Breitband-Ausbau mit Glasfaser

Verkehrssicherungsmaßnahmen und bunte Mikroröhrchen, die aus einer Baugrube oder nur aus der Erde herausschauen, begrüßen uns derzeit an den Straßen in vielen kleinen Orten (Bild 1 links). Aber auch in den Städten kann man die Mikrorohrverbände, die zur Aufnahme von Glasfaserkabeln dienen, in Straßenbaustellen entdecken (Bild 1 rechts). In diesem Beitrag werden die Fachbegriffe rund um den Breitbandausbau mit Glasfaser erläutert.

Stetig steigende Anforderungen an Datenraten, Datenvolumen, Verfügbarkeit oder Latenzzeiten erfordern den Ausbau von leistungsfähigen Glasfasernetzen bis in die Gebäude (FTTB = Fiber to the Building) und bis in die Wohnung (FTTH = Fiber to the Home). Das gleiche gilt für Unternehmensstandorte und momentan ganz besonders für Krankenhäuser und Schulen. Die Mobilfunkstandorte werden ebenfalls mit Glasfaser angeschlossen (FTTA = Fiber to the Antenna), um die zuvor genannten Anforderungen für Nutzer von mobilen Endgeräten zu erfüllen (Bild 2).

Datenratenentwicklung im Teilnehmeranschlussbereich

Die Anschlussbitraten in den Zugangsnetzen steigen etwa alle fünf bis sieben Jahre um den Faktor 10. Bild 3 zeigt die Datenraten, mit denen der Webdesignexperte Jakob Nielsen den Zugang zum Internet realisiert hat und die eine der Grundlagen zu seiner sehr bekannten Veröffentlichung »Nielsen’s Law of Internet Bandwidth« darstellen. Die Zusammenhänge wurden erstmals im Jahre 1998 veröffentlicht. Sie wurden im Jahre 2008 und seitdem regelmäßig aktualisiert. Daraus kann die Steigerung der Datenrate für die Breitbandanschlüsse von privaten Nutzern abgeleitet werden:

• 50% Zunahme der Datenrate pro Jahr
• Verdopplung der Datenrate nach ca. 18 Monaten
• Zehnfache Datenrate nach ca. 6 Jahren.

Zusätzlich zu den Werten von Jakob Nielsen enthält die Grafik in Bild 3 Daten zur Markteinführung von bedeutenden Zugangstechnologien für den Internetzugang. Die dargestellten Datenraten werden üblicherweise drei Jahre nach der Markteinführung vom Massenmarkt genutzt.

Breitbandziele der Bundesregierung

Im Jahr 2012 legte die Bundesregierung per Kabinetts­beschluss eine flächendeckende Verfügbarkeit von 50Mbps bis zum Jahr 2018 fest. Für 2025 hatte man sich im Koalitionsvertrag im März 2018 den Aufbau einer flächendeckenden gigabitfähigen Infrastruktur vorgenommen. Momentan geht man allerdings davon aus, dass dieses Ziel frühestens 2030 erreicht werden kann.

Um die Breitbandziele zu erreichen, kann in unterversorgten Gebieten, den sog. »weißen Flecken«, ein geförderter Breitbandausbau im »Bundesförderprogramm Breitband« durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) beantragt werden. Damit verbunden sind Planungsvorgaben, Bau nach dem sog. Materialkonzept des Bundes und Anforderungen an die Dokumentation der Netze.

FTTx-Architekturen – Begriffsdefinitionen

»FTTx« ist das Akronym für verschiedene auf Glasfaser (Gf) basierende Netztopologien für die Übertragung von hohen Datenraten direkt zum Teilnehmer. Die Glasfaserarchitekturen in Teilnehmeranschlussnetzen unterscheiden sich zunächst darin, wie weit die Glasfaser bis zum Kunden verlegt wird (Bild 4).

FTTC – Fiber to the Curb

»FTTC« beschreibt ein Konzept, bei dem die bereits vorhandenen Kabelverzweiger (KVz) für das Fernmeldenetz durch sog. Multifunktionsgehäuse (MfG) am Straßenrand mit Glasfaser erschlossen sind. Im MfG befindet sich der aktive Netzknoten, z.B. ein »DSLAM« (Digital Subscriber Line Access Manager) oder MSAN für die Umsetzung auf VDSL2 oder VDSL2-Vectoring. In Zusammenhang mit der Einführung von VDSL2 erfolgte ab 2006 die Erschließung der Kabelverzweiger (KVz) durch Glasfaserkabel (FTTC). Im Multifunktionsgehäuse (MfG), das oft neben dem KVz aufgestellt ist, wird als aktives Netzelement ein DSLAM mit VDSL2-Linecards installiert. Die Verbindung zum KVz erfolgt über ein sog. Querkabel mit Kupfer-Doppeladern.

Durch die damit verbundene Verkürzung der Kupfer-Teilnehmeranschussleitung (TAL) wird die Steigerung der Datenrate erzielt. Für die Teilnehmer können mit VDSL2 Breitbandanschlüsse mit symmetrischen Datenraten von bis zu 100Mbps über die Kupfer-Doppelader realisiert werden. Durch VDSL2-Vectoring wurde ab 2016 nochmals eine Steigerung der Datenrate über die Kupfer-Doppelader erzielt. Da die Bandbreite der DSL-Übertragung mit zunehmender Länge der Teilnehmeranschlussleitung geringer wird, können derart hohe Datenraten in ländlichen Versorgungsbereichen nicht über lange Fernmeldekabel mit Kupfer-Doppeladern bereitgestellt werden. Daher muss in den ländlichen Gebieten schon seit einigen Jahren der Breitbandanschluss mit Glasfaser­kabeln erfolgen, um die Breitbandziele zu erreichen.

Die MSANs in den MfGs ermöglichen dafür auch die Aufnahme von Glasfaser-Linecards mit denen gleichzeitig der Betrieb von FTTH-Anschlüssen möglich ist (Bild 5).

Auch in den HFC-Kabelfernsehnetzen wird eine KVz-Erschließung mit Glasfaserkabeln durchgeführt und die Installation von Fibernodes bzw. Optical Network Interfaces (ONI) vorgenommen. Mit Hilfe von DOCSIS-­Kabelmodems werden über Koaxialkabel derzeit Breitbandanschlüsse mit Datenraten bis zu 1Gbps angeboten. Durch Erweiterung des CATV-Frequenzbereichs wird sich diese Datenrate noch weiter erhöhen.

FTTB – Fiber to the Building

»FTTH« beschreibt die Installation der Glasfaser von der Betriebsstelle (PoP) oder MfG als Mini-PoP bis in die Wohnung des Kunden. Bei FTTH wird die Glasfaserleitung weiter bis in die Wohnung des Teilnehmers geführt. Erst dort erfolgt dann die Umwandlung in elektrische Signale. Der aktive Netzabschluss (Modem) beim Kunden heißt Optical Network Termination (ONT). ONT und Router können inzwischen in einem Gerät integriert sein z. B. einer »Fritzbox« mit Glasfaser-Schnittstelle.

Netzebenen

Der Begriff der Netzebenen wurde schon im Zusammenhang mit den Kabelfernsehnetzen, die oft als Breitband-Verteilnetze (BVN) bezeichnet werden, genutzt. Im Zusammenhang mit dem Ausbau von Glasfasernetzen kommt die Beschreibung mit Netzebenen inzwischen vielfach zur Anwendung. Eine präzise Festlegung in den Normen gibt es dazu bisher nicht. Daher findet man oft abweichende Definitionen zu den Netzebenen.

Netzebene 1 (NE1)

Als NE1 in Glasfasernetzen beschreiben Netzbetreiber die globalen Verbindungen zwischen den überregionalen Internet-Knotenpunkten wie sie in Frankfurt, Amsterdam, London, Zürich, Tokio und anderen Metropolen auf der Welt betrieben werden. In Internet-Knotenpunkten werden die Verbindungen zu anderen Netzen realisiert. Am Internetknoten DE-CIX in Frankfurt sind über 700 Netze zusammengeschlossen – von Telekom bis zu Google, der ARD/ZDF oder dem Deutschen Forschungsnetz.

Netzebene 2 (NE2)

Die NE2 beschreibt das Kernnetz (Core) eines Netzbetreibers. Andere gebräuchliche Begriffe sind Weitverkehrsnetz (WVN) oder Backbone-Transportnetz. Der aktive Netzknoten OLT, MSAN oder DSLAM in einem PoP oder MfG erhält einen symmetrischen Anschluss aus der NE2 mit einer festen Datenrate. Auch Mobilfunk-Basisstationen und Geschäftskundenanschlüsse werden über die NE2 mit einer festen symmetrischen Datenrate angeschlossen.

Netzebene 3 (NE3)

Die NE3 beschreibt das externe Zugangsnetz zwischen dem Glasfaser-Hauptverteiler (Gf-HVt oder ODF) in der Betriebsstelle (PoP) des Netzbetreibers und dem Hausübergabepunkt (Gf-AP oder HÜP), der sich meistens im Hausanschlussraum beim Teilnehmer befindet. Die Steckverbindung im Gf-AP kann als Prüfschnittstelle für den Netzbetreiber dienen. Vom Gf-AP kann die Verbindung zur Inhausverkabelung in Mehrfamilienhäusern (MFH) über den Gebäudeverteiler (GV) erfolgen. Im PoP wird die Verbindung vom ODF zum aktiven Netzelement, dem OLT hergestellt.

Netzebene 4 (NE4)

Als Netzebene 4 bezeichnet man die Gebäudever­kabelung zwischen Gebäudeverteiler (GV) und Glas­faser-Teilnehmer-Anschlussdose (Gf-TA) im Wohnungsübergabepunkt (WÜP). Hier wird der ONT oder der Router mit optischer Schnittstelle an das Glasfasernetz angeschlossen.

Netzebene 5 (NE5)

Die NE5 beschreibt die Wohnungsverkabelung zwischen Wohnungsübergabepunkt und Teilnehmeranschluss­dosen. Auf der Grundlage aktueller Normen wird in der Wohnung eine Verkabelung mit Kupfer-Datenkabeln der Klasse E_A und Koaxialkabeln errichtet. Damit der Router mit Glasfaserschnittstelle auch im Wohnraum oder im Arbeitszimmer angeschlossen werden kann, sollte die Verlegung eines Glasfaserkabels durch ein Leerrohr vom Wohnungsverteiler in diesen Raum vorbereitet sein.

Glossar

• CATV: Cable Television auch Community Antenna Television, Kabelfernsehen über das Breitband-Verteilnetz (BVN) mit Koaxialkabeln
• DOCSIS: »Data-over-Cable Service Interface Specification«, Übertragungsstandard für die bidirektionale Datenübertragung in TV-Kabelnetzen, in Kombination mit dem DVB-C-Fernsehstandard werden IP-Daten über TV-Kabelnetze übertragen
• Fibernode: Aktiver Netzknoten in HFC-Netzen, an den die Teilnehmer über Koaxkabel angeschlossen werden, die übergeordnete Netzanbindung erfolgt mit Glasfaser
• Gf: Glasfaser
• HFC: »Hybrid Fiber Coax« – BK-/CATV-Netz mit Glasfaserverkabelung bis zu einem Kabelverzweiger/Fibernode und anschließender Nutzung von Koaxialkabeln zum Teilnehmer
• Latenzzeit: Reaktionszeit, Zeitspanne, zwischen der Anforderung des Teilnehmers (Clients) und der entsprechenden Rückantwort
• Linecard: Einsteckkarte
• MSAN: »Multi Service Access Node« – aktiver Netzknoten auf der Diensteanbieterseite, aus Sicht des Dienstanbieters ist der Access Node der Übergabepunkt zum Zugangsnetz in Richtung Teilnehmer
• ODF: Optical Distribution Frame, Glasfaser-Hauptverteiler Gf-HVt
• OLT: Optical Line Termination – Optische aktive Leitungsabschlusseinrichtung (Netzelement) auf der Seite des Diensteanbieters in PON-Zugangsnetzen
• ONT: Optical Network Termination
• VDSL/VDSL 2: » Very High Speed Digital Subscriber Line« – Übertragungsstandard für die Datenübertragung über Fernmeldekabel mit Kupfer-Doppeladern nach ITU-T G.993.2 zur Realisierung von Breitbandanschlüssen
• Vectoring: Technik zur Erhöhung der VDSL-Datenrate über Fernmeldekabel

Autor

Werner Stelter, LWL-Seminare am BFE Oldenburg

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net