Beschreibung
Da sich die Signalübertragung über Glasfasern bei großen Datenmengen bewährt hat, werden Glasfaserkabel immer weiter ausgebaut und immer dichter an den Kunden herangebracht.
Mit der Einführung von 5G sind FTTx-Architekturen zur Norm geworden und legen die Grundlage für die exponentiell wachsende Bandbreite, die vom Internet der Dinge (IoT) und einer Vielzahl neuer Anwendungen benötigt wird. Das „x“ in FTTx steht als Platzhalter für den Abschlusspunkt der Glasfaser im optischen Netz, an dem die Kupferverkabelung (Koaxial- oder Twisted-Pair-Kabel) übernehmen, zumindest wenn die Glasfaser nicht bis in die Wohnung hinein verlegt wird. Je weiter die Glasfaser führt, desto größer die Bandbreite, desto höher die Übertragungsrate und desto mehr Anwendungen und Dienste können angeboten werden.
Im heutigen Kontext der FTTx-Architekturen muss unbedingt die richtige Prüf- und Messtechnik vorhanden sein, um dem Teilnehmer von Anfang an eine optimale Dienstgüte (QoS) zur Verfügung stellen zu können. Wenn eine Fehlerdiagnose/-behebung erforderlich wird, müssen diese Tools in der Lage sein, Störungen zu lokalisieren, zu identifizieren und zu beheben, noch während sich der Techniker am Einsatzort befindet, um unnötige Wiederholungsfahrten zu vermeiden.
Der folgende Überblick beschreibt die verschiedenen FTTx-Architekturen sowie die mit den betreffenden Netztopologien und Anwendungen verbundenen Herausforderungen.
Arten von FTTx-Netzen
FTTH (Fiber-To-The-Home)
Bei FTTH wird die Glasfaser bis zum Heim- oder Privatnetz des Kunden geführt. Daher stellt diese Architektur die größte Bandbreite zur Verfügung. Allerdings ist FTTH kostenintensiv, insbesondere, wenn bereits ältere Netzwerke installiert sind. Für den Netzinhaber ist es vielleicht nicht wirtschaftlich, die vorhandene Netzarchitektur auszutauschen, so dass er sich möglicherweise für eine andere Strategie entscheidet. Daher wird FTTH für gewöhnlich bei Neubau-Projekten realisiert.
Bei einem FTTH-Netz ist der optische Leitungsabschluss (OLT) mit dem öffentlich vermittelten Telefonnetz (PSTN) sowie mit den Internet-Diensten in der Kopfstelle, also der Vermittlungsstelle (Central Office, CO), verbunden. Die Daten-, Sprach- und Videodienste werden gleichzeitig und in unterschiedlichen Richtungen bei verschiedenen Wellenlängen (Upstream: 1310 nm | Downstream: 1490/1550 nm oder Upstream: 1260 nm oder 1270 nm bei XGS-PON | Downstream: 1575 nm bei passiven optischen Netzen der nächsten Generation (PON) oder 1577 nm bei XGS-PON) übertragen. Bei 1550 nm wandelt der optische Videosender auch die HF-Frequenz analoger Videodienste in das optische Format um. Der Koppler für das Wellenlängen-Multiplex-Verfahren (WDM) fasst die Wellenlängen von 1550 nm und 1490 nm zusammen und sendet sie weiter Richtung Teilnehmer (Downstream).
Eine FTTH-Übertragungsstrecke besteht aus einer Singlemode-Faser (Verteilkabel, Drop-Kabel), die mit einem beim Kunden installierten Sender/Empfänger (optischer Netzabschluss, ONT) verbunden ist. Dieses Verteilkabel führt durch mindestens einen lokalen PON-Splitter. Der Splitter ist über ein Mehrfaser-Kabel (Zubringerkabel) mit dem OLT in der Vermittlungsstelle verbunden.
Von der Installation über die Freischaltung (Aktivierung) bis zur Fehlerdiagnose umfassen die grundlegenden FTTH-Tests die Messung der Einfügedämpfung (IL), der optischen Rückflussdämpfung (ORL), der Leistungspegel, die Anzeige der optischen Übertragungsstrecke sowie die Inspektion der optischen Verbinder.
FTTA (Fiber-To-The-Antenna)
FTTA ist eine Breitband-Netzarchitektur, bei der die Glasfaser genutzt wird, um bei neuen Antennen das Funkmodul (Remote Radio Head, RRH) mit der Mobilfunk-Basisstation zu verbinden bzw. bei älteren Antennen nachzurüsten, um die Koaxialverkabelung ganz oder teilweise auszutauschen. Da Glasfaserkabel ein geringeres Gewicht als Koaxialkabel besitzen, lassen sie sich einfacher installieren. Darüber hinaus bieten Glasfasern weitere Vorzüge, wie eine höhere Signalintegrität und eine bessere Energieeffizienz. FTTA wird für Backhaul-Netze geringer Latenz und hoher Datenübertragungsrate sowie für den Ausbau der Verkehrsbandbreite benötigt.
FTTB (Fiber-To-The-Building)
Bei FTTB wird das Glasfaserkabel bis an das Gebäude, beispielsweise in den Keller eines Mehrfamilienhauses, geführt. Die letzte Strecke bis in die Wohnung wird dann mit alternativen Methoden überbrückt. Über Glasfaser-Verteiler wird der ONT des Kunden an einen zentralen Netzverteiler angeschlossen. Der Netzverteiler-Schrank, der Splitter, Patchfelder und Faser-Management-Elemente enthält, ist ebenfalls mit der Vermittlungsstelle (CO) verbunden. Sowohl FTTH als auch FTTB sind Bestandteil des Oberbegriffs Fiber-To-The-Premises (FTTP), der alle Installationen bis zum Grundstück des Kunden umfasst.
FTTC (Fiber-To-The-Curb)
Bei FTTC wird die Glasfaser von der Vermittlungsstelle zu einem Verteilerpunkt an der Bordsteinkante („Curb“) geführt. Dieser kann sich an einem Mast oder in einem Schrank am Straßenrand in Nähe des Kunden befinden. Diese Verteilpunkte liegen näher am Kunden als die Knoten beim FTTN-Netz und bedienen eine kleinere Kundengruppe. Der Straßenverteiler ist über Twisted-Pair-Kupferkabel mit dem Kunden verbunden.
FTTN (Fiber-To-The-Node)
Bei FTTN endet die Glasfaser in einem Straßenverteiler und der Rest der Strecke zum Kunden wird über verdrillte Kupferadern (Twisted-Pair) oder Koaxialkabel überbrückt. Der Netzknoten kann sich näher oder relativ weit entfernt vom Kundengrundstück befinden. Beispielsweise kann der ADSL2+ DSLAM ganze 5 oder 6 Kilometer weit vom Kunden installiert sein. FTTN bietet eine wirtschaftliche Möglichkeit, von einem zentralen Knoten aus eine größere Anzahl von Kunden mit modernen Triple-Play-Telekommunikationsdiensten zu versorgen, ohne Glasfasern über die gesamte Strecke installieren zu müssen.
Lebenszyklus des FTTx-Netzes
Der Lebenszyklus des FTTx-Netzes umfasst mehrere Phasen. Nach der Bereitstellung werden in jedem gut geplanten Netz die einzelnen Ereignisse und die Dämpfungsbudgets der Übertragungsstrecken, wie die Positionen von Spleißen, Verteilungsmuster und Splitter-Konfigurationen, dokumentiert. Der Umstand, dass die optischen Verbinder direkt ab Werk bezogen werden, bedeutet nicht, dass sie sauber und frei von Defekten sind. Das gleiche gilt für Spleiße und andere Netzelemente. Aus diesem Grund ist jede FTTx-Installation immer gründlich zu testen. Es folgt ein Überblick über die Vorgehensweisen und die wichtigsten Test/Überprüfungen, die in den einzelnen Phasen des Netzwerk-Lebenszyklus auszuführen sind.
Installations-/Bereitstellungsphase
Die folgenden Netzelemente müssen getestet werden:
Alle Verbinder
Da fehlerhafte optische Verbinder die Hauptursache für Ausfälle in Glasfasernetzen sind, kann die Inspektion der Glasfaser-Endflächen helfen, Geld zu sparen, und Ihnen zudem die beruhigende Gewissheit vermitteln, dass das Installation in Ordnung ist. Die Verbinder zählen zu den am häufigsten übersehenen Elemente des optischen Netzwerks, obwohl Verschmutzungen, die die verschiedensten Ursachen haben können, die optische Dämpfung und die Reflexion erheblich beeinträchtigen können. Um die erforderliche Inspektion der Verbinder schnell und mühelos abschließen zu können, sollte ein vollautomatisches Prüfmikroskop in Erwägung gezogen werden. Heute werden auch Modelle mit WLAN-Schnittstelle angeboten.
Zubringerbereich
Hierbei kann es sich um ein bereits vorhandenes Netzwerk oder eine neue Installation handeln. Die Zubringerfaser sollte immer getestet werden, um sicherzugehen, dass die Spleiße die Spezifikationen einhalten und keine übermäßige Dämpfung auftritt.
Verteilerkasten/Abgrenzungspunkt zur Vermittlungsstelle (CO)/PoP
Alle Anschlüsse sind zu inspizieren. Ein OTDR zur Charakterisierung des optischen Netzes erfordert eine hohe Sachkenntnis, um die korrekten Einstellungen vorzunehmen und die gewonnenen Ergebnisse richtig zu interpretieren. Aufgrund des kurzen Abstands zwischen den Splittern und zwischen anderen Komponenten kann es notwendig sein, mehrere Messungen auszuführen, um das Netz vollständig zu charakterisieren. Daher empfiehlt EXFO eine Testlösung, die das Risiko von Bedienerfehlern senkt, da die einzelnen Parameter nicht mehr manuell ausgewählt und komplexe OTDR-Kurven nicht mehr selbst ausgewertet werden müssen. Beispielsweise verwendet der intelligent Optical Link Mapper (iOLM) vordefinierte Testkonfigurationen und Parameter mit fest eingestellten Pass/Fail-Grenzwerten für Spleiße, Verbinder (Dämpfung und Reflexion), Spleißbox-Dämpfung, Strecken-Gesamtdämpfung und ORL. In Abhängigkeit vom zu testenden Netzwerk wählen anspruchsvolle Algorithmen die Testparameter aus und legen die für das FTTx-Netz optimale Anzahl von Aufnahmemessungen fest. Eine übersichtliche Anzeige der Ergebnisse mit aussagekräftigen Symbolen auf der Faserstrecke erlauben dem Techniker den Pass/Fail-Status der einzelnen Ereignisse nach ausgewählten Standards zu bewerten. Eine derartige Lösung berücksichtigt auch die Fehlerdiagnose vom Kundenstandort aus im Zubringer- und/oder Verteilbereich oder auch hinter dem/den letzten Splitter(n) bis zur Vermittlungsstelle, was bei durchgängig gespleißten Netzen von Vorteil ist. Mit einer Nachlauffaser am optischen Verteiler in der Vermittlungsstelle/PoP wird die durchgehende Verbindung zum Abgrenzungspunkt überprüft. Nach Ausführung aller Tests wird der OLT an den optischen Verteiler angeschlossen und alle Splitter-Ports am Verteilerkasten können in Betrieb genommen werden.
Aktivierung der Dienste
Am Tag der Aktivierung (Freischaltung) der Dienste sollte der optische Leistungspegel am Verteilerkasten überprüft werden. Dafür kann ein konventioneller optischer Leistungsmesser, der bei einem GPON-Netz ohne RF-Video auf 1490 nm eingestellt wurde, oder ein PON-Leistungsmesser genutzt werden. Letzterer ist in der Lage, die Leistungspegel unterschiedlicher Downstream-Schichten, wie 1550 nm RF-Video über GPON oder beliebiger Kombinationen von GPON- und Next-Gen PON-Diensten, wie XGS-PON und NG-PON2, zu unterscheiden. Damit ist es möglich nachzuweisen, dass die Downstream-Leistung der einzelnen Wellenlängen die Spezifikationen einhalten und dass die Verteilkabel installiert werden können. Zu empfehlen sind Leistungsmesser, die in Reihe zum ONT angeschlossen werden können, damit der ONT mit dem OLT kommunizieren kann. Dieser Messaufbau erlaubt, sowohl die Upstream- als auch die Downstream-Leistung im Durchgangsmodus und ohne Unterbrechung des Dienstes zu prüfen.
Für eine Schnellüberprüfung bietet sich ein Glasfaser-Multimeter (Optical Fiber Multimeter, OFM) an. Ein OFM ist ein grundlegender Handtester für den Glasfaser-Servicetechniker und mit dem bekannten Multimeter der Elektriker vergleichbar. Das OFM erlaubt, mehrere kritische optische Parameter, wie Dämpfung (dB), optische Rückflussdämpfung (dB), Faserlänge (Meter) und Leistung (dBm) in kürzester Zeit zu messen. Es hilft dem Glasfaser-Techniker, den Status optischer Übertragungsstrecken zu prüfen und Fehlerdiagnosen an potenziellen Problemstellen auszuführen. EXFO hat mit seinem Optical Explorer den ersten Tester dieser Kategorie auf den Markt gebracht.
Zum Testen der ODN-Dämpfung und des Unterschiedes in der optischen Leistung zwischen OLT TX und ONT RX sollte ein FTTH- und Business Services Tester, wie der EX1, verwendet werden. Der Tester sollte in der Lage, den ONT zu emulieren und den Betriebsstatus des GPON, die ONU-ID, die optische RX-Leistung des ONT und die IP-Adresse anzugeben sowie einen Datenraten-Test über GPON durchzuführen.
Nach der Freischaltung sollte der Techniker vor dem Verlassen des Einsatzortes beim Kunden überprüfen, ob der Dienst wirklich wie vereinbart funktioniert, um unnötige Wiederholungsfahrten zu vermeiden. Hier kann ein Datenraten-Test, bei dem der ONT an einen unabhängigen Speed-Tester angeschlossen wird, zuverlässige Messergebnisse ausgeben, was bei Verwendung eines PC oder über das WLAN nicht immer der Fall ist.
Fehlerdiagnose und Wartung
In dieser Phase des Lebenszyklus sind ein OTDR und/oder ein iOLM mit einem gefilterten Port für eine Außerband-Wellenlänge als die wichtigsten Tools zu nennen. Ein OTDR mit Wellenlängen von 1310/1550 nm, wie es bei der Installationsphase zum Einsatz kommt, kann nicht für die Fehlerdiagnose an einem in Betrieb befindlichen „Live“-Netz genutzt werden, da es nicht zwischen der Downstream-Signalleistung und dem eigenen zurückgestreuten Lichtpuls unterscheiden kann. Außerdem besteht das Risiko, dass der OTDR-Detektor zerstört wird. Auch könnte ein Signal bei 1310/1550 nm den Live-Verkehr im Upstream des PON-Netzes unterbrechen und eventuell sogar das SFP-Steckmodul am OLT beschädigen. Die einzige Lösung besteht darin, einen gefilterten Live-Port zu verwenden, der den eingehenden Verkehr stark dämpft und die Testausführung ohne Störung der Dienste ermöglicht.
Tests an diesem Port bei 1625 nm oder 1650 nm erlauben, Faserbrüche und starke Dämpfungsereignisse deutlich anzuzeigen und zu lokalisieren. Hier bietet ein Dual-Port Singlemode-OTDR mit einem Port für Dark-Fiber-Tests (1310/1550 nm) in der Installationsphase und einem zweiten Port für Live-Fiber-Tests (1625/1650 nm) eine größere Flexibilität. Aufgrund knapper Terminvorgaben werden viele Netzwerke erst fertig installiert und danach getestet. Wenn man aber beide Optionen zur Verfügung hat, kann der Techniker die Tests in jeder Phase des Netzwerk-Lebenszyklus ausführen.
So lassen sich eine zu geringe Leistung oder Datenrate wie oben beschrieben mit einem Leistungsmesser oder einer Test- und Überwachungslösung ermitteln und mit den bei der Freischaltung der Dienste erhaltenen Werten vergleichen.
In jeder Phase Zeit und Geld sparen
Mit Hilfe cloudbasierte Abläufe sind die Manager in der Lage, Aufträge im Voraus festzulegen und zuzuweisen, die dann automatisch auf die Feldtester übertragen werden. Damit verringert sich der administrative Zeitaufwand für die Techniker im Feldeinsatz erheblich und Eingabefehler werden weitestgehend vermieden. Zu empfehlen ist eine Ende-zu-Ende Feldtest-Managementlösung mit Berichterstellung, automatischem Auftragsabschluss und Stapel-Validierung sowie mit aussagekräftiger Analyse-Funktion, wie TestFlow.
Wenn Sie das Leistungspotenzial der Cloud für Ihre Abläufe nutzen, können Sie die Einhaltung der festgelegten Vorgehensweisen sicherstellen, Aufträge schneller abschließen und in Rechnung stellen sowie Einblicke für informierte Geschäftsentscheidungen gewinnen.
Was hält die Zukunft für FTTx bereit?
Angesichts der weltweiten, beispiellosen Veränderungen mit immer mehr Menschen, die online arbeiten, an Videokonferenzen teilnehmen und sich mehr Videos ansehen, sowie des Internets der Dinge (IoT) und neuer, von 5G geförderter Anwendungen sind immer höhere Datenraten unverzichtbar. FTTx-Netze bilden eine solide Grundlage für effiziente 5G-Netze und sind daher eine kritische Voraussetzung für den weiteren Fortschritt. Die Zukunft ist Glasfaser und sie beginnt heute.
Das Ferntest- und Fernüberwachungssystem für Glasfasern (Remote Fiber Testing and Monitoring, RFTM) von EXFO versetzt die Serviceprovider und deren Dienstleister in die Lage, von Anfang an qualitativ hochwertige optische Netzwerke aufzubauen, kostenintensive Nacharbeiten zu vermeiden und eine schnellere Aktivierung und Monetarisierung zu erreichen. Mit den schnellsten HRD-Tests auf dem Markt, der hochgradig skalierbaren Bereitstellung von Testköpfen und einer intuitiven Mobile App erweist sich die cloudnative RFTM-Lösung von EXFO sowohl in Hinblick auf die Betriebskosten (OPEX) als auch auf die Investitionskosten (CAPEX) als eine äußerst effiziente Lösung. Sie gewährleistet eine umfassende Sichtbarkeit des installierten Netzwerks und stellt eine zentrale und zuverlässige Datenquelle zur Verfügung, die den Zeitaufwand für die Fehlerdiagnose deutlich verringert.
