Breitbandtechnologien jetzt innerhalb von Gebäuden?

Auf der letzten Meile zum Kunden tobt ein Kampf um kostengünstige Anschlusstechnologien für möglichst hohe Datenraten. Das betrifft sowohl den klassischen Telekommunikations-Netzbetreiber, als auch den Kabelnetzbetreiber – der eine aufbauend auf sein 2-Draht-Kupfernetz, der andere auf sein Koax-Netz, beide gestützt durch die immer näher an den Kunden expandierende Glasfasertechnologie. Die Anschlüsse der Betreiber enden im Kellerraum der öffentlichen und privaten Gebäude. Wie aber kommen die hohen Datenraten zum Endteilnehmer in die Wohnung? Wird die alte Verkabelung im Haus zum Flaschenhals? Wie sollte die Infrastruktur im Neubau aussehen?

Der Zugangsbereich war und ist es noch immer geprägt von Kupferkabeln, sei es 2-Draht (ungeschirmt) oder Koax, die vom Ortsverteiler zum Endkunden gehen. Diese oftmals mehr als 6km langen Leitungen konnten im ADSL Verfahren oftmals nur Datenraten von 2Mbit/s anbieten. Mit dem zum Kunden hin expandierenden Einsatz von Glasfasern, verkürzt man die verbleibenden Kupferstrecken, und kann so höhere Geschwindigkeiten anbieten. FTTC (Fiber to the Curb) bringt die Glasfaser bis zum Remote DSLAM an der Straßenecke und dieser setzt dann die optischen Signale um auf die existierende Infrastruktur. FTTB (Fiber to the Building) bringt die Glasfaser schon bis ins Gebäude, und MiniDSLAMs übernehmen die Umsetzung von Glas auf Kupfer unten im Keller des Gebäudes. FTTH – speziell die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen sowie die enorme Übertragungskapazität sprechen klar für die Glasfaser. Dieses gilt auf der letzten Meile, ebenso wie im Gebäude. Die Anbindung jedes einzelnen Kunden erfolgt entweder mit einer eigenen Faser an den Point of Presence (POP) über Active Ethernet, oder aber über Passive Optische Netztechnik (PON). Und wie setzt sich diese innerhalb der öffentlichen und privaten Gebäude fort? Das hängt ganz vom Objekt ab.

Bestehende Objekte

Ähnlich wie in den Zugangsnetzen, wurden auch innerhalb der Gebäude jahrzehntelang Zweidraht-Kupferleitungen für den Telefonanschluss verlegt, und noch heute auch für die Datenübertragung genutzt. Äußerst selten wurde in privaten Häusern eine strukturierte Verkabelung mit acht Adern (klassischer Ethernet-Anschluss) gesetzt. Warum also nicht innerhalb der Gebäude die Technologien nutzen, die man bisher außerhalb im TN-Anschlussbereich nutzte? Im Mini DSLAM im Keller lassen sich mittels VDSL2 100MBit/s und mehr erreichen. VDSL2 arbeitet in einem Frequenzbereich bis zu 30MHz und setzt zur Modulation das Discrete Multiton Verfahren (DMT) ein, bei welchem bis zu 3.478 Träger mit steigender Frequenz nebeneinander übertragen werden. Die Frequenzbereiche für Up- und Downstream sind frequenztechnisch getrennt. Da die Übertragung über ungeschirmte 2-Draht-Leitungen erfolgt, müssen für andere Dienste belegte Frequenzbereiche ausgeblendet werden. Für noch höhere Bandbreiten wird ein erweitertes Frequenzspektrum benötigt. Bereits 2014 wurde von der ITU-T als Nachfolge für VDSL2 ein neuer Standard geschaffen: G.FAST. Dieser ermöglicht Anschlussgeschwindigkeiten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde auf einer Doppelader. Für die Übertragung wird ein im Vergleich zu DSL wesentlich größerer Frequenzbereich bis zu 212MHz benutzt. Als Modulationsart kommt Ortogonales-Frequenz-Division-Multiplexing zum Einsatz. Anders als beim DSL wird das ganze Frequenzspektrum, abwechselnd für den Up-, und Downstream verwendet. Durch das viel größere Frequenzspektrum müssen mehrere Bereiche zum Schutz anderer Dienste wie z.B. dem UKW Radioband (87,5 MHz -108,0MHz) ausgeblendet werden. Auch überschneiden sich die Frequenzbereiche von VDSL und G.FAST, was einen gleichzeitigen Betrieb beider Technologien im selben Gebäude unmöglich macht. Bei VDSL sowie bei G.FAST kommen als Endgerät beim Kunden entsprechende Modems zum Einsatz, welche direkt in den Kundenroutern integriert und im Wohnzimmer platziert sein können.

Neubauten und Renovierungen

Wo neue Datenleitungen zu verlegen sind, sind Koax-Technologie, strukturierte Verkabelung oder zukunftssichere Glasfaserleitungen zu betrachten. Koax Kabel sind geschirmte Leitungen, die bei geeigneten Verfahren (DOCSIS 3.0) ebenfalls Geschwindigkeiten bis 1Gbit/s unterstützen. Die strukturierte Verkabelung aus dem LAN Bereich kommend, basiert auf acht paarweise verdrillten Kupferleitungen, die je nach Kategorie ungeschirmt, geschirmt oder paarweise foliengeschirmt sein können. Durch ihre Schirmung und die Mehrfachadern sind CAT Kabel unempfindlicher gegen Störungen und je nach Leitungslänge für Geschwindigkeiten bis 1GBit/s und nur sehr eingeschränkt bis 10Gbit/s geeignet. Wenn auch die strukturierte Verkabelung selbst etwas teurer ist, bietet sie den Vorteil, dass die Hardware für die Übertragung aus kostengünstigen Ethernet Standardkomponenten besteht. Endgerät beim Kunden ist ein einfacher handelsüblicher Heimrouter. Speziell die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen sowie die enorme Übertragungskapazität sprechen klar für die Glasfaser, auch im Gebäude.

Zwei Anschlusstechnologien

Für den Anschluss von Wohnungen bieten sich grundsätzlich zwei Varianten. Die Anbindung jedes einzelnen Kunden mit einer eigenen Faser an den Point of Presence (POP) über Active Ethernet, oder die Anbindung über Passive Optische Netztechnik (PON). Für Active Ethernet wird ein eigener aktiver Ethernet Port sowie eine eigene Glasfaserverbindung mit mindestens einer Glasfaser benötigt. Der Vorteil dieser Technologie liegt in der Trennung der Endkundenanschlüsse und der Flexibilität bei der Bandbreitenvergabe. Der Nachteil liegt in den hohen Investitions- und Betriebskosten. Nicht nur der Verkabelungsaufwand, auch die Anzahl der aktiven Ports und somit die Größe und der Energiebedarf der aktiven Verteilertechnik ist erheblich größer. Dieser Gesamtaufwand ist in der PON Technologie deutlich geringer. Passive optische Splitter binden 32, 64 oder 128 Endkunden an einen einzigen aktiven Port an, der am Beispiel des GPON eine Downlink Rate von 2,5GBit/s und eine Uplink Rate von 1GBit/s abdeckt. Im Gebäude ist durch die kurzen Leitungslängen auch ein Teilungsverhältnis von 1 zu 128 möglich. Daraus ergeben sich für eine einzelne GPON Unit mit acht Ports 8×128 = 1024 mögliche Endkunden. Dieses macht GPON gerade in großen Gebäuden wie Mietshäusern, Hotels, Einkaufzentren und auch Krankenhäusern zu einer leistungsstarken und kosteneffizienten Anschlusstechnologie. Sollen z.B. in einem Hotel jedem Kunden mindestens 100MBit/s zur Verfügung gestellt werden, so können immerhin noch 8×16 = 128 Zimmer angebunden werden. Next Generation Technologien, wie XG-PON liefern pro Port 10GBit/s im Downlink und 2,5GBit/s im Uplink, im symmetrischen Konzept sogar 10GBit/s in beide Richtungen. Werden noch größere Datenraten im PON gefordert, so kommt WDM-PON zum Einsatz. Durch die Verwendung von Wellenlängen-Multiplex-Verfahren kann für einzelne Teilnehmer ein dediziertes Wellenlängen-Paar verwendet werden, mit dem dann eben bis zu 10G zur Verfügung gestellt werden können. Im WDM-PON sind allerdings gegenüber herkömmlichen PON Verfahren, WDM-Splitter notwendig.

Fazit

Ob nun Ende zu Ende oder passive Verteilung. Der wachsende Bandbreitenbedarf lässt sich auf lange Sicht nur über den Einsatz von Glasfaserverbindungen decken. Die hiermit verbundene Mess- und Verbindungstechnik stellt Planer, Installateure und Integratoren vor neue Herausforderungen.