Lösungsansätze für die breitbandige Anbindung von Endkunden mit Glasfaser auf der Letzten Meile 19.02.2010 KEYMILE 2010
Inhalt Einleitung 4 1 Begriffsdefinition FTTH und FTTB 5 1.1 Einfamilienhäuser: 5 1.2 Mehrfamilienhäuser: 5 2 Wieviel Bandbreite benötigt der durchschnittliche Nutzer 5 3 Kabel-TV versus IPTV 7 4 Technische Realisierung von modernen TV-Lösungen über Glasfaseranschlusstechnik 8 5 PON oder Ethernet-PtP: Die richtige Technik für Glasfasernetze 9 6 Knackpunkt Hausverkabelung 9 6.1 Verwendung der vorhandenen Infrastruktur 9 6.1.1 Einfamilienhaus ohne Kabel-TV-Anschluss 10 6.1.2 Einfamilienhaus mit Kabel-TV-Anschluss 10 6.1.3 Mehrfamilienhaus ohne Kabel-TV-Anschluss 10 6.1.4 Mehrfamilienhaus mit Kabel-TV-Anschluss 10 6.2 Installation der neuen Infrastruktur 10 6.2.1 Glasfaser Verkabelung 10 6.2.2 Ethernet- (Kupfer) Verkabelung 11 6.2.3 Telefon-Verkabelung 11 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 2
6.3 Gegenüberstellung: Verlegen von neuer Infrastruktur vs. Verwendung von vorhandener Infrastruktur 11 6.3.1 Verlegen von neuer Infrastruktur im Haus durch den Diensteanbieter 11 6.3.2 Verwendung bestehender Infrastruktur 12 7 Geräte für den Hausgebrauch in FTTB- und FTTH-Netzen 12 7.1 Glasfaser-Netzabschluss (ONT) 12 7.2 Micro-DSLAM 12 7.3 Ethernet-Verteiler (Switch), optisch 12 7.4 Ethernet-Verteiler (Switch), elektrisch 13 7.5 Kundenendgerät-CPE 13 7.6 Zusätzliche Geräte für Kabelfernsehen 13 7.6.1 WDM-Demultiplexer 13 7.6.2 Kabel-TV-Umsetzer 13 7.7 Einsatz von PON für oben beschriebene Einsatzfälle 13 8 Die richtige Strategie 14 9 Fazit 14 10 Glossar 15 Über KEYMILE 16 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 3
Einleitung Breitbandige Telekommunikationsdienste sind für viele Anwender mittlerweile aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Schnelle Internetzugänge teilweise bereits mit Fernsehen über DSL (IPTV) liegen im Trend und werden mittlerweile von allen Netzbetreibern angeboten. Dabei beruht die Datenübertragung zum Teilnehmer in den meisten Fällen noch immer auf den alten Kupferkabeln, die ursprünglich nur für Telefondienste gedacht waren. Mit unterschiedlichen DSL-Übertragungsverfahren konnte in den letzten 12 Jahren die Übertragungsgeschwindigkeit auf Kupferkabeln um den Faktor 10 500 (abhängig von der Leitungslänge) gesteigert werden. Mit VDSL2 ist jedoch annähernd das Ende der Geschwindigkeitssteigerung über Kupferkabel erreicht, und auch diese Steigerungen sind nur mit deutlich reduzierten Anschlussleitungslängen erzielbar. Es gibt zwar weiterhin Neuentwicklungen (z.b. DSM Dynamic Spectrum Management), allerdings sind in Bezug auf Geschwindigkeit und Reichweite keine großen Sprünge mehr zu erwarten. Neue Dienste wie IPTV in HD-Qualität und Internet-Applikationen wie YouTube oder Google (Chrome OS) benötigen jedoch immer höhere Bandbreiten, welche mit der heutigen Netzstruktur in der nahen Zukunft nicht mehr bewältigt werden können. Auf der anderen Seite drängen die Kabel-TV-Betreiber mit zusätzlichen Diensten wie Internet und Sprache in den Markt der TK-Diensteanbieter und vergrößern so den Wettbewerb es ist also Zeit für Veränderungen. Als Ausweg aus diesem Dilemma werden im Wesentlichen drei Ansätze verfolgt: Funktechnologien wie z.b. WiMax oder WLAN Funktechnologien eignen sich besonders in ländlichen Gebieten mit geringer Teilnehmerdichte, weil die Installation einfach und preisgünstig ist. Jedoch kann man wohl nur von einer Grundversorgung sprechen, denn höhere Bandbreiten als 2 Mbit/s pro Teilnehmer sind kaum möglich. Mittel- und langfristig lassen sich mit Funktechnologien die hohen Bandbreitenanforderungen insbesondere für TV-Empfang nicht realisieren. Fiber-to-the-curb (FTTC) Eine weitere Alternative stellt die Reduzierung der Anschlussleitungslänge dar. Hierzu verlegt man Glasfaserkabel bis zu den kundennahen Kabelverzweigern, installiert dort aktive Technik und kann damit mit Hilfe von VDSL2 Bandbreiten von bis zu 50 Mbit/s anbieten. Diese Strategie wird derzeit von der Deutschen Telekom und einigen anderen Netzbetreiber verfolgt. Der Vorteil besteht in dem relativ kostengünstigen Ausbau des Netzes, der auf dem Weg zu einer reinen Glasfaserinfrastruktur ein Zwischenschritt sein kann. Nachteilig ist jedoch, dass bei weiterhin steigendem Bandbreitenbedarf mittelfristig die Übertragungsbandbreiten zu gering sind. Fiber-to-the-Home (FTTH) Die dritte Lösung FTTH bedeutet die Umstelung der Netzinfrastruktur von Kupferkabeln auf Glasfaser. Dies bedeutet, dass alle Gebäude mit Glasfasern erschlossen werden. Das Errichten einer Glasfaserinfrastruktur bedeutet sicherlich erhebliche Investitionen, jedoch ist dies aus heutiger Sicht der einzige Weg zu einem wertstabilen und ausbaufähigem Netz der Zukunft. Dass dieser Weg auch kommerziell funktionieren kann, beweisen bereits viele Netzbetreiber mit innovativen Installationen auf der ganzen Welt. Diese White Paper beschreibt verschiedene Strategien und Lösungsansätze für den Aufbau einer nachhaltigen Glasfaserinfrastruktur und diskutiert verschiedene Möglichkeiten zum Anschluss von Ein- und Mehrfamilienhäusern. 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 4
1 Begriffsdefinition FTTH und FTTB Von FTTH (Fiber-to-the-Home) spricht man, wenn die Glasfaser bis in die Wohnung des Kunden verlegt wird, während bei FTTB (Fiber-to-theBuilding) die Glasfaser im Hausanschlussraum des Gebäudes endet und von dort aus die Verteilung im Haus über die bereits vorhandenen Kupferkabel erfolgt. 1.1 Einfamilienhäuser: Bei Einfamilienhäusern gibt es keinen Unterschied zwischen FTTB und FTTH, weil üblicherweise das Glasfaserkabel kurz hinter der Hauseinführung endet und dort direkt der Breitband-Internetanschluss bereitgestellt wird. 1.2 Mehrfamilienhäuser: In Mehrfamilienhäusern besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied zwischen FTTH und FTTB. FTTH kann in Mehrfamilienhäusern wie folgt realisiert werden: Es werden so viele Glasfasern in das Haus geführt, dass jede Wohnung mindestens eine dedizierte Faser erhält. Es wird nur eine Glasfaser in das Haus geführt und die weitere Verteilung im Haus auf optische Fasern erfolgt mittels passivem Splitter (PON) oder einem aktiven optischen Ethernet Switch (PtP). Da bisher optische Fasern nicht zur üblichen Hausinstallation gehörten (und immer noch nicht gehören) bedeutet dies in jedem Fall das Verlegen von neuer Infrastruktur im Haus. Bei FTTB befindet sich der Abschluss der Glasfaser im Keller oder Installationsraum des Gebäudes. Der Anschluss der einzelnen Wohnungen erfolgt über Kupferkabel. Das können zum einen die bereits vorhandenen Telefonkabel sein oder auch neu zu verlegende Kabel mit höheren Übertragungsbandbreiten, wie z. B. Ethernetkabel mit bis zu 1000 Mbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. 2 Wieviel Bandbreite benötigt der durchschnittliche Nutzer Beim Thema der zukünftig benötigten Bandbreite gehen die Meinungen stark auseinander. Die Einen vertreten den Standpunkt, dass Bandbreiten von 16 Mbit/s völlig ausreichend sind, um alle vom Privatnutzer benötigten Dienste übertragen zu können. Andere sprechen von bis zu 1 Gbit/s, die in naher Zukunft benötigt werden. Versuchen wir uns mit Hilfe von Diensten dem Thema zu nähern: Sprachdienste: Heute benötigt ein aktiver Sprachkanal 64 kbit/s, wenn man die Daten über VoIP transportiert ca. 80 kbit/s (ohne Komprimierung). An das derzeit eingeschränkte übertragene Frequenzband von 0.3 3.1 khz haben wir uns in den letzten 50 Jahren zwar gewöhnt, jedoch gibt es auch hier Bestrebungen die Sprachqualität zu verbessern (HD-Voice). Aber auch wenn wir Sprache in HiFi-Qualität übertragen, werden 200 400 kbit/s pro aktivem Gespräch ausreichen. Fazit: Sprache wird auch in Zukunft keine bandbreitenintensive Applikation sein. Internet: Wir erinnern uns noch an den Start des Internets als die Web-Seiten noch mit einem 28.8-kbit/s-Modem in einigermaßen erträglichen Zeiten geladen wurden. Heute bräuchte man mit dieser Bandbreite wahrscheinlich einige Minuten zum Laden einer Homepage aufgrund der vielen Bilder und Werbebanner auf den Webseiten. Aber das Surfen über statische Inhalte benötigt auch heute noch relativ wenig Bandbreite. Mit 1 2 Mbit/s kann man sich schon recht komfortabel im Internet bewegen. Was in den letzten Jahren hinzugekommen ist, sind neue Dienste, wie z. B. Web-TV oder YouTube, die aufgrund der Echtzeitübertragung von Videodaten wesentlich mehr Bandbreite verlangen. Online-Backup/ Storage-Angebote oder gehostete Web- Applikationen (die Software läuft auf einem Server beim Diensteanbieter) sind erst dann sinnvoll einzusetzen, wenn Bandbreiten von 10 Mbit/s und mehr zur Verfügung stehen und zwar nicht nur downstream, sondern 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 5
auch upstream. Ein anderes Beispiel bietet Google. Über das neue Google Betriebssystem (Chrome OS) ermöglicht das Unternehmen gratis die Nutzung von Anwendungssoftware, die über das Internet bereitgestellt wird. Die Software läuft dann nicht mehr auf dem heimischen PC, sondern auf Servern von Google. Diese Form des Application Service Provisioning (ASP) erfordert ebenfalls zusätzliche Übertragungskapazität. Fazit: In Zukunft könnten daher Bandbreiten von 100 Mbit/s, und zwar symmetrisch, für die Applikation Internet-Zugang nicht nur sinnvoll, sondern zur Nutzung der neuen Dienste erforderlich sein. Internet TV (IPTV): Um Fernsehkanäle in ausreichender Qualität zum Endkunden zu übertragen muss eine vergleichsweise hohe Bandbreite auf der Anschlussleitung zur Verfügung stehen. Im Unterschied zu Internet-Anwendungen kommt die Schwierigkeit hinzu, die Bandbreite dauerhaft und ohne Unterbrechung zur Verfügung zu stellen, um einen ungetrübten Fernsehgenuss sicher zu stellen. Dies erhöht die Anforderungen an das gesamte Übertragungsnetz im Vergleich zum Internet- Dienst deutlich. Die folgende Tabelle enthält die notwendigen Bandbreiten für die Übertragung von Fernsehsignalen in Abhängigkeit von Auflösung und Komprimierung. MPEG-2 [Mbit/s] SDTV 4 2,5 HDTV (720p) 15 10 HDTV (1080p) 35 25 MPEG-4 [Mbit/s] Die Werte der Tabelle sind nur Richtwerte, da die Komprimierungs-Algorithmen mit unterschiedlichen Parametern in Bezug auf Qualität und Komprimierung verwendet werden können. Dabei sollte die Qualität des IPTV-Signals für die Kundenzufriedenheit nicht unterschätzt werden. In den Foren von Netzbetreibern mit IPTV-Angebot beschweren sich einige Kunden über eine zu starke Komprimierung des Bildinhalts, sodass der TV-Genuss stark eingeschränkt ist. Grundsätzlich sollte wohl die Qualität eines IPTV-Dienstes mindestens mit der eines über Kabel oder Satelliten empfangenen Signals vergleichbar sein. Wenn man davon ausgeht, dass ein durchschnittlicher Haushalt mit zwei bis drei Fernsehgeräten ausgestattet ist und alle Geräte eine freie Programmwahl haben sollen, erhält man bei HDTV-Qualität (720p in MPEG4) bereits eine notwendige Bandbreite von 3 x 10 = 30 Mbit/s nur für den IPTV-Dienst. Steigt die Qualität in Zukunft auf HDTV (1080p) oder später auf 3D-TV, sind noch höhere Bandbreiten notwendig, z. B. HDTV (1080p in MPEG4) 3 x 25 = 75 Mbit/s. Fazit: Für eine zukunftssichere IPTV-Bandbreite sollte man nicht mit Datenraten für SDTV rechnen, sondern es muss HDTV berücksichtigt werden. Rechnet man die Bandbreitenanforderungen der verschiedenen Dienste zusammen ergeben sich Werte von ca. 150 Mbit/s für einen optimalen Teilnehmeranschluss im Jahr 2016 (siehe folgende Tabelle). Dienst 2010 2013 2016 Sprache POTS / ISDN 128 kbit/s POTS / ISDN (VoIP) 400 kbit/s HD Voice <2 Mbit/s Video/TV 2 SDTV-Streams mit je 4 Mbit/s 1 HDTV-Stream mit 15 Mbit/s 3 HDTV-Streams mit je ca. 15 Mbit/s 3 HDTV-Streams (Full HD Blue-Ray) mit je 25 Mbit/s Hochgeschwindigkeits- Internet-Zugang 3 Mbit/s 10 Mbit/s 100 Mbit/s Summe Bandbreite/Haushalt 25-30 Mbit/s 80-100 Mbit/s 150-200 Mbit/s Triple Play-Dienste in 2016 bereitstellen heißt, 150 Mbit/s für jeden Haushalt zur Verfügung stellen! 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 6
3 Kabel-TV versus IPTV Als vor wenigen Jahren IPTV als neuer Dienst an den Start ging, prophezeiten einige Fachleute bereits das nahe Ende von Kabel-TV und Satellitenfernsehen. Bis heute konnte sich jedoch IPTV gegen das herkömmliche Fernsehen vielerorts nicht wirklich durchsetzen. Die Gründe dafür sind vielfältig: IPTV erfordert hohe Bandbreiten zum Teilnehmer, jedoch haben die meisten Kunden derzeit weniger als 8 Mbit/s zur Verfügung. Um IPTV effizient über Telekommunikationsnetze übertragen zu können, werden zusätzlich zu den höheren Bandbreiten zusätzliche Multicast-Funktionalitäten in den Kernnetzkomponenten benötigt. Oftmals muss auch die Transportbandbreite im Kernnetz erhöht werden. Weitere Komponenten wie leistungsfähige Video-Server und Caching-Systeme bedeuten erhebliche Investitionen im Netz des Anbieters. Lizenzen und Rechte für die Übertragung von Inhalten müssen von Netzbetreibern erworben werden. Aufgrund der Investitionshöhe ist ein positiver Deckungsbeitrag oft nur bei einer recht hohen IPTV-Teilnehmerpenetration darstellbar. Weiterhin bedeutet es häufig langwierige Verhandlungen mit verschiedenen Medienanstalten. DRM (Digital Right Management) gegen unerlaubtes Kopieren von Inhalten muss in Akzeptanz einer neuen Set-Top-Box Unterbrechungen im Videostream! Für den Endkunden Neue Hausverkabelung notwendig?! Wo ist der Mehrwert gegenüber Kabel? Umschaltzeiten zu lang! einem durchgängigem Konzept realisiert werden. Auch dieser Aspekt verbirgt hohe Kosten. Der Wechselwille des Endkunden, um von seinem bisherigen TV-Dienst auf IPTV zu wechseln, ist gering, solange derselbe Inhalt nur über ein anderes Medium bereitgestellt wird. Zusätzliche Inhalte, bessere Qualität oder günstigerer Preis sind notwendige Kriterien, um Kunden von IPTV zu überzeugen. Der breitbandige IPTV-Anschluss ist bei Glasfaseranschlusslösungen entweder im Keller des Hauses, oder bei DSL-Anschlüssen am bisherigen Telefonanschluss. Beide sind in der Regel nicht unmittelbar an den gleichen Standorten, an dem die Fernsehgeräte aufgebaut sind. Die Verteilung des TV-Signals erfolgt in diesem Fall häufig über Powerline-Systeme. In Verbindung mit der erforderlichen Set-Top-Box stellt sich das Verfahren gegenüber der klassischen CATV- Verteilung über Koaxialkabel als sehr geräteintensiv dar. Betrachtet man diese Hürden auf dem Weg zu IPTV, scheuen viele Netzbetreiber derzeit die Einführung eines flächendeckenden Angebots von IPTV. Der Business-Case ist insbesondere in Märkten wie Deutschland, die eine nur gering ausgebildete Pay-TV-Kultur entwickelt haben, zumeist nicht darstellbar. Videoplattform nicht performant Woher bekomme ich Lizenzen für Bundesliga, Spielfilme etc.? Rechnet sich der Business Case? Bandbreite auf der Zugangsleitung zu gering! Für den Netzbetreiber Geräte nicht multicast-fähig Zu wenig Bandbreite im Netz! Content-Anbieter verlangen Kopierschutz (DRM)! Wie mache ich das? Welches SLA muss ich meinem Kunden bieten? Welchen Preis kann ich verlangen? Grafik 1: IPTV: Schwierigkeiten und offene Fragen 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 7
F1 F2 F3 F4 ESC 1 2 3 4 ^ Tab Crnt Win Alt Alt Gr Crnt Pos1 Insert P up End Del P do NUM LOCK Rol NUM x - 7 8 9 + 4 5 6 1 2 3 Enter 0 ESC V+ P White Paper Nichtsdestotrotz führt in der Zukunft kein Weg an IPTV vorbei. Ein auf den Konsumenten individuell zugeschnittenes Programm, virtuelle Videorekorder und interaktives Fernsehen werden in Zukunft eine wesentliche Rolle spielen und können mit IPTV realisiert werden. Kabelfernsehen dagegen ist eine seit Jahrzehnten eingesetzte Technik, Lizenzfragen sind geklärt, die Hausverkabelung ist darauf zugeschnitten und für den Endanwender ist eine bekannte Technik ein nicht zu unterschätzender Akzeptanzfaktor. Mit Hilfe der Glasfasertechnik besteht nun auf einfache Weise die Möglichkeit, gleichzeitig sowohl IPTV als auch Kabelfernsehen in gewohnter Qualität anzubieten. Somit kann das traditionelle Kabelfernsehen mit geringem Zusatzaufwand angeboten werden, ohne jedoch auf die Vorzüge von IPTV zu verzichten. Damit eröffnet sich ein äußerst einfacher Migrationspfad vom unidirektionalen Verteil- Fernsehen (Kabel-TV oder Satellit) hin zu einem interaktiven und individuellen TV-Dienst. 4 Technische Realisierung von modernen TV-Lösungen über Glasfaseranschlusstechnik Die Datenübertragungskapazität der Glasfaser ist aus heutiger Sicht so gut wie unbegrenzt. Am weitesten verbreitet sind heute noch optische Übertragungssysteme, die zwei Fasern zur Datenübertragung nutzen. Hierbei wird eine Glasfaser für die Senderichtung und eine Faser für die Empfangsrichtung genutzt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, durch die Nutzung mehrerer Wellenlängen auf einer Faser sowohl die Sende- und die Empfangsrichtung zu implementieren. Bei FTTH- und FTTB-Anwendungen wird der Transport über nur eine Faser favorisiert, weil damit die Anzahl der zu verlegenden Fasern reduziert werden kann und sich zusätzliche Kosten einsparen lassen (Spleißkosten, Patchkabel, usw.). Aufgrund des Einsatzes kostengünstiger bidirektionaler Laser-Module können alle Dienste (Sprache, Internet, IPTV) über eine Faser transportiert werden. Dabei werden die Wellenlängen 1310 nm und 1490 nm nach Ethernet-Spezifikation (IEEE 802.3) verwendet. Auf der gleichen Faser kann über eine weitere Wellenlänge (1550 nm) zusätzlich noch ein Kabel-TV-Signal übertragen werden. Das Kabel-TV-Signal wird dann mit Hilfe von WDM-Technik auf der zentralen Seite eingespeist, bis zum Teilnehmer transportiert und dort mit einem passiven Splitter wieder ausgeführt. Ein in das CPE (Customer Premises Equipment) integrierter optisch-elektrischer Wandler erzeugt daraus das übliche elektrische CATV-Signal. Optischer Verstärker Optischer Übertrager Ethernet/ IP-Netz F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 Print Rol Break 5 6 7 8 9 0? ` Q W E R T Z U I O P Ü * A S D F G H J K L Ö Ä, > Y X C V B N M ; : - n x Ethernet V V+ P P+ Telefonie FTTH CPE Kabel-TV (KOAX) V P+ TEILNEHMER ZUGANGSNETZ BACKBONE Grafik 2: FTTH-Netz mit Ethernet-PtP und Kabel-TV-Overlay 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 8
5 PON oder Ethernet-PtP: Die richtige Technik für Glasfasernetze In FTTH-Anschlussnetzen werden heute maßgeblich zwei Technologien eingesetzt: Ethernet Point-to-Point Systeme (PtP) nutzen eine dedizierte Glasfaser von der Zentrale bis zum Endkunden (Punkt-zu-Punkt) Passive-Optische-Netze (PON) teilen durch den Einsatz von passiven optischen Splittern das Signal eines optischen Senders auf mehrere (vom Splittingfaktor abhängig) optische Teilnehmeranschlussleitungen auf. Paketnetz Paketnetz Optischer DSLAM Optisches Ethernet Customer Premises Equipment (CPE) Grafik 4: PtP-Struktur Optische Leitungsterminierung (OLT) Passiver optischer Splitter Grafik 3: PON/PtMP-Struktur Optischer Netzabschluss (ONT) Der Vorteil bei der Nutzung von PON-Systemen ist die geringe Anzahl von Glasfasern in der Zentrale, der geringere Platzbedarf und die einfache Verteilung von Kabel-TV-Diensten. Der Vorteil von PtP-Systemen besteht in höheren Bandbreiten, einer besseren Datensicherheit sowie zukünftigen Erweiterungsmöglichkeiten und Wholesale-Möglichkeiten. Ausführliche Informationen über Vor- und Nachteile der verschiedenen Technologien finden Sie u.a. im White Paper Ethernet-PtP vs. PON ). Wesentlich ist, dass bei beiden Varianten eine oder mehrere Glasfasern im Haus des Endteilnehmers enden. 6 Knackpunkt Hausverkabelung Was nützt die leistungsfähigste Übertragungstechnik, wenn der Hauseigentümer nicht bereit ist neue Kabel zu verlegen, damit die letzten Meter in die Wohnung überbrückt werden können? Die im folgenden Abschnitt diskutierten Aspekte sind sehr wesentlich für die Akzeptanz der Endkunden oder des Hauseigentümers für FTTH/FTTB und ebenso für den Erfolg des Netzbetreibers für den Rollout der Glasfaserinfrastruktur. Dabei sind die unterschiedlichen Gegebenheiten in Einfamilien- und Mehrfamilienhäusern zu berücksichtigen. Die folgenden Abschnitte beziehen sich auf die aktuellen Gegebenheiten in Westeuropa, wobei diese häufig auch auf andere Länder übertragbar sind. 6.1 Verwendung der vorhandenen Infrastruktur Um die Nutzung der bestehenden Infrastruktur zu ermöglichen ist eine Bestandsaufnahme der heutigen Hausverkabelung notwendig. 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 9
6.1.1 Einfamilienhaus ohne Kabel-TV- Anschluss Telefonverkabelung: Vorhanden, üblicherweise mindestens 4 x 0,6 mm Kupferdoppelader in einen oder mehrere Räume. Ethernetverkabelung: gegebenenfalls vorhanden, wenn derzeit schon DSL genutzt wird. Kabel-TV-Verkabelung: nicht immer vorhanden; ggf. besteht eine Koax-Verkabelung von einer Satelliten-Empfangsanlage in einen oder mehrere Räume. Diese ist jedoch meistens nicht nutzbar für FTTH/FTTB aufgrund des falschen Einspeisepunktes (Dachboden anstelle von Keller). Glasfaserverkabelung: nicht vorhanden. 6.1.2 Einfamilienhaus mit Kabel-TV-Anschluss Kabel-TV-Verkabelung: Koax-Kabel in einem oder mehreren Räumen vorhanden, Hauseinführung üblicherweise an der gleichen Stelle wie Telefonverkabelung Weitere Gegebenheiten wie unter 6.1.1. 6.1.3 Mehrfamilienhaus ohne Kabel-TV- Anschluss Telefonverkabelung: Vorhanden, üblicherweise 0,6 mm Kupferdoppelader in jede Wohnung, kann als Baum- oder Sternstruktur verlegt sein. Ethernetverkabelung: üblicherweise nicht vorhanden, ggf. in der Wohnung bestehende Ethernet-Verkabelung Kabel-TV-Verkabelung: nicht vorhanden, ggf. besteht eine Koax-Verkabelung von der Satellitenschüssel vom Dach in die Wohnungen. Diese ist jedoch nicht nutzbar für FTTH/ FTTB aufgrund des falschen Einspeisepunktes (Dachboden anstelle von Keller) Glasfaserverkabelung: nicht vorhanden 6.1.4 Mehrfamilienhaus mit Kabel-TV- Anschluss Kabel-TV-Verkabelung: Koax-Kabel zu den Wohnungen vorhanden, Hauseinführung üblicherweise an der gleichen Stelle wie Telefonverkabelung Weitere Gegebenheiten wie unter 6.1.3. Fazit: Soll die bestehende Hausverkabelung für die Erbringung von Datendiensten und hierzu zählt auch IPTV- genutzt werden (was häufig aus Kostengründen der Fall sein wird), ist es sinnvoll, vom optischen Netzabschluss aus beispielsweise mit einem VDSL2-Micro-DSLAM die Strecke von der Glasfaser zum TV-Gerät zu überbrücken. Der Vorteil bei optischem Kabelfernsehen ist die Möglichkeit des Anschlusses der vorhandenen Koax-Hausverkabelung an den optischen IAD. In diesem Fall ist ohne zusätzliche Aufwendungen eine TV-Versorgung möglich. Insbesondere bei Mehrfamilienhäusern ist aber vorher zu prüfen, ob bindende und unter Umständen exklusive Gestattungsverträge zwischen Hauseigentümer und dem bisherigen CATV-Anbieter bestehen. Für TV-Power-User könnte zusätzlich zur Breitband- TV-Versorgung ein IPTV-Dienst zusätzlich über den Ethernet-Datenkanal angeboten werden. 6.2 Installation der neuen Infrastruktur Die Verlegung von neuen Kabeln in Gebäuden bedeutet einen erheblichen Aufwand und somit Kosten. Besonders in Mietshäusern kann es zu Problemen kommen, wenn nur wenige Mieter eines Gebäudes an das Glasfasernetz angeschlossen werden möchten, jedoch aufgrund der existierenden Verkabelung Arbeiten in allen Wohnungen ausgeführt werden müssen, um die neue Infrastruktur zu installieren. Außerdem bedarf es der Zustimmung des Hauseigentümers, wenn ein neuer Hausanschluss installiert wird oder die vorhandene Infrastruktur geändert wird. Dem Immobilienbesitzer hingegen ermöglicht eine neue TK- und TV-Infrastruktur eine Wertsteigerung der Immobilie sowie wenn die richtigen Maßnahmen umgesetzt werden über viele Jahre Zukunftssicherheit in Bezug auf neue Telekommunikationsdienste. Folgende Varianten für eine neue Infrastruktur in Mehrfamilienhäusern sind möglich. 6.2.1 Glasfaser Verkabelung Vom Übergabepunkt (Keller, Technikraum) wird in jede Wohnung eine oder mehrere (Redundanz) Glasfasern verlegt. Aufgrund der Bruchempfindlichkeit der Fasern sollten diese in Rohren verlegt werden. 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 10
Im Technikraum gibt es entweder einen aktiven Ethernet-Switch zur Verteilung der Daten auf die Wohnungen, einen passiven Splitter (bei PON-Systemen) oder die Fasern werden direkt durchgespleißt, d.h. jede Wohnung erhält eine direkte Glasfaserverbindung zur Zentrale des Netzbetreibers. Eine zusätzliche Verkabelung für Kabel-TV ist nicht unbedingt notwendig, da das Fernsehsignal auch über die Glasfaser transportiert werden kann. Dies hängt aber vom eingesetzten Übertragungssystem ab und erhöht die Kosten der eingesetzten Geräte. Empfehlung: Falls nicht schon vorhanden, sollten zusätzlich zur Glasfaser Koax-Kabel für Kabel-TV mit verlegt werden. Bewertung: Glasfaserkabel bieten zwar die größte Zukunftssicherheit in Bezug auf Bandbreite, die Verlegung und die zusätzlich benötigten Komponenten innerhalb der Haushalte sind aber heute noch relativ teuer. 6.2.2 Ethernet- (Kupfer) Verkabelung Vom Übergabepunkt (Keller, Technikraum) wird in jede Wohnung ein Ethernet Kabel verlegt. Um zukunftssicher zu sein, sollte Kabel des Typs CAT5e (je nach Länge auch CAT6) verwendet werden, um Bandbreiten bis zu 1 Gbit/s zu ermöglichen. Dabei ist auf die eingeschränkte Reichweite zu beachten (Ethernet 100Base-T, 1000Base-T: 100 Meter). Soll ein Kabel-TV-Dienst angeboten werden, ist eine zusätzliche Installation von Koax- Kabeln notwendig. Bewertung: Ethernet Kabel ermöglichen eine sehr kostengünstige Gesamtlösung, die für die nächsten 10 20 Jahre ausreichend sein sollte. Nachteil: Durch die eingeschränkte Reichweite ist bei größeren Distanzen (z. B. in Büro- oder Mehrfamilienhäusern) zusätzliches Equipment notwendig. Für die spätere Installation von Glasfaserkabeln sollte die Installation in Leerrohren verlaufen. 6.2.3 Telefon-Verkabelung Ist üblicherweise bereits vorhanden, eine flächendeckende Neuverlegung von Standard Telefonkabeln ist aufgrund der geringen Übertragungsbandbreite nicht sinnvoll. Bewertung: Könnte nur in Einzelfällen sinnvoll sein (einige schlechte Kabel, ergänzende Installation, ). Glasfaser- oder Ethernet-Verkabelung bieten wesentlich höhere Bandbreiten. In Einfamilienhäusern lassen sich die oben genannten Varianten ebenfalls abbilden, jedoch vereinfacht sich die Installation durch den Wegfall der Hausverteilung. 6.3 Gegenüberstellung: Verlegen von neuer Infrastruktur vs. Verwendung von vorhandener Infrastruktur In diesem Abschnitt sollen die Vorteile der unterschiedlichen Konzepte diskutiert werden. Ausschlaggebend für die Entscheidung in die eine bzw. andere Richtung sind sicherlich hauptsächlich die kommerziellen Randbedingungen, die sich aber bei jedem Netzbetreiber unterscheiden und auch von den zu erschließenden Gebieten abhängig sind. Im folgenden sind die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Konzepte aufgeführt: 6.3.1 Verlegen von neuer Infrastruktur im Haus durch den Diensteanbieter Vorteile Zukunftssichere Infrastruktur für die nächsten 10-20 Jahre Ermöglicht den Transport von hohen Bandbreiten und neuen Diensten und damit eine Differenzierung vom Wettbewerb. Die neue Infrastruktur ermöglicht ein einfaches und immer gleichartiges Systemkonzept Der Diensteanbieter kann bei entsprechender vertraglicher Gestaltung eine exklusive Nutzungsmöglichkeit dieser Infrastruktur und damit eine sehr starke Kundenbindung erreichen. Nachteile Deutliche Erhöhung der Investitionskosten im Business Case Individuelle Installation durch unterschiedlichste Gegebenheiten erfordert Fachpersonal Erfordert Genehmigung von Hauseigentümer und ggf. Mietern (auch von Mietern, die die neue Infrastruktur nicht nutzen). Kann ggf. nicht bei allen Gebäuden durchgeführt werden (Denkmalschutz). 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 11
V V+ P P+ F1 F2 F3 F4 ESC 1 2 3 4 ^ Tab Crnt Win Alt Alt Gr Crnt NUM LOCK Rol Pos1 Insert P up NUM x - End Del P do 7 8 9 + 4 5 6 1 2 3 Enter 0 ESC White Paper 6.3.2 Verwendung bestehender Infrastruktur Vorteile Keine Investitionskosten in Hausinfrastruktur Keine langwierigen Verhandlungen mit Hauseigentümern und Mietern erforderlich Funktioniert in allen Gebäuden Nachteile IPTV VoIP Telefon F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 Print Rol Break 5 6 7 8 9 0? ` Q W E R T Z U I O P Ü * A S D F G H J K L Ö Ä, > Y X C V B N M ; : - Kabel- TV Breitband- Internet Set Top Box CPE CPE V V+ P P+ Bestehende TV-Koaxial- Hausverkabelung Investitionen in VDSL2-Übertragungstechnik im Haus Bandbreiten sind auf ca. 50 100 Mbit/s beschränkt (Reichweitenabhängig). Schlechte Kabel können zu eingeschränkter Bandbreite führen Ist nur eine mittelfristige Lösung, neue Infrastruktur wird später dennoch notwendig Kabel-TV- Netz Mehrfamilienhaus Metro- Ethernet IP-MSAN CPE VDSL2 Koax GbE (mit 100/1000 Mbit/s) VDSL2- Micro- DSLAM Grafik 5: FTTB-Netzarchitektur 7 Geräte für den Hausgebrauch in FTTB- und FTTH-Netzen Im Folgenden werden die Geräte beschrieben, die je nach Anwendung im Haus des Endkunden installiert werden müssen. Dabei wird auf PON-Netzabschlüsse nicht explizit eingegangen, weil diese in der Regel herstellerkompatibel zu den eingesetzten Geräten in der Zentrale sein müssen. Wird ein PON-System verwendet, kommt also nur das ONT-Portfolio des PON-Herstellers in Frage und es hängt von der Vielfalt der angebotenen Produkte ab, ob alle weiter unten beschriebenen Anwendungen realisiert werden können. 7.1 Glasfaser-Netzabschluss (ONT) Die Glasfaser wird terminiert, d.h. die optischen Signale der Glasfaser werden in elektrische Signale umgesetzt. Die Funktion kann im einfachsten Fall mit einem so genannten Medienkonverter realisiert werden, ist aber häufig in einem Multifunktionsgerät integriert (siehe Beschreibung der verschiedenen Geräte in Kapitel 7.5 Kundenendgerät-CPE auf Seite 13) 7.2 Micro-DSLAM Ein Micro-DSLAM wird verwendet, wenn die ankommende Glasfaser im Haus terminiert und auf mehrere Wohneinheiten mittels bestehender Telefonverkabelung weiterverteilt werden soll. Micro-DSLAMs nutzen heute in der Regel VDSL2 Technologie, die eine Geschwindigkeit von bis zu 100 Mbit/s pro Teilnehmer realisiert. Als Gegenstück zum Micro-DSLAM wird ein VDSL2-fähiges Modem oder Endgerät in der Wohnung des Teilnehmers benötigt. 7.3 Ethernet-Verteiler (Switch), optisch Der optische Ethernet-Switch wird netzseitig über eine Glasfaser angeschlossen und verteilt die Daten auf optische Anschlüsse (Ports) in die Büro- oder Wohneinheiten im Haus. Dieses Gerät wird benötigt, wenn Glasfaserkabel als Hausverkabelung installiert werden. Als Gegenstück muss ein optisches Endgerät in der Wohnung des Teilnehmers installiert werden. 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 12
7.4 Ethernet-Verteiler (Switch), elektrisch Der elektrische Ethernet-Switch ist ebenso netzseitig an eine Glasfaser angeschlossen, verteilt jedoch die Daten zu den Büros oder Wohneinheiten mittels elektrischen Anschlüssen (Ports). Dieses Gerät wird benötigt, wenn Ethernet-Kabel (z. B. Cat5e) als Hausverkabelung installiert sind. Als Gegenstück muss ein Endgerät mit elektrischer Ethernet-Schnittstelle (z. B. Router oder Switch) in der Wohnung des Teilnehmers installiert werden. 7.5 Kundenendgerät-CPE Das Kundenendgerät (Customer Premises Equipment, CPE) stellt dem Teilnehmer die gewünschten Dienste an unterschiedlichen Schnittstellen zur Verfügung und ist vergleichbar mit den heutigen DSL-Endgeräten (Router, NT). Je nach Kunde sind folgende Funktionen üblich: Ethernetschnittstelle(n) zum Anschluss eines PCs oder Heimnetzwerkes WLAN Funkschnittstelle Telefonie: POTS- oder ISDN-Schnittstelle Telefonanlagenfunktion Ethernet-Schnittstelle zum Anschluss einer IPTV-Set-Top-Box (STB) USB-Schnittstelle, Drucker-Schnittstelle, Je nach verwendeter Übertragungstechnik im Haus muss das CPE netzseitig die richtige Schnittstelle in Richtung Zentrale aufweisen: Elektrische Ethernet-Schnittstelle (z. B. 100Base-T) zum Anschluss an einen Ethernet Switch (elektrisch) oder optischen Netzabschluss (ONT) Optische Ethernet-Schnittstelle (z. B. 100Base-BX) zum Anschluss an einen Ethernet Switch (optisch) VDSL2-Schnittstelle zum Anschluss an einen Mirco-DSLAM PON-Schnittstelle zum Anschluss an ein PON-System Aufgrund der vielen möglichen Kombinationen sollte sich der Netzbetreiber frühzeitig auf ein Konzept festlegen. Dennoch ist für den Betreiber des FTTx-Netzes darauf zu achten, dass man sich für die Vermarktung neuer Dienstepakete sowie Preismodelle die größtmögliche Flexibilität bezüglich der Endgeräte-Auswahl vorbehält. Proprietäre Lösungen sind langfristig teurer und beschränken häufig die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten. 7.6 Zusätzliche Geräte für Kabelfernsehen Werden die Signale für das Kabelfernsehen mit auf der Glasfaser übertragen, sind weitere Funktionen und Geräte mit zu berücksichtigen. Diese sind üblicherweise mit der Funktion Glasfaserterminierung kombiniert. 7.6.1 WDM-Demultiplexer Der WDM-Demultiplexer trennt das Fernsehsignal vom Ethernet-Datensignal optisch auf und führt es auf zwei separaten Glasfasern weiter. Die Faser mit dem Datensignal wird mit Hilfe der oben beschriebenen Funktion Glasfaserterminierung weiterverarbeitet. 7.6.2 Kabel-TV-Umsetzer Der Kabel-TV-Umsetzer terminiert die Glasfaser mit dem Fernsehsignal und stellt das Signal mit Hilfe einer Koax-Schnittstelle zur Verfügung. 7.7 Einsatz von PON für oben beschriebene Einsatzfälle Üblicherweise gilt: Ersetzt man die optische Ethernet-Schnittstelle durch ein PON-kompatibles Interface, erhält man die notwendigen Anforderungen für den PON-ONT. Den Anwendungsfall FTTH in Gebäuden kann man mit Hilfe von PON-Systemen recht einfach lösen, indem man den passiven Splitter im Gebäude platziert. Die Daten werden von einer ankommenden Glasfaser auf mehrere Glasfasern (z. B. 4, 8, 16, 32 Fasern) verteilt. Von Vorteil ist hierbei, dass dieser Splitter rein passiv arbeitet und daher keine Stromversorgung benötigt. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass weder das Kabel-TV-Signal am Splitter ausgekoppelt werden kann, noch der Splitter die Funktion eines Glasfaserabschlusses bereitstellt und damit für weiterführende Verkabelung auf Kupferbasis nicht verwendet werden kann. 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 13
8 Die richtige Strategie Nach den oben beschriebenen vielfältigen Lösungsansätzen kann man nur schwerlich von der richtigen Strategie sprechen. Dafür sind die Randbedingungen und Gegebenheiten der Netzbetreiber und des zu erschließendes Gebietes zu unterschiedlich. Endgültigen Aufschluss über die Eignung einer bestimmten Technologie und die tatsächlich anfallenden Investitionskosten kann nur die spezifische Planung für ein konkretes Projekt ergeben. Folgende allgemeinen Richtlinien sollten jedoch berücksichtigt werden, um Fehlinvestitionen zu vermeiden: Es sollten genügend Glasfasern für den Hausanschluss vorgehalten werden. Auch wenn im ersten Schritt nur eine Faser genutzt wird, sollte dennoch die Möglichkeit bestehen, allen Teilnehmers zu einem späteren Zeitpunkt eine Faser bereitzustellen. Bei der Verwendung von der vorhandenen Hausverkabelung sollten die Kabel vorher auf VDSL2-Tauglichkeit geprüft werden. Bei der Neuverkabelung von Mehrfamilienhäusern sollten Leerrohre mit eingeplant werden, um eine nachträgliche Verkabelung zu erleichtern. Das Gerätekonzept sollte berücksichtigen, dass die Funktionen der Endkundengeräte einem schnellen Wandel unterliegen und einfach und unabhängig vom Glasfaseranschluss zu tauschen sein sollten. Das Geräte und Verkabelungskonzept sollte die zukünftige Erhöhung der Bandbreite von individuellen Teilnehmeranschlüssen berücksichtigen, ohne dass die Infrastruktur oder alle Geräte getauscht werden müssen. 9 Fazit Die Glasfaser bis ins Haus des Endverbrauchers ist keine Zukunftsvision mehr. Viele Netzbetreiber befinden sich derzeit in heftigen Diskussionen über die Zukunft ihrer Telekommunikationsnetze und stehen kurz vor der Investition in eigene optische Teilnehmeranschlussnetze. Die in diesem White Paper diskutierten Lösungsvorschläge und Problematiken sollen zeigen, welche verschiedenen Technologien bereits verfügbar sind und wie diese sinnvoll zu einem Gesamtkonzept zusammengefügt werden können. Aufgrund der notwendigen Investitionen muss unbedingt darauf geachtet werden, dass bezüglich der Nachhaltigkeit keine Abstriche gemacht werden. Stellt sich nach 3 Jahren heraus, dass zusätzliche Ausgaben in großem Umfang getätigt werden müssen, um beispielsweise von einer PON- Infrastruktur auf eine PtP-Infrastruktur zu schwenken, ist der Return-on-Invest auf absehbare Zeit nicht zu erreichen. Besonders bei der Prognose der notwendigen Bandbreite für die Zukunft sollten die heute schon verfügbaren Technologien berücksichtigt werden und weiterhin wesentliche Steigerungen im Bandbreitenbedarf mit eingeplant werden. Es gibt nach heutigen Erkenntnissen keinen Grund warum sich das Bandbreitenwachstum nicht in gleicher Geschwindigkeit fortsetzen sollte. Nach dem Nielsen-Gesetz sowie oben angeführten Betrachtungen zu künftigen TV-Diensten bedeutet das bereits im Jahr 2012 eine durchschnittliche Bandbreite pro Teilnehmer von über 100 Mbit/s für Power- User. Internet- Zugang (in bit/s) 100.000.000 10.000.000 1.000.000 100.000 10.000 1.000 100 10 analoges Modem 300 bit/s ISDN 144 kbit/s ADSL2plus 16 Mbit/s 1 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Quelle: Jakob Nielsen http://www.useit.com/alertbox/980405.html Grafik 6: Das Nielsen-Gesetz 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 14
Die Netzbetreiber sollten sich auch darüber im Klaren sein, dass die Glasfaser sich nicht von selbst verkauft. Dem Endkunden ist es letztlich egal, mit welcher Technologie er die Dienste bereitgestellt bekommt, sei es nun DSL, Glasfaser oder auch Funktechnik. Der gewünschte Erfolg beim Kunden kann nur dann erzielt werden, wenn auch mit der neuen Infrastruktur innovative Dienste angeboten werden, die einen attraktiven Mehrwert liefern. 10 Glossar Abkürzung Beschreibung ISDN Integrated Services Digital Network 100BaseTx ADSL AN AON APON ATM BPON CaTV CO CPE DSL DSLAM EFM EPON FTTC FTTE FTTH 10GEPON GPON HDTV ICT 100 Mbit/s Ethernet, Kupferschnittstelle Asymmetrisches DSL Access Node (Zugangsknoten) Aktives Optisches Netz ATM PON Asynchroner Transfer Modus Breitband PON Kabelfernsehen Central Office Customer Premesis Equipment Digital Subscriber Line DSL Access Multiplexer Ethernet in the First Mile Ethernet PON Fibre-to-the-Curb Fibre-to-the-Exchange Fibre-to-the-Home 10 Gigabit Ethernet PON Gigabit PON High Definition TV Information Communication Technology ITU-T LTE MDF MDU MPEG MSAN NMS OLT ONT P(A)BX PON POTS PtMP PtP QoS SDTV TDM VDSL WiMAX International Telecommunication Union, Telecommunication Standardization Sector Long Term Evolution Main Distribution Frame Multi Dwelling Unit Moving Picture Experts Group Multi-Service Access Node Network Management System Optical Line Termination Optical Network Termination Private (Automatic) Branch Exchange Passives Optisches Netz Plain Old Telephony Service Punkt-zu-Multipunkt Punkt-zu-Punkt Quality of Service Standard Definition TV Time Division Multiplex Very high-speed Digital Subscriber Line Worldwide Interoperability for Microwave Access IP Internet Protocol WLAN Wireless LAN IPTV Television over IP 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 15
Über KEYMILE KEYMILE ist Hersteller von Multi-Service-Zugangsplattformen für NGN-/FTTx-Anwendungen. Sie ermöglichen es den Betreibern von Telekommunikationsnetzen, eine Vielzahl von Sprachund Datendiensten über Kupfer- und Glasfaserleitungen bereitzustellen. KEMYILEs Fokus liegt auf Netzwerklösungen, die zukünftige Dienste unterstützen und gleichzeitig den Umsatz aus traditionellen Diensten schützen. In Telekommunikationsnetzen von Bahnen und Energieversorgern werden KEYMILE-Systeme für die sichere Datenübertragung in unternehmenskritischen Netzbereichen eingesetzt. Das Unternehmen mit Hauptstandorten in Deutschland und der Schweiz ist weltweit mit Tochterfirmen und Partnern vertreten und kann auf Systeminstallationen in mehr als 100 Ländern verweisen Herausgeber KEYMILE GmbH Wohlenbergstraße 3 30179 Hannover, Deutschland Telefon +49 511 6747-0 Fax +49 511 6747-450 Internet www.keymile.com Mail info@keymile.com 19.02.2010 KEYMILE 2010 Seite 16