Mehr Daten dank Licht

Der Datenverkehr im Internet nimmt rasant zu. Deshalb wird in vielen Gemeinden mit Hochdruck an einem neuen Übertragungsnetz gearbeitet. Es besteht aus Glasfasern, die Daten nicht mit Strom, sondern mit Licht übermitteln.

Glasfaserkabel erlauben einen schnelleren Datentrasport. Bild: CanStockPhoto

Immer mehr, immer schneller: Nach diesem Motto hat sich der digitale Datenverkehr in den letzten Jahren entwickelt. Ende 2004 gab es in der Schweiz pro 100 Einwohner 17 Bereitbandanschlüsse; heute, nur 10 Jahre später, sind es bereits über 45, also fast drei Mal mehr. Und der Hunger der User nach noch mehr Leistung ist noch lange nicht gestillt. Ein durchschnittlicher Internetnutzer steigert seinen Datenverkehr jährlich um etwa 60 Prozent; im Mobilfunkbereich verdoppelt sich das Verkehrsvolumen sogar alle 12 Monate. Da erstaunt es nicht, dass die heute üblichen lokalen Kabelnetze aus Kupfer langsam aber sicher an ihre Kapazitätsgrenzen stossen.

Glasfaberkabel

Glasfaberkabel (Erdkabel). Bild: Buy_on_turbosquid_optical.jpg: Cable master/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Im ganzen Land wird deshalb mit Hochdruck in die lokale Infrastruktur investiert. Daten sollen künftig nicht mehr über Kupferkabel übermittelt werden, sondern über Glasfasern, wie bereits heute in regionalen und globalen Netzen. Der entscheidende Unterschied: Beim Glasfasernetz werden die Daten nicht elektrisch übertragen, sondern mit Lichtpulsen (siehe Highlightbox). Denn mit Licht lassen sich pro Zeiteinheit wesentlich grössere Datenmengen übertragen als mit Strom – und zwar in beide Richtungen. Sowohl für den Download als auch für den Upload sind damit gleiche Bandbreiten möglich. Und schliesslich gibt es noch einen weiteren Vorteil: Licht wird durch elektrische Felder nicht beeinflusst. Deshalb ist die Datenübertragung in Glasfasern viel weniger störanfällig, beispielsweise durch Stromkabel oder andere Leitungen.

Für die privaten Nutzer haben die höheren Datenraten vor allem den Vorteil, dass sie beispielsweise im Internet Filme oder Fernsehsendungen online in hoher Auflösung anschauen können. Aber auch für Firmen sind die höheren Übertragungsraten von Vorteil. Denn die Unternehmen setzen immer mehr auf rechenintensive Prozesse, bei denen grosse Datenmengen in Echtzeit transferiert werden.

Gegenwärtig wird in der Schweiz ungefähr alle zwei Minuten eine Wohnung oder ein Geschäft ans Glasfasernetz angeschlossen. Bild: Swisscom

Ein Drittel aller Haushalte angeschlossen

Gegenwärtig wird in der Schweiz ungefähr alle zwei Minuten eine Wohnung oder ein Geschäft an das Glasfasernetz angeschlossen. Im Laufe dieses Jahres dürfte etwa ein Drittel aller Haushalte angeschlossen sein. Im internationalen Vergleich gehört unser Land dabei zu den Spitzenreitern: weltweit gesehen gibt es pro Kopf am meisten Geld für den Aufbau des Glasfasernetzes aus. Dabei soll der Ausbau möglichst flächendeckend geschehen. Nicht nur in den grossen Zentren, sondern auch in den ländlichen Regionen sollen die Kunden in den Genuss von hohen Datenraten kommen. Ein wichtiger Punkt beim Ausbau ist der Wettbewerb unter den Telekomfirmen. Um Doppelspurigkeiten beim Netzausbau zu vermeiden, werden vielerorts Kabel mit vier Fasern verlegt, obwohl im Prinzip eine einzige reichen würde. Dank den Mehrfachkabeln können verschiedene Unternehmen die gleiche Leitung nutzen, sodass die Kunden nach wie vor zwischen verschiedenen Anbietern wählen können.

Schnelle Datenübertragung

Bei einem Glasfasernetz werden Daten nicht elektrisch, sondern mit Licht übertragen. Dazu werden die elektrischen Signale beim Sender zunächst mit Leuchtdioden (LED) oder Laserdioden in Lichtpulse umgewandelt. Diese Lichtpulse werden dann über das Glasfaserkabel zum Empfänger übertragen, wo sie mit Hilfe von Fotodetektoren wieder in elektrische Signale umgewandelt werden.

Der eigentliche Lichtleiter ist eine Glasfaser mit einem zylindrischen Kern und einem Mantel, dessen Glas einen niedrigeren Brechungsindex hat als der Kern. Damit bleibt das Licht im Kern durch Totalreflexion an der Grenzschicht zum Mantel «gefangen» und wird so geleitet. Diese Glasfaser ist von einer dünnen Kunststoffschicht bedeckt und von einem zusätzlichen Mantel umgeben, der sie vor Umwelteinflüssen schützt. Glasfaserkabel bestehen aus mehreren Glasfaser Lichtleitern, für kurze Strecken (lokale Netze) aus ein bis vier Multimode- oder Monomode-Fasern. Für längere Strecken verwendet man meist Erdkabel mit mehreren Monomode-Fasern, da diese höhere Datenraten über lange Distanzen erlauben. In einem Glasfaserkabel können optische Signale ohne Zwischenverstärker über grosse Entfernungen übermittelt werden. Das moderne globale Internet-Netz wäre ohne diese Glasfaserkabel nicht möglich. Bei transatlantischen Kabeln über sehr grosse Entfernungen werden etwa alle 100 km optische Faserverstärker (Erbium-dotierte Glasfasern) eingesetzt um die Lichtpulse zu verstärken ohne sie zuerst in ein elektrisches Signal umzuwandeln.

Ein Glasfaser Lichtleiter besteht aus einem zylindrischen Kern, umgeben von einem Mantel, beides aus hochreinem
Quarzglas. Da der Brechungsindex n1 des Kerns etwas grösser ist als derjenige des Mantels (n2), wird das Licht
im Kern durch Totalreflexion an der Grenzschicht zum Mantel geleitet. Der Durchmesser einer Telekom-Glasfaser
beträgt 125 μm (etwa die Dicke eines Haares). Der Durchmesser des Kerns liegt bei Multimode-Fasern etwa
zwischen 12,5 μm und 50 μm, bei Monomode-Fasern zwischen 2 μm und 5 μm. Grafik: SATW / Andy Braun

Text: SATW / Felix Würsten
Quelle: Technoscope 1/15: Licht. Technoscope ist das Technikmagazin der SATW für Jugendliche

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