Dieser Artikel erläutert die Effizienz von Konnektorisierungstechnologien an verschiedenen Punkten im Zugangsnetz. Sie gewährleisten Zugänglichkeit, Flexibilität und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften unter Berücksichtigung optischer Balance-Anforderungen. Dank neuester Entwicklungen bei aktiven Komponenten zur Verbesserung der optischen Balance können Netzbetreiber Konnektorisierungsstrategien, die die Skalierbarkeit des Netzes – hinsichtlich Bandbreite, Entfernung oder Reichweite – sicherstellen und minimale Betriebskosten (OpEx) erzielen, deutlich einfacher implementieren.
Die Telekommunikationsbranche in Europa steht unter ständigem Druck, ihre Bandbreitenangebote auszubauen. Diese Bandbreiten steigen jährlich um 50 %, und die Breitbandnutzung im Privatkundenbereich hat in den letzten fünf Jahren um fast 20 % zugenommen. Breitbanddienste sind Wirtschaftsmotoren, da sie die Telekommunikationskosten für Unternehmen deutlich senken, das Wachstum ankurbeln – insbesondere in ländlichen oder wirtschaftlich schwachen Gebieten – und sowohl öffentliche als auch private Unternehmen stärken.
Glasfaseranschlüsse bis ins Haus (FTTH/B) bilden das Fundament der zukünftigen Breitbandnetze. Ihre Übertragungskapazität ist im Vergleich zu herkömmlichen Kupferleitungen nahezu unbegrenzt. Die Anzahl der an FTTH/B-Netze angeschlossenen Haushalte wächst rasant und erreichte im ersten Halbjahr 2009 über 5,5 Millionen (ein Anstieg von 15 % gegenüber dem vorherigen Halbjahr). Im ersten Halbjahr kamen 120 neue FTTH/B-Projekte hinzu, sodass die Gesamtzahl nun 233 beträgt.
Trotz stetiger Fortschritte stellen die 2 Millionen Abonnenten in Europa im Vergleich zu den 6 Millionen in Nordamerika oder den 30 Millionen im asiatisch-pazifischen Raum immer noch eine geringe Zahl dar. Angesichts dieses Rückstands hat die Europäische Kommission zahlreiche Initiativen zur Förderung des FTTH/B-Marktes ergriffen – darunter ihre Empfehlung zur Regulierung des Zugangs zu Netzen der nächsten Generation und die Schaffung des europäischen Rahmens für die Informationsgesellschaft. Gleichzeitig bauen die nationalen Regierungen offene Zugangstopologien auf und stellen die Verfügbarkeit der notwendigen Ressourcen für einen universellen Zugang sicher.
Netzwerktopologien, Standards und Servicestrategien:
Angesichts der Millioneninvestitionen in FTTH/B müssen Ausbau- und Verbreitungsstrategien so gestaltet sein, dass Betreiber Zeit und Kosten sparen – sowohl während der Bauphase als auch später bei der Aktivierung und im Betrieb. Die beiden gängigsten Topologien in heute eingesetzten FTTH/B-Netzen sind Punkt-zu-Mehrpunkt (P2MP) und Punkt-zu-Punkt (P2P), wobei letztere typischerweise für die Ethernet-Übertragung verwendet wird. Punkt-zu-Mehrpunkt-Netze nutzen optische Splitter im Feld.
Aktuell ist die GPON-Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie in Europa vorherrschend und stellt eine Weiterentwicklung des BPON-Standards dar. GPON unterstützt hohe Geschwindigkeiten, bietet verbesserte Sicherheit und ermöglicht die völlige Wahlfreiheit des Layer-2-Protokolls (z. B. ATM, GEM, Ethernet).
Die Vorteile einer PON-Topologie liegen darin, dass ein einziger OLT (Optical Line Termination, Vermittlungsstelleneinrichtung) mehrere ONTs (Optical Network Terminals, Teilnehmergeräte) über optische Splitter zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmer verbinden kann. Aktuell werden in der Vermittlungsstelle Splitterverhältnisse von 1:2 und 1:4 und im Außennetz 1:8 oder 1:16 bevorzugt. Da OLTs (in Vermittlungsstellen eingesetzt) teuer sind und viel Strom verbrauchen, ermöglichen PON-Architekturen mit zwischengeschalteten Splittern erhebliche Kosteneinsparungen, da der Bedarf an aktiven Komponenten deutlich reduziert wird.
Der Bedarf an Konnektivität:
Die meisten Betreiber begannen mit dem Einsatz von P2P-Topologien, um ihren Abonnenten maximale Bandbreite zu bieten. Diese Strategie erwies sich jedoch als sehr kostspielig, da sie die Verlegung eines kompletten Glasfaserkabels von der Vermittlungsstelle bis zum Endkunden erfordert – und zwar nicht nur die Glasfaser selbst, sondern die gesamte zugehörige Verkabelung. Diese Topologie ist nur in Umgebungen mit sehr hoher Dichte effizient. Im Allgemeinen lassen sich Einsatzumgebungen in vier Kategorien einteilen:
– Städtische Gebiete mit hoher Dichte
– Städtische Gebiete mit niedriger Dichte –
Ländliche Gebiete
– Industriegebiete mit gemischten Topologien.
Für Umgebungen mit geringer Dichte ist die PON-Architektur ideal, da sie eine deutlich wirtschaftlichere Bereitstellung ermöglicht. Sie besteht im Wesentlichen darin, das Signal mithilfe eines optischen Splitters optisch aufzuteilen, sodass mehrere Teilnehmer über eine einzige Faser in der Vermittlungsstelle versorgt werden können. Dieses Modell weist jedoch einige Einschränkungen auf:
– Geringere Bandbreite für die Teilnehmer (abhängig vom Aufteilungsgrad).
– Der Einsatz optischer Splitter führt zu einer höheren Dämpfung, weshalb dem Netzwerkdesign, insbesondere der Verwendung von Steckverbindern und/oder Spleißen, mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden muss.
– Die Netzwerkerweiterung kann kostspielig sein, wenn eine einfache Rekonfiguration nicht von Anfang an eingeplant wurde.
Die Wahl der Topologie war und ist weiterhin Gegenstand von Diskussionen. Betreiber können jedoch Punkt-zu-Punkt-Topologien einsetzen und gleichzeitig PON-Topologien darauf aufbauen. Unabhängig vom physischen Kabelweg werden die Topologien logisch durch Spleißen realisiert,
bei dem zwei Fasern mithilfe eines Fusionsspleißgeräts dauerhaft verbunden werden.
- Steckverbinder – die im Werk hergestellt werden und den blanken Faserenden Standardanschlüsse hinzufügen, die mechanischen Schutz und einfache Bedienung gewährleisten.
Die Konnektorisierung wurde ursprünglich für die Installation in Vermittlungsstellen entwickelt und findet seit Kurzem auch in Außenanlagen Anwendung, insbesondere bei FTTH-Netzen. Sie kann an allen drei strategischen Punkten eines FTTH-Netzes eingesetzt werden:
– Vermittlungsstelle: Das Gebäude, in dem sich die aktiven Geräte (Switches, DSLAMs usw.) und die Hauptverteiler befinden.
– Außenanlage: Verteilerschränke, Anschlusskästen, Spleißkästen usw.
– Kunde: Privat- oder Geschäftskunde.
Der Grad der Verspleißung oder Konnektorierung bei einem FTTH/B-Ausbau hängt stark von den Anforderungen des jeweiligen Netzbetreibers ab. Die Art des Ausbaus (Neubaugebiete oder Erweiterung eines bestehenden Netzes), die demografischen Gegebenheiten (dicht oder dünn besiedelt), die regulatorischen Rahmenbedingungen sowie die Investitions- und Betriebskostengrenzen des Projekts sind die Hauptfaktoren, die diese Entscheidung beeinflussen. Im Wesentlichen geht es darum, ob und in welchem Umfang an verschiedenen Punkten im Netz ein Verfahren mit gespleißten oder konnektorierten optischen Splittern eingesetzt wird.
Für viele Netzbetreiber war der Aufbau eines Netzes mittels Glasfaserspleißen zunächst einfach. Angesichts der erheblichen Wettbewerbsvorteile durch das Spleißen – sowohl beim Netzaufbau als auch im späteren Betrieb – und der damit verbundenen höheren Flexibilität und Zuverlässigkeit mussten sie diese Strategie jedoch überdenken. Ohne Spleißen muss der Betreiber jede Glasfaser vom Vermittlungsamt bis zum Kunden durchgängig verlegen.
In stark regulierten Umgebungen mag dies unproblematisch erscheinen. In weniger regulierten Umgebungen ist das Problem jedoch erheblich und kann zu einer Netzauslastung von lediglich 20 % führen, obwohl mindestens 80 % angestrebt werden.
Die neuen FTTH/B-Netze läuten in allen wichtigen europäischen Ländern eine neue Ära der Regulierung von Kommunikationsnetzen ein. Diese Regulierungen schreiben vor, dass die gespleißte Verbindung nicht beim Kunden enden darf, da dies den Anbieterwechsel behindern könnte. Diese Anforderung an die Konnektivität spiegelt sich in den Richtlinien der Europäischen Kommission wider, die den „einfachen Zugang“ fordert.
Überlegungen zur optischen Balance:
Da Glasfaser erst im letzten Jahrzehnt begonnen hat, Kupferkabel auf der letzten Meile zu ersetzen, ist es nicht verwunderlich, dass sich der anfängliche Trend zum umfangreichen Spleißen nur langsam änderte. Netzbetreiber betrachteten das Spleißen als kostengünstigere Methode (keine Notwendigkeit, Steckverbinder und insbesondere keine platzraubenden Komponenten zu kaufen, die diese aufnehmen könnten) und waren zudem besorgt über die optische Balance und potenzielle neue Fehlerquellen im Netzwerk. Darüber hinaus waren sie nicht von der Notwendigkeit von Flexibilität und einfacher Netzwerküberwachung überzeugt. Dieser anfängliche Trend hat sich nun vollständig umgekehrt, und die Netzbetreiber verändern ihre Ausbautopologien, um die Konfektionierung von der Vermittlungsstelle bis zum Teilnehmer zu maximieren, wobei die optische Balance die einzige Einschränkung darstellt.
Aus pragmatischer Sicht bietet die Konfektionierung maximale Flexibilität im Glasfasernetz und ist der beste Weg, dessen zukünftiges Wachstum sowohl hinsichtlich der Kundendurchdringung als auch der sich ändernden Bandbreitennachfrage zu gewährleisten. Allerdings weist die Konfektionierung im Vergleich zum Spleißen, das zu einer höheren Dämpfung führt, auch Einschränkungen und Nachteile auf.
Die optische Balance, also die maximal mögliche Signaldämpfung zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmeranschluss, ist daher zu einem der wichtigsten Parameter bei der Planung und dem Aufbau von FTTH/B-Netzen geworden. Der typische Wert für diese optische Balance liegt zwischen 20 dB und 30 dB (und ist üblicherweise auf 26 dB ausgelegt).
Faktoren, die die optische Balance beeinflussen:
In einem Glasfasernetz gibt es zwei Arten von Verlusten, die die optische Balance beeinflussen:
– Dämpfung – sie beeinträchtigt die Signalqualität durch Verringerung des Leistungspegels.
– Rückflussdämpfung – sie beeinträchtigt die Signalqualität durch Erhöhung des Rauschens. Die empfohlene Rückflussdämpfung beträgt weniger als 32 dB (ITU-Empfehlung) und wird als Summe aller Lichtreflexionen zurück zur Quelle (Laser) berechnet.
Dabei sind mehrere Punkte zu beachten:
Laserausgangsleistung:
Die kontinuierliche Weiterentwicklung leistungsstärkerer Laser und verbesserter Empfänger erweitert das optische Gleichgewicht (C+-Laser vs. B+-Laser usw.). Mittel- und langfristig trägt dies zu einer verbesserten Netzwerkqualität und -flexibilität bei und erhöht die Möglichkeiten, passive Komponenten (Steckverbinder, optische Splitter usw.) im Netzwerk zu platzieren, ohne die Bitfehlerrate (BER) zu beeinträchtigen. Kurzfristig bestimmt die Laserausgangsleistung maßgeblich die Reichweite des Netzwerks und das Aufteilungsverhältnis.
Typische OLT-ONT-Entfernung:
Die optische Balance berücksichtigt die Gesamtentfernung zwischen OLT und ONT. Diese Entfernung beeinflusst linear die Dämpfung (spektrale Dämpfung) des Glasfaserkabels (typischerweise 0,4 dB/km bei 1310 nm, der für die Auslegung restriktivsten Wellenlänge). Weitere Komponenten entlang des Pfades zwischen OLT und ONT verursachen Verluste, z. B.:
Steckverbinder
, Spleiße
und optische Splitter.
Kennt man die Anzahl der Steckverbinder, Spleiße und Splitter sowie die spektrale Dämpfung des Kabels und die Eigenschaften der aktiven Geräte, lässt sich die maximal zulässige Entfernung berechnen. Beispielsweise beträgt die maximale Entfernung für ein GPON-Netzwerk mit einem 1:32-Splitter und einer maximalen optischen Balance von 28 dB 20 km.
In der Praxis liegen die Entfernungen zu den Nutzern in einem FTTH-Netzwerk üblicherweise zwischen 5 km und 20 km.
Verbindungsverluste:
Ein Stecker verursacht im Allgemeinen zwei Hauptverlustarten:
- Einfügedämpfung: Diese hängt direkt vom Steckertyp und der Wellenlänge ab. Wichtig ist, dass ein FTTH-Netzwerk drei verschiedene Wellenlängen gleichzeitig nutzt (1310 MHz vom Nutzer zur Vermittlungsstelle, 1490 MHz von der Vermittlungsstelle zum Nutzer und 1550 MHz von der Vermittlungsstelle zum ONT für das Videosignal). Typische Steckerverluste liegen bei 0,3 dB, im ungünstigsten Fall bei 0,5 dB.
- Rückflussdämpfung: Da Stecker typischerweise Glasfaser-Luft-Glasfaser-Kontakte sind, wird bei diesen Übergängen ein geringer Teil des Lichts zur Quelle zurückreflektiert. Durch die Verwendung von APC-Steckern (8°-Winkel an der Steckerfläche) lässt sich die Rückflussdämpfung an jedem Übergang minimieren und sogar unter 65 dB senken.
Der Aufbau eines passiven Glasfasernetzes ohne Stecker ist unmöglich (Geräte verwenden sie, Vermittlungsstellenkabel haben sie an beiden Enden usw.). Jede Netzwerkinstallation wird zertifiziert und getestet, in der Regel mithilfe von OTDR-Geräten (Reflektometern), die es den Installateuren ermöglichen, Fusionsfehler, verschmutzte Verbindungen, schlechte Fusionsqualität usw. zu erkennen.
Verluste optischer Splitter:
Wie alle passiven Bauteile weisen auch optische Splitter
folgende Verluste auf: – Einfügedämpfung: Diese hängt primär vom Übersetzungsverhältnis und der Qualität des Splitters ab. Beispielsweise weist ein 1:2-Splitter typischerweise einen Verlust von 3,5 dB auf.
– Rückflussdämpfung (Reflexionsdämpfung): Ein einzelner optischer Splitter hat typischerweise eine Reflexionsdämpfung von 50–55 dB. Dieser beträchtliche Wert beeinflusst das Gesamtreflexionsergebnis deutlich stärker als Steckverbinder.
– Richtwirkung: Dies ist das Verhältnis der vom Eingang eines optischen Splitters zu anderen Eingängen desselben Splitters abgeleiteten Leistung. Sie beeinflusst das Gesamtsignal in gleicher Weise wie die zuvor beschriebenen normalen Reflexionen.
Dämpfung bei Fusionsspleißen:
Typischerweise ist die Dämpfung bei Fusionsspleißen nahezu vernachlässigbar und liegt in der Größenordnung von 0,1 dB pro Spleißstelle. Bei mechanischen Spleißverbindungen ist jedoch eine genaue Überwachung der resultierenden Werte erforderlich, da diese stark von der verwendeten Technologie abhängen.
Europäische Netzbetreiber setzen verstärkt auf Konnektoren.
Betriebliche, kommerzielle und optische Aspekte haben große europäische Betreiber dazu veranlasst, Technologien, die Konnektoren fördern, in ihren FTTH-Ausbaustrategien massiv einzuführen.
Ein führender europäischer Betreiber begann beispielsweise mit dem Ausbau einer Fusions-Topologie, da er mit der Technologie vertraut war und keine Verteilerkästen im öffentlichen Raum aufstellen durfte (was unterirdische Lösungen erforderlich machte). Anfänglich befürchtete er auch die Auswirkungen zahlreicher Konnektoren auf die optische Gesamtbalance seines Netzes.
Mit fortschreitendem Netzausbau wurde die mangelnde Flexibilität immer deutlicher. Wenn an den Ein- oder Ausgängen von optischen Splittern gearbeitet werden musste, konnten Verifizierungstests nicht durchgeführt werden, ohne die aktiven Fasern zu durchtrennen und den Kundendienst zu unterbrechen. Noch gravierender waren die Probleme mit dem Neukundenaktivierungsprozess, der dadurch sehr langsam und teuer wurde. Darüber hinaus schrieb die Regulierungsbehörde während des Ausbaus offene Lösungen vor, die gemeinsame Anschlüsse für den Teilnehmer ermöglichen und die Nutzung mehrerer vertikaler Systeme vermeiden.
Design für Wachstum und Flexibilität:
Ein anderer europäischer Telekommunikationsanbieter hat hingegen ein GPON-basiertes P2P-Netzwerk mit einer 1:64-Aufteilung flächendeckend implementiert. Dieses Netzwerk nutzt überwiegend Steckverbindungen. Am Remote Node (Straßenverteiler) wird eine vollständige Querverbindung zwischen dem Kabel von der Vermittlungsstelle und den Verteilerkabeln zu den Endkunden verwendet. Dies ermöglicht die sofortige Aktivierung und Migration von P2P-Kunden auf PON innerhalb weniger Minuten. Der Anbieter nutzt insgesamt fünf Steckverbindungen und eine Fusionsverbindung pro Nutzer bis zu diesem Zwischenverteiler.
Der Betreiber verwendet in den Gebäuden Anschlusskästen mit Steckverbindern. Je nachdem, ob eine direkte Verbindung mit dem Kundenkabel oder eine Querverbindung mit einem Neutralleiterkasten verwendet wird, sind ein oder zwei zusätzliche Steckverbinderpaare erforderlich.
Im gesamten Netzwerk bis zum ONT können insgesamt 10 Steckverbinderpaare und 4 Spleiße vorhanden sein. Dies entspricht einer Dämpfung von bis zu 3,4 dB (maximal 5,4 dB im ungünstigsten Fall).
Geht man davon aus, dass die optischen Splitter (einer oder zwei kaskadiert, um ein Verhältnis von 1:32 zu erreichen) eine Dämpfung von 18 dB aufweisen, beträgt die maximale Dämpfung im ungünstigsten Fall 23,4 dB. Dies bietet eine Schutzreserve von ca. 2 dB bis zum Auslegungsgrenzwert von 26 dB.
Durch den Einsatz von Steckverbindern und die optimale Ausnutzung der gesamten optischen Kapazität wurde eine sehr hohe Netzwerkflexibilität erzielt. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass mit minimalem Betriebsaufwand ein Netzwerkwachstum garantiert werden kann, was bedeutet, dass entweder mehr Bandbreite für Endkunden bereitgestellt werden kann, mehr Kunden abgedeckt werden können oder diese weiter entfernt angesiedelt werden können.
Architekturen, die Konnektivität im gesamten Netzwerk, von der Vermittlungsstelle bis zum Kunden, umfassend und intelligent nutzen, ermöglichen die Überwachung und Wartung des Netzwerks und erlauben flexible und unkomplizierte Änderungen und Erweiterungen:
- Der operative Aufwand wird reduziert.
- Betreiber können ihre Investitionen an die Servicenachfrage und ihren Marktdurchdringungsgrad anpassen.
- Präventive und korrektive Wartung, die Integration neuer aktiver Geräte usw. lassen sich mit einer vorkonfektionierten Lösung innerhalb weniger Minuten durchführen, was Zeit und Kosten erheblich reduziert.
- In Mehrfamilienhäusern verringern vorkonfektionierte Lösungen die Anzahl der benötigten Geräte, die Anzahl der Verbindungen und den Bedarf an Technikern deutlich und optimieren den Aktivierungsprozess erheblich.
Autor: José Luis González – Technischer Direktor ADC KRONE, Iberien
