Störungen: Schnell fahrende Fahrzeuge, massive Wände und Gebäude sowie schlechtes Wetter können die drahtlose Signalübertragung im Freien beeinträchtigen. Eine verringerte Signalstärke führt zu einer verminderten Systemleistung, da das drahtlose System die Übertragungsgeschwindigkeit reduziert, um die Verbindung aufrechtzuerhalten.

Mehrere Nutzer: Drahtlose Verbindungen basieren grundsätzlich auf gemeinsam genutzter Bandbreite (über Funk). Die gesamte Bandbreite eines einzelnen Zugangspunkts oder einer Basisstation muss von mehreren Nutzern geteilt werden, was in der Praxis zu geringeren Geschwindigkeiten führt. In stark frequentierten Bereichen wie Stadtzentren und Fußballstadien kann die Netzwerkkapazität durch die große Anzahl an Nutzern schnell überlastet werden, sofern der Betreiber nicht zusätzliche Mobilfunkstationen installiert, um die außergewöhnlich hohe Nachfrage zu decken.

Trotz ihrer Einschränkungen sind drahtlose Netzwerke zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Kommunikation geworden. Sie haben die Art und Weise, wie wir Computer und mobile Geräte nutzen, revolutioniert – sowohl zu Hause und im Büro als auch unterwegs.

Wir sind jedoch der Ansicht, dass drahtlose Netzwerke in erster Linie aufgrund ihrer Vorteile – der Möglichkeit, unterwegs Internetzugang bereitzustellen – gefördert werden sollten und nicht als direkter Ersatz für feste Zugangsnetze.

Diese Annahmen setzen zudem die Verfügbarkeit von Hochleistungsnetzen voraus, was nicht immer gegeben ist. Die schnellsten Mobilfunknetze haben eine begrenzte geografische Abdeckung. LTE-Netze wurden hauptsächlich in ausgewählten Großstädten eingeführt; obwohl der Ausbau bereits vor zehn Jahren begann, erreichen 3G-Netze viele ländliche Gebiete noch nicht.
In einigen Ländern verläuft der LTE-Ausbau schleppend, da zunächst ausreichend Frequenzspektrum zugewiesen werden muss. Frequenzspektrum ist eine knappe Ressource (eine einzelne Glasfaser hat eine höhere Kapazität als das gesamte Funkfrequenzspektrum), und nationale Regulierungsbehörden müssen häufig Frequenzbereiche sperren, um Platz für neue Technologien und Dienste zu schaffen.

Die Herausforderung des Mobilfunk-Backhauls:
Ein drahtloses Netzwerk ist nur an seinen Endpunkten drahtlos.
Backhaul bezeichnet den Transport von Kommunikationsdaten von einem verteilten Knoten, wie z. B. einem WLAN-Zugangspunkt oder einer Mobilfunkbasisstation, zu einem zentraleren Knoten. Im Mobilfunkbereich entspricht Backhaul dem Netzwerkabschnitt zwischen den Basisstationen und dem nächstgelegenen Aggregationspunkt, typischerweise einem Funknetzcontroller.

Mit steigenden mobilen Datenraten ist eine entsprechende Erhöhung der Kapazität des Mobilfunk-Backhauls erforderlich. Wie die untenstehende Tabelle zeigt, benötigt eine Mobilfunkstation, die ausschließlich GSM-Sprachübertragungen durchführt, typischerweise eine Bandbreite von etwa 1,3 Mbit/s. Der Bandbreitenbedarf einer Mobilfunkstation basierend auf der 2,75G-EDGE-Architektur steigt auf etwa 6 Mbit/s, 3G benötigt rund 21 Mbit/s und LTE sogar bis zu 80 Mbit/s. Steht einem Mobilfunkbetreiber mehr Frequenzspektrum zur Verfügung oder nutzt er MIMO-Antennen zur Kapazitätserhöhung, steigt der Bedarf an Backhaul-Kapazität noch weiter an.

Traditionell werden Basisstationen über gemietete T1/E1-Leitungen mit ihren Kernnetzen verbunden (die nordamerikanische T1-Rate entspricht 1,544 Mbit/s und die europäische E1-Rate 2,048 Mbit/s). Viele Jahre lang stellten Betreiber bei erhöhtem Kapazitätsbedarf einfach zusätzliche Mietleitungen bereit. Mit LTE reicht dieser Ansatz nicht mehr aus.

Mobilfunknetzbetreiber stehen bereits unter finanziellem Druck. Im letzten Jahrzehnt haben sie massiv in den Ausbau von 3G-Netzen investiert. Daher ist es verständlich, dass sie weitere Investitionen in den LTE-Netzausbau minimieren wollen, um der steigenden Nachfrage nach mobiler Bandbreite gerecht zu werden. Mobilfunkbetreiber müssen daher die bestehende Infrastruktur bestmöglich nutzen.

Die günstigste Option wäre die Nutzung der bereits vorhandenen Verbindungen, aber wie wir gesehen haben, macht der durch LTE bedingte drastische Anstieg des Backhaul-Bedarfs diese Vorgehensweise unmöglich.

Einige Betreiber nutzen bereits Glasfaser zur Verbindung von Mobilfunkbasisstationen. Wenn eine neue Verbindung benötigt wird, ist die Installation von Glasfaser sinnvoll. Glasfaser bietet praktisch unbegrenzte Kapazität und ermöglicht zukünftige Erweiterungen ohne die Notwendigkeit neuer Kabel.

Glasfasernetze nutzen eine von zwei grundlegenden Architekturen: Punkt-zu-Punkt-Systeme (P2P) oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Systeme (P2MP), die gemeinhin als passive optische Netze (PON) bekannt sind.

Peer-to-Peer-Netzwerke (P2P) basieren in der Regel auf Ethernet und bieten eine bidirektionale Kapazität von 100 Mbit/s oder 1 Gbit/s.
Es existieren verschiedene PON-Standards. Weltweit ist Gigabit Passive Optical Network (GPON) die erste Wahl. Es bietet eine Downstream-Bandbreite von 2,488 Gbit/s und eine Upstream-Bandbreite von 1,244 Gbit/s. Ein 10-Gbit/s-Upgrade von GPON, XG-PON1 genannt, ist ebenfalls verfügbar und bietet in derselben Konfiguration 10 Gbit/s Downstream- und 2,488 Gbit/s Upstream-Bandbreite. Zukünftige Standards werden den Betrieb dieser Systeme mit 40 Gbit/s ermöglichen. Glasfaser unterstützt zudem die Radio-over-Fiber-Technologie (ROF), die den Einsatz kleiner, kostengünstiger Basisstationen in Mobilfunksystemen ermöglicht. ROF-Systeme werden heute häufig zur Verbesserung der Mobilfunkabdeckung in Gebäuden wie Bürogebäuden, Einkaufszentren und Flughafenterminals eingesetzt.

In ROF-Systemen werden drahtlose Signale optisch zwischen der Zentralstation und der Basisstation übertragen, bevor sie durch die Luft abgestrahlt werden. Das Licht wird direkt durch ein Funksignal moduliert und anschließend über die Glasfaser gesendet. (Obwohl die Radio-over-Fiber-Übertragung auch für andere Zwecke, beispielsweise in Kabelfernsehnetzen, eingesetzt werden kann, wird der Begriff RoF im Allgemeinen verwendet, wenn diese Technik für den drahtlosen Zugriff genutzt wird.).

Die RoF-Architektur nutzt ein hochfrequentes Funksignal (typischerweise über 10 GHz), das einer Lichtwelle überlagert wird. Dadurch können drahtlose Signale direkt mit hohen Frequenzen optisch an Basisstationen verteilt und dort vom optischen in den elektrischen Bereich umgewandelt werden, bevor sie verstärkt und von einer Antenne abgestrahlt werden. An den verschiedenen Basisstationen ist keine Frequenzumwandlung erforderlich, was eine einfache und kostengünstige Einrichtung ermöglicht.

RoF ist im Grunde ein analoges Übertragungssystem, da es das Funksignal direkt auf der Trägerfrequenz von einer Zentraleinheit zu einem Funkzugangspunkt verteilt. RoF unterstützt Breitbandsignale wie UMTS und WiMAX. (Obwohl dieses Übertragungssystem analog ist, sind die Funksignale dennoch digital.).

Die Rolle der WLAN-Technologie in dieser neuen Welt.
Bisher haben wir über Mobilkommunikation und insbesondere über das Wachstum des Mobilfunknetzes gesprochen. Welche Rolle spielt also die WLAN-Technologie in dieser neuen Welt?
WLAN spielt eindeutig eine wichtige Rolle, insbesondere in Gebäuden, wo es zur Verteilung von Breitbandsignalen für Privat- und Geschäftskunden in Haushalten und Büros eingesetzt wird. Studien zum mobilen Datenverbrauch zeigen, dass viele Menschen ihre Smartphones zu Hause nutzen. Daher hat die Branche Software entwickelt, die es Nutzern ermöglicht, nahtlos zwischen Mobilfunk- und WLAN-Netzen zu wechseln. So profitieren Verbraucher von geringeren Datenkosten, während gleichzeitig die Belastung des Mobilfunknetzes reduziert wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich für den Nutzer, der innerhalb des Gebäudes mobilen Zugriff hat, anstatt durch fest installierte Systeme eingeschränkt zu sein. Da immer mehr Geräte wie Smartphones und Tablets ausschließlich über drahtlose Schnittstellen verfügen, entfällt die Möglichkeit einer direkten Verbindung zum Festnetz, und drahtlose Verbindungen sind die einzige Option.

Mobilfunkbetreiber können die Netzabdeckung in Gebäuden auch mithilfe von Femtozellen erweitern – winzigen Basisstationen, die über eine Reichweite von bis zu 10 Metern mit einem Mobilgerät kommunizieren können, wobei das heimische Breitbandnetz die Anbindung übernimmt. Ein Hybridgerät, das WLAN- und Femtozellentechnologie kombiniert, bietet die Vorteile beider Technologien.

WLAN wird außerhalb von Gebäuden immer beliebter, insbesondere in Gebieten mit hoher Nachfrage nach Mobilfunkdiensten. In vielen Großstädten entstehen drahtlose Netzwerke, die Nutzern die Möglichkeit bieten, ihre Mobilfunknetze zu deaktivieren und so von günstigeren und schnelleren Downloadgeschwindigkeiten zu profitieren.
Auch ländliche Regionen profitieren von WLAN, da der Aufbau eines Glasfasernetzes (FTTH/FTTB) dort oft sehr teuer ist, während WLAN-Geräte günstiger und relativ einfach zu installieren sind.

Wie bei jedem mobilen Kommunikationsnetz benötigen jedoch auch Wi-Fi-Netzwerke eine Datenanbindung an das primäre oder Kernnetz, weshalb das Problem der Bereitstellung ausreichender Anbindungskapazität weiterhin relevant bleibt.

Die Kapazität von WLAN-Netzen wird bald eingeschränkt sein, wenn kupferbasierte Telefonnetze für die Anbindung genutzt werden. Ein typisches Beispiel hierfür ist ein Stadtcafé mit kostenlosem Internetzugang: Das WLAN-Netz bietet 54 Mbit/s, der Breitbandanschluss des Gebäudes erreicht jedoch nur 24 Mbit/s (Download). Um mit dem steigenden Datenbedarf der Verbraucher Schritt halten zu können, benötigen WLAN-Netze zudem Glasfaser-Anbindung.

Fazit:
Mobilfunkanbieter verzeichnen einen sprunghaften Anstieg des Datenverkehrs in ihren Netzen. Nutzer erwarten zunehmend einen einfacheren Zugriff auf datenintensive Online-Dienste, ohne an einen festen Standort gebunden zu sein. Die verbesserte Verfügbarkeit von mobilen Breitbanddiensten, die Verbreitung von Dual-Mode-Smartphones mit 3G und WLAN, günstige Datentarife und neue Online-Dienste haben das Wachstum des drahtlosen Datenverkehrs befeuert. Mobile Breitbandnetze
haben sich zwar im Laufe der Zeit weiterentwickelt, sind aber nun an ihre Kapazitätsgrenzen gestoßen. Eine grundlegende Modernisierung ist daher notwendig, um die zukünftige Nachfrage zu decken. Dies stellt ein Dilemma dar: Nach den hohen Investitionen in der Vergangenheit haben Mobilfunknetzbetreiber wenig Anreiz für weitere umfangreiche Investitionen, gleichzeitig wird die bestehende Infrastruktur die Nachfrage kaum noch bewältigen können.

Die Antwort liegt in der Verbesserung des Netzes und der Nutzung der Glasfaserinfrastruktur für drahtlose Backhaul-Verbindungen. Dadurch kann die sehr hohe Bandbreitenkapazität bereitgestellt werden, die für das anhaltende Wachstum erforderlich ist, was sie zu einem idealen Medium für ein robustes und zukunftssicheres Netzwerk macht.

Zwischen dem Aufbau glasfaserbasierter Zugangsnetze und Festnetztelefonie sowie drahtloser Anbindung bestehen offensichtliche Synergien. Ein Beispiel hierfür ist die schwedische Stadt Stockholm, die bereits zwei LTE-Mobilfunkbetreiber unterstützt und einen dritten in Planung hat, was vermutlich eine direkte Folge der stadtweiten Verfügbarkeit von Glasfaser ist.

Unserer Ansicht nach sollte drahtlose Technologie eher als Ergänzung denn als Konkurrenz zu Glasfaser betrachtet werden. Dabei sind folgende Punkte zu beachten:

• Drahtlose Netzwerke in all ihren Formen sollten aufgrund ihrer Stärken – mobiles Computing und Networking mit geringen Anforderungen an Service und Bitrate – gefördert werden und nicht als direkter Ersatz für anspruchsvolle Anschlüsse im privaten und geschäftlichen Bereich. Herkömmliche drahtlose Netzwerke stoßen bei hohem Datentransferbedarf an ihre Grenzen, insbesondere wenn mehrere Nutzer das Netzwerk gemeinsam nutzen.
• Eine Ausnahme bilden sehr dünn besiedelte Gebiete, in denen der Ausbau neuer kabelgebundener Netze wirtschaftlich nicht rentabel sein kann. Hier lässt sich die Abdeckung mit drahtlosen Zugangsnetzen relativ schnell und kostengünstig realisieren, zumindest in einer Übergangsphase.
• In Kombination mit drahtlosen Netzwerken können kabelgebundene Dienste alternative Backhaul-Kapazitäten bieten, um die steigende Nachfrage nach mobilen Daten zu decken.

Mobilfunknetzbetreiber stehen vor der Frage, wie sie einen Dienst anbieten können, der die Breitbandmarktnachfrage erfüllt und gleichzeitig die Rentabilität maximiert. Um diese Frage zu beantworten, schließt sich der Kreis: Für einen Mobilfunkdienst mit maximaler Bandbreite im Backhaul ist eine Glasfaserinfrastruktur unerlässlich.

Wenn bereits Glasfaserinfrastruktur vorhanden ist, bietet es sich an, diese zu nutzen, um die Investitionskosten zu minimieren. Bei einem Neubau ist der Ausbau der Glasfaserinfrastruktur kapitalintensiv und muss daher kosteneffizient erfolgen. Es spricht vieles dafür, die Kosten zu teilen, indem FTTH gleichzeitig für Festnetz-Breitbandzugang und Mobilfunk-Backhaul bereitgestellt wird.

Quellenangaben:

1. Chris Ziegler (2011), 2G, 3G, 4G und alles dazwischen: Eine Einführung in die drahtlose Technologie von Engadget: http://www.engadget.com/2011/01/17/2g-3g-4g-and-everything-in-between-an-engadget-wireless-prim/
2. Terrence P. McGarty (2005), Breitbandalternativen, Synergien von Glasfaser und drahtloser Technologie: http://www.telmarc.com/Docu-ments/Papers/2005%2010%2006%20Broadband%20Alternatives%2002.pdf
3. Cisco und/oder verbundene Unternehmen (2011), Breitbandzugang im 21. Jahrhundert: Anwendungen, Dienste und Technologien: http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/white_paper_c11-690395.html
4. Cisco (2012), Visual Networking Index: http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white_paper_c11481360_ns827_Networking_Solutions_White_Paper.html
5. IDATE Consulting (2012), FTTH: Die Lösung für mobiles Breitband, Studie im Auftrag des FTTH Council Europe und des FTTH Council APAC
6. Cisco (2012), 802.11ac: Die fünfte Generation von Wi-Fi – Technisches Whitepaper http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/wireless/ps5678/ps11983/white_paper_c11-713103.html
7. Fujitsu (2009), 4G Impacts to Mobile Backhaul: http://www.fujitsu.com/downloads/TEL/fnc/whitepapers/4Gimpacts.pdf
8. Rysavy Research for 4G Americas (2012), Mobile Broadband Explosion: http://www.4gamericas.org/documents/4G%20Americas%20Mobile%20Broadband%20Explosion%20August%2020121.pdf

Autor:

Mitwirkende: Stephen Hough - Sterlite Technologies Ltd, José Salgado - PT Inovação, Jim Crowfoot -
Senko Advanced Components, Didi Ivancovsky - Broadcom, Wolfgang Fischer -
Cisco, Pauline Rigby - freiberufliche Redakteurin.

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