Privates 5G: Warum die Industrie eigene Mobilfunknetze betreiben möchte

5G

Es liegen große Hoffnungen auf der neuen Netzgeneration 5G. Die Liste der Anforderungen an die Netzbetreiber könnte unterschiedlicher kaum ausfallen. Viele Unternehmen fürchten, dass ihre Spezialwünsche von der Telekommunikationsbranche nicht erfüllt werden können. Einige Konzerne wollen am liebsten selbst bei den Frequenzauktionen mitbieten und privater Mobilfunknetzbetreiber an ihren Standorten werden. 2019 wird deshalb ein überaus bewegtes Telekommunikationsjahr.

5G nimmt Formen an. Der Netzstandard soll die Vorgänger 2G/GSM, 3G/UMTS und LTE/LTE Advanced sukzessive ablösen. Die Phase der groben Überlegungen ist vorbei. Die übergeordneten Telekommunikationsgremien haben erste Standards verabschiedet. Einige wissenschaftliche Institute und Netzbetreiber haben Testinstallationen in Betrieb genommen. Netzausrüster haben erste 5G Mobilfunktechnik auf den Markt gebracht. Man bringt sich in Stellung, wenn 2019 der Run auf die Frequenzen eröffnet wird.

Das kommende Jahr gilt weltweit als richtungsweisend für die Einführung von 5G, und zwar aus diesen Gründen:

  • Auf der World Radio Conference werden die für 5G geplanten Frequenzbereiche weltweit definiert. Ohne vorweggreifen zu wollen, die Kandidaten sind:
    • 700MHz für die Erschließung von ländlichen Gebieten und Gebieten mit wenig Netzteilnehmern
    • 3,4-3,6GHz als Standardfrequenz für städtische Bereiche und Verkehrsinfrastruktur (Bahnstrecken, Straßen etc.)
    • 70-80GHz für Hot Spots mit extrem hohen Datendurchsatzanforderungen
  • In Deutschland und vielen anderen europäischen Ländern finden zudem Frequenzauktionen statt. Dabei sind die Bedingungen für die Frequenzvergabe, insbesondere an die Frequenzvergabe gekoppelte Mindestausbauquoten in ländlichen Bereichen, zwischen den Netzbetreibern und der Politik höchst umstritten.
  • Erste 5G Mobilfunk Endgeräte (Smartphones, 5G Modems für Notebooks, Router für den stationären Empfang und Empfangstechnik für vernetzte Geräte (IoT Devices) werden auf den Markt kommen.
  • Erste kommerzielle 5G-Installationen sind in Europa für 2020 geplant.

Hauptanwendungsbereiche und Treiber

Das nächste Jahr wird die Mobilfunkwelt damit in vielerlei Hinsicht verändern. Diverse Anwendungsszenarien für 5G werden seit Jahren diskutiert. Die Anforderungen, die sich aus diesen Szenarien ergeben, lassen sich in drei Kategorien aufteilen:

  • mBBC – mobile Broadband Communication: Das sind Anwendungsbereiche mit sehr großen Anforderungen an die übertragenen Datenmengen. 4K- oder 8K-Videostreaming sowie Virtual Reality und Augmented Reality gehören unter anderem dazu. Diese Anwendungen sollen in 5G-Netzen auch noch bei sehr hohem Geschwindigkeiten funktionieren, zum Beispiel High-Speed-Internet im Flugzeug, im Bahnverkehr und im Auto.
  • mMTC – massive machine Type Communication: Hier geht es um die Vernetzung einer sehr großen Anzahl von Sensoren und Geräten mit hoher Genauigkeit. Dazu zählen vernetzte Maschinen und Sensornetzwerke. Kurze Latenzzeiten sind bei diesen Anwendungen nicht so wichtig. Netze müssen vielmehr eine große Dichte verbundener Endgeräte verarbeiten können.
  • uRLLC – ultra reliable low latency communication: Anwendungen dieser Kategorie erfordern eine besonders große Verlässlichkeit der Kommunikation und extrem kurze Antwortzeiten (Latenz). Dazu gehören das autonome Fahren, die Steuerung von Maschinen und Robotern sowie medizinische Anwendungen wie Remote Surgery.

Jedem sein eigenes 5G-Mobilfunk-Scheibchen

Die drei Anforderungsprofile erfordern unterschiedliche Eigenschaften des Mobilfunknetzes – ein One-size-fits-all-Ansatz funktioniert nicht. Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, wurde das Konzept des Network Slicing entwickelt. Es wird von nahezu allen Netzbetreibern unterstützt. Dabei handelt es sich um die Zerschneidung einer physischen Netzinfrastruktur in viele virtuelle Netze. Je nach Anforderungsprofil kann der Kunde wählen, welches Profil, welches Slice, er nutzen will und bekommt – zumindest in der Theorie – ein für seine Anforderungen maßgeschneidertes Netz. Gerade wenn das Internet der Dinge Fahrt aufnimmt, werden Industrieunternehmen ganz unterschiedliche Netzbedingungen nachfragen, die ein Standardnetz nicht liefern kann.

Industrie will ihr eigener 5G-Netzbetreiber werden

Das Zuschneiden der Netze ist allerdings nicht frei von Hindernissen: Abgesehen davon, dass noch keine technischen Standards für Network Slicing in Sicht sind, widerspricht das Konzept dem Gebot der Netzneutralität. Das Problem könnte man eventuell durch eine geänderte Gesetzgebung lösen. Denkbar ist eine Beschränkung der Netzneutralität auf das für Privatkunden gebräuchlichste Netzwerk-Scheibchen: dass mit hohen Datendurchsätzen, damit Informationen, Videostreaming und Gaming für alle in der gleichen Qualität zugänglich bleiben.

Es gibt allerdings noch weitere Unklarheiten, zum Beispiel im Bereich Roaming und der Übergabe an Netzgrenzen. Zudem sind Fragen zu den Abrechnungsmodalitäten solcher virtuellen Netze noch offen. All diese Punkte verunsichern gerade Industrieunternehmen, die auf ein reibungslos funktionierendes 5G-Netz nach ihren Wünschen dringend angewiesen sind. Aus diesen ganzen Unsicherheiten heraus zeichnet sich eine neue Entwicklung ab. Seit einiger Zeit treiben Industriekonzerne wie Siemens und Bosch ein anderes Konzept voran: das der privaten 5G Netze.

Private 5G Netze: Eigenschaften und Varianten

Unter einem privaten Mobilfunknetz versteht man in diesem Zusammenhang ein auf eine beschränkte Fläche – z.B. ein Fabrikstandort – vom öffentlichen Mobilfunknetz logisch und/oder physisch getrenntes Netz. Dabei sind diverse Varianten denkbar:

  • ein vom öffentlichen Netzbetreiber installiertes und überwachtes, aber logisch getrenntes Mobilfunknetz, das dem privaten Netzbetreiber gehört. Das Unternehmen bekommt sein schlüsselfertiges, privates Network Slice, in dem es schalten und walten kann – mit dem öffentlichen Betreiber als Dienstleister.
  • ein hybrides Konzept: Beispielsweise wird die Sendetechnik (Mobilfunksendemasten und Funktechnik in Gebäuden) von einem öffentlichen Netzbetreiber installiert und betrieben. Das Kernnetz und die Netzfunktionen werden aber vom privaten Netzbetreiber betrieben.
  • ein vollständiges privates Netz: Hier wird das gesamte Mobilfunknetz auf einer begrenzten Fläche durch den privaten Netzbetreiber (z.B. Fabrikbetreiber) aufgebaut und betrieben. Dabei werden alle Funktionsbausteine eines Mobilfunknetzes (Funk- und Sendetechnik, Transportnetz, Kernnetz mit Netzfunktionen und Überwachung) getrennt vom öffentlichen Netz betrieben.

Zurzeit scheint die dritte Option der Favorit einiger großer Industriekonzerne zu sein, denn das vollständig getrennte private Netz hat einige Vorteile:

  • Die übertragenen Daten sind vollständig vom öffentlichen Netz getrennt, es gelangen keine Daten unbeabsichtigt ins Internet.
  • Ein solcher Ansatz ist deutlich besser zu überwachen, da das Netz nur wenige Netzelemente enthält. Zudem sind Änderungen am Netz ohne Dritte leicht und schnell möglich.
  • Da ein solches Netz eigene Sendefrequenzen benutzen müsste, sind die Kapazitäten auch vollständig nutzbar.

Ein gewichtiges Problem steht den Plänen aber noch im Weg: Für solche privaten Netze bräuchten die Netzbetreiber ein Stück vom Kuchen der Sendefrequenzen. Dies wird seit einigen Monaten lautstark gefordert, und von der Bundesnetzagentur wird der Ruf zumindest gehört. Ein Kandidat für einen solchen privaten Frequenzbereich ist 3,7-3,8GHz.

Konsequenzen für den Telekommunikationsmarkt

Dieses Konzept wird zu einigen Änderungen im Telekommunikationsmarkt führen. Naheliegend ist, dass erstmals neben den üblichen Mobilfunknetzbetreibern weitere Betreiber entstehen.

Die Netzausrüster werden sich hier auf die neue Situation einstellen, z.B. durch dedizierte Funktechnik für Außenbereiche und in Gebäuden. Ein solches Netz wird voraussichtlich auch auf einen oder zwei der oben skizzierten Anforderungsgebiete fokussieren. Hierbei sind sicher vernetzte Fabriken als Beispiel zu nennen.

Die Hersteller von Telekommunikationssoftware, insbesondere für die Überwachung und Steuerung des Netzes, werden ihre Produkte überarbeiten:

  • Die bisher verwendeten Softwareprodukte für die Planung und die Erfassung des Netzes sind viel zu mächtig und kostspielig für ein doch sehr begrenztes privates Netz. Auch die Überwachungs- und Steuerungsanwendungen (‚OSS‘ – operational support systems) sind für große Netze mit tausenden von Netzelementen gemacht. Hier werden sicher leichtgewichtige Softwarepakete für solche Netze auf den Markt kommen.
  • Die sonst üblichen Tools für die wirtschaftlichen Prozesse (‚BSS‘ – business support systems) sind nicht oder nur in sehr abgespecktem Umfang notwendig. Denn weder gibt es in einem solchen Netz zahlende Endkunden, noch müssen Roaming- oder Netzübergabeprozesse beachtet werden. Denkbar sind hier eher einfachere Anwendungen für (interne) Bestell- und so genannte OPEX-Prozesse.
  • Es werden keine aufwendigen Prozesse für die Abrechnung und Verwaltung von SIM-Karten gebraucht. Ein einfacher Prozess, neue Netzteilnehmer zu aktivieren, reicht hier völlig aus. Ein reiner eSIM-Ansatz ist hier eine Überlegung wert.

Die Regulierungsinstanzen, in Deutschland die Bundesnetzagentur, müssen ihre Prozesse für die Frequenz- und Standortfreigabe überarbeiten. Die vielen neuen 5G-Netze müssen von den vielen privaten Netzbetreibern geplant, installiert und betrieben werden. Da selbst Bosch und Siemens nicht die Erfahrung einer Deutschen Telekom, Vodafone und Telefónica mitbringen und Experten rar gesät sind, werden spezialisierte Dienstleistungsunternehmen entstehen.

Zudem werden die etablierten Netzbetreiber ihre Telekommunikationsexpertise auf die neuen Anforderungen ausrichten. Sie werden die Prozesse und Technologien auf das signifikant kleinere, aber mitunter komplexe private Netz anpassen. Denkbar sind auch so Private-Network-as- a-Service-Modelle (pNaaS).

Anschnallen! 2019 wird ein 5G-Jahr

Bei vielen Punkten rund um 5G ist das letzte Wort nicht gesprochen, einige endgültige Entscheidungen stehen noch aus. Dennoch wird der mögliche „Markteintritt“ privater Netzbetreiber die Telekommunikationsszene mächtig aufwirbeln. Wir dürfen alle gespannt sein. 2019 wird aller Wahrscheinlichkeit nach ein 5G-Jahr.

Foto: Getty Images / liulolo


Peter Beckerle

Dr. Peter Beckerle ist Experte für Telekommunikation bei Sopra Steria Consulting, insbesondere im Bereich operationale (OSS) und wirtschaftliche Prozesse (BSS). Der promovierte Physiker beschäftigt sich mit neuen Technologien und Verfahren der Mobilfunk- und Festnetzbranche.


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