Was Sie über Femtocells wissen müssen

Die Minifunkzellen (Femtocells) erlauben es Nutzern, im Büro oder zu Hause ein eigenes Kleinst-UMTS-Netz einzurichten. Auf diese Weise sollen sowohl die Qualität der UMTS-Sprachverbindungen als auch die Nutzbarkeit von schnellen Datenverbindungen per HSDPA und HSUPA deutlich verbessert werden.

Dabei bezieht die Branche den Begriff Femtozellen vor allem auf den Einsatz solcher Mini-Mobilfunkzellen bei privaten Kunden. Im Business-Markt helfen bereits seit längerem so genannte Picozellen dabei, Bürohäuser und Firmengelände ausreichend mit Mobilfunkabdeckung zu versorgen.

Verschiedene Vorsilben - ähnliche Geräte

Die Vorsilben „Femto“ und „Pico“ sind sogenannte SI-Prefixe – also Vorsilben für physikalische Maßeinheiten nach dem internationalen Einheitensystem (französisch Système internationale d’unités, kurz SI). Femto steht für ein Billiardstel, Pico für ein Billionstel. Das bedeutet nun aber nicht, dass eine privat genutzte Mini-Funkzelle tausend Mal kleiner wäre als eine geschäftliche genutzte. Beide Zellentypen haben üblicherweise einen Durchmesser von 10 bis 30 Metern. Die unterschiedlichen Begriffe und Einheiten sollen lediglich die verschiedenen Einsatzschwerpunkte verdeutlichen.

Allerdings orientiert sich die Nomenklatur an den bei GSM und UMTS bislang schon üblichen Bezeichnungen für Funkzellen-Größen:

• Makrozellen sind Funkzellen von etwa 20 bis 30 Kilometer Durchmesser. Sie werden typischerweise in schwach besiedelten, ländlichen Gebieten eingesetzt.

• Minizellen haben üblicherweise einige Kilometer Durchmesser und versorgen t ypischerweise städtische Gebiete.

• Microzellen haben nur noch einige hundert Meter Durchmesser und sorgen in Stadtteilen mit starker Mobilfunknachfrage für ausreichend Kapazität.

• Nanozellen sind Füllzellen mit unter 100 Meter Durchmesser, die gezielte Kapazitätsspitzen etwa auf Veranstaltungen abfangen sollen.

Im Netzkonzept von UMTS gibt es darüber hinaus noch sogenannte Hyper- oder Umbrella-Zellen, die eine Grundkapazität „über“ der Abdeckung kleinerer Funkzellen bieten und eine Ausdehnung von mehreren hundert Kilometern erreichen können. Bisweilen spricht man auch – wiederum mit leichter Übertreibung – von „Welt-Zellen“.

Funktionsprinzip und Netzanbindung

Die Grundidee von Femtozellen sieht so aus: Eine räumlich eng begrenzte Funkzelle verbindet ein Handy per UMTS mit einem Gateway und somit letztlich mit dem Kernnetz des Mobilfunknetzes. So können ganz normale Mobilfunkendgeräte eine vorhandene Internet-Verbindung, zum Beispiel über eine DSL-Leitung, nutzen. Das Prinzip ist ähnlich wie bei WLAN-Handys, die sich zu Hause an einem normalen WLAN-Hotspot anmelden. Doch während Handys und Smartphones mit WLAN-Chip selten sind, erlaubt eine UMTS-Funkzelle jedem mobilen 3G-Endgerät den Zugang.

Da die lokale Funkzelle nur ein begrenztes Versorgungsgebiet abdecken muss und sich darin eine nur kleine Zahl von Endgeräten anmeldet, kann die Technik einer Femtozelle deutlich einfacher ausgelegt sein als die einer Funkzelle im großen, öffentlichen Mobilfunknetz. Tatsächlich sind die notwendigen Funktionen heute bereits auf wenigen, hoch integrierten Chips verfügbar. Gateways oder Router mit Femtozellen-Technik sind deshalb kaum größer als heute übliche WLAN-Router.

HSDPA für zu Hause

Trotzdem können diese privaten Funkzellen schnelle Datenübertragungen unterstützen. Viele der ersten Produkte mit Femtozellen-Technik stellen sogar schon HSDPA- und teilweise HSUPA-kompatible Luftschnittstellen zur Verfügung. Die in allen UMTS-Zellen übliche Leistungssteuerung soll Störungen öffentlicher, größerer Funkzellen durch die Femtozellen verhindern.

Wenn ein Mobilfunkanbieter die Femtozelle bei seinem Kunden betreibt, wird er sie an sein UMTS-Kernnetz anbinden. Diese Verbindung erfolgt verschlüsselt über das öffentliche Internet, etwa per DSL oder per Breitbandkabel. Die lokale Femtozelle wird in diesem Zusammenhang auch als Home Node B oder kurz HNB bezeichnet. Der Begriff ist angelegt an die in UMTS-Netzen übliche Bezeichnung Node B für eine Funkzelle.

Die maximal über die Femtozelle nutzbare Bandbreite für Sprach- und Datenübertragungen ist somit natürlich von der Bandbreite der Internetanbindung des Kunden abhängig. Bei den heute üblichen DSL-Geschwindigkeiten zwischen 3 und 16 Mbit/s stellt dies aber in der Praxis keine nennenswerte Beschränkung dar.

Die Installation und Verbindungsaufnahme des Gateways sollen bei entsprechenden Endkundenprodukten vollautomatisch per Plug-and-Play erfolgen. Der Mobilfunk- beziehungsweise Internetprovider schickt seinem Kunden eine entsprechende Box, dieser schließt sie an seiner Breitband-Internetleitung an – fertig. So zumindest der Plan von Herstellern und Anbietern.

Stand der Entwicklung

Auf der Mobilfunk-Fachmesse „Mobile World Congress“ wurde im Februar 2008 in Barcelona bereits eine ganze Reihe an d5142311 Vorserienprodukten vorgestellt. Die Hardware dieser Gateway-Boxen ist im Wesentlichen fertig entwickelt. In der Software müssen nur noch kleinere Anpassungen an die jeweiligen Einstellungen und Netzkomponenten der späteren Anbieter vorgenommen werden.

Kommender 3GPP-Standard für Femtozellen

Die derzeit vorgestellten Geräte nutzen allerdings noch proprietäre Verfahren für die Verbindung zwischen Gateway und Mobilfunk-Kernnetz. Um das zu ändern, arbeitet das Mobilfunk-Standardisierungsgremium 3GPP derzeit an einem branchenweiten Standard für Femtozellen. Bis zum Jahresende 2008 soll ein entsprechender Vorschlag fertiggestellt sein. Wesentliches Element dieses kommenden Standards ist die Schnittstelle zwischen Home Node B (also der lokalen Femtozelle beim Endkunden) und dem Home Node B Gateway (HNB-GW) auf Anbieterseite. Die Firmen Alcatel-Lucent, Kineto, Motorola und NEC haben bereits wesentliche Komponenten für den kommenden Standard vorgeschlagen, die auf bereits existierenden Schnittstellen-Spezifikationen in UMTS-Netzen basieren.

Wenn ein gemeinsam abgestimmter Standard für diese Spezifikationen verabschiedet ist, werden die Hersteller der Gateways ihre Produkte entsprechend anpassen müssen. Dies ist jedoch vergleichsweise unproblematisch, zumal ohnehin noch keine Geräte an Privatkunden ausgeliefert wurden. Zudem basieren die meisten der heute vorgestellten Boxen bereits auf den Standardisierungsvorschlägen, welche die beteiligten Herstellern gemeinsam erarbeitet und als Vorschlag eingereicht haben.

Die ersten Femtocell Gateways

Gegenwärtig handelt es sich bei den bereits vorgestellten Femtozellen-Access-Points um Vorserienmodelle. Diese waren auf dem GSM World Congress aber bereits in reichlicher Anzahl zu begutachten:

Netgear stellte gemeinsam mit Nokia Siemens Networks das „Femtocell Voice Gateway DVG 834 GH“ vor. Es kombiniert eine HSDPA-taugliche Femtozellen-Basisstation, einen Breitband-Router mit ADSL2plus-Modem, einen WLAN-Access-Point nach 802.11g-Standard und einen 4-Port-Ethernet-Switch (10/100BaseT). Auch ein VoIP-Client nach SIP-Protokoll und eine zweistufige Firewall sind integriert.

Motorolas Femtocell Access Point 8000 fällt auf den ersten Blick durch sein Design auf. Auch die von ihm generierte Mini-Funkzelle unterstützt HSDPA, das Gerät ist jedoch als Zusatz zu einem bestehenden Breitband-Router gedacht. Wer zusätzlich einen WLAN-Access-Point nach 802.11b/g-Standard und integriertem VoIP-Client haben möchte, dem bietet Motorola das Schwestermodell „Femtocell Gateway 8100“ an. Diese Variante enthält dann auch einen 4-Port-Switch. Beson deren Wert legt Motorola auf seine Quality-of-Service-(QoS)Implementation, die vor allem für Sprachtelefonate über das System vorteilhaft sein dürfte.

Die britische Firma IP.access präsentiert ihren FemtoCell-Access-Point Oyster 3G. Das System unterstützt HSDPA bis zu 7,2 MBit/s und soll sich k252ünftig per Software auf HSUPA aufrüsten lassen. Die generierte Mobilfunkzelle unterstützt den Mobilfunk-Sprachverbesserungs-Codec AMR (Adaptive Multirate Coding) und spezielle Video-Streaming-Modi. Auch der Oyster 3G besitzt keine eigenen Router/DSL-Funktionen, sondern ist für den Anschluss an eine bestehende Breitbandverbindung konzipiert.

Ebenfalls in Großbritannien ansässig ist die Firma Ubiquisys. Ihr Femtocell Gateway heißt ZoneGate und versteht sich mehr als Systemplattform. Je nach Wünschen der Operator könne man WiFi, DSL, VoIP, Ethernet- und/oder USB-Ports einbauen, so der Hersteller. Die eingesetzte 3G-Funktechnologie unterstützt HSDPA und soll künftig auf HSUPA aufgerüstet werden können.

Preise oder Einführungstermine waren noch von keinem Hersteller zu erfahren. Die Gateways oder Access Points würden ohnehin von Mobilfunk- oder Internetprovidern im Rahmen entsprechender Vertragsoptionen beim Kunden installiert und daher wie in diesen Märkten üblich vom Anbieter stark subventioniert.

Praxiseinsatz aus Sicht der Mobilfunk-Provider

Die Femtozellen-Technologie hat ihre Ursprünge in der Mobilfunkbranche. Naheliegenderweise zielen die einschlägigen Hardware-Hersteller damit auf ihre traditionelle Kundschaft: Mobilfunkprovider. Das ist allerdings nicht unumstößlich – grundsätzlich können auch Internetprovider entsprechende Produkte und Tarife anbieten.

Für Mobilfunkanbieter bieten Femtozellen die Möglichkeit, ihren Kunden auch zu Hause oder an anderen stationären Einsatzorten (Büros, Ferienwohnungen und Ähnliches) einen schnellen Zugang zu ihrem Netz zur Verfügung zu stellen. Ist die heimische Femtozelle Bestandteil des Mobilfunknetzes, können UMTS-Geräte mit „Soft Handover“ auch bei laufender Verbindung zwischen den öffentlichen Zellen und der privaten Heimzelle wechseln.

Die Femtozelle wird zur „Homezone“

Das Geschäftsmodell beziehungsweise die Motivation für einen Mobilfunkprovider zum Einsatz dieser Technologie besteht darin, dass die Kunden auch beim Telefonieren und Surfen zu Hause das Mobilfunknetz des Anbieters nutzen – zumindest wenn die jeweiligen mobilen Endgeräte zum Einsatz kommen. Wie heute schon bei Homezones üblich, dürften die Kunden dazu nur bereit sein, wenn sie im Vergleich zur Nutzung des öffentlichen, allgemein verfügbaren Mobilfunknetzes zu Hause deutliche Preisvorteile erhalten. Das Telefonieren und Surfen per Femtozelle darf nicht teurer sein als vergleichbare Verbi ndungen über die Festnetze konventioneller Telefonnetz- oder Internetanbieter. Mobilfunkanbieter werden für ihre Femtozellen daher ähnliche Tarifkonditionen anbieten müssen wie heute für Homezones oder Festnetzkommunikation üblich.

Noch ist insbesondere bei den deutschen Netzbetreibern aber noch nicht abzusehen, ob diese entsprechende Angebote unterbreiten wollen. Die Einschätzungen dazu sind jedenfalls noch sehr zurückhaltend.

Praxisszenario für Internet-Provider

Nicht nur für Mobilfunkprovider ist die Femtozellen-Technik grundsätzlich interessant. Auch Internetprovider könnten sie dazu nutzen, den Mobilfunkanbietern Kunden beziehungsweise Gesprächs- und Surf-Minuten abspenstig zu machen.

Das technische Szenario sieht dann so aus: Zu Hause bucht sich das Handy des Teilnehmers in die Femtozelle ein, die der Internetprovider mit einer von ihm gelieferten Gateway-Box bereitstellt. Datenkommunikation läuft dann per Router über den vorhandenen Breitbandanschluss, Sprachkommunikation je nach installiertem Anschlusstyp und Tarifmodell übers konventionelle Telefonnetz (analog oder ISDN) oder per Voice over IP. Wie heute schon i m Festnetz üblich, wären VoIP-Verbindungen dabei noch günstiger als Gespräche übers klassische Telefonnetz – Letzteres hätte aber in puncto Sprachqualität und Ausfallsicherheit die Nase vorn.

Probleme durch Handover und Funklizenz

Ist in diesem Geschäftsmodell kein Mobilfunkanbieter beteiligt, hat dies aus technischer Sicht nur eine Einschränkung zur Folge: Ein Seamless Handover, also der automatische Wechsel zwischen öffentlichem Mobilfunknetz und privater Femtozelle, wäre nicht möglich. Das Handy müsste bei der Ankunft in der Homezone einen Netzwechsel durchführen.

Aus regulatorischer Sicht gilt für diese Variante zudem zu bedenken, dass klassische Internetprovider keine Lizenz für den Betrieb selbst miniaturisierter Funkzellen in den UMTS-Frequenzbereichen besitzen. Zumindest die Kooperation mit einem 3G-Lizenzinhaber (etwa als MVNO – Mobile Virtual Network Operator) wäre deshalb nicht zu vermeiden. Dann aber liegt auch das Angebot gemeinsamer Tarife und Geschäftsmodelle mit Handover- beziehungsweise Roaming-Mechanismen nicht mehr fern.

Der aktuelle Status: So sehen es Provider und Entwickler

Gegenwärtig gelten Femtozellen als viel versprechende Technologie, die jedoch noch ein wenig auf der Suche nach ihren Anwendungen und Geschäftsmodellen ist. Entsprechend unterschiedlich sind die Einschätzungen von Netzbetreibern und Herstellern:

T-Mobile investierte im März zwar eine größere, nicht näher genannte Summe in den Femtozellen-Hersteller Ubiquisys und testet die Anbindung dessen Produkte in Pilotprojekten, hat jedoch nach Auskunft von Marion Kessing, Pressesprecherin von T-Mobile Deutschland, noch keine Entscheidung über einen kommerziellen Einsatz getroffen.

Vodafone testet die Technologie im Rahmen eines Pilotprojekts in Spanien. Pressesprecherin Marion Stolzenwald von Vodafone Deutschland erklärt dazu: „Wir beobachten diese Tests und warten die Ergebnisse ab. Derzeit gibt es noch keine Entscheidungen.“

Insider lassen jedoch durchblicken, dass die deutschen Mobilfunk-Netzbetreiber der Femtozellen-Technologie in Deutschland keinen allzu großen Erfolg zutrauen.

Die Hersteller erhoffen sich viel

Ganz anders sehen das naturgemäß die Hersteller entsprechender Lösungen: „Mithilfe von Femtocells können viele Anwendungen direkt über UMTS laufen. User benötigen mit unserer Lösung kein spezielles Handy, das über WLAN verfügt. Der Zugriff auf den Rechner funktioniert mit jedem 3G-Mobiltelefon“, schwärmt Andy Tiller, Chef der Firma ip.access.

Joe Cozzolino, Corporate Vice President und General Manager Motorola Home and Networks Mobility, sieht in den innovativen Funktionen und Kostenvorteilen, welche die Femtozellen versprechen, schlagkräftige Argumente für diese Technologie. Die Anwender würden Femtocells bereitwillig nutzen, wenn sie sich nicht um die Konfiguration kümmern müssten.

Voice Gateways mit offener Netzwerkarchitektur würden zweifellos die schnelle und weit gefächerte Akzeptanz der Femtocell-Technologie fördern, argumentiert Timo Hyppölä, bei Nokia-Siemens Networks Leiter des Produktbereichs Indoor Radio Solutions.

Optimistische Marktstudie

Gern zitieren die Hardware-Hersteller eine Studie des Marktforschungsunternehmens ABI-Research, die im Auftrag von Motorola durchgeführt wurde. Denn diese kommt zu sehr optimistischen Ergebnissen: von 1800 befragten Internet- und Mobilfunkanwendern in sechs Ländern könnten sich angeblich 40 Prozent den Einsatz von Femtozellen-Lösungen bis Mitte 2009 („innerhalb der nächsten zwölf Monate“) vorstellen.

Das größte Interesse besteht der Umfrage zufolge in Polen, wo 67 Prozent der Befragten entsprechende Services nutzen würden. In Spanien haben 62 Prozent, in Italien 61 Prozent Interesse an der Technologie. In Frankreich und Großbritannien würden immerhin noch 34 Prozent, in Deutschland 33 Prozent der Befragten Femtozellen nutzen.

ABI-Research leitet aus diesen Angaben hohe Marktchancen f252ür die Technologie ab: 36 Millionen Femtozellen-Access-Points sollen nach Schätzung des Unternehmens bis 2012 verkauft werden.

Fazit und Ausblick

Die Femtozellen-Technologie soll in erster Linie Mobilfunkprovidern dabei helfen, ihre Kunden zu überreden, mobile Endgeräte zunehmend auch zu Hause zu verwenden. Der Erfolg von Homezone-Modellen zumindest bei privaten Wenigtelefonierern zeigt, dass auf Kundenseite dazu durchaus Bereitschaft vorhanden ist.

Der Kunde zahlt Strom und Internet-Verbindung

Allerdings wenden Kritiker ein, dass die Mobilfunkanbieter bei diesem Szenario Kosten, die im normalen Netzbetrieb bei ihnen anfallen, subtil auf den Kunden abwälzen: Der Stromverbrauch des Access Points, Gateways oder Routers geht zu Lasten des Kunden, ebenso die zur Anbindung ans Kernnetz genutzte Breitband-Internetverbindung des heimischen Teilnehmers. Immerhin spart sich der Mobilfunkbetreiber die sonst nicht unerheblichen Kosten für Stand- oder Mietleitungen.

Für die Kunden ist der Betrieb einer Femtozelle daher nur wirtschaftlich, wenn die Provider diese Aspekte in ihrer Tarifgestaltung berücksichtigen. Dann allerdings stellt sich wiederum die Frage, ob die so zu erwirtschaftenden Umsätze entsprechende Investitionen rechtfertigen. Die Mobilfunkprovider scheinen diese Frage unterschiedlich einzuschätzen – offensichtlich auch abhängig von den im jeweiligen Land vorherrschenden Angebots- und Tarifstrukturen sowohl im Mobilfunk als auch bei Festnetz-Internetanschlüssen.

Glaubt man entsprechenden Umfragen, könnten Femtozellen vor allem in Osteuropa, aber auch in Spanien, Italien und anderen Ländern auf hohes Kundeninteresse stoßen. In Deutschland und Frankreich ist die Nachfrage dagegen eher verhalten. Andererseits dürfte Netgear-Pressesprecher Karsten Kunert Recht behalten, wenn er zur Rolle der Provider prophezeit: „Sobald einer damit anfängt, wird der Rest mit entsprechenden Angeboten nachziehen.“

Dieser Beitrag stammt von der COMPUTERWOCHE-Schwester-Publikation Tecchannel.