Was ist der Unterschied zwischen Fronthaul, Midhaul und Backhaul in 5G?
Im Kontext moderner Mobilfunknetze, insbesondere bei 5G, ist die Netzarchitektur wesentlich komplexer und modularer als in früheren Generationen. Um diese Architektur besser zu verstehen, werden Begriffe wie Fronthaul, Midhaul und Backhaul verwendet. Sie bezeichnen verschiedene Transportsegmente innerhalb der Mobilfunkinfrastruktur, die miteinander kommunizieren, um die drahtlose Kommunikation effizient und latenzarm zu ermöglichen.
Fronthaul – Verbindung zwischen Radioeinheit (RU) und Distributed Unit (DU)
Fronthaul ist das erste Segment des Netzwerks direkt nach der Antenneneinheit. In einer typischen 5G-Architektur mit virtualisierten Komponenten bezeichnet Fronthaul die Verbindung zwischen der Radio Unit (RU), die sich physisch am Funkmast befindet, und der Distributed Unit (DU), die etwas zentraler installiert sein kann (z. B. im Unterverteiler).
Technisch gesehen:
- Die RU ist für das Senden und Empfangen von Funksignalen verantwortlich.
- Die DU übernimmt erste Verarbeitungsschritte (Layer 1 und Layer 2 des OSI-Modells).
Diese Verbindung benötigt extrem geringe Latenzen (z. B. < 250 Mikrosekunden) und hohe Bandbreiten. Protokolle wie eCPRI (enhanced Common Public Radio Interface) oder ORAN (Open RAN) sind hier üblich.
Typische Eigenschaften des Fronthauls:
- Sehr hohe Datenraten bis zu 25 Gbps pro Kanal
- Sehr geringe Latenzanforderungen
- Meist Glasfaserverbindung zwischen RU und DU
- Empfindlich gegenüber Paketverlust oder Verzögerung
Midhaul – Verbindung zwischen Distributed Unit (DU) und Centralized Unit (CU)
Der Midhaul-Sektor ist in der klassischen 4G-Architektur nicht vorhanden, wurde jedoch mit 5G eingeführt, um die Netzstruktur stärker zu virtualisieren. Die Midhaul-Verbindung stellt die Kommunikation zwischen der DU und der Centralized Unit (CU) her.
Diese Architektur ermöglicht eine flexible Platzierung von Komponenten und erlaubt es, viele DUs über eine CU zentral zu verwalten.
Typische Merkmale des Midhauls:
- Mittlere Latenzanforderungen (typisch <10 ms)
- Höhere Flexibilität und Skalierbarkeit durch Netzwerkvirtualisierung
- Transport über IP-basierte Netzwerke oder MPLS
- CU kann in einem zentralen Rechenzentrum installiert werden
Midhaul ist entscheidend für das Cloud RAN (C-RAN) Konzept, bei dem zentrale Recheneinheiten viele dezentrale Funkzellen koordinieren.
Backhaul – Verbindung zwischen CU (oder eNodeB) und 5G Core
Der Backhaul bezeichnet das letzte Transportsegment und verbindet die zentrale Einheit (CU oder auch Baseband Unit) mit dem Core-Netzwerk des Providers. Dieser Teil des Netzwerks existierte bereits in 4G, ist jedoch in 5G deutlich leistungsfähiger und datenintensiver geworden.
Der Backhaul ist verantwortlich für die Übertragung aller aggregierten Daten aus der Funkzelle in das Transportnetz des Betreibers und weiter ins Internet oder in Unternehmensnetze.
Typische Eigenschaften des Backhauls:
- Transport großer Datenmengen
- IP-, Ethernet- oder MPLS-basierte Technologie
- Skalierbarkeit bis in den Terabit-Bereich
- Kann über Glasfaser, Richtfunk oder Satellit erfolgen
Zusammenhang und Vergleich
| Netzsegment | Verbindung | Latenzanforderung | Datenrate | Typische Technologie |
|---|---|---|---|---|
| Fronthaul | RU ↔ DU | < 250 µs | Sehr hoch (bis 25 Gbps) | eCPRI, ORAN, Glasfaser |
| Midhaul | DU ↔ CU | < 10 ms | Hoch | IP, Ethernet, MPLS |
| Backhaul | CU ↔ 5G Core | < 50 ms | Mittel bis hoch | IP, Ethernet, Glasfaser, Richtfunk |
Warum diese Trennung in 5G?
Die Trennung in Fronthaul, Midhaul und Backhaul bietet Vorteile in Bezug auf Netzwerkflexibilität, Leistung, Energieeffizienz und Skalierbarkeit. Netzbetreiber können bestimmte Funktionen virtualisieren, Rechenressourcen zentral bündeln und Netzwerke dynamisch anpassen (Network Slicing).
Außerdem erlaubt es neue Deployment-Modelle wie:
- Centralized RAN (C-RAN): Zentrale Steuerung vieler Funkzellen
- vRAN: Virtualisierung von DU und CU auf Standard-Hardware
- Edge Computing: Datenverarbeitung nahe an der DU zur Reduktion von Latenzen
Was passiert, wenn Fronthaul instabil ist?
Eine instabile Fronthaul-Verbindung führt sofort zu Paketverlusten und Kommunikationsabbrüchen, da keine Pufferung oder Wiederholung möglich ist. Dies kann die gesamte Funkzelle lahmlegen.
Welche Rolle spielt Glasfaser in diesem Zusammenhang?
Glasfaserverbindungen sind essenziell für Fronthaul- und Backhaul-Strecken, da sie extrem hohe Bandbreiten bei niedriger Latenz liefern. Besonders im Fronthaul-Bereich ist Glasfaser alternativlos.
Wie verändert 6G dieses Modell?
In 6G wird erwartet, dass Fronthaul, Midhaul und Backhaul noch stärker konvergieren und sich virtualisierte Netzwerkinfrastrukturen weiter durchsetzen – etwa durch AI-gesteuerte Routing-Optimierungen und automatische Ressourcenverteilung.