Um dem steigenden Bandbreitenbedarf gerecht zu werden, wurde Glasfaser gewählt – ein Übertragungsmedium, das zudem höhere Sicherheit und bessere Qualität bietet. Glasfaser gilt weithin als das am besten geeignete Übertragungsmedium für die Bereitstellung von Diensten mit hoher Bandbreite. Fiber to the Home (FTTH) ist die neueste technologische Entwicklung, die Hochgeschwindigkeitsdienste ermöglicht, indem ausschließlich Glasfaserkabel und optische Komponenten die Vermittlungsstellen der Betreiber mit den Endkunden verbinden. FTTH hat weltweit bereits über 20 Millionen Abonnenten und wächst stetig weiter.
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Geschichte:
1975 wurde das erste kommerzielle Glasfaserkommunikationssystem in Bournemouth, Großbritannien, installiert. Sechs Monate später folgte ein weiteres System in Japan, und im Jahr darauf installierten GTE und AT&T jeweils zwei Systeme in Kalifornien bzw. Chicago, USA.
In den 1980er-Jahren begannen Kabelfernsehbetreiber, Metallkabel durch Glasfaserkabel zu ersetzen, um Hybrid-Glasfaser/Koaxial-Netze (HFC) und FTTC-Systeme (Fiber to the Curb) zu schaffen, da die Technologie damals noch keine kostengünstigen Glasfaseranschlüsse für Endkunden ermöglichte.
NTT Japan investierte erheblich in Forschung und Entwicklung, um die technologischen Herausforderungen für den Ausbau des Netzes zu bewältigen. Daraufhin kündigte NTT 1990 einen Plan an, der bis 2025 umgesetzt werden sollte und die landesweite Verfügbarkeit dieser Technologie zum Ziel hatte, da sie als zukunftsweisend galt. Um dies zu erreichen, beauftragte NTT führende globale Hersteller wie AT&T, Fujitsu, Hitachi und Fujikura mit der Entwicklung der notwendigen Systeme für FTTH-Netze. 1994 gab NTT bekannt, dass die Installationskosten für FTTH-Systeme bis zum Jahr 2000 denen für herkömmliche Glasfaserkabel entsprechen würden.
Im Jahr 2001 begann NTT mit der Bereitstellung von FTTH-Diensten, wodurch die Installationskosten drastisch gesenkt wurden und die Nutzerzahlen rasant anstiegen, was andere Betreiber zum Nachziehen veranlasste. Aktuell verfügen über mehr als 40 Länder weltweit über FTTH-Netze.
FTTx
FTTx ist die Oberbezeichnung für Breitbandnetzarchitekturen in Telekommunikationsnetzen, die Glasfaserkabel verwenden, um die metallischen Kabel der Endverbindung zum Teilnehmer ganz oder teilweise zu ersetzen. Das Akronym FTT steht für Fiber To The (Glasfaser bis zum Endkunden), und der Buchstabe anstelle des „x“ kennzeichnet den Punkt, bis zu dem das Glasfaserkabel reicht; ab diesem Punkt bis zum Anschluss an den Kunden werden metallische Kabel verwendet.
Die verschiedenen FTTx-Architekturen sind:
FTTN (Fiber To The Node),
FTTC (Fiber To The Curb),
FTTB (Fiber To The Building), FTTH (Fiber
To The House, keine Metallkabel).
FTTP/FTTU (Fiber To The Premise (USA) / Fiber To The User) bedeutet, dass die Glasfaser direkt von den Einrichtungen des Betreibers zu den Räumlichkeiten von Unternehmen oder Nutzern verläuft, die hohe Geschwindigkeiten und eine dedizierte Glasfaserleitung benötigen.
Optische Verteilnetze (ODN)
Ein FTTH-Netzwerk kann in drei Hauptteile unterteilt werden: den Geräteraum oder die Vermittlungsstelle, das optische Verteilnetz (ODN) und die Anschlüsse/Geräte beim Benutzer.
Der Technikraum, die Kopfstelle oder die Vermittlungsstelle – wie auch immer man sie nennen mag – verfügt über die notwendige Ausrüstung, um Informationen an und von Abonnenten und Inhaltsanbietern zu senden und zu empfangen. Daher benötigt er Empfangsgeräte für Sprache, Video und Daten, die die Daten anschließend über ein optisches Netzwerkterminal (OLT) an die Nutzer weiterleiten.
Die optische Netzwerkschnittstelle (ODN) stellt das optische Übertragungsmedium zwischen OLT und Nutzer bereit.
Die ODN ist ein kritischer Bestandteil von FTTH-Netzen, da Kopfstellen und Endgeräte über einen Zeitraum von 20, 30 oder mehr Jahren problemlos aktualisiert werden können und weiterhin dieselbe ODN nutzen. Daher muss die Installation zuverlässig sein, um den Test der Zeit zu bestehen.
Es gibt zwei Haupttypen von optischen Netzen:
Aktive optische Netze (AON), die aktive Elemente verwenden, die Strom benötigen und große Entfernungen zwischen Technikraum und Abonnenten ermöglichen.
Passive optische Netze (PON) sind Netze, in denen alle Netzwerkelemente passiv sind, sodass an keinem Zwischenpunkt Strom benötigt wird. Sie sind die am weitesten verbreiteten Netzwerke, insbesondere in großen Netzen, und obwohl die maximale Entfernung 10 bis 60 km beträgt, gilt dies als ausreichend. Passive Netzwerke benötigen im Falle eines technologischen Wandels in der Regel keine Aktualisierungen.
PON-Netzwerktechnologien.
PON-Netzwerke unterscheiden sich primär durch die an ihren Endpunkten eingesetzte aktive Technologie, die ihnen unterschiedliche Eigenschaften und Fähigkeiten verleiht. Die gängigen PON-Netzwerke sind:
– BPON: Dieses Netzwerk basiert auf dem älteren APON-Standard ITU-T G.983 und nutzt den Asynchronous Transfer Mode (ATM). Es ermöglicht Downloadgeschwindigkeiten von 155, 622 und 1244 Mbit/s sowie Uploadgeschwindigkeiten von 155 oder 622 Mbit/s im asymmetrischen oder symmetrischen Modus. Die maximale Entfernung zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmern beträgt 20 km, und die maximale Anzahl der Teilnehmer pro Glasfaser beträgt 32.
– EPON/GEPON: Diese Netzwerke basieren auf Ethernet- bzw. Gigabit-Ethernet-Datenverkehr gemäß dem IEEE-802.3ah-Standard. Die Download- und Uploadgeschwindigkeiten sind symmetrisch mit 1244 Mbit/s, und die maximale Entfernung zu den Teilnehmern beträgt 10 km. Eine Erweiterung auf 20 km wird derzeit geprüft. Bis zu 32 Teilnehmer können sich eine Glasfaser teilen, die von der Vermittlungsstelle ausgeht. Diese Technologie ist weltweit weit verbreitet, insbesondere in Asien und im Pazifikraum, wo sie von über 13 Millionen Nutzern eingesetzt wird.
– GPON: Dies ist eine Weiterentwicklung des BPON-Standards gemäß ITU-T G.984 und bietet hohe Download- und Upload-Geschwindigkeiten von bis zu 2488 Mbit/s im symmetrischen und asymmetrischen Modus. Es unterstützt ATM-, Ethernet- und TDM-Verkehr. Die maximale Anzahl an Nutzern pro Glasfaser beträgt 64, wobei eine Erweiterung auf 128 geprüft wird. Die maximale Entfernung zu den Teilnehmern beträgt 60 km. All diese Eigenschaften stellen Verbesserungen gegenüber anderen Technologien dar, weshalb GPON von den meisten Betreibern gewählt wurde, die nach seiner Entwicklung mit dem Ausbau begonnen haben, wie beispielsweise Telefónica in Spanien.
Netzwerktopologien:
Netzwerke zur Anbindung von Teilnehmern wurden unter Berücksichtigung der Nutzererwartungen und potenziellen Bedürfnisse entwickelt. Daraus ergeben sich folgende Topologien:
- Punkt-zu-Punkt (P2P): Hierbei handelt es sich um eine direkte Verbindung von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer. Mehrere Punkt-zu-Punkt-Verbindungen von derselben Quelle ergeben eine Sterntopologie. Diese Topologie wird für Büros oder Nutzer mit Bedarf an dediziertem Datenverkehr verwendet.
- Punkt-zu-Mehrpunkt (P2MP): Jede vom Kopfende ausgehende Glasfaser versorgt mehrere Nutzer über passive oder aktive Elemente. Diese Topologie wird auch als Baumtopologie bezeichnet.
- Ring: Glasfasern verlassen die Vermittlungsstelle und kehren am Ende ihres Weges zurück. Dadurch kann der Dienst über Zweige mit Splittern oder aktiven Elementen an die Nutzer geliefert werden. Diese Topologie bietet die Möglichkeit der Verbindungsredundanz.
Es ist möglich, Netzwerke zu bauen, die verschiedene Topologien kombinieren, um das Angebot zu diversifizieren, die Zuverlässigkeit zu verbessern oder mehr Flexibilität für zukünftige Erweiterungen oder Änderungen zu ermöglichen.
Die am häufigsten verwendeten Topologien in FTTH-Systemen sind P2P und P2MP.
Instrumentierung für FTTH-Netze
Die für die Installation und Wartung von FTTH-Netzen benötigte Instrumentierung variiert je nach den jeweiligen Aufgaben. Diese Aufgaben lassen sich wie folgt unterteilen:
- Installation der Geräte in der Vermittlungsstelle.
- Installation des optischen Verteilnetzes (ODN).
- Installation und Aktivierung der Teilnehmer.
- Wartung der Vermittlungsstellenausrüstung.
- Wartung des optischen Verteilnetzes.
- Teilnehmerbetreuung.
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Für die Installation und Wartung der Vermittlungsstellenausrüstung
werden folgende Messgeräte benötigt:
– Ein selektives optisches Leistungsmessgerät für GPON mit mindestens folgenden Messcharakteristika: Wellenlängen 1310, 1490 und 1550 nm, maximale Leistung ν +6 dBm. Dieses Gerät ermöglicht die Überprüfung der optischen Ausgangsleistung des OLT (Abbildung 2).
– Videoanalysatoren: CATV, VHD, IPTV, MPEG und MPEG2.
– Audioanalysatoren: VoIP, PSTN.
– Kabelanalysatoren.
– Daten- und Protokollanalysatoren: Ethernet, ATM, xDSL (ADSL2+, VDSL…) (Abbildungen 3 und 4).
Die Analysatoren ermöglichen die Überprüfung der Einhaltung aller geltenden Normen.
Für die Installation des optischen Verteilnetzes werden Baugeräte und Messgeräte zur Überprüfung und Prüfung benötigt.
Baugeräte:
– Glasfaser-Spleißgerät (Abbildung 5).
– Werkzeuge zur Reinigung und Inspektion von Steckverbindern.
Messinstrumente:
– OTDR mit Wellenlängen von 1310 und 1550 nm, einem Dynamikbereich
von 32 dB und einer 300 Meter langen Einspeisefaser (Dummy-Faser) zur Lokalisierung möglicher Fehler in der Anlage (Abbildung 6).
– Lichtquelle mit Wellenlängen von 1310, 1490 und 1550 nm, einem Ausgangspegel von -10 dBm und einem optischen Leistungsmesser mit einer minimalen Empfindlichkeit von -40 dBm zur Messung von Netzwerkverlusten oder Störungen optischer Elemente (Abbildung 7).
Instrumentierung für neue Teilnehmeranschlüsse
– Fusionsspleißgerät, mechanisches Spleißgerät oder Feldstecker-Montagesatz (Abbildungen 8, 9 und 10).
– Selektives optisches Leistungsmessgerät für GPON mit Wellenlängen von 1310, 1490 und 1550 nm und einer minimalen Empfindlichkeit von -40 dBm zur Überprüfung, ob das optische Signal beim Teilnehmer und das vom ONT ausgesendete Signal den korrekten Pegel aufweisen.
– OTDR mit einer Wellenlänge von 1625 oder 1650 nm, ausgestattet mit einem Bandpassfilter und einer 300 Meter langen Dummy-Faser zur Lokalisierung potenzieller Installationsfehler bei Beleuchtung der Faser (Abbildung 11).
– ONT oder Simulator zur Überprüfung der Kommunikation mit dem OLT.
– Werkzeuge zur Reinigung und Inspektion der Stecker.
– Sichtbare Lichtquelle (650 nm) zur Lokalisierung von Fasern und Fehlern auf kurze Distanz; nicht zwingend erforderlich, aber aufgrund ihrer Nützlichkeit und der geringen Kosten empfehlenswert.
Instrumentierung für die Wartung des optischen Verteilungsnetzes
- OTDR mit einer Wellenlänge von 1625 oder 1650 nm, ausgestattet mit einem Bandpassfilter und einer Startfaser (Dummy-Faser) von 300 Metern Länge, um mögliche Fehler in der Anlage zu lokalisieren, wenn die Faser beleuchtet wird.
Instrumentierung für die Teilnehmerwartung
: – Selektives optisches GPON-Leistungsmessgerät für Wellenlängen von 1310, 1490 und 1550 nm mit einer Mindestempfindlichkeit von -40 dBm zur Überprüfung, ob das optische Signal beim Teilnehmer und das vom ONT ausgesendete Signal den korrekten Pegel aufweisen.
– OTDR mit einer Wellenlänge von 1625 oder 1650 nm, ausgestattet mit einem Bandpassfilter und einer 300 Meter langen Dummy-Faser zur Lokalisierung potenzieller Installationsfehler bei Beleuchtung der Faser.
– Aktivitätsdetektoren zur Überprüfung der optischen Kommunikation zwischen OLT und ONT.
– Werkzeuge zur Reinigung und Inspektion von Steckverbindern.
Die Instrumentierung erfordert spezialisiertes Fachpersonal mit fundierten Kenntnissen im Spleißen und im Umgang mit den Geräten. Wartungspersonal benötigt jedoch mehr Expertise als Installationspersonal, da es die Messergebnisse interpretieren und Fehler lokalisieren muss. Um die Fehlersuche zu beschleunigen, ist es wichtig, Testprotokolle für die häufigsten Fehler zu definieren. Telecom Unitronics ist spezialisiert auf die Ausbildung von Experten in neuen Technologien durch spezifische Kurse, die auf die technischen Bedürfnisse jedes einzelnen Fachmanns zugeschnitten sind.
Unitronics ist ein Pionier in der Einführung modernster Instrumentierungslösungen für neue Schlüssel-, Funk- und Glasfasernetze. Unser Qualitätsanspruch hat uns dazu veranlasst, die fortschrittlichsten Lösungen durch die Auswahl der besten Hersteller von Mess- und Prüfgeräten zu finden.
Autor:
Pedro Notario, Technischer Direktor von TELECO UNITRONICS
