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Breitbandnetze und -technologien

Erstellt am: 11.06.2015 | Stand des Wissens: 22.01.2019
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Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck

Langfristiges Wirtschaftswachstum, die Entwicklung neuer digitaler Technologien und der steigende Bedarf an Internetzugängen erfordern bessere Möglichkeiten zum schnellen Austausch großer Datenmengen. Dies sind nur einige Gründe für das 10 Milliarden Euro umfassende Investitionspaket der Bundesregierung zum Ausbau von Breitbandnetzen und -technologien in Deutschland [DVF15]. Auch der Verkehrssektor verlangt aufgrund der zunehmenden elektronischen Informationsangebote und des sich ändernden Mobilitätsverhaltens nach steigenden Datenübertragungsraten [ISIM14].
Unter dem Begriff Breitbandtechnologie werden allgemein jegliche Möglichkeiten zur Übertragung größerer Datenmengen über das Telekommunikationsnetz einschließlich des Internets verstanden. Zu den Breitbandtechnologien zählt die Datenübertragung über Kabel sowie über drahtlose Netze.
Die wichtigsten kabelgebundenen Netze sind die Kupferkabel-, Fernsehkupferkoaxialkabel- und Glasfaserkabelnetze. So nutzt die kabelgebundene Digital Subscriber Line (digitaler Teilnehmeranschluss, DSL) -Technologie die nicht beanspruchte Kapazität des Kupferkabels der Telefonleitungen, Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) nutzt die vorhandenen Fernsehkupferkoaxialkabel und Lichtwellenleiter nutzen extra dafür ausgelegte Glasfaserkabel.
Die vorherrschenden Funktechnologien sind unter anderem Wireless Local Area Network (drahtloses lokales Netzwerk, WLAN), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) sowie Long-Term-Evolution (LTE). Des Weiteren bieten Satellitennetzbetreiber wie Astra und Eutelsat breitbandigen Zugang für Internet und Telefonie mit Downloadraten bis 18 Megabit pro Sekunde an. Vorteilhaft bei dieser Technologie ist der in fast ganz Deutschland mögliche Empfang und das Senden von Signalen mit Hilfe einer Satellitenempfangs- und Sendeeinheit (umgangssprachlich: Satellitenschüssel) [BMVI15c].
Abbildung 1 gibt einen Überblick zu den möglichen übertragbaren Datenraten der verschiedenen Übertragungstechnologien sowie deren Entwicklung in den letzten Jahren. Ersichtlich ist, dass Glasfaserkabeltechniken über passive optische Netze im Gigabitbereich (Gigabit Passive Optical Network, GPON) und die darauffolgende Generation dieser Netze (Next Generation-GPON, NG-GPON) die leistungsfähigsten Technologien mit den größten Breitbandkapazitäten aufweisen.
Der Ausbau der Breitbandnetze in Deutschland erfolgt regional sehr unterschiedlich. Während städtische Räume und Ballungsgebiete meist ein hohes Ausbauniveau aufweisen, besteht in vielen ländlichen Gegenden Nachholbedarf [BMVI15c]. Die sehr hohen Datenraten der neuesten Fiber To The Building (Glasfaser bis zum Gebäude, FTTB-) und Fiber To The Home (Glasfaser bis zur Wohnung, FTTH) -Glasfasertechnologien stehen bisher nur wenigen Nutzern zur Verfügung [Rudl15]. Ebenso kann die maximal mögliche Bandbreite der LTE-Technologie, der leistungsfähigen Mobilfunktechnologie, die gegenwärtig verfügbar ist, selbst in den nahezu flächendeckend versorgten Ausbaugebieten nur selten realisiert werden.

3.1_1_entwicklung-BB.jpgAbb. 1: Entwicklung der Breitband-Technologie und deren Datenraten [Stop13, S.41] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Gegenwärtig wird der Ausbau der Breitbandnetze in verschiedene Richtungen vorangetrieben. Neben der weiteren Breitbandertüchtigung der klassischen Kupferkabel, zum Beispiel durch die Vectoring- oder G.fast-Technologie, kommt auch in der Fläche zunehmend Glasfaser zur Anwendung. Dafür stehen Technologien wie Fiber To The Curb (Glasfaser bis zum Bordstein, FTTC), FTTB und FTTH. Im Bereich der breitbandigen Funknetze wird mit Nachdruck an der fünften Mobilfunkgeneration (5G) und der Nachrüstung der Mobilfunknetze mit den hierfür erforderlichen Komponenten gearbeitet. Hierbei ist jedoch hervorzuheben, dass die in Funknetzen erreichbaren Bandbreiten durchschnittlich um den Faktor 10 bis 25 hinter denen der kabelgebundenen Technologien zurückliegen (vergleiche Abbildung 1). Dies ist insbesondere auf die Komplexität der Hochfrequenztechnologie, die Eigenschaft der Funkkanäle als geteiltes Nutzermedium sowie auf physische Störeinflüsse, die mit der Funkübertragung einhergehen, zurückzuführen.
Die Nutzung der Breitbandnetze und -technologien für verkehrsspezifische Anwendungen hängt daher sehr stark vom Ausbaugrad der Netze in den entsprechenden Verkehrsräumen ab. Das Wachstum insbesondere der von mobilen Endgeräten agbesetzten Nachfrage nach Fahrplan- und Verbindungsauskünften, elektronischen Tickets und Auskünften zur aktuellen Verkehrssituation erfordert auch für den Verkehrsbereich die Verfügbarkeit gut ausgebauter breitbandiger Mobilfunknetze. Hinzu kommen die zunehmende Digitalisierung der Verkehrsinfrastruktur und der Ausbau intelligenter Verkehrssysteme, die einen verstärkten Datenaustausch zwischen
  • den Verkehrsteilnehmern untereinander,
  • den Verkehrsteilnehmern und Verkehrsleit- und Verkehrsmanagementsystemen sowie
  • den Verkehrsleit- und Verkehrsmanagementsystemen untereinander
verlangen. Bei mobilen Datenverbindungen kann es durch eine große Anzahl von Nutzern, die innerhalb einer Mobilfunkzelle gleichzeitig auf das Netz zugreifen, zu Netzüberlastungen und damit abfallenden (gegebenenfalls auch unzureichenden) Datenübertragungsgeschwindigkeiten kommen. Dem müssen die Mobilfunknetzbetreiber beim Ausbau ihrer Netze Rechnung tragen. Des Weiteren bedingt die zunehmende Automatisierung der Fahrzeuge eine hinreichende Leistungsstärke drahtloser Breitbandnetze, um deren verbesserte technische Kommunikation untereinander sowie mit ihrer Umgebung zu ermöglichen [Roos13].
Sensornetze zur Steuerung automatisierter Prozesse wie zum Beispiel Bluetooth oder ZigBee werden gegenwärtig nicht als Bestandteile der Breitbandtechnologie angesehen. Durch eine massenhafte Anwendung, zum Beispiel innerhalb der Ad-hoc-Netze zeichnen sich jedoch Tendenzen ab, dass auch diese Technologien zukünftig zu den Breitbandnetzen gezählt werden.
Ansprechpartner
Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck
Literatur
[BMVI15c] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.) Breitbandatlas, 2015
[DVF15] Deutsches Verkehrsforum e.V. (Hrsg.) 10 Milliarden Euro für den Breitbandausbau in Deutschland, 2015/03/26
[ISIM14] Ministerium des Innern, für Sport und Infrastruktur des Landes Rheinland-Pfalz (Hrsg.) Breitbandnetze der nächsten Generation - Auf- und Ausbau von Hochgeschwindigkeitsnetzen in Rheinland-Pfalz, 2014/01
[Roos13] Van Roosebeke, B., Baran, A.-K., Eckhardt, P., Kiesow, A. Moderne Breitbandinfrastruktur in Deutschland und Europa.
Relevanz, Bestand und Regulierung, 2013
[Rudl15] Rudl, T. Breitbandausbau: Glasfaseranschlüsse in Deutschland Mangelware, 2015/07/01
[Stop13] Stopka, U., Pessier, R., Flößel, S., Breitbandstudie Sachsen 2030
Zukünftige Dienste, Adaptionsprozesse und Bandbreitenbedarf, 2013/01
Glossar
Bluetooth Technologie für die drahtlose Übermittlung von Sprache und Daten über kurzwe Distanzen im frei verfügbaren ISM-Band (Industrial-Scientific-Medical-Band)
PON
Als Passive Optical Networks (PON) (deutsch: Passive optische Netze) werden Glasfasernetz verstanden, die ohne aktive Komponenten bei der Signalverteilung  auskommen Sie sind im Bereich zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmeranschluss für Gigabit-Glasfaseranschlüsse installiert und funktionieren als Zugangsnetze zum weltweiten Daten- und Kommunikationsnetz. GPON (Gigabit Passive Optical Network) ist eine Technologie auf Basis von passiven optischen Netzen (PON). Mit Hilfe dieser Technologie werden im Down- und Upstream Datenraten bis zu 2,5 Gigabit pro Sekunde möglich.
Mit der Entwicklung der nächsten Generation dieser Netze, den sogenannten NG-GPON (Next Generation-GPON), werden diese Datenraten nochmals deutlich gesteigert.
Vectoring
Vectoring ist eine Netztechnologie, die zur Erhöhung der Datenraten in Kupferkabelleitungen Anwendung findet. Die Vectoring-Technologie kann die zum Teil erheblichen elektromagnetischen Störungen, die durch Fremd- und Störsignale, durch Interferenzen, Übersprechen und Nahnebensprechen auf den Teilnehmeranschlussleitungen entstehen, verringern und kompensieren. Damit werden höhere Datenraten ermöglicht.
DSL
Abkürzung für Digital Subscriber Line (digitaler Teilnehmeranschluss)
Unter DSL werden Übertragungsstandards verstanden, die über einfache Kupferleitungen hohe Übertragungsraten (bis zu 1.000 Megabit pro Sekunde) ermöglichen. In Deutschland war dies lange Zeit ein Synonym für einen Breitband-Internetzugang.
xDSL bedeutet die Zusammenfassung verschiedener DSL-Verfahren.
Von VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line) spricht man bei Hybridnetzen aus Glasfaser- und Kupferleitungen, wobei die Glasfaser möglichst nah an den Kunden herangeführt wird, um hohe Datenübertragungsraten zu erreichen.
ZigBee ZigBee ist eine Funknetztechnik, die für die Übertragung von kleinen Datenmengen entwickelt wurde. Sie kommt zum Beispiel bei der Steuerung, Überwachung und Automatisierung von Fertigungsprozessen zum Einsatz und wird zudem bei der Gebäudesteuerung und bei Anwendungen zur intelligenten Haussteuerung per Smartphone verwendet.
Ad-hoc-Netz Kommunikationsnetze oder -netzwerke, die sich nur für die Dauer der Kommunikation aufbauen. Zwei oder mehr Endgeräte verbinden sich zu einem vermaschten Telekommunikationsnetz. Diese Netze bauen sich selbständig auf und konfigurieren sich selbständig.
FTTH FTTH - Fiber To The Home (Glasfaser bis zur Wohnung) bezeichnet eine Glasfaseranschlusstechnik, bei der der Glasfaserausbau bis zur Wohneinheit erfolgt. Das heißt die Glasfaserleitung endet nicht im Verteilkasten am Bordstein (FTTC) oder im Technikraum beziehungsweise im Keller eines Gebäudes (FTTB), sondern wird bis in die Wohnung geführt. Diese Technologie ermöglicht Highspeed-Internet, digitales Fernsehen in hochauflösender Qualität (sogenanntes HDTV - High Definition Television) und höchste Sprachqualität beim Telefonieren.
FTTB FTTB - Fiber To The Building (Glasfaser bis zum Gebäude) bezeichnet eine Glasfaseranschlusstechnik, bei der der Glasfaserausbau bis zum Gebäude erfolgt. Die weiterführenden Verbindungen im Gebäude bis zum Teilnehmeranschluss werden über die vorhandenen Kupferkabel realisiert. Diese Technologie wird für das VDSL- und VDSL2 Verfahren benutzt.
WLAN
Als Wireless Local Area Network (WLAN, deutsch: drahtloses lokales Netzwerk) wird ein lokales Funknetz und dessen verschiedene Techniken und Standards bezeichnet.
FTTC
FTTC - Fiber To The Curb (Glasfaser bis zum Bordstein) bezeichnet eine Glasfaseranschlusstechnik, bei der der Glasfaserausbau von der Ortsvermittlungsstelle bis zum Schaltverteiler am Bordstein erfolgt. Die weiterführenden  Verbindungen bis zum Teilnehmeranschluss werden weiterhin über vorhandene Koaxialkabel oder andere Kupferkabel  realisiert. Diese Technologie wird überwiegend in städtischen Bereichen verlegt und für das VDSL-Verfahren benutzt.
5G Als 5G wird die fünfte Generation von Mobilfunknetzen nach LTE (4G), UMTS (3G), GSM (2G) und dem analogen Mobilfunknetz bezeichnet, an der gegenwärtig geforscht wird. Innerhalb dieser Netze werden Mobilfunkgeräte innerhalb einer Funkzelle direkt miteinander kommunizieren und so die jeweilige Basisstation entlasten.
LTE
Long-Term-Evolution (LTE) ist nach dem analogen Mobilfunknetz, dem GSM-Standard (2G) und dem UMTS-Standard (3G) der inzwischen vierte Mobilfunkstandard (4G), der deutlich höhere Downloadraten mit bis zu 300 Megabit pro Sekunde erreichen kann.
LTE-Advanced, kurz LTE-A, ist eine Erweiterung von LTE und soll Datenraten bis zu einem Gigabit pro Sekunde beim Herunterladen von Inhalten erzielen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das klassische LTE Netz mit der neuen Technologie aufgerüstet werden.
UMTS Abkürzung für Universal Mobile Telecommunications System. Internationaler Standard für zellulare Mobilfunknetze, der bei einer Datenübertragungsrate von bis zu 2 Megabit pro Sekunde neben den klassischen Mobilfunkdiensten auch mobile Multimediaanwendungen und einen Internetzugang ermöglicht.
DOCSIS DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) ist ein weltweit einheitlicher Standard für die Datenübertragung mit Kabelmodems in Kabelfernsehnetzen. Die erste Version DOCSIS 1.0 wurde hauptsächlich für den Internetzugriff über Kabelfernsehnetze entwickelt. Bei den weiteren Versionen, die inzwischen entwickelt wurden, steht insbesondere im Vordergrund, die verfügbare Bandbreite pro Nutzer zu steigern.
G.fast G.fast ist ein Industriestandard. Er wurde durch die Internationale Fernmeldeunion (englisch International Telecommunication Union, ITU) standardisiert und ermöglicht die schnelle Anbindung des Internet über Kupfer-Doppeladern. G.fast ist damit eine hochbitratige Anschlusstechnik an die Vermittlungseinrichtung, die sogeannten Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM), wie sie bei FTTH oder FTTB zum Einsatz kommen, um optische Signale der Glasfasertechnik in elektrische Signale zur Übertragung in Kupferkabeln umzuwandeln.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?450647

Gedruckt am Samstag, 8. August 2020 08:29:56