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29.01.1999 - 

Netzzugangstechniken/Verfahren mausern sich zu ernsthaften Zugangsalternativen

Powerline und Kabelmodems geben ihren Nischenstatus auf

Die Nutzung von Stromleitungen und Fernsehkabeln galt lange Zeit als exotisch und für den alltäglichen Einsatz nicht geeignet. Jens Vesper und Eleonore Betz zeigen in ihrem Beitrag, auf welchem Entwicklungsstand sich die beiden Technologien befinden, und gehen der Frage nach, ob sich der Einsatz in der Praxis bereits lohnt.

Mit der Liberalisierung des Telekommunikationsmarkts im Januar letzten Jahres ist Deutschland zu einem der wettbewerbsintensivsten Telekommunikationsmärkte weltweit geworden. Mehr als 100 lokale und überregionale Telefongesellschaften haben der Deutschen Telekom AG inzwischen etwa 30 Prozent Marktanteil im Weitverkehr abgejagt. Für die Verbraucher bedeutet dies deutlich günstigere Tarife, die voraussichtlich noch weiter sinken werden; allerdings müssen die Anwender dafür eine zunehmende Unübersichtlichkeit der Tariflandschaft in Kauf nehmen. Einzig im Ortsnetzbereich besitzt die Telekom, von einigen Ausnahmen abgesehen, nach wie vor eine nahezu monopolartige Marktmacht, da sich die Teilnehmerzugangsleitungen, also die Strecke von der letzten Vermittlungsstelle zur Telefondose des Endkunden (der sogenannte Access-Bereich), fast ausschließlich im Besitz des Bonner TK- Riesen befinden. Zwei Faktoren behindern die weitere Ausdehnung des Wettbewerbs auch auf den Access-Bereich:

Während viele der Wettbewerber bereits Weitverkehrsleitungen besitzen und sich die Investitionskosten in weitere Weitverkehrsleitungen bei entsprechender Auslastung in absehbarer Zeit amortisieren werden, verfügen sie nur in Ausnahmefällen über Teilnehmeranschlußleitungen. Die Erschließung des Access-Bereichs mit eigenen Leitungen ist aber äußerst kostenintensiv, zumal der Aufbau eines weiteren Access-Netzes volkswirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Aus diesem Grund gewinnen alternative Access- Infrastrukturen zunehmend an Bedeutung. Neben funkbasierten Lösungen (Wireless Local Loop = WLL) sind dies Stromleitungen, aber auch Kabel für die Fernsehübertragung.

Die Nutzung des Breitbandkabelnetzes als Übertragungsmedium für Datenkommunikation aller Art wird schon seit etwa vier Jahren diskutiert. Die in Deutschland bestehenden Netze sind zum großen Teil analog und unidirektional nutzbar. Eine Verwendung für Zwecke der Datenkommunikation, wie zum Beispiel Internet-Zugang, ist demnach nur denkbar, wenn sie digitalisiert und rückkanalfähig gemacht werden. Zur Zeit wird, um bereits digitale Dienste anbieten zu können, auf diese Funktionalität verzichtet - statt dessen greifen die meisten Verfahren auf die normale Telefonleitung zurück, um Daten vom Anwender aus zu verschicken. Dieser Weg limitiert jedoch die Datenraten und damit auch die Dienstemöglichkeiten.

Der Beschluß der alten Bundesregierung, das Breitbandkabelnetz in Deutschland bis 2010 zu digitalisieren, und der Wille der Telekom, ihren Anteil am Kabelnetz zu verkaufen, haben den TK-Markt in Deutschland erheblich in Bewegung gebracht. War der nur geringe Anteil der kleinen privaten Kabelnetzbetreiber bisher die Antriebskraft der technischen Weiterentwicklung der Kabelnetze in Deutschland, so werden die Karten in diesem Spiel neu gemischt, wenn die Telekom eine Umstrukturierung der Kabelnetze vornimmt. Der TK-Riese wird dies in mehreren Schritten tun. Die Ausgründung des Kabelgeschäfts wurde zum 1.1.99 durch die Telekom vorgenommen. Es wird eine Betreibergesellschaft geben, die die Infrastruktur besitzt und den operativen Betrieb der Netze sicherstellt. In einer Dienstegesellschaft werden zentrale Aufgaben wahrgenommen und die Entwicklung des Angebots von Diensten und Systemen zur Nutzung der Kabelinfrastruktur angegangen.

In einem zweiten Schritt sollen entweder über Kauf oder über Beteiligungen regionale Kabelgesellschaften ausgegründet werden. Hierbei sollen sich die geografischen Abgrenzungen sowohl an marktlichen Bedingungen als auch an den Gegebenheiten der potentiellen Kooperationspartner orientieren. Es ist vorgesehen, daß die regionalen Betreibergesellschaften in ihrer Arbeit vollständig autark sind. Unklar ist, ob die Telekom ein solches Konzept selbst umsetzt oder ob eine Investorengruppe beziehungsweise eine Großbank die Netzanteile der Telekom aufkauft und in Eigenregie weiterführt.

Die technische Umsetzung ist durch die Konzepte, die schon seit einiger Zeit in den USA verfolgt werden, im wesentlichen vorgegeben. Im Gegensatz zum Stromnetz sind die Ausgangsbedingungen im Breitbandkabelnetz ungleich günstiger. Obwohl die Verkabelungen durchgehend aus geschirmten Leitern bestehen, sind Störungen unterschiedlichster Herkunft auch im Breitbandkabelnetz zu verzeichnen. Daher rührt die Entwicklung von Modulationstechniken für das Breitbandkabelnetz, deren Verwendung heute auch für die Datenübertragung auf Stromleitern diskutiert wird. Dabei sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:

Die Modulationstechnik bestimmt die Rohdatenratengeschwindigkeit. Es gibt zwei grundlegende digitale Modulationsformen, Phase Shift Keying (PSK) und Frequency Shift Keying (FSK). PSK nutzt eine konstante Amplitude und trägt die Information in den einzelnen Phasen, während FSK Frequenzveränderungen zum Übertragen der Informations-Bits nutzt. Fortschrittliche Modulationstechniken übertragen simultan mehrere Bit pro Symbolzustand. Das Verfahren Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) etwa überträgt 2 Bit pro Symbol und wird heute in der Satellitenkommunikation verwendet. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) kombiniert PSK und ASK (Amplitude Shift Keying), um die Anzahl der Symbolzustände zu vervielfachen. Jeder Zustand wird dabei durch eine spezifische Amplitude und Phase definiert. Dies führt allerdings auch dazu, daß Signalerzeugung und -empfang einer großen Komplexität unterliegen. Je größer die Zahl der Signalzustände wird, desto größer wird die Bandbreiteneffizienz (gemessen in Bit pro Hertz = Bit/Hz). Die Bandbreiteneffizienz variiert zwischen 1 und 6 Bit/Hz. Die Nutzung von QPSK und QAM bedeutet, daß diese Methode bei einer gegebenen Frequenzbandbreite die Übertragung einer größeren Rohdatenmenge ermöglicht als bei der Nutzung von FSK- Systemen.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ist ein anderes Modulationsverfahren, das auf einem Mehrfachträger beruht, also mehrere Radiofrequenzträger genutzt werden können. OFDM ist robuster gegenüber zyklischen zeitlichen Störungen. Aufgrund der großen Symbollängen werden diese Effekte in der Regel ausgemittelt. OFDM-Modems sind meist komplexer, da sie zusätzliche Hardware für eine Fast Fourrier Transformation benötigen. Dafür kommt das Verfahren mit einer geringeren Übertragungsleistung für die Trägerfrequenzen aus. Mit OFDM läßt sich eine Bandbreiteneffizienz von bis zu 5 Bit/Hz erreichen.

Die vorhandene Netzinfrastruktur wurde zunächst für die unidirektionale Verbreitung analoger TV-Signale geplant und konstruiert. Bidirektionale Übertragungen beziehungsweise Punkt- zu-Punkt-Verbindungen wie im Telefonnetz waren zunächst nicht vorgesehen. Der Netzaufbau in Baumstruktur erschwert zudem die Nutzung einiger Dienste. Ferner fehlen in vielen Netzabschnitten korrekte Netzabschlüsse, und es wurden oftmals einfache Weichen und fehlerhafte Kabel verwendet. Dies alles führt zu zusätzlichen Störungen, die die Modems mit den genannten Modulationstechniken bekämpfen müssen.

Ein erstes kommerzielles Angebot, bei dem das Breitbandkabelnetz bidirektional genutzt wird, ist seit November 1998 für etwa 1000 Berliner Kunden verfügbar. Rund 200 machen auch bereits von der Möglichkeit Gebrauch, Sprachdienste und in einem zweiten Schritt den Internet-Zugang via Kabel zu nutzen. Die Anwender müssen dabei für Telefoniedienste weniger zahlen als bei der Deutschen Telekom: Bei einer monatlichen Grundgebühr von 18 Mark fallen für Ortsgespräche fünf Pfennig pro Minute an.

Weitere Pilotprojekte laufen mit unterschiedlichem Erfolg in der gesamten Republik. Dabei werden Technologien im Breitbandkabelnetz erprobt und - kombiniert mit kommerziellen Tests - die Kundenakzeptanz für dieses Angebot ermittelt. Experten erwarten, daß die Kabelmodemtechnologie in Deutschland hauptsächlich Privatkunden erreichen wird. Dies hängt im wesentlichen damit zusammen, daß die Breitbandkabelnetze für die Fernsehnutzung der Privathaushalte installiert wurden.

Eine Alternative zum Teilnehmeranschluß über das Breitbandkabelnetz stellt Powerline Telecommunications (PLT) dar, das die Niederspannungsleitung für die Sprach- und Datenkommunikation nutzt. Derzeit testet eine Reihe von Herstellern zum Teil gemeinsam mit Energieversorgungsunternehmen (EVUs) - die dafür ihre Niederspannungsnetze zur Verfügung stellen - verschiedene Konzepte für unterschiedliche Anwendungen. PLT besitzt insbesondere deshalb ein hohes Marktpotential, weil viele Telekom-Wettbewerber Töchter von EVUs sind und somit einfachen Zugang zu Niederspannungsleitungen haben. Darüber hinaus befindet sich der Energiemarkt ebenfalls in der Liberalisierung - die EVUs halten also ohnehin nach alternativen Geschäftsmöglichkeiten Ausschau.

Die Stromnetze in Deutschland sind in Hoch- oder Höchstspannungsnetze mit Stromstärken zwischen 110 und 380 kV, eine Mittelspannungsebene mit 10 bis 30 kV sowie eine Niederspannungsebene mit 0,4 kV aufgeteilt. Letztere beginnt am Transformator und endet im Haus an der Steckdose. Die Niederspannungsebene ist als Bus-Struktur angelegt; die Nutzer teilen sich die Bandbreiten also ähnlich wie in einem LAN.

Zwei grundsätzliche Lösungsansätze können innerhalb von PLT unterschieden werden:

Konzepte für den sogenannten Inhouse-Bereich beschäftigen sich mit der Nutzung der hausinternen Stromleitungen für Kommunikationszwecke. Schwerpunkt der gegenwärtig verfügbaren Applikationen bilden zur Zeit Anwendungen für die Gebäudeautomation (Intelligent Buildings). Aber auch die Nutzung der Stromleitungen als LAN für hausinterne Telekommunikation soll in Zukunft möglich sein und wird von einigen Herstellern intensiv vorangetrieben. Anwendungen für die Gebäudeautomatisierung werden in den USA seit Mitte der 80er Jahre angeboten und verbreiten sich zunehmend auch in Europa. Über einen zentralen Computer werden unterschiedliche Endgeräte innerhalb des Hauses gesteuert, etwa Jalousien, Licht etc. Langfristig wird die Steuerung aller elektrischen Geräte im Haushalt möglich sein, vorausgesetzt die Geräte sind ebenfalls entsprechend ausgestattet. Als Kommunikationsprotokolle dienen verschiedene Bus-Standards. Neben proprietären Techniken wie X-10 oder European Installation Bus (EIB) stehen offene Standards, beispielsweise CE Bus, LON Works oder das Verfahren European Home System (EHS) zur Verfügung.

Konzepte für den Outhouse-Bereich beschäftigen sich mit der Nutzung der Niederspannungsstromleitung vom Transformator bis zum Endkunden zu Kommunikationszwecken. Neben Anwendungen mit niedrigen Bit-Raten wie Zählerfernauslesung, Last- oder Tarif- Management, die sich unter dem Begriff "energienahe Mehrwertdienste" zusammenfassen lassen, kann dieser Bereich des Stromnetzes bei entsprechender technischer Reife als alternatives Teilnehmeranschlußnetz genutzt werden. Für Kommunikationsanwendungen in diesem Bereich stehen zur Zeit Frequenzen im Cenelec-Band (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique) zur Verfügung (3 bis 148,5 Kilohertz), die allerdings nur eine niedrige Übertragungsrate zulassen. Verschiedene Übertragungsverfahren werden zur Zeit diskutiert oder befinden sich bereits im Test. Während in der Vergangenheit vor allem verschiedene Varianten der FSK-Modulation zum Einsatz kamen, finden in jüngerer Zeit auch etwas aufwendigere Modulationsverfahren wie Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) und Code Division Multiple Access (CDMA) Verwendung, die in anderen Bereichen schon im Einsatz sind. So wird OFDM unter anderem im digitalen Rundfunk (Digital Audio Broadcasting = DAB) oder beim ADSL-Verfahren eingesetzt.

Bis jedoch PLT kommerziell zum Einsatz kommen kann, gilt es noch verschiedene Hindernisse und Unsicherheitsfaktoren aus dem Weg zu räumen. Zum einen geht es dabei um das Thema elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Die Übertragung von Signalen erfolgt mit hohen Frequenzen auf nicht ausreichend abgeschirmten Leitungen. Daher muß eine Störung beziehungsweise Beeinträchtigung anderer elektrischer Geräte sowie des menschlichen Organismus ausgeschlossen werden. Umgekehrt dürfen Störungen aus dem Netz (etwa Einschaltstörungen) die Signale, die mittels PLT übertragen werden, nicht beeinflussen. Eine der dringlichsten Fragen in diesem Bereich ist zur Zeit die verbindliche Festlegung von Meßverfahren für EMV, um Einheitlichkeit und Transparenz der Ergebnisse zu gewährleisten. Entsprechende Diskussionen mit der Regulierungsbehörde hierzu sind bereits im Gange.

Eine weitere dringliche Herausforderung ist die Frage der Freigabe von Frequenzen für PLT. Für Nieder-Bit-ratige Anwendungen steht zur Zeit das Cenelec-Band zur Verfügung. Um Höher-Bit-ratige Übertragungen zu realisieren, wie sie für Sprach- oder Datenkommunikation nötig ist, wären allerdings auch höhere Frequenzen bis zu 20 MHz erforderlich. Über die Freigabe der Frequenzen entscheidet die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP), die sich zur Zeit in intensiver Diskussion mit Herstellern und Energieversorgungsunternehmen befindet, um eine sinnvolle und für alle Seiten verträgliche Lösung zu finden.

Praktisch getestet wird die PLT-Technologie in verschiedenen Pilotversuchen. Vorreiter war dabei die Nor.web, ein Gemeinschaftsunternehmen der kanadischen Nortel und der britischen Norweb Communications, mit einem Pilotversuch im britischen Manchester, bei dem Datenübertragungsraten von bis zu 1 Mbit/s erreicht wurden. Inzwischen gibt es einige weitere Unternehmen beziehungsweise Kooperationen, die ebenfalls Entwicklungen und Pilotversuche in diesem Bereich durchführen. Trotz strikter Geheimhaltung und reduzierter Informationspolitik scheint das sogenannte DÜNE-Projekt (Datenübertragung über das Niederspannungsnetz) eines der vielversprechendsten zu sein. Das Konsortium aus Bewag, Berlin, und GEW, Köln, hat mittlerweile eigene Patente angemeldet. Weitere Pilotversuche werden in Leverkusen und Stuttgart durchgeführt.

Vielversprechende Aussichten

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die technologischen Fortschritte bei der Datenübertragung über das Niederspannungsnetz sehr vielversprechend sind. Die Diskussion um gegenwärtig noch offene Fragen im Hinblick auf Regulierung und EMV-Problematik befindet sich in einem fortgeschrittenen Stadium. Eine wichtige Rolle spielt das Powerline Telecommunications Forum e.V. (PTF), eine internationale Vereinigung von Energieunternehmen und Herstellern, die es sich zur Aufgabe gemacht haben, die Rahmenbedingungen für die Entwicklung der Powerline Telecommunications aktiv mitzugestalten. Durch die wachsende Zahl ausländischer Mitgliedsunternehmen gewinnt das PTF ferner auf internationaler Ebene an Bedeutung. So bestehen neben den Kontakten zu den deutschen Regulierungsbehörden auch solche zu Institutionen wie der Europäischen Kommission oder dem European Telecommunications Standards Institute (Etsi).

Doch nicht nur auf der Ebene von Regulierung und Standardisierung sind Fortschritte zu verzeichnen. Insbesondere nach dem Sommer 1998 haben die Aktivitäten im Bereich Entwicklung und Test rund um PLT deutlich an Intensität zugenommen.

Angeklickt

Alternative Zugangstechniken wie Kabelmodems oder die Übertragung via Stromkabel gewinnen vor allem in der Telekommunikation zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglichen es beispielsweise alternativen City-Carriern, die sogenannte letzte Meile zum Kunden zu überbrücken, ohne auf die Leitungen der Telekom zurückgreifen zu müssen.

Jens Vesper und Eleonore Betz sind Berater bei Eutelis Consult in Ratingen.