Glasfaser: Die Vorteile und wie es funktioniert

Technologie

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Datum 15.10.2019
Lesezeit 7 Min.

Glasfaser: Die Vorteile und wie es funktioniert

Ein leuchtendes Wunderwerk katapultierte die Informationswelt ins digitale Zeitalter: Glasfaser macht die Übertragung riesiger Datenmengen mit Lichtgeschwindigkeit möglich. Was ist das Geheimnis der Gigabit-Faser und woher kommt die Glasfasertechnik? Wir werfen einen Blick in den Kern dieses technischen Meilensteins und zeigen auf, welche Vorteile es gibt.

Störungsresistent, witterungsbeständig, unbrennbar und so leistungsstark wie hundert Kupferkabel – ziemlich beeindruckend für eine winzige Faser, die kaum dicker ist als ein menschliches Haar. Glasfasertechnik hat den modernen Datentransfer revolutioniert. Mitte der 1960er Jahre ließ sich bereits erahnen, dass die existierende Infrastruktur aus Kupferdraht nie genügend Bandbreite liefern würde, um den immer größer werdenden Datenverkehr der Zukunft bewältigen zu können. Eine Lösung musste her.


Glasfaser-Technologie: Mit Lichtgeschwindigkeit ins digitale Zeitalter

Im Jahr 1966 schlugen die britischen Ingenieure Charles Kao und George Hockham erstmals die Übertragung von Informationen mittels Glasfaser vor. Drei Wissenschaftler des Glasspezialisten Corning tüftelten und testeten vier Jahre lang, bis sie 1970 die erste verlustarme Kommunikations-Glasfaser präsentieren konnten. Fast zeitgleich stellte auch die japanische Firma Nippon Electric Glass ein 20 dB-Glasfaserkabel vor. Statt mit elektrischen Impulsen konnten Daten nun in Form von optischen Signalen über weite Strecken verbreitet werden – mit Lichtgeschwindigkeit und in großer Menge. Die Erfindung kam gerade rechtzeitig: Der Fortschritt des Internets Mitte der 1970er Jahre ließ den Bedarf an hohen Übertragungsraten quasi explodieren.

Gigaspeed in Lichtwellenleitern dank Totalreflexion

Im Gegensatz zu kupferbasierten Leitungen übernehmen beim Lichtwellenleiter keine Elektronen den Transport der Informationen, sondern Lichtteilchen (Photonen). Bei dieser optischen Variante können deutlich mehr Information pro Zeiteinheit übertragen werden – und das ohne Signalverstärkung über mehrere Hundert Kilometer. Physikalische Grundlage dafür ist die Totalreflexion, die wiederum durch den Glasfaser-Aufbau und den unterschiedlichem Brechungsindex zweier Glasarten entsteht. Im Zentrum jeder Glasfaser liegt ein lichtführender Kern, der von einem Mantel mit niedrigerem Brechungsindex sowie weiteren Schutzschichten aus Kunststoff umgeben ist. Der Unterschied des optischen Brechungsindex sorgt für die Reflexion der Lichtsignale und deren „wellenförmige“ (eher gezackte) Ausbreitung in Längsrichtung des Lichtwellenleiters.

Die Anfänge: Ein Lichtwellenleiter macht noch kein Glasfaserkabel

Bereits vor dem entscheidenden Durchbruch in den 1970er-Jahren experimentierten Forscher in den 1950er Jahren mit Lichtwellenleitern für die Medizintechnik. Lichtwellenleiter (LWL) sind Verbindungen, die Licht in Fasern aus Quarzglas oder Kunststoff (polymere optische Fasern) leiten. Besteht der Lichtwellenleiter aus Glas, spricht man auch von einer Glasfaser. Deren Herstellung erfordert zwar enorme Präzision, ist aber allein durch den Verzicht auf wertvolle Rohstoffe wie Kupfer deutlich kostengünstiger. Je nach Einsatzzweck werden Glasfasern aus einer Preform (Vorform) oder aus einer Glaswanne durch beheizte Düsen gezogen. Die Ausgangstemperatur und Ziehgeschwindigkeit beeinflussen den späteren Durchmesser – und der entscheidet am Ende über die Gigabit-Qualität der Faser. Ein Glasfaserkabel bündelt wiederrum bis zu 144 Lichtwellenleiter.

Die drei gebräuchlichsten Glasfaser-Kabelarten

Im Laufe der Jahre wurden mehrere Glasfasertypen entwickelt, die sich in erster Linie durch den Durchmesser ihres Kerns unterschieden. Für Datennetze sind heute drei Hauptgrößen geläufig: 50/125, 62,5/125 und 8,3/125. Die Zahlen geben jeweils den Durchmesser des Faserkerns sowie des Mantels in Mikrometern an und verweisen zugleich auf die unterschiedlichen Eigenschaften der Glasfaser-Kabeltypen. Bei Infrastrukturen aus Kupfer gilt: Je dicker das Kabel, desto geringer ist der Widerstand und umso höher ist die Kapazität. Bei Glasfasertechnik ist genau das Gegenteil der Fall.

Multimode-Kabel: Viele Wege streuen das Lichtsignal

Die kostengünstigeren Multimode-Glasfaserkabel mit 50/125 und 62,5/125 Mikrometern sind die gebräuchlichsten Typen in Datennetzwerken. Durch ihren größeren Kerndurchmesser breiten sich die Lichtstrahlen in mehreren sogenannten Moden aus. Das führt zu einer Streuung und somit zur Verschlechterung des Signals, da die Lichtstrahlen das Ziel zeitversetzt erreichen. Dieses Phänomen wird als intermodale Dispersion bezeichnet (auch Differential Mode Delay, kurz DMD). Multimode-Glasfasern eignen sich daher eher für Verbindungskabel im Nahbereich.

Monomode-Kabel: Glasfaser für das Gigabit-Zeitalter

Was ist die effektivste Lösung, um die intermodale Dispersion zu umgehen? Ganz einfach: Es gibt nur einen Ausbreitungsmodus. Genau das ist bei Monomode-Fasern (auch Singlemode-Fasern, englisch Single Mode Fiber, SMF) der Fall. Mit einem Kerndurchmesser von lediglich drei bis zehn Mikrometern gibt es hier fast keine Laufzeitverschiebungen. Damit haben sich Monomode-Glasfasern als bisher beste Lösung für Gigabit-Anwendungen entpuppt.

Warum Glasfaser? Die wesentlichen Vorteile der Technologie

Digitalisierung braucht Bandbreite. Glasfasernetze können sie liefern. Neben der extremen Leistungsfähigkeit liegt ein wesentlicher Vorteil der Glasfasertechnik aber auch in der Unempfindlichkeit und Sicherheit. Da Glas kein elektrischer Leiter ist und keinerlei elektromagnetische Strahlung verursacht, sind Glasfaserkabel nahezu überall einsetzbar. Selbst in kritischen Umgebungen wie in einem Chemiewerk oder direkt neben einer Hochspannungsleitung sind Kurzschlüsse, Brände, Explosionen oder Überspannungen ausgeschlossen. Hinzu kommt: Es ist praktisch unmöglich, ein Glasfaserkabel anzuzapfen, um den Datenverkehr mitzulesen.

Ob kleiner Handwerksbetrieb, lokaler Fachhändler oder globaler Logistik-Konzern: Die Digitalisierung erreicht längst alle Branchen und Unternehmen jeder Größe und zwingt diese zu neuen und teils revolutionären Schritten. Zuverlässiges, schnelles Breitband-Internet ist dabei ein wesentlicher Wettbewerbsvorteil. Sie managen Termine über Online-Dienste, tauschen täglich Informationen auf dem kurzen Dienstweg mit Kunden und Lieferanten aus und lagern große Datenmengen im Rechenzentrum oder in der Cloud. All dies erfordert stabile Verbindungen, die auch großen Datenmengen standhalten: Im digitalen Geschäftsalltag steigt der Bedarf an Bandbreite mit jedem Tag mehr. Glasfasertechnologie bietet Ihnen und Ihrem Unternehmen genau das. Die transparenten Lichtwellenleiter ermöglichen nicht nur einen regelrechten Quantensprung in puncto Geschwindigkeit, sondern auch in Qualität und Zuverlässigkeit.

Vorteil #1: Deutlich höhere Bandbreite

Da die Daten als optische Signale übertragen werden, ist der nutzbare Frequenzbereich deutlich höher. So steigt die Bandbreite eines einzelnen Lichtwellenleiters auf bis zu 60 Terahertz (60.000 Gigahertz) und es können deutlich mehr Informationen pro Zeiteinheit übertragen werden – mehrere Gigabit pro Sekunde sind möglich. Glasfasertechnologie ist bislang außerdem die einzige Netz-Technik, die symmetrische Bandbreiten ohne entfernungsbedingte Signalverluste bietet. Schon heute sind unter idealen Bedingungen bis ein Gigabit sowohl im Download als auch Upload kein Problem. Die maximale Übertragungsrate und -strecke hängen allerdings von den physischen Eigenschaften einer Glasfaserleitung ab.

Mitarbeiter im Home Office und an unterschiedlichen Firmenstandorten können über netzbasierte Services effizient zusammenarbeiten. Auch störungsfreie Internet-Telefonie und Videokonferenzen in bester Sprach- und Bildqualität gehören mit Glasfaser-Internet zum digitalen Business-Alltag.

Vorteil #2: Verlustfreie Übertragung über weite Entfernungen hinweg

Ein Kerndurchmesser von neun Mikrometern (µm) und eine Mantelstärke von 125 Mikrometern sind bei Glasfasern nicht nur möglich, sondern sogar die beste Voraussetzung für Gigaspeed-Internet. Denn je kleiner der Durchmesser, desto leistungsfähiger sind die Fasern. Singlemode-Kabel dieser Größe bringen es auf 100 Gigahertz Bandbreite über einen Kilometer und eignen sich damit optimal für den Datentransfer über weite Strecken. Multimode-Kabel mit 50 Mikrometern oder 62,5 Mikrometern Kerndurchmesser haben sich hingegen für Highspeed-Verbindungen über kurze bis mittlere Distanzen etabliert, zum Beispiel in einem Rechenzentrum. Allerdings hängt die Reichweite nicht nur von der Faserstärke ab, sondern auch von der Qualität der Glasfasertypen, der Wellenlänge und den Dämpfungswerten der Gesamtstrecke.

In Zeiten der Industrie 4.0 sind leistungsfähige Kommunikationsnetze auch für jedes produzierende Gewerbe ein Gewinn. Lokale und regionale Handwerksbetriebe, Zulieferer und Transportfirmen können via Glasfaser-Internet intelligente Services nutzen, beispielsweise für die Fernwartung und Fernsteuerung von Fahrzeugen, Maschinen und Anlagen oder für die Vernetzung verschiedener Standorte. Mit dem Internet of Things (IoT) reduzieren sie langfristig den Wartungsaufwand und minimieren das Risiko kostenintensiver Ausfälle. Ebenso können Sie Gewerberäume, Produktionshallen und auch großflächiges Betriebsgelände per Webcam im Livestream überwachen.

Vorteil #3: Störungsresistent, witterungsbeständig und universell einsetzbar

Viele positive Glasfaser Eigenschaften haben ihren Ursprung in dem Material und der Funktionsweise der Lichtwellenleiter. Der Faserkern besteht aus hochreinem Quarzglas. Mit diesem nicht leitfähigen Material sind Glasfaserleitungen nicht nur resistent gegenüber Magnetfeldern, elektrischen Einflüssen und Funkstörungen, sondern auch gegen Nässe, Kälte, Hitze und allen anderen Arten von Umwelteinflüssen. Glasfasern sind nicht explosiv, unbrennbar und können somit überall eingesetzt werden – sogar direkt neben einer Hochspannungsleitung. Noch dazu benötigt Glasfaser 5-mal weniger Energie für den Datenstrom als ein Kupfernetz und erzeugt keine elektromagnetische Strahlung.

Vorteil #4: Absolute Datensicherheit und Zuverlässigkeit

Biegsam und robust werden die Fasern durch eine Kunststoffschicht (Coating), der den Glasmantel (Cladding) und den lichtleitenden Faserkern (Kernglas) umschließt. Die Zuverlässigkeit von Glasfaserleitungen ist damit unverhältnismäßig höher als bei Kupferkabeln. Ebenso liegt die Datensicherheit in der physikalischen Natur von Lichtwellenleitern. Glasfasern strahlen keine Signale aus und können praktisch nicht angezapft werden, um Daten mitzulesen.

Vorteil #5: Maximale Leistung bei minimalem Aufwand

Da Glasfasern kaum dicker sind als ein menschliches Haar, sind sie nicht nur leichter zu handhaben, sondern brauchen auch weniger Platz in den Kabelkanälen. Ebenso fällt der Umfang der benötigten Hardware und Anschluss-Komponenten deutlich kleiner aus. Dazu summieren sich Faktoren wie der geringe Wartungsaufwand, weniger Ausfallzeiten und natürlich die enorme Übertragungsrate. Ein Glasfaserkabel bündelt bis zu 144 Lichtwellenleiter, von denen jeder einzelne zig Kupferleitungen ersetzen kann. Und das Beste: Bei Vodafone bieten wir Ihnen garantierte Bandbreite an – Sorgen um zu wenig Highspeed brauchen Sie sich also nicht zu machen.

Video: YouTube / Vodafone Deutschland

Warum sich ein Glasfaseranschluss schon heute lohnt, zeigen zahlreiche Erfolgsgeschichten, bei denen das GigaNetz die Türen zu neuen Geschäftsfeldern, effizienteren Prozessen und höheren Umsätzen geöffnet hat. So zählt beispielsweise das Düsseldorfer Start-up Just Spices auf Vodafone Glasfaser. Besonders im schnelllebigen E-Commerce-Business sind zuverlässige Leitungen, die auch großen Datenmengen standhalten, existenziell. Auch die Metro AG hat sich mit einem Glasfaseranschluss als Multichannel-Großhändler aufgestellt, um ihren Kunden mit Echtzeit-Services ein optimales Einkaufserlebnis bieten zu können. Zukunftsorientierte Unternehmen, die ihr Geschäftsmodell breit und digital aufstellen wollen, setzen mit Glasfaser in Zeiten stets steigender Bytezahlen auf die richtige Technologie.

FTTB, FTTH und FTTD: Das steckt hinter den Begriffen

Aktuell sind Hybrid-Lösungen aus Glasfaser und DSL oder Glasfaser und Kabel-Internet weit verbreitet. Bei diesen VDSL-Anschlüssen endet die Glasfaserleitung am Verteilerkasten auf der Straße, auch FTTC, also Fiber to the curb, genannt. Vom Verteiler werden die Daten dann via Kupferkabel weitergeleitet. Mit voller Bandbreite gelangen die Wellen also nur bis zum Verteiler, nicht bis direkt ins Haus.

FTTB ist schon einen Schritt weiter: Fiber to the building (englisch für: „Glasfaser bis zum Gebäude”) bedeutet, dass eine Glasfaserleitung direkt bis in den Keller Ihres Gebäudes verlegt wird. Ideal ist die dritte Variante: Bei FTTH (Fiber to the house) oder FTTD (Fiber to the desk) wird die Glasfaserleitung direkt bis ins Büro verlegt. Das bedeutet dann: Gigabit-Power ohne Verluste und mit allen Vorzügen an Ihrem Firmenstandort.

In der Summe all dieser Eigenschaften ist Glasfaser nicht nur für Gewerbetreibende eine lohnenswerte Investition, sondern die zukunftssichere Basis für das Netz der Gigabit-Zukunft.

Mit FTTB bekommt jeder eine eigene Highspeed-Leitung

Noch weiter ausbauen lässt sich dieser Quantensprung in der Geschwindigkeit vor allem, indem die Glasfaserleitung direkt bis zum Gewerbe- bzw. Firmenstandort verlegt wird. Bei diesem FTTB-Netz wird nur noch eine sehr kurze Distanz im Gebäude mit Kupferleitungen überbrückt, nämlich vom Keller bis zum Arbeitsplatz. So können Unternehmen schon heute mit Höchstgeschwindigkeiten von bis zu 200 Megabit pro Sekunde im Breitband-Netz surfen. Von Bedeutung ist diese Leistung insbesondere mit Blick in die nahe Zukunft.

Glasfaser Business FTTB

Glasfaser ist die konsequente Antwort auf steigendes Datenvolumen

Der Datenverkehr im Netz wächst in den letzten Jahren unter anderem durch Cloud- und Streaming-Dienste, Online-Organizer und netzbasierte Kommunikation wie Internet-Videokonferenzen mit Microsoft Teams und Co. fast schon exponentiell an. Ebenso rasant steigt auch der Bedarf an größerer Bandbreite. Bisherige Übertragungslösungen wie Kupfernetze oder auch Funktechnologien stoßen bei diesen Anforderungen immer öfter an ihre Leistungsgrenzen. Problematisch wird das für Firmen, die auf einen beständigen, schnellen Internetzugang angewiesen sind – und das betrifft eigentlich jedes erfolgs- und wachstumsorientierte Unternehmen.

Ebenso gewinnt die Netzqualität durch moderne Arbeitsmodelle und Kollaboration-Plattformen wie Office 365 als Voraussetzung für optimierte Team- und Telearbeiten an Bedeutung. Und auch die Vernetzung von Anlagen und Geräte-Komponenten in der Industrie 4.0 kommt nicht ohne eine moderne Infrastruktur aus.

So können Unternehmen mittels Glasfaser-Internet unabhängig ihrer physischen Größe und ihrem Standort zu einem (Online)-Business mit globaler Reichweite heranwachsen.

Video: YouTube / Vodafone Deutschland

Auch nach fast 50 Jahren ist die Evolution der Glasfasertechnik noch nicht abgeschlossen. Mit seiner Gigabit-Offensive beschleunigt Vodafone den flächendeckenden Ausbau des Glasfasernetzes und bringt Gigaspeed-Internet zu Unternehmen im ganzen Land. Zusammen mit 5G, dem Mobilfunkstandard der fünften Generation, und dem Maschinennetz Narrowband-IoT (NB-IoT) wird Glasfasertechnik zur zukunftssicheren Grundlage für das Gigabit-Zeitalter.

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