Glasfaser bis ins Haus / Fiber to the Home

Der Titel dieses Kongresses enthält eine Aufforderung: Glasfaser bis ins Haus! Es wird zu diskutieren sein, ob damit eine Prognose gemeint ist oder die Frage, welche Probleme entstehen, wenn wir Übertragungswege der Telekommunikation in Glasfasertechnik bis zum Teilnehmer führen. Auf jeden Fall aber wird behauptet, daß mit dieser Entwicklung eine Innovation stattfindet.

Fiber to the home is an innovation (first-time application of an invention). Technical feasability alone, however, does not guarantee an innovation’s success. Rather, economic profitability is the dominant precondition: An innovation will be used only if (a)old technology is replaced by less expensive processes (process innovation) or(b)customers benefit from new features (product innovation).So far, optical fiber is profitable only in long distance communication/traffic. Will fiber to the home meet an unsatisfied demand for new services? In order to answer that question, two aspects need to be examined: (a)When is the new technology available commercially?(b)What features are customers willing to pay for?

Vor etwa 25 Jahren begann das Zeitalter der optischen Nachrichtenübertragung mit Laserdioden, deren Lebensdauer trotz Kühlung auf wenige hundert Stunden begrenzt war, mit Glasfasern, die infolge der mangelnden Reinheit des Glasmaterials eine Dämpfung von mehr als 1000 dB/km aufwiesen und mit Photodioden, die für die optische Nachrichtenübertragung wenig geeignet und teuer waren. Auch die für die wirtschaftliche Gestaltung so notwendige Mikroelektronik steckte noch in den Kinderschuhen.

In a time period of only 25 years optical transmission systems based on the combination of laser diode, glass fiber and photo diode have experienced tremendous evolutionary steps and have reached a development stage which leads to the fact that for trunk lines such systems are more economical than the equivalent copper cable systems. Therefore only optical fiber systems are used for new installations in the trunk network. This is mainly due to the following two advantages of optical fiber transmission, namely low attenuation and large bandwidth. In addition to the application of optical fiber trunk lines the Deutsche Bundespost TELEKOM has installed a switched optical network VBN which gives connections between 29 German cities and therefore, allows to test new forms of broadband communication on a nationwide basis at a bitrate of 140 Mbit/s.

Je nach Architektur der Ortskabelanlage treten unterschiedliche Anforderungen auf: Will man in einem reinen Sternnetz für jeden Teilnehmer eine individuelle Faser vorsehen (Bild 1), so treten im Hauptkabelbereich Faserzahlen bis 2000 je Kabel auf und eine schnelle Verbindungstechnik, insbesondere eine Mehrfachspleißtechnik wird zwingend. Betrachtet man dagegen eine typische Kabelanlage mit Mehrfachnutzung des Übertragungsmediums (Bild 2), so sind die Faserzahlen je Kabel mäßig, der Mehrfachspleißtechnik kommt keine gesteigerte Bedeutung zu, doch tritt als neues Bauelement im passiven optischen Netz (PON) der Faserkoppler auf. Weltweit ist man heute zunehmend zu der Überzeugung gelangt, daß zunächst das LWL-Netz mit Mehr fachnutzung (Bild 2) eingeführt werden wird, da es sich bereits für die Übertragung der Basisdienste (Telefon und Fernsehen) rechnet, daß man aber für die ferne Zukunft den Übergang zum faserreichen Vollversorgungsnetz (Bild 1) nicht ausschließen darf. Dies ist insbesondere bei den Infrastruktur- und Tiefbaumaßnahmen (Kabelkanäle, Schächte etc.) in Neubau- und Sanierungsgebieten zu beachten, fallen doch ca. 60% der Kosten einer Ortskabelanlage durch den Tiefbau an. Deutlich wird dieser wichtige Sachverhalt an einer groben Kostenaufstellung für ein klassisches Telefon-Ortsanschlußnetz mit Kupferpaaren (Bild 3) oder am Beispiel eines Kabelfernsehnetzes mit Koaxialkabeln (Bild 4).

In future subscriber loop systems the fiber has to transport the information between central office and subscriber. Depending on the loop architecture either high fiber count cables and mass splice technology are required in the case of fiber rich solutions (like the star network, Fig. 1) or low-count cables together with fiber splitters are used in fiber sharing scenarios (passive optical network, Fig. 2). The infrastructure costs (digging, ducts, manholes, poles etc.) are dominating in all subscriber loop installations. This can be seen in a typical cost break-down of a classical telephony cable installation (Fig. 3) or in a typical CATV-installation with coaxial cables (Fig. 4). Because of the importance of the infrastructure cost segment it is necessary that the fiber loop technology solves the following problem: start with a fiber sharing system (which proves in one first installed cost bases for the classical services, like telephony and TV) and allow for a transition to a future fiber rich architecture with a minimum of extra infrastructure expenditure. This means, that cabling technologies are required, which work both for low and high count, that splicing hardware is available for individual fiber splicing and later on for array type mass-splices and that couplers are used in flexibility points (like the service area interface) to allow for easy upgrading.In the cable technolgy, minibundle cables are a good and reliable example for a design family both for low and high count cables (Fig. 5), also slotted core ribbon cables (Fig. 6) as used in Japan are candidates although fiber torsion and life limits by static fatigue of the glass may be a concern in all fiber ribbons.In cable jointing fusion splicing is dominating because of cost (Fig. 7) and splice reliability. Also single fiber splicing and in future ribbon splicing seems to be feasible.Two technologies are used to manufacture fiber couplers: fiber fusion technology to make taper couplers (an exiting and new 1 by 6 coupler is shown in Fig. 8) and planar integrated optics technology (an example of ion diffusion made couplers is shown in Fig. 9). Right at present fusion couplers have the advantage, that continuous fibers are used whereas in planar couplers two extra mechanical splice points (planar to fiber waveguide) are required with the problems of reflection and reliability. In the long run however it is expected, that integrated optics technologies will provide the complex waveguide circuits needed in the flexibility points of the outside plant.

Für zukünftige Netze der Breitbandkommunikation (B-ISDN, IBCN) sind leistungsfähige Weitverkehrssysteme unabdingbar. Leistungsfähigkeit bedeutet in diesem Zusammenhang im wesentlichen: Möglichst niedrige Kosten pro übertragenem Bit/s. Dieses Ziel ist erreichbar durch Verwendung einer hohen Bitrate pro Glasfaser, einer großen Verstärkerfeldlänge und durch eine hohe Zuverlässigkeit der Zwischenregeneratoren. Hochgeschwindigkeitssysteme sind sowohl für die Übertragung von (Breitband-) Dialogdiensten als auch von Verteildiensten (TV, HDTV, Rundfunk) erforderlich.

For future broadband communication networks the availability of powerful long haul transmission systems is mandatory. To push their efficiency to its limits, the bitrate per fibre, the repeater span and the reliability has to be increased as much as possible. In this way the cost per transmitted bit/s can be brought close to zero.

Die Optik wird heute in der Telekommunikation nur zum Zweck der Nachrichtenübertragung mit Hilfe von Lichtwellenleitern eingesetzt. Es stellt sich die Frage, ob die Optik nicht auch mit Vorteil zum Zwecke der Signalverarbeitung eingesetzt werden kann, also für Gebiete, die bisher der Elektronik vorbehalten waren. Dabei ist zu beachten, daß die Stärke der Elektronik im Schalten und Speichern von Signalen liegt, die Stärke der Optik ist die Verbindungstechnik (Bild 1). Ziel muß es sein, Signalverarbeitungsprozesse anzustreben, bei denen die Vorteile der Optik und der Elektronik gleichermaßen zur Wirkung kommen (Photonik).

At present, optical technology is in public telecommunications networks essentially applied to the transmission of informations via optical fibres. In the preceding contributions the state of art in optical fibre technology and the application of optical fibres in the long-distance and subscriber-line area of future public broadband networks have been described. The switching of the optically transmitted signals is to date performed by electromechanical devices (step-by-step or motor selectors) and increasingly by electronic switching equipment. In this case the question arises whether in the far future informations cannot only be transmitted optically but also switched optically, that is, to which extent the application of optical signal processing (photonics) in future telecommunications networks is conceivable.

Die Monomode-Glasfaser bietet bei 1300 und 1500 nm zwei Übertragungsfenster besonders niedriger Dämpfung (0,4 bzw. 0,2 dB/km). Die Fensterbreiten sind mit 250 und 300 GHz so breit, daß sie theoretisch je 30.000 Fernsehkanäle mit 8 MHz Kanalabstand übertragen könnten.

Monomode fibers offer two windows for transmission with low losses at 1 300 nm (0.4 dB/km) and 1 500 nm (0.2 dB/km). Each window of 250 and 300 GHz respectively allows the transmission of nominally 30 000 TV channels with 8 MHz spacing.

Die Bereitstellung von Fernsehverteildiensten mit Hilfe von flächendeckenden Monomode-Glasfasernetzen ist eine der essentiellen Aufgaben der zukünftigen Breitbandkommunikation. Die bei der kohärenten Übertragung sich anbietenden optisch transparenten Sternstrukturen bieten die Möglichkeit, daß die Verteilung nicht entscheidend durch die Datenrate beeinflußt wird und daß neue Dienste wie beispielsweise hochauflösendes Fernsehen (HDTV) einfach in Verteilprogramme aufgenommen werden können, ohne die Infra-Struktur in Frage zu stellen. Dem Teilnehmer wird über seinen Glasfaseranschluß eine Vielzahl von Programmen im Frequenzmultiplex angeboten und er wählt sich das gewünschte Fernsehprogramm ähnlich wie im Rundfunkgerät mit Hilfe eines abstimmbaren Heterodyn-Empfängers aus. Die kohärente Übertragungstechnik zeichnet sich im allgemeinen durch eine gegenüber dem Direkt-Empfang hohe Empfindlichkeit aus, was sich bei einem passiven Verteilnetzwerk positiv in der großen Anzahl der versorgten Teilnehmer niederschlägt. Zusätzlich erlaubt sie wegen des geringen Frequenzabstands (einige GHz) zwischen den einzelnen Kanälen eine optimale Ausnutzung der Übertragungskapazität der Faser und die Verwendung von optischen Faseroder Halbleiterverstärkern zur gleichzeitigen Verstärkung mehrerer Fernsehkanäle.

We report the performance (over a time period of five days) of a rack mounted 8 channel coherent TV distribution system (Photo 1). The 8 transmitter lasers are commercially available quarterwave shifted 1551 nm DFB lasers, modulated with a 140 Mbit/s CMI line coded signal. The linewidth varies between 18 and 40 MHz. The linewidth as a function of the inverse output power is given in Fig. 3. The laser output power amounts to 10 mW, the coupling loss is 7.5 dB. The structure of the module is given in Fig. 2. The emitted radiation of all lasers is FSK modulated with a shift of 2.7 GHz and combined by an 16*2 combining network. One output of this device is transmitted over an installed 11 km long cable running through the city of Berlin. It is further expanded by an 1*64 distribution network. This system has the capability to support 1024 subscribers with a power margin of 4 dB. The structure of the system is given in Figure 1 and the power budget is shown in Figure 8.

The U.S. cable television industry currently passes 91% of all television households. 59% of U.S. television households are subscribers of cable service. Fiber optic technology affords dramatic opportunities for upgrading these systems. Since coaxial cable is a broadband technology, it is believed that it may never be necessary to bring fiber all the way to the residence. Hybrid structures optimally using a variety of technologies may be the most cost effective way of delivering all the video services the marketplace wants.Modern coaxial cable is a broadband technology capable of delivering in excess of 1 GHz of bandwidth. The long cascades of amplifiers prevent the realization of this potential.The elements of U.S. cable system practice will be briefly reviewed. The relative percentage distribution of these elements will be described along with a discussion of their costs.A strategy for employing fiber in existing cable systems for the purpose of upgrading performance will be described. Maximum utilization is made of the existing investment in physical plant. Very cost effective upgrades are possible. Amplifier cascades are reduced to no more than six in the trunk portion of the plant. Up to two amplifiers remain in the distribution portion of the plant.A strategy for new construction will be described which uses no coaxial cable in the trunk portion of the plant. A maximum of three amplifiers remain between the signal source and the subscriber. This structure is less expensive than all coaxial techniques.A technique called “Super-Distribution” will be described which minimizes the buildup of non-linear distortions and signal reflections in the distribution portion of the plant.Finally, an evolutionary approach for utilizing 1 GHz of bandwidth for a wide variety of subscriber video services will be explored. Video compression techniques facilitate the delivery of several hundred channels.By utilizing hybrid approaches, maximum utility for minimum cost is obtained. Each service supports its own costs without requiring lower grade services to subsidize higher grade services.Five major hybridizations are considered: 1) hybrid fiber / coax; 2) hybrid NTSC / HDTV; 3) hybrid analog / digital; 4) hybrid compressed / non-compressed; and 5) hybrid broadband / switched.

Die amerikanische Kabelfernsehindustrie erreicht zur Zeit 82% aller Fernsehhaushalte. 57% der amerikanischen Fernsehhaushalte sind Teilnehmer im Kabelnetz. Die Glasfasertechnik bietet ungeahnte Möglichkeiten, um diese Systeme aufzuwerten. Nachdem das Koaxialkabel die Anforderungen an die Bandbreite erfüllt, glaubt man nicht an die Notwendigkeit, Glasfaser bis zum Benutzer ins Haus bringen zu müssen. Hybrid-Strukturen, die eine Anzahl von Techniken optimal anwenden können, bieten wohl die kostengünstigste Möglichkeit, alle vom Markt geforderten Video-Dienste zu liefern.Die modernen Koaxialkabel basieren auf einer Breitbandtechnik, die Frequenzen von mehr als 1 GHz Bandbreite übertragen kann. Lediglich die langen Verstärkerkaskaden verhinderten bis jetzt die Nutzung dieses Potentials.In dem Vortrag werden die Grundzüge der amerikanischen Kabelnetz-technologie kurz erörtert, und es wird der prozentuale Einsatz dieser Bausteine im Zusammenhang mit einer Kostengegenüberstellung diskutiert.Dabei wird eine Strategie beschrieben, wie Glasfaser in bereits vorhandenen Koaxialkabelsystemen verwendet werden kann, um die Leistung zu steigern. Ziel ist hierbei, die bereits vorhandenen Anlagen so weit wie möglich weiterzubenutzen. Die Glasfaser erlaubt aber sehr kostenwirksame Verbesserungen. Verstärkerkaskaden werden auf maximal 6 in der Hauptleitung der Anlage reduziert. Im Endverteilnetz der Kabelanlage sieht diese Strategie maximal 2 Verstärker vor.Die Strategie für die Installation neuer Verteilnetze sieht vor, daß in der Hauptleitung der Anlage keine Koaxialkabel mehr, sondern nur noch Glaskabel verwendet werden und lediglich im Endverteilnetz noch Koaxialkabel zum Einsatz kommen. Zwischen dem Ausgangssignal und den Teilnehmeranschlüssen gibt es dann höchstens noch 3 Verstärker. Diese Struktur ist wesentlich kostengünstiger als die Ausführung in reiner Koaxialkabeltechnik.Außerdem wird in dem Vortrag eine Technik beschrieben, die sich „Super-Verteilung“ nennt und den Einfluß von nichtlinearen Verzerrungen und Signalreflexionen im Verteilernetz der Anlage auf ein Minimum reduziert.Schließlich wird noch ein evolutionär einzuführendes Verfahren angesprochen, bei dem die verfügbare Bandbreite von 1 GHz für eine Vielzahl von Video-Diensten für den Teilnehmer genutzt werden kann. Video-Kompressionstechniken erlauben die gleichzeitige Verteilung mehrerer hundert Fernsehkanäle.Durch den Einsatz der Hybridtechnik erreicht man maximale Nutzung bei minimalen Kosten. Jeder Dienst trägt sich selbst, ohne daß niedrigere Dienste höhere Dienste subventionieren müssen.Der Begriff Hybrid kann mehrere Bedeutungen haben. Daher werden 5 mögliche Hybrid-Verfahren im Vortrag angesprochen: 1.Hybrid-Netz Glasfaser/Koaxkabel2.Hybrid-Standard NTSC/HDTV3.hybrid-analog/digital4.hybrid komprimiert/nicht-komprimiert5.Hybrid-Breitband-Verteilung/Vermittlung.

Die faszinierenden Eigenschaften der Glasfaser als Lichtübertragungsmedium sichern heutigen optischen Nachrichtensystemen, insbesondere wegen der großen Verstärkerabstände, eine nahezu konkurrenzlose Stellung beim Einsatz für den Weitverkehr.

As early as 1980 DBP started its first fibre-to-the-home field trial, the BIGFON trial, to clarify the techniques and introduction conditions for this new subscriber line concept. Islands of pure fibre-to-the-home, services integrated, star-type networks designed for future public introduction were installed which provided the connected customers with all available telecommunication services including high bitrate picturephone. As the main outcome of this trial, which technically was a full success, the DBP realized that there was really no need for such a highly sophisticated subscriber line technique for public purposes since the conventional copper networks are well developed and well suited for the services available.A more promising way for installing fibre-to-the-home connections has been tried by introducing the “Vorläufer-Breitband-Netz (VBN)” which has gone in operation in 1989. This overlay network offers to the connected customers fully switched transparent 140 Mbit/s channels to be used for broadband switched services. The network size is limited to 1000 subscribers situated in 29 cities.In order to clarify the present situation for public optical subscriber networks with repect to techniques and economics the DBP has recently started a concept competition “Wirtschaftlicher Einsatz der Glasfaser-Technik im Teilnehmeranschlußbereich” the outcome of which will be competing trial networks implemented by different companies. The economical requirements have led to concepts which minimize the costs per subscriber by sharing the expensive optical systems by several subscribers. The resulting fibre-to-the-curb networks are particularly well suited for providing the subscriber with distributed services. Switched services can, however, be handled with some additional electronical effort by using various multiplexing techniques. Thus, the fibre-to-the-curb networks seem optimized for public installation as long as the bitrates of the switched services are moderate.With this restriction, however, they primarily offer hardly any advantage with respect to new services compared to the conventional copper networks. The economic figures will very much depend on questions like size of the curb and powering. As a consequence, they cannot be estimated at present. Whether these systems will really be introduced in a larger scale depends therefore to a large extend on the flexibility they offer with respect to new services (like HDTV or broadband-ISDN), new technical requirements (like ATM carriers) and to network development.The paper summerizes some technical possibilities for evolving fibre-to-the-curb networks to fibre-to-the-home networks with improved services provision and matched to foreseeable technical improvements. The main idea is to utilize fibre splitting to connect several subscribers to one main fibre. Most fascinating is the idea to implement logic ring type networks for ATM purposes and logic star type networks for distribution signals on the same splitting arrangement by using wavelength multiplexing.

Der Einsatz der Glasfasertechnik zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit langer Übertragungsstrecken wie in der Fernnetzebene begann bereits sehr früh und hat in den letzten Jahren stetig zugenommen.

Nearly all attempts, that were undertaken in the past decade to bring the optical fibre technique into mature operation in the subscriber loop area, found themselves facing three basic problems: no considerable requirements for the high transmission capacity of the optical fibertoo high costs of the system technique andlack of variation possibilities of the architectural network.

Als Vorschlag zum Konzeptwettbewerb der Deutschen Bundespost Telekom „Wirtschaftlicher Einsatz von Glasfasersystemen im Teilnehmeranschlußbereich“ haben die Firmen AEG Kabel, ANT Nachrichtentechnik und Philips Kommunikations Industrie gemeinsam das Konzept $$\begin{array}{*{20}c} {{\text{FAST}}} \\ {\left( {{\text{Glas}}\underline {{\text{fa}}} {\text{ser}}\;\underline {\text{S}} {\text{ystem}}\;f\ddot ur\;{\text{den}}\;\underline {\text{T}} {\text{eilnehmeranschlu}}\beta } \right)} \\ \end{array} $$ eingereicht. FAST beschreibt ein Programm zur sukzessiven Einführung der Glasfasertechnik im Ortsnetz. Das Konzept beschreibt den Ausbau und die notwendige Modernisierung der bestehenden, meist separaten und starren Netze für alle Verteil- und Dialogdienste. Diese Innovation bringt Zukunftssicherheit, ermöglicht einen flexiblen Teilnehmeranschluß und ein integriertes Netzmanagement. Nach dem FAST-Konzept soll bis Mitte 1991 ein Pilotnetz in Nürnberg aufgebaut und in Betrieb genommen werden.

The Deutsche Bundespost Telekom started in 1989 a competition for “economical introduction of fibreoptic systems in the subscriber loop”. The companies AEG Kabel, ANT Nachrichtentechnik GmbH and Philips Kommunikations Industrie AG joined this competition with their concept FAST (fibreoptic subscriber access system). The concept was selected by the DBP-Telekom for a field trial in Nuremberg, which is named OPAL 6.

Nachdem sich die optische Übertragungstechnik im Bereich der Fern- und Ortsverbindungsleitungen der öffentlichen Kommunikationsnetze allgemein durchgesetzt und als Substitution der bisherigen Kupferkabel zu wirtschaftlicheren Lösungen geführt hat, ist der Teilnehmer-Anschlußbereich nunmehr die letzte noch zu erschließende Netzebene. Technologiefortschritte auf dem Gebiet der Höchstintegrationstechnik und Kostenreduzierungen im Bereich der Optoelektronik sowie bei den Glasfaserkabeln und der Spleißtechnik ermöglichen nun auch den wirtschaftlichen Einsatz der Glasfaser im Teilnehmeranschlußnetz.

An economically viable fiber optic system for the subscriber loop is presented, which is the basis for the Leipzig field trial in 1991.The main application of fiber optic systems is the connection of residential and small business subscribers. Therefore, today only existing telecommunication services such as POTS and ISDN as well as TV distribution are carried over the fiber optic system (see Fig. 1).Besides the digging costs for the cable plant the main cost elements in a fiber optic system are the fiber with the optoelectronics. To reduce the costs per subscriber the feeding fiber is split into several distribution fibers using passive optical couplers (laser/fiber sharing). Close to the subscriber premises each distribution fiber is terminated by the Distant Unit (DU), which serves several subscribers over copper wires. Thus, the initial solution is not a genuine FTTH system, but a hybrid optical/copper network (FTTC). At the Central Office the feeding fiber is terminated by the Central Unit (CU), which interfaces to the exchange and to the TV headend. High system reliability is achieved by using a passive optical network (PON), i.e. there is no active electronics between CU and DU. The optical network structure is based on the existing structure of the local loop plant (logical and physical multi-star configuration). The interactive services and TV distribution services use the same topology but preferably different fibers for decoupling both networks technologically and operationally. The fiber optic system planned for use in Leipzig serves 288 subscribers located in a residential area and a business area. For each area 6 DUs will provide POTS services for 24 subscribers each. TV distribution service is only included in the 6 DUs in the residential area (Fig. 2).Access to the switch can be performed over single a/b wires (channel individual access) or over a proprietary 2 Mbit/s multiplex interface (Fig. 3). For Leipzig the system independent, although expensive, channel individual approach has been chosen. For each line card In the DU a corresponding card in the CU as well as in the switch front-end have to be provided to emulate, for instance, an analog telephone line.For overall cost reduction reasons as well as increased reliability a wavelength multiplexing (WDM) using optical wavelengths of 1300 nm in one direction and 1550 nm in the other direction on one fiber is used for the transmission of signals for interactive services. To avoid any need for changing the already available coaxial home cabling system at the subscriber’s premises or for adding either additional top converters to existing TV sets or placing such converters in the DUs the common VSB-AM TV signal is used for TV distribution.The downstream signal from the CU to the DUs is simply a TDM signal broadcasted simultaneously to all DUs. The time division multiple access (TDMA) protocol is used in the upstream direction between the DU and CU to ensure that no collision occurs when bit streams of DUs are combined at the distribution point.Special care has to be given to the problem of power feeding, because the optical fiber cannot transport the electrical energy required for the DUs. Remote powering from the Central Office can be done reasonably for distances between CU and DUs of up to about 2 km. For larger distances, local or pseudo-local power supply to the DUs is the only viable approach. For Leipzig all DUs are locally powered with battery backup for local power failures.A detailed cost analysis based on a typical FTTC network model (see Fig. 4) has been made to investigate the economics of the proposed FTTC system. In case of common transmission of interactive services and TV distribution services the average FTTC investment costs per subscriber are only 80% of the average investment costs for a conventional copper access if only multi-family homes are considered (Fig 5).

Bereits seit mehreren Jahren ist der Einsatz von Glasfasern (Gf) im Verbindungsliniennetz der Telekomverwaltungen als Regelbauweise eingeführt. Die inhärenten technischen Vorteile, insbesondere der Einmodenfaser, mit gängigen Multiplexübertragungsverfahren, führen zu entscheidenden Kosteneinsparungen gegenüber herkömmlicher Kupfertechnik. Als Teilnehmeranschlußleitung dagegen ist bis heute weltweit nichts billiger als symmetrische -bzw. koaxiale Paare zur Übertragung von analogem Telefondienst (piain old telephone Service; POTS) bzw. KTV-Verteilung über ein Stern- bzw. Baumnetz. Netzbetreiber und Telekommunikationsindustrie sind sich jedoch einig, daß längerfristig bei steigender Nachfrage nach höheren Bitraten und zusätzlichen, neuen Diensten, o.g. metallische Übertragungsmedien unlösbare technische Probleme aufwerfen. Aufgrund Potentials weiterer Kostenreduzierung, insbesondere elektro-optischer (E/O-)Bauelemente und Komponenten, wird daher die „Glasfaser bis ins Haus“ (fiber-to-the-home; FTTH), und auch hier wiederum die Einmodenfaser wegen der hohen Bandbreitenreserven, die Endlösung sein. Zwischenzeitlich werden als Vorstufe weltweit Lösungsvorschläge gemacht, die Glasfaser möglichst (wirtschaftlich) weit in Richtung Teilnehmer, z.B. bis zum Straßenrand (fiber-to-the-curb; FTTC), zu betreiben. Die SEL/ALCATEL-Lösung für diese Anforderungen und Perspektiven ist OTAS (Optisches Teilnehmeranschlußsystem); ein Gesamtkonzept, das modular und flexibel auf heutigen und zukünftig zu erwartenden Dienstebedarf antwortet.

SEL/ALCATEL’s concept for an optical transmission access system (OTAS) is described, which allows medium term (≥ 1993) economical introduction of optical fibers (single mode) towards the subscribers premises (Fig. 1).

FRANCE TELECOM richtet seit über fünf Jahren Glasfasern im Ortsnetz im Rahmen der Breitbandverkablung in Frankreich ein. Die in dieser ersten Generation von Glasfasernetzen angewandten Techniken sind relativ einfach und dadurch ziemlich preisgünstig und zuverlässig. Die Netzstruktur ist ein Doppelstern mit dezentralisierten Verteilstellen zwischen dem Teilnehmer und der Fernmeldezentrale. Der Fasertyp ist Multimode und die damit verbundenen Bauelemente einfache optische Stecker, Kuppler und LEDs.

FRANCE TELECOM is installing since more than five years optical fibers in the local network. The techniques used in this first generation of optical fiber networks are relatively simple and therefore rather reliable and cost effective. The network structure is a a double star with remote distribution units located between the subscriber and the local telecommunication exchange. The fiber type used is multimode and the associated components are simple optical plugs, couplers and LEDs.

The local loop is the most cost sensitive area of the telecommunications network. It is the all important interface to the customer and as such plays a leading role in the revenue earning capacity of the telecommunications operator. Since the local loop is both hardware and manpower intensive, even the smallest changes must be based upon a coherent strategy. This strategy must reflect the changing nature and demands of the customer. Whilst it has to be based around the economic delivery of existing services, it must also demonstrate an evolutionary path to future services. However, the nature and timescales of future services are unclear. The growth of new services is determined by many factors which are often beyond the control of the telecommunications operator. In the case of British Telecom (BT), the provision of new services in the UK is influenced by the changing regulatory and competitive operating environment. In addition, the UK can no longer be considered in isolation from the worldwide telecommunication market of which the rest of Europe is particularly significant.

Die Strategie von British Telecom bezüglich Ortsanschlußleitungen beruht auf bewährten Leistungen. Als Aktiengesellschaft müssen wir unseren Aktionären gegenüber eine verantwortliche Einstellung zur KapitalVerzinsung zeigen. Dies bedeutet, daß Alternativen zur Kupfertechnik wettbewerbsfähig sein müssen. Dies führt zu bahnbrechenden Arbeiten bei BT auf dem Gebiet der Verteilsysteme für Fasern in der Ortsanschlußleitung und insbesondere zur Förderung des TPON Systems (Telephony on Passive Optical Networks — Fernsprechbetrieb über passiv übermittelnde optische Netze).

NTT proposed last March “Visual, Intelligent and Personal Communications Service(VI&P)” as our new concept of communications services for the 21st century, and presented a long-term perspective on which we should focus our attention. In order to provide “Visual, Intelligent, and Personal” communications services as proposed in the VI&P concept at appropriate rates, we need to develop new communications networks whose primary targets are Broadband-ISDN and Intelligent Network.

Bild 1 dieses Vortrages zeigt den Netzentwicklungsplan, nach dem NTT bei der Einführung visueller, intelligenter und persönlicher Kommunikationssysteme vorgeht. Das augenblickliche Hauptaugenmerk liegt in der Realisierung eines B-ISDN. Die Hauptforderung für ein B-ISDN sind die Einführung von Glasfaser(FO)-Teilnehmeranschlüssen und einer kostengünstigen Technik für „Glasfaser bis ins Haus (FTTH)“. NTT zielt bei seinen Entwicklungen auf eine weitverbreitete Einführung der Glasfaser-Teilnehmeranschlüsse bis etwa 1995.Um die Vorteile nutzen zu können, die eine fortschrittliche Übertragungs- und Vermittlungstechnik bietet, plant NTT eine Rationa-lisierung seiner Anschlußnetze, wie in Bild 3 gezeigt. Das verbleibende Netz wird wesentlich einfacher, somit auch wirtschaftlicher und wesentlich zuverlässiger.NTT entwickelt zur Zeit einige Glasfaser-Anschlußnetze für kleinere Betriebe und Wohneinheiten sowie für Großunternehmen. Auch wenn sich noch unwesentliche Veränderungen ergeben können, so kann man doch davon ausgehen, daß Bild 6 ein ziemlich genaues Bild eines zukünftigen Teilnehmer-Anschlußnetzes vermittelt. Die PDS-Struktur (Passive Double Star) wird für die Anschlußnetze angewandt, weil sie die Systemkosten pro Teilnehmer wesentlich reduziert. Sie ist auch sehr geeignet für die TV-Verteilung, bei der Erbium-dotierte Glasfaserverstärker zum Einsatz kommen.In Tabelle 1 sind einige der zukünftigen Netzdienste aufgeführt, und es ist die erwartete Verbreitung im Markt angegeben. Die erste Anwendung von Glasfaser-Teilnehmeranschlüssen wird in der Einführung neuer Schmalband-Dienste im Nahbereich liegen. Auch wenn diese Dienste anfangs nicht flächendeckend angeboten werden können, so werden doch die Kostenreduzierung und die Qualität des Dienstes zu einer schnellen Akzeptanz bei den Teilnehmern führen. Breitbanddienste werden anfangs vor allem die große Verteilkapazität des Netzes nutzen, wenn sie in Glasfaser-Ortsnetzen in Wohngebieten zum Einsatz kommen.Bild 11 gibt einen Vergleich zwischen den Kosten für ein Glasfaser-Ortsnetz und den Kosten herkömmlicher Kupfernetze. Für zukünftige höherwertige Dienste sind die Kosten für eine Glasfaser-Teilnehmerleitung nur 2 bis 3 mal höher als die Kosten eines Anschlusses im jetzigen Telefonnetz.

Network 2000…that’s what I call the turn-of-the-century telecommunications network infrastructure currently being built by BellSouth/Southern Bell and by most of the telephone operating companies in the USA.

Die Infrastruktur des jetzigen amerikanischen Fernmeldenetzes ist augenblicklich im Umbruch von analog zu digital, von Kupfer zu Glasfaser und von Basisband zu Multiplex. Dieser Übergang muß von der Fernmeldezentrale aus zum Teilnehmer erfolgen, wobei die Glasfaser bis zum Teilnehmer einen integralen Bestandteil der Gesamtnetzstruktur bilden wird.Für die Entwicklung dieser Netz-Infrastruktur sind drei Punkte gleichermaßen zwingend erforderlich: Kostenreduzierung, Verbesserung der Dienste für den Teilnehmer und eine Erhöhung unserer Einnahmequellen und -möglichkeiten. Die Glasfaserentwicklungs-strategie von Southern Bell erfüllt alle drei dieser wichtigen Forderungen und wirkt synergetisch mit der gesamten Netzentwicklung, wie z.B. die Vermittlung, das Übertragungsmedium und die Teilnehmereinrichtung. Auch Glasfaser bis zum Teilnehmer - sei es zum Privathaushalt oder zum Geschäftsmann - entspricht diesen Forderungen. Da wir uns immer schneller dem Zeitalter der Information nähern, wird es immer deutlicher, daß die Dienste der 90er Jahre und danach eine größere Bandbreite und Zuverlässigkeit erfordern. Schon heute arbeiten Southern Bell und die meisten anderen Betriebsgesellschaften mit der Vorgabe, daß Glasfaser nur dann im Ortsnetz eingeführt wird, wenn es wirtschaftlich gerechtfertigt ist. Mehr und mehr wird Glasfaser in Zukunft wirtschaftlicher sein, da Kupfer mit der Zeit teurer wird und wir außerdem derzeit eine Lernphase durchschreiten mit unseren verschiedenen Glasfaserprojekten und -versuchen. Nun gibt es nur noch die Frage WANN oder WIE SCHNELL, nicht aber OB es einen breiten Einsatz der Glasfaser geben wird, basierend auf der Wirtschaftlichkeit für alle Arten von neuen Entwicklungen und Erneuerungen.Southern Bell glaubt, daß die Vorstellung eines rein digitalen Glasfasernetzes bis zum Jahre 2011 Wirklichkeit sein wird! Es werden jedoch einige ungelöste Probleme und Hindernisse bleiben. Die größte Schwierigkeit, diese „Glasfaser bis zum Teilnehmer“- Technologie zu verwirklichen, ist das Problem der Stromversorgung. Bis heute erfolgt die Stromversorgung elektrisch über Kupfernetze auf einer physikalischen Trasse. Seit Einführung des Kurbelinduktors und später der zentralen Amtsbatterie war diese in höchstem Maße zuverlässige Stromversorgung uneingeschränkt verfügbar, auch bei Stromausfall. Durch die Glasfaser jedoch verlieren wir die Metalltrasse, um die Geräte mit Strom zu versorgen. Deshalb muß eine Alternative gefunden werden, um - speziell bei Stromausfällen - die Endgeräte wirtschaftlich mit Strom zu versorgen.Es gibt mindestens drei Möglichkeiten, um ein Glasfasersystem mit Strom zu versorgen. Neben anderen Methoden ist die bevorzugteste die, bei der zusätzlich zur Glasfaser eine Kupferleitung geführt wird, entweder innerhalb desselben Rohres oder extern. Diese Methode erfüllt die Anforderungen des Teilnehmers und des Netzbetreibers. Es müssen jedoch weitere Alternativen und Lösungen entwickelt werden, um die Stromversorgung wirtschaftlicher zu gestalten. Nur dann kann das wirkliche Potential für verbesserte Dienste, für neue Dienste und letztendlich für eine verbesserte Lebensqualität genutzt werden.

Im Februar 1989 nahm die Deutsche Bundespost TELEKOM ihr erstes selbstwahlfähiges Breitband-Vermittlungssystem unter Verwendung von Lichtwellenleitern (Glasfaser) als Versuchsnetz in Betrieb: 29 Großstädte werden über 16 Breitband-Anschlußvermittlungen verbunden. In einer ersten Stufe können etwa 1 500 Teilnehmer daran angeschlossen werden. Durch den Einsatz eines elektronischen Steuersystems werden die Verbindungen wesentlich schneller als z. B. beim jetzigen analogen Telefon hergestellt. Der Verbindungsaufbau zwischen den Teilnehmern kann — wie vom Telefon her gewohnt — vom Teilnehmer selbst oder durch einen PC erfolgen.

In February 1989 the Deutsche Bundespost TELEKOM put on stream the pilot network of its first broadband switching system using fiberoptic cables. Twenty-nine major cities were linked by 16 broadband exchanges. In the first phase, access will be provided to about 1500 Subscribers.

Das Projekt BERKOM (BERliner KOMmunikationssystem) wurde 1986 von der Deutschen Bundespost — in Abstimmung mit dem Berliner Senat — gestartet. Die ursprünglich geplante Laufzeit von vier Jahren erwies sich nach Abschluß der Feinplanungsphase Ende 1986 als zu knapp bemessen, so daß bereits 1987 vom Bundespostministerium die Verlängerung um zwei Jahre beschlossen wurde. In diesem Jahr erfolgte eine abermalige Verlängerung um ein Jahr, um die Projektlaufzeit an die Laufzeit der RACE-Anwendungspiloten TELEMED, TELEPUBLISHING und ESP anzupassen, die eng mit BERKOM verknüpft sind und erst Ende 1992 abgeschlossen werden sollen.

For more than ten years Berlin (West) has been playing an important role in the development and testing of modern telecommunications technology in Germany. In this city the Deutsche Bundespost has tested (with several projects) the possibilities and limits of the digitization of the existing local telephone network in several projects and the use of optical message transmission systems in local and wide area networks in practical trials. Thus the preconditions for ISDN (Services Integrated Digital Network) and the introduction of optical fibre technology have been provided here in Berlin.

Nachdem sich in den höheren Ebenen der öffentlichen Fernmeldenetze Systeme mit Glasfaserkabeln gegenüber denen mit Kupferkabeln als technisch und wirtschaftlich überlegen erwiesen haben, konzentriert sich das Interesse nun auf die Einführung der Glasfaser im Teilnehmeranschlußnetz. Daß sie dort in Netzen wie dem kommenden Breitband-ISDN (BISDN) das geeignetste Übertragungsmedium sein wird, steht außer Zweifel. Da aber unsicher ist, wie schnell die Nachfrage nach Breitbanddiensten wächst, bedeutet das Errichten von Teilnehmeranschlußnetzen nur dafür ein hohes wirtschaftliches Risiko, das die Netzbetreiber nur zögernd einzugehen bereit sind [1]. Neuere Systementwicklungen ermöglichen aber nun, auch die herkömmlichen Dienste mit Hilfe der Glasfaser abzuwickeln. Sie tritt dann in Konkurrenz zu den bisher gebräuchlichen Übertragungsmedien, dem symmetrischen Kupferkabel für Telefon und Dienste mit ähnlich niedriger Bandbreite einerseits und dem Koaxial-Kabel für die Verteildienste Fernsehen und Hörrundfunk andererseits. Soll die Glasfaser die Kupfertechnik verdrängen, so muß sie technisch und wirtschaftlich überlegen sein. Diese Möglichkeit ist immer dann gegeben, wenn die besonderen Vorzüge der Glasfaser, große Bandbreite und niedrige Dämpfung, genutzt werden. Dies ist auf Verbindungsleitungen von Wählnetzen und bei den Leitungen der Verteilnetze der Fall. Hingegen waren alle Versuche erfolglos, mit der gleichen Sternstruktur wie beim Anschlußnetz mit Kupferleitungen zu wirtschaftlich konkurrenzfähigen Telefon-Teilnehmernetzen zu kommen. Nur mit Netz- und Systemstrukturen, die die technischen Vorzüge der Glasfaser besser nutzen, kann die Teilnehmeranschlußtechnik mit Glasfasern auch für bestehende Dienste wie Telefon und 64-kbit/s-ISDN mit der heutigen Technik konkurrieren.

Until recently, strategies for introducing the optical fiber into the loop area were closely linked to the introduction of the broadband ISDN. Now solutions are emerging which will enable fiberoptic loop technology to be introduced for existing services such as telephone, 64-kbit/s ISDN and TV.

Die Weiterentwicklung der Telekommunikation wird durch die Wünsche der Anwender, Diensteanbieter und Netzbetreiber nach mehr Intelligenz, Mobilität und Flexibilität in Netzen und Diensten auch bei größerer Bandbreite, d.h. Leistungsfähigkeit der zur Verfügung gestellten Verbindungen, geprägt. Als langfristiges Ziel zeichnet sich die universelle personenbezogene Telekommunikation (UPT) ab. Sie schließt ortsunabhängige Erreichbarkeit und den Netzzugang über Kabelanschlüsse oder Funkanschlüsse ebenso ein wie schmalbandige und breitbandige Nutzungen. Für die tatsächliche Evolution der weltweiten Netze und Dienste gelten eine Reihe von Randbedingungen: die verfügbare Technik, die internationale Standardisierung, die Regulierung, die Wirtschaftlichkeit und nicht zuletzt die Akzeptanz bei allen Beteiligten.

The continuing development of telecommunications is characterized by the demands of users, service providers and network operators for more intelligence, mobility and flexibility of networks and services, combined with greater bandwidth and cost effectiveness. The long-term objective is seen to be the broadband ISDN and universal personal telecommunications.

Der Aufbau von Glasfaserteilnehmeranschlüssen wird meistens mit der Errichtung eines dienstintegrierenden breitbandigen Glasfasernetzes (IBCN = Intergrated Broadband Communication Network) in Verbindung gebracht. Ein solches, völlig neu aufzubauendes Breitbandvermittlungsnetz muß in seiner Struktur und Leistungsfähigkeit wie aber auch mit seinem Übertragungsangebot und seiner Teilnehmerkosten in Konkurrenz zu bereits bestehenden anwendungsoptimierten Teil netzen gesehen werden. Dieses neue Netz muß die Teil netze ablösen oder in sich integrieren. Dazu muß es diesen gegenüber neben technischen vor allem auch betriebliche und wirtschaftliche Vorteile bieten. Es lohnt sich also, in einer kurzen Analyse zunächst auf Leistungsfähigkeit und wirtschaftliches Potential der in Frage kommenden anwendungsoptimierten Teilnetzen einzugehen, bevor die Frage behandelt werden kann, ob der Glasfaserteilnehmeranschluß (FTTH = Fibre to the Home) über den Neuaufbau eines IBCN entstehen kann. Diese Teilnetze sind in den Bildern 1 bis 9 wiedergegeben bzw. charakterisiert.

The glass fibre subscriber line is frequently associated with the construction of an Integrated Broadband Communication Network (IBCN). In order to develop an introductory strategy for this type of broadband network which is completely to be constructed by means of glass fibre technology, the first step will be to make an analysis of the application optimized sub-networks competing - from our actual point of view - with this network. These are structures developed over the years for narrow- and broadband communication on the basis of already existing sub-networks or for those being prepared.

Für die Einführung der Glasfaser in Fernmeldenetzen einschließlich der Verbindung zum Teilnehmer und zum Anschluß der Teilnehmergeräte sind in den letzten 10 bis 15 Jahren eine Fülle von technischen Vorschlägen vorgelegt worden. Dabei ist das stärkste Gewicht auf die technische Ausgestaltung dieser neuen Systeme gelegt, und nur in manchen Fällen ist bereits auch ein Kostenvergleich dieser neuen Techniken zu konventionellen Lösungen untersucht worden.

In the last 10 to 15 years there has been a lot of technical proposals for the introduction of optical fibres in telecommunication networks including the connection to the subscriber partially including the connection to the subscriber set. The technical aspects of these new systems were borne in mind most, and only in a few cases the costs of these new techniques in comparison with conventional solutions were undertaken, too.

Diese Veranstaltung befaßt sich mit dem technischen Problem “fibre to the hörne” (FTTH). Sie glauben gar nicht, wie egal es dem Teilnehmer ist, ob er über Kupfer, Glas oder Brieftauben versorgt wird. Der Teilnehmer hat Kommunikationsnöte. Diese gilt es zu analysieren und festzustellen, ob sie eine Glasfaserinfrastruktur benötigen.

The term ‘ fibre to the home ’ (FTTH) is a technical expression, which says something about which technical means are used to transmit the communication signal from and to the subscriber. The user himself cannot care less about the technical implications. He is interested in the applications and the question, how can I improve my telecommunication behaviour. How can I get more out of my communication tools.

Der Münchner Kreis hätte keinen aktuelleren Zeitpunkt für diese Veranstaltung wählen können als diesen. Die Diskussion über die Möglichkeiten des Einsatzes von Glasfasersystemen im Ortsnetz ist weltweit in eine entscheidende Phase getreten. Die DBP TELEKOM hat sich zur strategischen Aufgabe gestellt, diese Diskussion nicht nur zu begleiten, sondern entscheidend zu prägen. Die Benennung von Herrn Haist als „Generalbevollmächtigter Glasfaser“ ist auch ein äußerer Beweis. Dabei muß das Thema FTTH (Fibre to the home) eingebettet sein in die Gesamtstrategie der DBP TELEKOM.

The organizers could not have chosen a better date for Comforum than this. Throughout the world, the discussion about the use of optical fiber systems at local network level has reached a decisive stage. DBP TELEKOM’s strategy is not only to pursue this discussion but to influence it decisively.