Die Technik

Was steckt dahinter?

Heutige Gebäudenetze aus einem Mix passiver Kupfer-Verkabelung und Funkstationen in den Wohnungen sind bei zunehmenden Glasfaser-Hausanschlüssen (FTTB = Fiber To The Building) und wachsender Mobilität nicht mehr zeitgemäß. Bis heute werden i. A. getrennte Datennetze für Anwendungen wie Fernsehen (Koaxialkabel), Telefon (Doppeladerleitung), Internet (Cat. 5-7 Kabel, WLAN) und Steuerung / Automatisierung (z.B. KNX) verwendet. Selbst wenn – wie in naher Zukunft erwartet und politisch gewollt – der Ausbau des Glasfasernetzes bis in die Wohnung fortschreitet (FTTH = Fiber To The Home), bleibt insbesondere in Mehrfamilienhäusern (MFH) die vertikale Anbindung zwischen dem Übergabepunkt im Keller an die einzelnen Wohnungen eine Herausforderung, will man die auf der Glasfaser (GOF) angebotene Bandbreite auch in den Wohnungen verfügbar haben. Im Gegensatz zu Einfamilienhäusern (EFH), bei denen FTTB und FTTH praktisch identisch sind (keine NE 4), stellen die Eigentumsverhältnisse in MFH zudem eine besondere rechtliche und regulatorische Situation dar.

Die Partner des Kooperationsnetzwerks F2NET bieten für diese Fälle zukunftsorientierte Lösungen an, bei denen (a) Lichtwellenleiter (LWL) konsequent als Backbone und (b) integrierte aktive Faser-Funk-Access Points (APs) zum Einsatz kommen. Diese Lösungen, die auf optischen Fasern und einem Daten-Netzwerkprotokoll (hier Ethernet) basieren, vereinfachen ganz allgemein die unterschiedlichen Strukturen von Datennetzen, so dass bisher ungenutzte Potenziale gehoben und Kosten optimiert werden können.

Optisches Backbone – Lichtwellenleiter (LWL)

Im Hinblick auf die technisch-technologischen Ziele spielt das optische Backbone die zentrale Rolle, d. h. der Lichtwellenleiter zusammen mit den Komponenten. Die Glasfaser (GOF) ist zwar in der Weitverkehrstechnik nicht mehr wegzudenken; selbst in der letzten Meile spielt sie aber noch nicht überall die zentrale Rolle – auch wenn die FTTB/H-Technik die höchsten Bandbreiten bis ins Haus liefern kann. Für Gebäudenetze ist sie allerdings nur bei der Verkabelung von Gebäuden untereinander und zwischen Stockwerken zurzeit von Bedeutung. Im Privatbereich (NE 5 im EFH und MFH) sind Glasfasern aber noch nicht die bevorzugte technische Lösung. Die SM (Single Mode) GOF ist als konfektioniertes Kabel und mit SFP- (Small Form-factor Pluggable) Transceivern heute allerdings derart preisgünstig geworden, dass F2NET ihren Einsatz auch in NE 5 in Erwägung zieht. Wirtschaftlich betrachtet, müssen allerdings noch die Installationskonzepte erarbeitet werden, die man möglicherweise aus den POF-Entwicklungen ableiten könnte. Mit dem „Cuba BiDi 1310/1550nm SM GOF“ hat die Fa. DieMount GmbH beispielsweise versucht, einen ersten Schritt in diese Richtung zu gehen – als Ansatz für weitere Entwicklungen auf der Basis strukturierter Verkabelung mittels hochfaserigen LWL-Kabel.

Faser-basierte Übertragungsstrecken im LAN-Bereich lassen sich in drei Bereiche unterteilen, die durch die verwendeten Fasern bestimmt werden und hier im Folgenden betrachtet werden.

Polymer Optische Fasern (POF) Multi-Mode Fasern (MM-GOF) Single-Mode Fasern (SM-GOF)
Kerndurchmesser 980 μm 50 μm, 62,5 μm 9 μm
Standard IEEE 802.3bv IEEE 802.3ba IEEE 802.3bm
Datenrate ≤ 1 Gbit/s 100 Gbit/s 100 Gbit/s
Reichweite ≤ 50 m ≤ 150 m ≤ 10 km
Wellenlänge 650 nm 850 nm 1550 nm

IEEE 802.3 Standards für LWL

Funk-basierte Übertragung

Für die Zielgruppen des Kooperationsnetzwerkes „F2NET – Strukturierte Faser-Funk-Netzwerke in Gebäuden“ existiert für die Vernetzung von Computern und anderen Endgeräten in den Wohnungen heute nahezu ausschließlich der WLAN-Standard. Darüber hinaus sind zwar noch zahlreiche andere Funknetzwerke für die Steuerung und Automatisierung in Gebäuden zu finden, deren einzelne Standards ebenfalls nach den 802.11 Standards konvergieren.
Bereits 1997 wurde der erste IEEE WLAN-Standard 802.11 eingeführt, der verschiedene proprietäre Systeme zur Rechnervernetzung ablöste. Seitdem hat sich die Bandbreite um mehrere Zehnerpotenzen vergrößert, und verschiedene Unterstandards betreffen Protokolle, Modulationen und Trägerfrequenzen. So wurden neben dem anfänglichen Frequenzbereich um 2,4 GHz inzwischen auch die Bereiche 5 GHz und 60 GHz sowie 0,8-0,9 GHz festgelegt.

Heute sind kommerzielle Accesspoints (APs), Router und Endgeräte in der Regel nach den Standards IEEE 802.11ac (Frequenzbereich 5 GHz) und 802.11n (2,4 GHz) zertifiziert. Bei zahlreichen Endgeräten, insbesondere aus dem Non-Consumer Bereich, sind auch noch vielfach die Standards 802.11g und 802.11a vertreten. Bereits heute sind aber auch schon verschiedene Accesspoints oder WLAN-Router nach dem Standard IEEE802.11ad im Bereich von 60 GHz kommerziell erhältlich.

Diese ermöglichen eine zukunftssichere Netzwerkinfrastruktur. Mit Blick auf die Entwicklung mobiler Endgeräte wird dem Standard IEEE802.11ax im üblichen Frequenzbereich von 2,4 GHz und 5 GHz die höchste Bedeutung in den kommenden Jahren zugeschrieben. Dieser wird ergänzt durch den Standard 802.11ay für den Bereich 60 GHz, wo höchste Bandbreiten und eine Beschränkung der Funkzellen auf einzelne Räume gefordert sind. Man darf darüber hinaus mit dem Einsatz von 5G-Netzen zu und in Gebäuden ab etwa 2020 rechnen.

2016 2018 2019
Standard IEEE 802.11ah IEEE 802.11ay IEEE 802.11ax
Bruttodatenrate ≤ 357 Mbit/s ≤ 176 Gbit/s (4xMIMO) ≤ 4804 Mbit/s
Trägerfrequenz 800-900 MHz 60 GHz 2,4 GHz, 5 GHz
Abdeckung Gebäude Raum Mehrere Räume

Künftige IEEE 802.11 Standards (MIMO bedeutet Multiple Input Multiple Output)