Die überwiegende Mehrheit der Breitbandnutzer greift heute über die gemeinsame Nutzung der „letzten Meile“ mit bestehenden Telefon- oder Kabelfernsehnetzen auf das Internet zu, wobei beide Dienste dasselbe Übertragungsmedium nutzen. Dies führt zu Upload-Geschwindigkeiten zwischen 128 kbit/s und 1 Mbit/s und theoretischen Download-Geschwindigkeiten von bis zu 20 Mbit/s. Das Problem: Nutzer fordern höhere Geschwindigkeiten (bis zu 100 Mbit/s), und um diese Bandbreiten zu erreichen, ist ein grundlegender technologischer Wandel erforderlich. Es gibt zahlreiche technische Alternativen, die einen flächendeckenden Hochgeschwindigkeitszugang ermöglichen könnten. Die größte Hürde sind jedoch die Kosten. Zudem muss jede neue Netzwerkzugangsmethode die bestehenden Dienste unterstützen.


Aktuelle und zukünftige Anwendungen
Privathaushalte.
Heimnetzwerke sind aufgrund der großen Anzahl an Nutzern die dominierende Anwendung. Das breite Anwendungsspektrum umfasst E-Mail, Internetzugang, Telefonie, Kabelfernsehen usw. Neue Anwendungen benötigen jedoch deutlich höhere Bandbreiten. Eine häufig vorgeschlagene Anwendung ist Video-on-Demand. Dabei wird beispielsweise ein HDTV-Video auf eine Set-Top-Box oder einen Decoder heruntergeladen, um es später anzusehen. Dieser Dienst benötigt mindestens einige zehn Megabit pro Sekunde; Hunderte von Megabit pro Sekunde wären jedoch wesentlich effizienter. Auch IP-Fernsehen könnte sich als dominierendes Medium für die Fernsehsignalverteilung etablieren.
Doch es geht nicht nur um Unterhaltung. Immer mehr Menschen arbeiten von zu Hause aus.


Großunternehmen und KMU
: Traditionell zeichnen sich Unternehmen durch eine große Anzahl von Nutzern, ein relativ geringes Transaktionsvolumen und hohe Anforderungen an die Netzwerkzugriffsgeschwindigkeit aus. Diese Merkmale erfordern bereits sehr schnelle Zugänge. Folglich werden vermehrt Echtzeit-Grafikanwendungen, Videotelefonie und Videokonferenzen entwickelt.


Universitäten, Schulen und Krankenhäuser:
Diese Nutzergruppen haben sehr ähnliche Bedürfnisse wie große Unternehmen, mit dem Unterschied, dass sie oft Vorreiter bei der Einführung von Datenvisualisierungsanwendungen sind. In der Medizin erfordern Ferndiagnose und -konsultationen die Übertragung von diagnostischen Bildern (z. B. Röntgenbildern) in extrem hoher Auflösung und hochauflösendem Video, um den Patienten während der Fernkonsultation klar beobachten zu können. Auch der Einsatz von Inhaltsvisualisierungsanwendungen im Unterricht nimmt rasant zu.


Mobilfunkinfrastruktur:
Mobilfunk- und Datennetze müssen miteinander verbunden werden. Mit dem weiteren Ausbau der Mobilfunknetze, insbesondere zur Bereitstellung von mobilem Internetzugang, benötigen Basisstationen eine Anbindung an die Backbone-Netze von Hochgeschwindigkeits-Festnetzen.


Bestehende Zugangslösungen: Telefonie und Kabel.
Breitbandzugang über bestehende Telefoninfrastruktur (xDSL).
Das Konzept der digitalen Teilnehmerleitung (DSL) bezeichnet einen generischen Dienst, der verschiedene Technologien umfasst, die es ermöglichen, Datenübertragungen mit hoher Bandbreite über bestehende Telefonleitungen zu realisieren.
Es gibt zahlreiche DSL-Protokolle. Das „x“ kennzeichnet die Zugehörigkeit zu einer generischen Protokollfamilie. Am weitesten verbreitet ist ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). In vielen Ländern ist dies die vorherrschende Technologie für Breitband-Internetzugang. Sie wurde ursprünglich für den Breitbandanschluss von Privathaushalten entwickelt. Die im Standard spezifizierte maximale Bandbreite beträgt 6 Mbit/s im Download und 640 kbit/s im Upload, wobei Gerätehersteller in der Regel höhere Geschwindigkeiten anbieten. In der Praxis ist die verfügbare Bandbreite aufgrund von Entfernungen oder der Qualität der installierten Leitungen meist geringer als ihr maximales Potenzial.

Glasfaser 2pKabelfernsehnetze:
Das Standardnetz für Kabelfernsehen heißt „Hybrid Fiber-Copper“ (HFC). Dedizierte Glasfaserkabel verbinden die Knotenpunkte mit den im Straßenraum installierten Verteilerkästen. Hierfür werden zwei Singlemode-Glasfasern verwendet. Im Verteilerkasten wird das Signal aus der Faser gewonnen, verstärkt und in ein Koaxialkabel eingespeist. Dieses Koaxialkabel, das die Nutzer mit dem HFC-Netz verbindet, ist ein sehr hochwertiges Medium mit hoher Bandbreite. Das Hauptproblem besteht darin, dass diese Kabel als „Busse“ fungieren. Das bedeutet, dass alle an den Bus angeschlossenen Nutzer ein gemeinsames Medium mit begrenzter Geschwindigkeit nutzen. Obwohl diese begrenzte Geschwindigkeit oft mit 30 Mbit/s angegeben wird, bedeutet sie tatsächlich, dass die maximale Kapazität des gemeinsamen Mediums diese Geschwindigkeit beträgt und alle an den Bus angeschlossenen Nutzer Zugriff auf diese Geschwindigkeit haben. Um die Verfügbarkeit zu gewährleisten, ist die Upload-Geschwindigkeit üblicherweise auf sehr niedrige Werte von etwa 128 kbit/s begrenzt.
Das Hauptproblem heutzutage ist, dass die Nutzer höhere Geschwindigkeiten fordern, wodurch das gemeinsame 30-Mbit/s-Medium nicht mehr praktikabel ist. Die Installation neuer Kabelinfrastruktur (jeglicher Art) bis zum Kundenanschluss ist jedoch sehr kostspielig. Langfristig (20 Jahre) scheint es keine Alternative zum vollständigen Austausch der bestehenden Kupfernetze durch Glasfaser zu geben; es existieren jedoch, wie wir sehen werden, Zwischenlösungen.
Physische und rechtliche Faktoren beeinflussen die Wahl der Breitbandzugangslösung. Beispielsweise ist in vielen Ländern die traditionelle Familie im Einfamilienhaus eher die Ausnahme als die Regel; viele Menschen leben in großen Wohnblöcken, wo die Kosten für Einrichtungen und Dienstleistungen potenziell geteilt werden können. Diese großen Wohnblöcke befinden sich jedoch oft in Straßen, in denen die Verlegung von Zugangskabeln recht kompliziert ist. Darüber hinaus gibt es in einigen Ländern rechtliche Probleme hinsichtlich der Platzierung von Betreibergeräten auf Kundengrundstücken. Ein weiterer Faktor, der vom jeweiligen Land abhängt, ist die rechtliche Definition von „Telefonbetreiber“ und „Kabelbetreiber“, die die verfügbaren Optionen für den Netzausbau bestimmt.

Glasfaser 3pWelche Technologien können Breitband in Zukunft ermöglichen?
Wichtig ist, dass jede vorgeschlagene Lösung dauerhaft nutzbar, skalierbar und bei Bedarf erweiterbar sein muss. Darüber hinaus muss jede neue Lösung parallel zu bestehenden Diensten implementiert werden.


1. Die ideale Lösung:
Die ideale Lösung besteht darin, jeden Teilnehmer über eine dedizierte Zwei-Glasfaser-Verbindung (P2P) direkt mit dem öffentlichen Knotenpunkt zu verbinden. Diese Lösung würde alle Bandbreitenanforderungen des Teilnehmers erfüllen und ist potenziell eine langfristige Lösung, obwohl sie mit hohen anfänglichen Implementierungskosten verbunden ist.


2. Funklösungen.
Funklösungen bieten eine kostengünstige Alternative für kleine Nutzergruppen in ländlichen oder halbländlichen Gebieten. In dicht besiedelten Gebieten hingegen, wo sehr hohe Gebäude das Signal erheblich abschirmen, entsteht ein Problem. Dies erfordert die Installation einer großen Anzahl von Basisstationen, um die hohe Anzahl gleichzeitig verbundener Nutzer zu bedienen.


3. FTTC – DSL mit sehr hoher Bitrate (VDSL):
Aktuelle ADSL-Anschlüsse funktionieren zwar recht gut, doch die Nutzer wünschen sich zunehmend deutlich höhere Geschwindigkeiten. Wie bereits erwähnt, hängt die maximale ADSL-Geschwindigkeit aufgrund der Dämpfung des übertragenen Signals durch das Kabel stark von der Leitungslänge (Teilnehmeranschlussleitung) ab. Warum also nicht diese Distanz verkürzen? Die Idee ist, einen Verteilerkasten zwischen Teilnehmer und öffentlichem Knotenpunkt zu platzieren, der die beiden Bereiche per Glasfaserkabel verbindet und die optoelektrische Wandlung im Verteilerkasten durchführt. Die Verbindung zum Teilnehmer verbleibt dabei über das ursprüngliche Kupferpaar. Diese Architektur wird üblicherweise als FTTx bezeichnet, wobei das „x“ je nach Standort des Verteilerkastens für einen beliebigen Buchstaben des Alphabets steht: Straße, Gebäude usw.


4. Glasfaser bis ins Haus (FTTH):
Soll ein größeres Mehrfamilienhaus (z. B. mit 100 Wohneinheiten) mit Internet versorgt werden, kann die Glasfaserinfrastruktur bis zum Gebäude selbst verlegt und der VDSL-Knoten in den Technikräumen installiert werden. Dadurch
entfällt die kostspielige Neuverkabelung des Gebäudeinneren. Selbstverständlich ist die vorherige Zustimmung der Gebäudeeigentümer erforderlich. Diese Lösung ähnelt FTTC, bietet aber den Vorteil extrem kurzer Kupferleitungen, was eine sehr hohe Servicequalität ermöglicht. Die Kosten für diese Infrastruktur mögen für Einfamilienhäuser hoch erscheinen, sind aber für große Mehrfamilienhäuser durchaus attraktiv.


5. PON.
Eine Lösung mit mehr als ausreichender Kapazität, die kostengünstiger als die Ideallösung implementiert werden kann, ist das Passive Optische Netzwerk (PON). Das Prinzip von PON besteht darin, eine optische Netzwerkinfrastruktur aufzubauen, die mithilfe von Splittern mehrere Nutzer an eine einzige Glasfaser am öffentlichen Knotenpunkt (PON-Knoten) anschließt. Elektronische Verfahren gewährleisten die gemeinsame Nutzung des optischen Mediums durch die Nutzer. (Siehe Abbildungen 1 und 2.)
PON bietet weitere attraktive Vorteile, wie beispielsweise den Wegfall von Straßenverteilern, was die Netzwerkkonfiguration und den Betrieb vereinfacht. Auch die Wartung wird durch den Verzicht auf aktive Feldgeräte erleichtert. Je nach PON-System können sich die Nutzer zudem bis zu 20 Kilometer vom optischen Leitungsabschluss (OLT) entfernt befinden. Während eine Großstadt derzeit bis zu 500 öffentliche Knotenpunkte umfassen kann, reichen mit einem PON-System deutlich weniger aus (realistisch sind 12 bis 20 Knotenpunkte). Dies führt zu erheblichen Einsparungen bei Bereitstellung, Wartung und Betrieb.
Allerdings ist eine hohe Anfangsinvestition für die Verlegung von Glasfaserkabeln und deren Anschluss an die Haushalte der Teilnehmer erforderlich. Die Installationskosten (Graben, Schutzvorrichtungen, Leerrohre) sind wesentlich höher als die Kosten des Kabels selbst.


Fazit:
Unabhängig von der gewählten Architektur wird im Zugangsnetz Glasfasertechnik zum Einsatz kommen. Die Herausforderung besteht darin, das Netz so zu konzipieren, dass es den aktuellen Nutzerbedürfnissen gerecht wird und gleichzeitig zukünftige Erweiterungen ermöglicht – und das alles zu akzeptablen Kosten. In den meisten Fällen dürfte FTTx die attraktivste Alternative sein, da es die aktuellen Anforderungen erfüllt und gleichzeitig die Möglichkeit für eine zukünftige Erweiterung hin zu einer PON-Architektur offenlässt. Andernfalls könnte die Implementierung eines PON die kostengünstigste Langzeitlösung darstellen.

Autor:

Juan Pablo Muñoz, Technischer Leiter R&M Spanien/Portugal

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