber absolut notwendig, um 5G-Einführungen möglich zu machen. Vor allem in grossen Städten und urbanen Industrie-Regionen, wo forschende und fertigende Unternehmen moderne 5G-Services benötigen und die Mobilfunkanbieter damit auch gutes Geld verdienen können.

Auch wenn es “alles neu” erscheinen mag, wird die Einführung von 5G-Diensten in bestehenden lokalen und nationalen Mobilfunknetzen auch die Aufrüstung und Erweiterung bereits bestehender (4G/LTE Zellenstandorte) erfordern, bei denen es sich hauptsächlich um Makrozellen und viele zentrale Netzelemente handelt. Um die Mobilfunkabdeckung zu verbessern, führen die Betreiber von Kapazitäten und Nutzererfahrungen zusätzliche Small Cells ein, die die Funkgeräte näher an den Nutzern platzieren. In städtischen Gebieten benötigen 5G-Netze sieben- bis zehnmal so viele ‘Small Cells’ wie ‘Macro Cells’. Die hierfür verwendeten Aktivgeräte und Antennen sind in der Regel kompakter und energieeffizienter als bei ‘Macro Cells’ und können z.B. in Laternenmasten, Bushaltestellen oder digitalen Werbetafeln integriert werden. Da so viele Standorte aufgebaut werden müssen, muss eine solche ‘Small Cell’-Infrastruktur sowohl preislich attraktiv als auch sehr einfach und schnell zu installieren sein. Diese Aspekte erfordern spezifisches Anwendungswissen und letztlich individuelle Lösungen pro Standort-Typ.

Traditionelle Funknetzbetreiber, Point-to-Multipoint Service Provider oder klassische öffentliche Telekommunikationsanbieter verfügen über jahrzehntelange Erfahrung bezüglich Netzarchitektur und Infrastrukturausbau. Heutzutage drängen jedoch neue Dienstanbieter, wie z.B. “Tower Companies», auf den Markt. Ausgelöst wurde dies durch die Mobilfunkbetreiber, die ihre Standorte an diese Unternehmen verkauften und von ihnen zurückmieten, um so Geld für neue Investitionen – z.B. in die 5G-Frequenzen und die Technologie – zu generieren. Solche «Tower Companies» betreiben heute sowohl bestehende (3G/4G/LTE) und neue 5G-Standorte für Mobilfunknetzbetreiber, wenn auch bisher mit weniger Erfahrung im Betrieb dieser Art von Infrastruktur und ihrer zukünftigen Entwicklung. Einige dieser neuen Marktteilnehmer, erwerben zusätzlich zu diesen Mobilfunk-Standorten auch ganze Glasfasernetze oder zumindest Kapazitäten von Dritten und entwickeln sich damit  schrittweise von einer «Tower Company» zu einem «Neutral Host» und können damit zukünftig dem Mobilfunkbetreiber Infrastruktur für die neuen 5G-Funkstandorte und die zugehörige Glasfaserverbindung zum Core Network aus einer Hand anbieten.

Für dieses Szenario benötigen die «Tower Companies» als neue Marktteilnehmer eine kostenoptimierte, massgeschneiderte, aber gleichzeitig möglichst modulare und standardisierte Infrastruktur Komponenten und Technologie sowohl für den Bau neuer Makrozellen-Standorte als auch für integrierte Kleinzellen-Standorte.

Netzwerke für Smart Cities

Nach Untersuchungen von Deloitte werden die Netzbetreiber die prognostizierte Zunahme des mobilen Datenverkehrs nicht ohne zusätzliche Glasfaserinstallationen unterstützen können, die tiefer in die Ballungszentren hinein reichen. Smart City-Glasfasernetze und 5G erfordern neue Fähigkeiten und einen neuen Ansatz für lokale 5G-Erweiterungskonzepte. Dazu gehören hochmoderne Glasfaser- und Stromversorgungskonzepte, Kabelsysteme, Gehäuse und Verbindungstechnik. Die erforderlichen für Small Cell Standorte in der City optimierten Komponenten sollten in Zusammenarbeit zwischen erfahrenen Herstellern von sogenanntem «Stadtmobiliar» und Lösungsanbietern rund um Kupfer- und Glasfaserverbindungen, Funkwellenausbreitung, Glasfaserkapazitätsmanagement entwickelt werden. Dabei spielen Standort spezifische Herausforderungen eine grosse Rolle, u.a. bedingt durch regionale Ausbauvorschriften sowie stadtspezifische Regeln und Normen.

Experten für den Rollout

5G bietet den genannten neuen Dienstleistungsanbietern und den bestehenden Mobilfunk- und Festnetzbetreibern gleichermassen grosse Möglichkeiten zur Erschliessung neuer Geschäftsfelder. Um das Beste aus 5G zu machen, müssen Sie jedoch einen ganzheitlichen Ansatz bei Planung und Realisierung ihre Vorhaben verfolgen.

Fachwissen rund um alle technischen Komponenten in der Netzwerk-Kette, einschliesslich und speziell bei der Glasfaserverkabelung, wird immer wichtiger. Da 5G-Netze komplex sein werden, sollten sich Betreiber frühzeitig um fachkundige Unterstützung für ihre 5G-Projekte bemühen, um eine Überspezifikation, zu hohe Kosten oder fehlende langfristige Flexibilität zu vermeiden, um so die erwähnten Chancen für neues Business optimal zu nutzen. Kompetente Partner sind für Ausbau, Installation und Systemintegration der Infrastruktur unerlässlich, damit Netzbetreiber und Anbieter solche Aufgaben gezielt auslagern und sich auf ihre Kernkompetenzen nämlich modernen Netzbetrieb und Bereitstellung neuer Inhalte und hochkomplexer Datendienste konzentrieren können.

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