Glasfaser als Technologie
Ganz Deutschland schreit nach Glasfaser. Doch wieso? Was zeichnet die Technologie im Vergleich zu kupferbasierten Breitbandtechnologien aus? Wir geben einen groben Forschungsüberblick und beantworten essentielle Fragen, indem wir einen Blick in das Kabel werfen.
Charakteristika von Glasfaser
Überblick wesentlicher Merkmale
Das Glasfaserkabel
Aufbau vom Glasfaserkabel
Datenübertragung
Überblick über verschiedene Technologien
Infrastruktur
Überblick verschiedener Netzinfrastrukturen
Charakteristika vom Glasfaserkabel
Die auf Glasfaser und Kupfer basierenden Datenübertragungstechnologien sind vollkommen unterschiedlich. Glasfaser sind Lichtwellenleiter (LWL), die bereits aufgrund ihrer physikalischer Eigenschaften Kupfer in vielen Kategorien überlegen sind.
Quelle: Breitband.NRW (2017): Breitbandtechnologien und Ausbauszenarien, www.industry-electronics.de/information/glasfaser-vs-kupfer, https://spotfolio.com/2019/02/13/rekord-datenuebertragung-im-glasfasernetz-mit-verfahren-der-tum/, https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0301282.html
Höhere synchrone Bandbreite
- Aktuell sind bis zu 100 Gbit/s mit Glasfaseranbindung möglich. Potentiell mehr (500 Gbit/s wurden bereits auf einer Teststrecke gemessen)
- Glasfaser kann mehr Daten mit einer höheren Genauigkeit übertragen als Kupfer
- Geschwindigkeit abhängig vom verwendeten Kabeltyp
Kosten
- Kurzfristige Anschaffung zwar teuer, langfristig amortisiert sich das Glasfaserkabel allerdings
- Weniger Ausfallzeigen, geringere Wartungskosten, weniger Hardware
Sicherheit
- Glasfaserkabel strahlen keine elektromagnetische Strahlung aus
- Gesamte elektronische Ausstattung und Hardware kann von einer zentralen Stelle aus gesteuert werden und benötigt deutlich weniger dezentrale Technik
Zuverlässigkeit und Immunologie
- Immun gegen Umwelteinflüsse, die Kupfer beeinflussen würden
- Leichter, dünner und langlebiger als Kupfer
- Kern ist aus Glas (nicht leitfähig), was dazu führt, dass er bei Spannungsschwankungen, wie bei einem Blitzeinschlag, unempfindlich ist
- Kein Einfluss von elektromagnetischen Interferenzen (z. B. Funkstörung)
- Keine Impedanzprobleme oder Cross-Talk-Probleme
- Schutz vor Temperatur, Nässe und Feuchtigkeit
Physikalisches Prinzip
- Beim sogenannten Lichtwellenleiter (LWL) übernehmen Photonen den Transport von Informationen
- Somit werden nicht elektrische, sondern optische Signale übertragen, was zu mehr Geschwindigkeit führt, allerdings eine Signalumwandlung voraussetzt
Größere Distanzen
- Das Signal in einem Glasfaserkabel besteht aus Licht, was weniger Signalverlust während der Übermittlung mit sich bringt
- Damit können mit Glasfaser Daten mit höhere Übertragungsraten über größere Distanzen transportiert werden
Nachhaltigkeit
- Eine flächendeckende Glasfaser-Infrastruktur schon die Umwelt, da diese weniger Wartungsarbeiten bedarf
- Wesentlich geringerer Stromverbrauch des Gesamtnetzes führt zu einer verbesserten Klimabilanz
- Geringe Ausfallzeiten, Wartungskosten und wenig Hardware sorgt zudem dafür, dass die laufenden Kosten deutlich geringer sind als bei kupferbasierten Technologien
Ein Blick ins Glasfaserkabel
Das Bild zeigt eine einzelne Faser, in deren Zentrum der eigentliche Glasfaserkern steckt. Innerhalb eines Glasfaserkabels werden in der Regel 12 Fasern gebündelt und in Paketen von 96, 192 oder 384 Fasern verlegt. Die Faser ist durch eine Beschichtung und einen Mantel vor äußeren Einflüssen geschützt. Das Mantelglas sorgt vereinfacht gesagt dafür, dass das Licht im Kern bleibt (Totalreflexion – Ohne das Mantelglas würden Lichtwellen ab einem gewissen Einfallswinkel (Grenzwinkel) den Kern verlassen).
Der Durchmesser des Kerns kann dabei entweder 9 μm (bei Singlemode-Fasern) betragen oder zwischen 50 und 62,5 μm (bei Multimode-Fasern) liegen. Singlemode-Fasern verfügen über eine geringe Dämpfung des Signals, kaum Laufzeitverschiebungen aufweisen und besonders für große Distanzen und hohe Bandbreiten geeignet sind. Durch den geringeren Aufwand in der Herstellung sind Multimode-Fasern günstiger, verfügen über eine einfache Verbindungstechnik und für den Einsatz bei Verbindungslängen unter 300 m optimal geeignet.
Quelle: Breitband.NRW (2017): Breitbandtechnologien und Ausbauszenarien, https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0301282.html
Sie verstehen nur Bahnhof?
Wir haben einige relevante Begriffe für Sie definiert
Allgemeines
Breitband
Der Begriff „Breitband-Internet“ wird in der Regel als Internetzugang verstanden, bei dem deutlich schnellere Datenübertragungsraten erzielt werden können als zu Beginn des Internets. Mit modernen Glasfaser-basierten Anschlüssen können abermals deutliche schnellere Datenübertragungsraten im Vergleich zu z. B. DSL erzielt werden. Daher verwenden wir den Begriff „Breitband“ stellvertretend für Kupfer-basierte Technologien und „Datenübertragung“ universell. Mehr dazu hier
Bandbreite
Die Bandbreite bestimmt die Leistung von Netzwerken, also welche Datenmenge (Megabite = Mbit) in einem Zeitabschnitt (Sekunde = s) übertragen werden kann (Mbit/s). Mehr dazu hier
Gigabit-Gesellschaft
Eine Gigabit-Gesellschaft stellt laut Definition des BMVI eine „fortgeschrittene Informationsgesellschaft, die vollständig von Informations- und Kommunikationstechnik durchdrungen ist“ dar. Mehr dazu hier
Technisches
Kupfer-, Koaxial-, Glasfaser-Kabel
Die Datenübertragungsrate eines Internet-Anschlusses ist wesentlich durch die Art und Weise der Anbindung an das Netz beeinflusst. Bei einem leitungsgebundenen Anschluss kann hier Kupfer-, Koaxial- oder Glasfaser-Kabel verlegt sein. In der Realität sind häufig Mischformen zu finden, welche die Bandbreite wesentlich beeinflussen.
DSL, HFC, FTTH/FTTB/FTTD
Basierend auf den Anschluss der sogenannten „letzten Meile“ eines Teilnehmers spricht man von unterschiedlichen Varianten. Ist dieser beispielsweise mittels einem Kupfer-Kabel angebunden, spricht man von (Asymmetric) Digital Subsriber Line ((A)DSL).
Koaxial-Kabel finden sich häufig im SAT Bereich. Sie werden in Verbindung mit Glasfaser-Kabeln ebenfalls zur Datenübertragung für Internet verwendet (Hybrid Fiber Coax = HFC).
Bei einem Anschluss des Teilnehmers mit Glasfaser kann weiter danach differenziert werden, wie weit das Kabel läuft. So kann ein Gebäude, allerdings nicht die darin befindlichen Wohneinheiten, angeschlossen werden (Building = B), ein (Ein- oder Mehrfamilien-) Haus mit Glasfaser versorgt werden (Home = H) oder das Kabel gar bis zum Schreibtisch gezogen werden (Desk = D). Wird also ein Einfamilienhaus angeschlossen, spricht man von „Glasfaser bis zum zu Hause“ (engl. „Fiber To The Home“ = FTTH).
Überblick verschiedener Technologien
Grob kann hier zwischen leitungsgebundenen- und Funk-Technologien unterschieden werden. Auf einer zweiten Ebene kann weiter nach dem zugrundeliegenden Netz unterschieden werden: Diese Leitungen können entweder auf Basis von Kupfer, Glasfaser oder einem Hybrid bestehen.
Quelle: Wernick et al. (2016): Gigabitnetz für Deutschland | Breitband.NRW (2017): Breitbandtechnologien und Ausbauszenarien
Leitungsgebundene Technologien
Kupferdoppelader
Telefonnetz (xDSL (– Vectoring))
- Flächendeckende Verfügbarkeit
- Hohe Wartungskosten
- Beschränkte Bandbreite
- Keine symmetrische Datenübertragungsraten (speziell bei hohen Bandbreiten)
- Abnahme der Leistungsfähigkeit mit zunehmender Streckenlänge
- Hohe Latenz
Koaxial-Kabel
Kabelnetz (DOCSIS 3.x)
- Keine flächendeckende Verfügbarkeit, da nur in Städten interessant
- Hohe Betriebskosten
- Höhere Kapazität der Bandbreite
- Kaum symmetrische Datenübertragungsraten (speziell bei hohen Bandbreiten)
- Hohe Latenz
Glasfaser
Glasfaser (FTTH/D)
- Keine Flächendeckende Verfügbarkeit
- Hohe Installations- allerdings sehr geringe Betriebs- und Wartungskosten
- Hohe Geschwindigkeiten in Down- und Upload
- Kaum Leistungsabfall auf Distanz
- Möglichkeit der symmetrischen Datenübertragungsraten
- Geringe Latenz
Trägermedium der Zukunft.
Funktechnologien
Satellit
- Möglichkeit, entlegene Gebiete zu versorgen
- Bandbreite langsamer im Vergleich zu anderen Technologien
Mobilfunk 4G/LTE
- Aktuell weit verbreitete Mobilfunktechnologie
- Keine besonders hohe Bandbreite
- Abhängigkeit von eingewählten Nutzern
Mobilfunk 5G
- Möglichkeit von hohen Bandbreiten
- Unabhängig von eingewählten Nutzern
- Glasfaseranschluss an Sendemast notwendig
- Kleinere Wabengröße im Vergleich zu 4G (maximal 1 km Radius bei 3,6 – 3,8 GHz)
Mobilfunktechnologie der Zukunft.
Differenzierung der Netzinfrastrukturen nach Technologie
Bei Breitbandanschlüssen kann zwischen DSL (Digital Subscriber Line), HFC (Hybrid Fiber Coax), Glasfaser und Funk unterschieden werden. Die größten Bandbreiten werden dabei über Glasfaser mit Fiber-to-the-Building (FTTB) oder Fiber-to-the-Home/Desk (FTTH/D) erzielt.
Quelle: eigene Darstellung auf Grundlage von: Bertelsmann Stiftung (2017): Ausbaustrategien für Breitbandnetze in Europa, Breitband.NRW (2017): Breitbandtechnologien und Ausbauszenarien
DSL – Bei Asymmetric-DSL (ADSL) sind sowohl der Kabelverzweiger (KVZ) als auch die letzte Meile zum Kunden mit Kupferkabel angeschlossen. Hier sind (in Abhängigkeit der Entfernungen) Datenübertragungsraten von maximal 6 Mbit/s möglich. Ist der KVZ mit Glasfaser an den Hauptverteiler angeschlossen, spricht man von VDSL. Läuft Glasfaser bis unmittelbar vor das Haus des anzuschließenden Teilnehmers (bis zum Bordstein = engl. „curb“), sind Downloadraten von bis 100 Mbit/s möglich (Abermals sinkt die Kapazität mit jedem Meter zusätzlicher Entfernung zum KVZ erheblich ab).
HFC – Die sogenannte Koax-Technologie ist in unserer Abbildung vereinfacht dargestellt. Hier läuft das Glasfasernetz ebenfalls bis zu einem gewissen Punkt im Netz, Teilnehmer werden allerdings mit kupferbasiertem TV-Kabel angeschlossen. Aktuell können hierdurch höhere Downloadraten von aktuell bis zu 1.000 Mbit/s möglich. Die DOCSIS 3.1 Technologie soll hierbei nochmals deutlich mehr bieten können.
Glasfaser – FTTB und FTTH/D Technologien benötigen keinen KVZ und liefern ab einem Point-of-Presence (PoP) Glasfaser zu den Teilnehmern. Hier sind symmetrische Datenübertragungsraten ab 1.000 Mbit/s möglich. Keine andere Technologie kann Daten mit diesen Geschwindigkeiten übertragen.
Dark Fiber
Als Dark Fiber werden unbeleuchtete Lichtwellenleiter bezeichnet, die vom jeweiligen Nutzer eigenständig betrieben werden. Dieser hat damit die Möglichkeit, private und vollständig an die eigenen Bedürfnisse angepasste Netzwerke aufzubauen.
Quelle: Broadgroup European Dark Fibre Markets
Variabel
Möglichkeit, mehrere Wellenlängen (= Wavelenght) einer einzigen Glasfaser bei fixen Kosten zu beanspruchen
Geschwindigkeit
Höhere Down- und Upload-Geschwindigkeiten sowie Symmetriefähigkeit
Flexibilität
Möglichkeit des kundenindividuellen und bedarfsorientierten Nachrüstens
Langlebig
Nutzung über längeren Zeitraum als bei üblichem Kupferkabel
Sicher
Exklusive Nutzung einer Faser führt zu besonderer Sicherheit
