Pictures of the Future Herbst 2007

Starkes Doppel

Nokia Siemens Networks hat alle Voraussetzungen, um auf einem hart umkämpften Markt erfolgreich zu sein. Das Joint Venture besitzt ein einzigartiges technisches Portfolio, um nahtlose Kommunikation für Milliarden von Menschen zu verwirklichen.

Von den heute rund einer Milliarde Computern und drei Milliarden Mobiltelefonen sind weniger als die Hälfte mit dem Internet verbunden. Wir stehen also vor einer historischen Chance", sagt Dr. Stephan Scholz, Chief Technology Officer von Nokia Siemens Networks. "Unsere Vision ist, dass 2015 fünf Milliarden Menschen ständigen Zugang zum Internet mit hoher Bandbreite haben werden und miteinander sprechen können oder Bilder und Videos austauschen." Das ist aber auch eine große Herausforderung für die Kommunikationsindustrie. Die Netze, heute noch als Fest-, Mobil- und Datennetz nebeneinander vorhanden, werden weitgehend verschmelzen. Das Internet saugt mehr und mehr Datenverkehr an, und in einigen Jahren werden Telefongespräche oder TV-Übertragungen fast ausschließlich über IP-Technik verbreitet, bei der Informationen in kleinen Datenpaketen auf verzweigten Wegen verschickt und beim Empfänger zusammengesetzt werden. "Das bringt für alle in der Branche große Veränderungen mit sich, für die wir hervorragend gerüstet sind", sagt Scholz.

Siemens und Nokia haben dazu ihre Kräfte gebündelt, um alle relevanten Lösungen anbieten zu können. Nokia Siemens Networks ist weltweit führend bei Infrastruktur und Servicedienstleistungen für Mobilfunk und Festnetz. Bei einem Umsatz von 17 Mrd. € und weltweit etwa 60 000 Mitarbeitern, davon 17 000 Forscher und Entwickler, zählen 75 der weltweit 100 größten Telekommunikationsanbieter zu den Kunden. Seit dem Platzen der Internetblase ist die gesamte Branche einem enormen Kostendruck ausgesetzt. Der technologische Fortschritt hilft zwar dabei, die Kosten zu senken, zugleich braucht man für Telekommunikationsanlagen immer weniger Personal. Erste Aufgabe nach dem Start des Joint Ventures ist es daher, die Kosten in den Griff zu bekommen. "Wir werden durchstarten und unsere Innovationsführerschaft als Basis des wirtschaftlichen Erfolgs nutzen", sagt Scholz. "Das breiteste technische Portfolio aller Wettbewerber haben wir bereits", ergänzt sein Kollege Lauri Oksanen im finnischen Espoo, der die Produkttechnik leitet.

Große Schaltschränke überflüssig. Von den angepeilten fünf Milliarden Internetnutzern wird der Großteil mit mobilen Geräten angebunden sein. Für das mobile Internet arbeitet Nokia Siemens Networks an einer neuen Architektur für I-HSPA (Internet High Speed Packet Access). Die UMTS-Erweiterungstechnik HSPA ist heute die schnellste Mobilfunkverbindung mit einer theoretischen Datenrate von 14,4 Mbit/s beim Download (siehe Fakten und Prognosen und Pictures of the Future, Herbst 2004, Always-on-Gesellschaft – Trends). "Mit I-HSPA binden wir Handys direkt über eine Basisstation ans Internet an – ohne RNC", erklärt Antti Vuorinen, Leiter des Anwendungslabors in Espoo.

Im Kontrollraum des Testnetzes surren Ventilatoren und die Klimaanlage, um die vielen Computer zu kühlen. In der Mitte des Raums steht ein mannshoher Schaltschrank: der RNC, eine Funknetz-Steuereinrichtung (Radio Network Controller). Ein großer Anbieter braucht davon Dutzende für ein landesweites Netz. An einen solchen RNC sind derzeit je nach Auslegung hunderte Basisstationen angeschlossen. "Mit I-HSPA brauchen die Anbieter wesentlich weniger Equipment bei höherer Datenrate", sagt Vuorinen. Das wird die Kosten für mobiles Breitband senken.

Um Innovationen ausgiebig zu testen, betreibt Nokia Siemens Networks in Espoo ein großes Mobilfunktestnetz. Mehrere Basisstationen decken eine Fläche von 10 km² ab. "Hier können unsere Entwickler das Zusammenspiel verschiedener Geräte, Übertragungstechniken und Services erproben", sagt Vuorinen. Die Mitarbeiter haben eine spezielle Sim-Karte. Die Frequenzen sind von der finnischen Telekommunikationsbehörde "geliehen". Neben der neuen I-HSPA-Architektur testet Nokia Siemens Networks auch sein mobiles WiMAX. Fixed WiMAX gibt es bereits. Diese Technik bietet theoretisch eine Übertragungsrate von 70 Mbit/s über 50 km und stellt eine drahtlose Alternative zu DSL dar, z.B. in Gegenden, wo keine Anbindung über Kabel möglich oder wo sie unwirtschaftlich ist.

Sie unterstützt aber nur Punkt-zu-Punkt-Übertragungen, dagegen ist mobiles WiMAX für sich bewegende Geräte gedacht. Ende 2007 soll dazu ein Feldversuch starten, 2008 wird Nokia entsprechende Geräte auf den Markt bringen. Nokia Siemens Networks baut mit weiteren Partnern für den US-Anbieter Sprint ein WiMAX- Netz für 100 Millionen Kunden. Sprint investiert dafür 3 Mrd. US-$.

Etwas weiter in die Zukunft blickt Dr. Egon Schulz. Der Leiter der Abteilung für zukünftige Mobilfunktechniken in München arbeitet mit seinem Team unter anderem an der so genannten Long Term Evolution (LTE), bei der Daten über mehrere Antennen pro Basisstation übertragen werden. In der ersten Ausbaustufe soll LTE bis zu 170 Mbit/s bieten.

Klick and Wow. Die hohen Datenraten für zukünftige Systeme sind nötig, weil der mobile Datenverkehr mit hohen Datenraten zunehmen wird. Dazu gehört zum Beispiel das Herunterladen von Bildern, Musik und vor allem Filmen aus dem Internet. "Die Anwender wollen, dass der Film nach einem Klick sofort startet – ohne Wartezeit – klick and wow", sagt Schulz. Nokia Siemens Networks hat dazu einen Demonstrator gebaut. "Hier erreichen wir derzeit mit zwei Antennen 170 Mbit/s und bei vier Antennen können bis zu 340 Mbit/s unterstützt werden", erklärt Schulz. "Das sind aber Idealwerte im Labor, die in der Praxis wegen verschiedener Störungen kaum möglich sind." LTE verwendet das Übertragungsverfahren OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), das Funkbänder effizienter nutzt und so mehr Daten übertragen kann. Mit OFDM arbeiten unter anderem auch WiMAX, WLAN, der terrestrische Fernsehstandard DVB-T und Fernsehen übers Handy DVB-H. Weil die Hersteller die Chiptechnik für OFDM schon beherrschen, geht Schulz davon aus, dass mobile Endgeräte für die LTE zügig entwickelt werden können.

In einem anderen Experiment schafften es Schulz und sein Team schon, 1 Gbit/s drahtlos zu übertragen. Sie kombinierten dazu ein intelligentes Antennensystem aus drei Sende- und fünf Empfangsantennen mit OFDM – allerdings mit einer Sendebandbreite von 100 MHz, was fünfmal mehr ist als für LTE vorgesehen. Die Reichweite ist hier mit einigen hundert Metern nicht so groß wie in heutigen Funkzellen. "Für diese sehr hohen drahtlosen Übertragungsraten sind vorerst große Reichweiten nicht notwendig", erklärt Schulz. Das Szenario von Nokia Siemens Networks sieht solche hohen Bandbreiten eher in Hotspots vor, wo das mobile Gerät dann die Datenrate automatisch an die verfügbare Bandbreite anpasst. "So ein System haben wir in Ansätzen schon", sagt Schulz. "Es kann derzeit von 14 kbit/s nahtlos auf 5 Mbit/s umschalten und dabei Videos unterbrechungsfrei übertragen."

Kampf um neue Frequenzen. Die LTE ist noch längst nicht serienreif, da beginnt schon ein völlig neues Kapitel im Mobilfunk. Im Oktober 2007 trifft sich die World Radio Conference (WRC) in Genf. Die Vertreter der Staaten der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) verhandeln dort über das Frequenzspektrum der vierten Generation des Mobilfunks (4G). "Das wird spannend, weil nicht klar ist, wo die benötigten Frequenzen liegen können. Sie werden heute in verschiedenen Staaten unterschiedlich genutzt", sagt Schulz. Bis 2011 wird wohl die Standardisierung dauern, ab 2014 könnten erste Prototypen der Handys verfügbar sein, die nach heutigen Maßstäben extrem leistungsfähig sind: Als Datenrate sind dann 1 Gbit/s vorgesehen.

Das ist eine Größenordnung, die heute etwa im Rückgrat des Internet üblich ist, dem so genannten Backbone. 2,5 bis 10 Gbit/s haben die Leitungen, mit denen große Router die Daten weltweit verschicken. Der Boom der Videoportale wie YouTube und ähnlichen datenfressenden Services verlangt aber nach deutlich leistungsfähigeren Techniken. Nokia Siemens Networks setzt deshalb auf den Ausbau der optischen Übertragungstechnik mit Glasfasern. "Alle Kunden fragen derzeit nach 40- bis 100-Gbit/s-Leitungen", sagt Ernst-Dieter Schmidt, der als Optik-Forscher in München arbeitet. Er zeigt eine der Glasfaserleitungen. In ihnen werden Lichtsignale im infraroten Bereich bei 1 500 nm Wellenlänge über tausende Kilometer verschickt und am Ende in elektrische Signale umgewandelt.

2 mm langer Lichtpuls. Glasfasern haben einen weiteren Vorteil: Einmal verlegt, können sie mit der entsprechenden Technik aufgerüstet werden und dann eine höhere Bandbreite übertragen. "Ausgetauscht werden dann nur die optischen Sender und Empfänger", sagt Schmidt. Zur Demonstration steckt er mit wenigen Handgriffen ein paar Leitungen in seinem Testlabor um. Die 40-Gbit/s-Leitung wird Ende 2008 marktreif sein. Sie wird mit dazwischen geschalteten Verstärkern 1400 km überbrücken können. Zwei Jahre später sollen die 100 Gbit/s auf den Markt kommen. "Die Übertragung solch großer Datenmengen ist extrem komplex." Dazu braucht es beispielsweise sehr schnelle Modulatoren, die die hochfrequenten Signale und damit die Informationsbits erzeugen können. Die einzelnen Lichtpulse sind zudem sehr kurz: Bei 1 Gbit/s ist ein Bit ein 20 cm langer Puls; bei 100 Gbit/s ist der Strahl nur noch 2 mm lang – und das bei einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von 300 000 km/s.

Egal welche Technik zur Übertragung von Daten verwendet wird, sie muss qualitativ hochwertig und sehr zuverlässig sein. "Die Anwender wollen in Zukunft nicht nachdenken, welche Bandbreite sie wo zur Verfügung haben", sagt Lauri Oksanen. "Sie wollen die Services des Internets überall und jederzeit nutzen können – und vor allem unkompliziert." Die Herausforderung für die Anbieter vor allem von Mobilfunk ist, laut Oksanen, dass sie auf die Entwicklungen des Internets künftig schneller reagieren müssen, damit die vertrauten Dienste von Google, MySpace oder YouTube auch nahtlos auf dem Handy funktionieren. "Wir können den Anbietern helfen, dass sie ihre Netze so effizient wie möglich nutzen und dass sie neue Anwendungen schnell integrieren können – egal ob im Festnetz oder mobil." Und CTO Stephan Scholz fügt hinzu: "Fünf Milliarden Menschen online – diese Vision wird dann Wirklichkeit".
                                                                                              Norbert Aschenbrenner