Was bedeutet Integrated Access Backhaul?
Integrated Access Backahul (IAB) ist eine 5G Technologie zur Anbindung von Basisstationen ohne Glasfaser oder separate Richtfunkstrecke. Über IAB lassen sich viele Mobilfunkzellen untereinander vernetzen, indem Mobilfunkfrequenzen für das Backhaul verwendet werden. Teilweise wird diese Vernetzung auch als „Self-Backhauling“ bezeichnet. Tatsächlich lassen sich so 5G- Zellen (NR gNBs) ohne Glasfaser anbinden. Die Makrozelle, über die das IAB aufgebaut wird (auch als Donor gNB bezeichnet), muss aber natürlich eine sehr leistungsfähige Anbindung haben, hier führt eigentlich kein Weg an Glasfaser vorbei.
Wo kann man IAB sinnvoll einsetzen?
Dieses Verfahren ist für drei verschiedene Szenarien gedacht:
- Die Anbindung vieler kleiner Outdoor Small Cells
- Die Vernetzung von Indoor 5G-Netzen
- Die Anbindung von Beweglichen Basisstationen z.B. in Zügen.
Insbesondere die Verbindung von vielen Small Cells im Außenbereich kann mit kabelgebundenen Lösungen also in der Regel Glasfaser sehr kostspielig werden. Gerade im städtischen Bereich, wo Small Cells besonders benötigt werden, sind die Kosten für die Verlegung von Glasfaser-Infrastruktur besonders hoch. Auch die Kosten für Richtfunk Equipment und Planung können sehr kostspielig sein. IAB benötigt kein weiteres Equipment und kann direkt mit der vorhandenen Mobilfunktechnik realisiert werden. Strom ist hingegen praktisch überall vorhanden, gerade im städtischen Bereich. Mit einem Mobilfunk-Backhaul werden die Ausbaukosten massiv gesenkt und der Ausbau kann deutlich schneller erfolgen. Die Anbindung von Zügen oder anderen beweglichen Objekten macht natürlich auch Sinn, wird aber erst zu einem späteren Zeitpunkt vom 3GPP standardisiert.
Unterschied zwischen In-Band und Out-Band IAB
Es gibt zwei verschiedenen Varianten, wie IAB umgesetzt werden kann: In-Band- und Out-of-Band-Backhauling stellen in Bezug auf den Access Link zwei unterschiedliche Anwendungsfälle für das IAB dar.
- In-Band-Backhauling umfasst Szenarien, bei denen sich Zugangs- und Backhaul-Link zumindest teilweise in der Frequenz überschneiden und dadurch Halbduplex oder Interferenzprobleme entstehen. Es wird also in der Regel die gleiche Frequenz für die Verbindung zu den Endgeräten verwendet wie für den Aufbau der Funkverbindung für den Backhaul. Das limitiert natürlich die Kapazität für die Nutzer. Die Frequenz-Ressourcen müssen orthogonal zwischen dem Zugriff durch die Nutzer und Backhaul aufgeteilt werden. Dafür gibt es drei Möglichkeiten: Entweder zeitlich (Zeitmultiplexing (TDM)) oder und das ist die bevorzugte Lösung, durch Aufteilung der Frequenz (Frequenzmultiplexing (FDM)), oder räumliche Differenzierung (Space Division Multiplexing (SDM)).
- Out-of-Band IAB hat diese Problematik nicht, da eine andere Frequenz verwendet wird um den Backhaul aufzubauen, für die Nutzer steht dadurch die volle Kapazität zur Verfügung. Out-Band IAB ist technisch deutlich einfacher zu realisieren.
Eine Möglichkeit für Out Band IAB wäre, einen IAB über 26 GHz Frequenzen aufzubauen und das Zugangsnetz für die Endgeräte im 3,6 GHz Bereich bereit zu stellen. Beim In-Band Backhaul muss ein Teil der Frequenz für das Backhaul bereitgestellt werden. Das macht eigentlich nur in Frequenzbändern Sinn, in denen genug Spektrum zur Verfügung steht wie dem 26 GHz Bereich. Grundsätzlich ist In-Band IAB aber natürlich auch in Band N78 also dem 3,6 GHz Bereich denkbar.
Mehrere Sprünge (Hop’s) sind möglich
IAB kann auch als Multi-Hop Backhaul eingesetzt werden. Es sind also Sprünge über mehrere Small Cells hinweg möglich. Das lohnt sich besonders in hohen Frequenzbereichen. Zum einen ist dort die Sendereichweite nur sehr begrenzt und die kann mit Multi-Hop IAB deutlich verlängert werden. Zum anderen können so Hindernisse umgangen werden, die gerade im Millimeterwellenbereich die Funkwellen stark dämpfen.
Das IAB kann sowohl Stand-Alone (SA) als auch Non-Stand-Alone (NSA) Netze unterstützen. Der IAB-Knoten selbst kann im SA- oder NSA-Modus betrieben werden.
Fazit
IAB ist eine besonders kostengünstige Methode um viele kleine Mobilfunkzellen anzubinden. Dafür wird keine kostspielige leitungsgebundene Verbindung benötigt. Das bedeutet aber natürlich nicht, dass 5G keine Glasfaser mehr braucht. Die Makrozelle, die die IAB-Relais versorgt braucht natürlich eine Anbindung mit entsprechend hoher Kapazität. Auch bei der Einhaltung von QoS-Parametern, wie der Latenz muss darauf geachtet werden, dass diese auch bei mehreren Sprüngen garantiert werden können. Der US-Anbieter Verizon plant bereits IAB-Anbindungen in seinem Mobilfunknetz. Das Unternehmen geht davon aus, dass letztendlich IAB in bis zu 10-20% seiner 5G-Standorte eingesetzt werden könnte, sobald die Technologie allgemein verfügbar ist.