Um zu verstehen, wie die Glasfasertechnologie unsere Konnektivität weiter optimiert, muss man die folgende Frage beantworten: Was ist GPON? Wir erklären, wie es funktioniert.

Um uns zu Hause mit schnellem Internet zu versorgen, stehen Telekommunikationsbetreibern verschiedene Technologien zur Auswahl. Die modernste basiert auf Glasfaserkabeln und wird deshalb Fibre-to-the-Home (FTTH) genannt. Die in Europa gebräuchlichere FTTH-Variante ist das Gigabit Passive Optical Network, kurz GPON. Hier erfahren Sie, wie GPON funktioniert.

Die Entwicklung des Internets: schneller, besser, stärker

Seit Mitte der 1990er-Jahre hat das Internet unser Leben revolutioniert. Die Nachfrage nach schnellerem und noch zuverlässigerem Datenverkehr wächst unaufhörlich weiter. High-Definition- oder 4K-Streaming, Telearbeit und Videokonferenzen sind einige der häufig genutzten Internetdienste, die den Bedarf an Datenmengen und Bandbreiten explosionsartig in die Höhe treiben. Die Ausgangsbeschränkungen und der Lockdown während der Covid-19-Krise haben gezeigt, wie wichtig eine gute, zuverlässige Internetverbindung in den eigenen vier Wänden ist. Dank schnellem Internet können wir effizient von zu Hause arbeiten, unsere Unterhaltungsgewohnheiten beibehalten und per Videokonferenz mit Familie und Freunden Kontakt halten. Während dieser Zeit hat der Datenverkehr in allen Netzen deutlich zugenommen.

Die ersten Telekommunikationsnetze setzten Kupferkabel als Medium für die Signalübertragung ein. Viele Jahre lang wurden diese Netze für grundlegende Telefoniedienste, hauptsächlich für Sprachanrufe und Telegramme, genutzt. Mit der Verbreitung des Internets seit Mitte der 1990er-Jahre wurden Sprachanrufe nach und nach durch Daten ersetzt. Und weil Kupferkabel bei der Datenübertragung schnell an ihre Grenzen stießen, wurde ein neues Medium entwickelt: die Glasfasertechnologie.

Aber warum können mit der Glasfaser höhere Geschwindigkeiten und Bandbreiten erreicht werden als mit der Kupfertechnologie? Kupferkabel übertragen Elektronen, Glasfaserkabel dagegen Photonen. Mit anderen Worten: Glasfasern leiten Informationen per Lichtwellen weiter, die sich deutlich schneller bewegen als Elektronen. Zudem schwächen sich Lichtsignale auch über große Entfernungen nicht so stark ab wie die elektrischen Signale in Kupferkabeln.

Die ersten optischen Netze entstanden Ende der 1980er-Jahre. Anfänglich kam die Glasfaser bei See- oder Langstreckenkabeln zwischen Großstädten wie New York und London oder London und Paris zum Einsatz. Nach und nach wurden Kupferkabel im gesamten Internet-Kernnetz, dem Backbone, durch optische Kabel ersetzt.

Als die Backbones ihre Kapazität mithilfe der Glasfaser erhöht hatten, hielt die Technologie allmählich breiteren Einzug – zunächst in große Unternehmen und öffentliche Verwaltungen und schließlich auch bei uns zu Hause.

GPON – ein Lichtfluss

Wie ist ein GPON aufgebaut?

Der Optical Line Terminal (OLT) ist das Hauptelement des Netzwerks und befindet sich in der Vermittlungsstelle des Telekommunikationsbetreibers, dem Central Office. Ein Laser im OLT speist die Photonen von der Vermittlungsstelle in einen Lichtwellenleiter aus Glas und Kunststoff ein, der an einem passiven optischen Splitter endet. Der Splitter teilt das von der Vermittlungsstelle erhaltene Signal in zahlreiche Signale, die schließlich an bis zu 64 Ausgänge (Kunden) weitergeleitet werden. Die Anzahl der Kunden, die von einem Laser bedient werden, hängt von den technischen Parametern des Betreibers ab. Häufig reduziert der Betreiber die Anzahl der Ausgänge auf 32.

Zudem kann der Betreiber das Signal auch zweimal teilen, zum Beispiel einmal in acht und im weiteren Verlauf des Kabels noch einmal in vier. Die maximale Entfernung zur Vermittlungsstelle kann 20 Kilometer betragen. Allerdings begrenzen die Betreiber die Distanz in der Regel auf 16 Kilometer, um einen guten Service bieten zu können.

Für Andrés Gavira Etzel, leitender Ingenieur bei der Europäischen Investitionsbank, liegt der Vorteil der Glasfaser in der geringeren Signaldämpfung, d. h., anders als beim Kupferkabel bleibt die Signalstärke über große Entfernungen weitgehend erhalten.

„Man kann sich die beiden Technologien wie einen Fluss vorstellen, der durch eine kleine Stadt fließt“, erklärt der Ingenieur. „Beim Kupfer wird der Kanal immer schmäler, sodass es für die Elektronen immer schwieriger wird, hindurch zu fließen. Bei der Glasfaser ändert sich der Kanal nicht, und die Photonen können ihren Weg weitgehend ungehindert bis zum Endpunkt fortsetzen. Zusätzlich verändert das Signal eines Kupferkabels das Signal eines benachbarten Kabels, wodurch sich die Signalstärke noch weiter verschlechtert.“

Im Umkreis von 16 Kilometern um eine Vermittlungsstelle steht dadurch allen Haushalten schnelles Internet zur Verfügung. Bei der ADSL-Technologie wird das Signal mit zunehmender Entfernung hingegen immer schwächer, wobei der Signalverlust nach drei Kilometern bereits erheblich ist.

Die Glasfasertechnologie ist mindestens zehnmal leistungsfähiger: Während kupferbasierte Netze Übertragungsraten von bis zu 100 Megabit pro Sekunde erreichen, schaffen optische Netze bis zu einem Gigabit pro Sekunde. Oft sind die Unterschiede sogar noch größer, weil die Übertragungsrate bei Kupferkabeln meist unter 50 Megabit pro Sekunde liegt.

Glasfasertechnologie – energieeffizient und zukunftssicher

Durch die geringere Signaldämpfung und die Möglichkeit, eine Faser vielfach zu teilen, erweist sich die Glasfaser zudem energieeffizienter als die Kupfertechnologie. Wegen der höheren Signalverluste muss Kupferleitungen von der Vermittlungsstelle aus mehr Energie zugeführt werden als dem optischen Pendant. Bei der kupferbasierten ADSL-Technologie kalkulieren die Betreiber einen Energieeinsatz von rund 1,8 Watt pro Nutzer. Wie neueste Analysen zeigen, reduziert die Glasfaser diesen Energieeinsatz auf 0,5 Watt pro Nutzer. Hochgerechnet auf Millionen von Nutzern in Europa bietet der Übergang zur optischen Faser ein hohes CO₂-Einsparungspotenzial.

Da die Technologie noch relativ neu ist, sind Glasfaserkabel in Europa noch nicht flächendeckend verlegt. Wie in der Telekommunikationsbranche üblich, arbeiten die Ausrüstungshersteller jedoch bereits an der nächsten Technologie mit noch höheren Übertragungsraten. Glasfasernetze lassen sich durch Austausch des Lasers auf die nächste Generation aufrüsten, ohne dass der kostspielige Netzausbau geändert werden muss.

„Diese Technologie ist zukunftssicher, energieeffizient und bietet mehr Möglichkeiten“, betont Andrés Gavira.

Deshalb unterstützt die Europäische Investitionsbank Länder innerhalb und außerhalb Europas bei ihren Bemühungen, allen Bürgerinnen und Bürgern schnelles und zuverlässiges Internet bereitzustellen. Zu diesem Zweck finanziert sie Glasfaserprojekte, die direkt von Betreibern oder über staatliche Programme durchgeführt werden.