Gigabit-Datenraten auf Telefonleitungen

Forscher wollen bis 2 GBit/s über Kupferdraht schicken

| Autor / Redakteur: Hendrik Härter / Andreas Donner

Hohe Datenraten über das Glasfasernetz sind kein Problem. Doch die letzten Meter sind meist aus Kupfer. Wie lassen sich hier trotzdem hohe Datenraten erreichen?
Hohe Datenraten über das Glasfasernetz sind kein Problem. Doch die letzten Meter sind meist aus Kupfer. Wie lassen sich hier trotzdem hohe Datenraten erreichen? (Bild: A.Dreher / pixelio.de)

Die letzten Meter bei der Breitbandverkabelung sind meist Kupferleitungen im Haus. Wie sich trotz bestehender Kupferverkabelung und Glasfasernetzen Datenraten von 1 bis 2 GBit/s erreichen lassen, zeigen Wissenschaftler des Fraunhofer ESK.

Um hohe Datenraten zu erzielen, müssen über symmetrische Kupferleitungen auch hohe Frequenzbereiche genutzt werden. Das ist nur möglich, wenn die Strecke, über die die Daten auf Kupferleitungen übertragen werden, verhältnismäßig kurz ist. Deswegen werden im Projekt FlexDP vom Fraunhofer ESK die Kanaleigenschaften in diesen hohen Frequenzbereichen analysiert. Darauf aufbauend entwickeln die beiden Partner Lantiq und InnoRoute den Prototyp eines flexiblen Verteilerkastens, der unabhängig von bestehenden Stromversorgungen näher am Teilnehmer installiert werden kann. Durch diese Kombination aus wissenschaftlicher Vorarbeit, Umsetzung und experimenteller Erprobung werden die Grundvoraussetzungen für praxistauglichen Betrieb von FTTdp geschaffen.

Kabeleigenschaften bei Frequenzen bis 300 MHz

Fibre To The distribution point (FTTdp) – Der evolutionär nächste Schritt auf dem Weg vom klassischen Telefonanschlussnetz (Telephone Network) hin zur vollständigen Versorgung mit Glasfaser.
Fibre To The distribution point (FTTdp) – Der evolutionär nächste Schritt auf dem Weg vom klassischen Telefonanschlussnetz (Telephone Network) hin zur vollständigen Versorgung mit Glasfaser. (Sebastian Bittl / Fraunhofer ESK)

VDSL2 nutzt das Spektrum bis maximal 30 MHz. Um noch höhere Datenraten zu erzielen, erforscht das Fraunhofer ESK die Nutzung von Frequenzen bis 300 MHz. Dabei spielen neben den Übertragungseigenschaften der Leitungen selbst, auch das Hintergrundrauschen und Impulsstörungen, die sporadisch auftreten, eine wichtige Rolle. Die höheren Frequenzbereiche ermöglichen den Einsatz neuer Übertragungsverfahren, wie G.fast, das bis zu 212 MHz nutzt und sich gerade in der Standardisierung befindet. Durch diese Erweiterung des Frequenzspektrums werden höhere Datenraten von bis zu 2 GBit/s prinzipiell möglich, allerdings nur, wenn die Kanaleigenschaften konsequent berücksichtigt werden.

Um die Situation in Deutschland realistisch zu bewerten, haben die ESK-Forscher sowohl die hierzulande verwendeten Kabeltypen identifiziert und vermessen, als auch typische Kabelinstallationen in Häusern untersucht. Basierend auf diesen Vorarbeiten und neuen Messungen im erweiterten Frequenzbereich von bis zu 300 MHz, wird im Projekt FlexDP eine Simulationsumgebung entwickelt, um beliebige Netzszenarien realitätsnah nachzustellen und praxisnah zu bewerten. So werden Probleme bei der hochbitratigen Datenübertragung frühzeitig identifiziert, damit die Forscher Lösungen für eine zuverlässige Übertragung mit Datenraten von 1 bis 2 GBit/s entwickeln können. Zudem fließen die gewonnenen Erkenntnisse in die Entwicklung und Umsetzung von zukünftigen Übertragungssystemen ein.

Kupferleitungen in hybriden Netzen kurz halten

Um höhere Datenraten zu erzielen, muss in hybriden Netzen die Länge der Kupferleitungen begrenzt werden, bei G.fast etwa auf maximal 250 Meter. Dazu müssen neue Standorte erschlossen werden, die näher an den Verbrauchern liegen. Dies wird einfacher, wenn die Verteilerkästen nicht von bereits verlegten Stromleitungen abhängig sind, sondern durch die Kupferleitungen von den Kunden selbst mit Energie versorgt werden (Reverse Power Feeding). Deswegen müssen diese etwa Schuhkarton großen Verteiler höchst energieeffizient arbeiten.

Die besondere Herausforderung bei der Fernversorgung mit Strom besteht in der schwankenden Auslastung, denn jeder der angeschlossenen Haushalte nutzt das Netz in der Regel zu unterschiedlichen Zeiten mit unterschiedlichen Anforderungen. Die von den Projektpartnern Lantiq und InnoRoute zu entwickelnden Hardware-Architekturen und Komponenten müssen daher möglichst energieeffizient sein, genauso wie die Übertragungsverfahren selbst, um dem unterschiedlichen Nutzungsverhalten der Kunden zu entsprechen.

Sollte nur ein Kunde sein Modem einschalten, muss bereits diese Strommenge ausreichen, um den Verteilerkasten zu betreiben. Sende- und Empfangsbaugruppen müssen daher dynamisch an- und abschaltbar sein, was wiederum eine dynamische Veränderung der Crosstalk-Störumgebung zur Folge hat. Somit besteht eine weitere Herausforderung in der Entwicklung neuer Algorithmen für eine stabile Übertragung bei sich dynamisch ändernden Szenarien. Das ESK erarbeitet zudem Konzepte für einen Notfallbetrieb bei Stromausfall.

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