G.fast / ITU-T G.9700 und G.9701

G.fast ist eine DSL-Technik, bei der ursprünglich auf einer maximal 100 Meter langen Kupferdoppelader (Teilnehmeranschlussleitung, TAL) Datenübertragungsraten von bis zu 1.000 MBit/s (G.fast Profil 106a) oder 1.800 MBit/s (G.fast Profil 212a) erreicht werden (Downlink und Uplink addiert).
Die Spezifikation sieht dabei einstellbare Verhältnisse zwischen 90/10 Prozent und 50/50 Prozent für Downlink und Uplink vor.

G.fast wird wahlweise als Alternative oder Nachfolger von VDSL2-Vectoring gesehen. Allerdings kommt eine höhere Übertragungsrate bei G.fast nur auf sehr kurzen Strecken zustande. Über 500 m bietet es keinen Performance-Vorteil gegenüber VDSL2. Deshalb ist G.fast eher der technische Nachfolger von VDSL2. Vorausgesetzt, der Netzausbau mit Glasfaser schreitet weiter voran.

Bei G.fast kommt die Überlappung mit Frequenzbereichen, die bereits anderweitig verwendet werden, zum Tragen. Zum Beispiel der UKW-Rundfunk (FM-Bänder) oder militärische Funkanwendungen.
Deshalb besteht G.fast aus zwei Spezifikationen. Die ITU-T G.9700 beschreibt, wie das Übertragungsverfahren Störungen gegenüber anderen Systemen vermeidet, die im selben Frequenzbereich arbeiten.
Die zweite Spezifikation, ITU-T G.9701, beschreibt den Physical Layer bzw. das Übertragungverfahren. Diese Spezifikation trägt die Bezeichnung "Fast Access to Subscriber Terminals", kurz FAST.

Übertragungsgeschwindigkeit

Generell gilt, je kürzer die Kupferleitung, desto höher ist die Signalgüte, die am Teilnehmeranschluss ankommt und desto höher ist die Geschwindigkeit, die möglich ist.

Datenraten VDSL2 und G.fast

Auf Kupferkabel mit 0,5 qmm Adernquerschnitt und bis 100 Meter Länge sind 500 MBit/s bis 1 GBit/s erreichbar. Bis 200 Meter sind es 200 MBit/s und bis 250 Meter noch 150 MBit/s.
Bei den selben Kupferkabeln bei unter 100 m erreicht G.fast mit Profil 212a eine aggregierte Datenübertragungsrate von 1,8 GBit/s. Ab einer Leitungslänge von 250 m sind es nur noch rund 800 MBit/s.
Ab etwa 250 m Kupferleitung gleichen sich die Datenraten von G.fast Profil 106a und 212a an. Ab 250 m ist der Einsatz von G.fast nicht mehr sinnvoll.

Aufgrund mangelnder Verfügbarkeit von G.fast-Anschlüssen ist die tatsächliche Geschwindigkeit unklar. Eventuell nur 200 MBit/s, vielleicht eher 500 MBit/s oder sogar 1 GBit/s?

G.fast-Netzarchitektur

Der Endpunkt der Glasfaser ist die Distribution Point Unit (DPU) oder auch Multiple Dwelling Unit (MDU) genannt. Dieser optische Netzabschluss arbeitet als Medienkonverter und erzeugt elektrische Signale, um die einzelnen Teilnehmeranschlüsse (TA) zu versorgen.
Die vorgesehenen DSLAMs am Distribution Point haben beispielsweise 16 bis 48 Ports und können eine kurze Straße oder eine große Wohnanlage mit G.fast versorgen.

FTTC - Fibre-to-the-Curb
(Fibre to the Curb, FTTC)

FTTB - Fibre-to-the-Building
(Fibre to the Building, FTTB)

Es handelt sich um eine Netzarchitektur zwischen FTTC und FTTB, die FTTdp (Fiber to the Distribution Point) genannt wird. Eine Variante davon ist auch FTTS (Fibre to the Street).

Der Übergabepunkt (Distribution Point) von Glasfaser auf Kupfer liegt je nach Verhältnissen vor Ort im Kabelverzweiger (FTTC) oder im Gebäude (FTTB). Hierbei muss man zwischen der Versorgung von Einfamilienhäuser und Mehrfamilienhäusern, sowie Wohnanlagen unterscheiden.

Der typische G.fast-Anschluss sieht vor, dass die Glasfaser bis in die Wohnanlage verlegt wird. Im Keller sorgt ein Medienkonverter dafür, dass die einzelnen Wohnungen oder Büros über die vorhandene Kupferdoppelader mit Datenraten bis zu 1 GBit/s versorgt werden.
Für Einfamilienhäuser eignet sich G.fast zwar auch, aber aus wirtschaftlichen Gründen sind größere Wohnblocks in Städten besser geeignet. Je nach Länge der Kupferleitung könnte G.fast auch ab dem Übergabepunkt zu einem Gebäude herangeführt werden (FTTdp). Der Übergabepunkt müsste dann aber in einem Schacht unter dem Gehweg liegen.

Für die Verbindung von der Vermittlungsstelle bzw. Hauptverteiler bis zum Übergabepunkt kommen überwiegend PON-Techniken (Passive Optical Network) zum Einsatz. Zum Beispiel GPON (Gigabit PON) oder XGS-PON (10-Gigabit-Capable-Symmetric PON).

Reverse Powering

Bei G.fast muss der DSLAM oft an einer Stelle positioniert werden, wo kein Stromanschluss verfügbar ist. Zum Beispiel in einem Kabelschacht. Die Idee ist, dass der Teilnehmer die Speisung des aktiven G.fast-Elements (optischer Verteiler) des Netzbetreibers über Reverse Powering übernimmt. Dazu gibt es eine ETSI-Spezifikation TR 102 629. Vorgesehen sind 60 Volt mit maximal 300 mA.
Reverse Powering ist vor allem dann notwendig, wenn die G.fast-Komponente zu weit weg vom zentralen Knoten des Netzbetreibers installiert ist.

Reverse Powering hat noch einen weiteren Vorteil. Wenn der Medienkonverter im Keller vom Zugangsrouter in der Wohnung mit Strom versorgt wird, muss nicht die Hausgemeinschaft für den Stromverbrauch aufkommen.

G.fast-Übertragungstechnik

G.fast teilt das Frequenzband nicht wie üblich in Uplink und Downlink (Sende- und Empfangsrichtung), sondern nutzt den gesamten Frequenzbereich zum Senden und Empfangen. Dabei senden die Geräte abwechselnd (Time Division Multiplex, TDD) in die eine und andere Übertragungsrichtung.

Die hohe Übertragungsrate von G.fast ergibt sich aus einem weit breiteren Frequenzband.
G.fast nutzt den Frequenzbereich ab 2,2 bis 106 MHz und in einer erweiterten Fassung sogar bis 212 MHz. Zum Vergleich: VDSL2 nutzt den Frequenzbereich bis 17 MHz oder 35 MHz.

G.fast-Profil Frequenzbereich Geschwindigkeit auf 100 m
106a 2,2 bis 106 MHz bis zu 1 GBit/s
212a 2,2 bis 212 MHz bis zu 1,8 GBit/s

G.fast entspricht dem VDSL2-Vectoring, ist also abwärtskompatibel zu VDSL2. Beim Vectoring werden die Teilnehmer-Router an einem Kabelbündel zentral von einem DSLAM so gesteuert, dass deren Signale möglichst wenig Nebensprechstörungen im Kabelbündel verursachen.
Nebensprechstörungen beeinträchtigen die Signalqualität und drücken die Übertragungsgeschwindigkeit. Mit Vectoring wird das vermieden.

Da G.fast das TDD-Verfahren (Time Division Multiplex) zur Richtungstrennung verwendet, ist mit Übersprechstörungen sowohl durch FEXT (Far End Crosstalk, Fernnebensprechen) und noch schlimmer mit NEXT (Near End Crosstalk, Nahnebensprechen) zu rechnen. Mehrere G.fast-Systeme an einem Standort verstärken diese Effekte.
Aus diesem Grund darf auch nur eine G.fast-DPU (Distribution Point Unit) an einem Standort betrieben werden.

Durch die Nutzung des hohen Frequenzbereichs ergeben sich Einschränkungen. Je höher im Frequenzspektrum gesendet wird, desto höher ist die Dämpfung und desto kürzer im Prinzip die Übertragungsstrecke, über die der Empfänger ein Signal noch zweifelsfrei erkennen kann. Um die physikalischen Effekte zu kompensieren, ist eine aufwendigere Hardware mit einem höheren Stromverbrauch notwendig.

Gehen bei VDSL2 schon ca. 50 % des eingesetzten Frequenzspektrums dafür drauf, mit Vectoring das Übersprechen zu kompensieren, so sind es bei G.fast bis zu 90 %.

G.fast und VDSL2 im Vergleich

Anschluss G.fast Profil 106a G.fast Profil 212a VDSL2 Profil 35b
ITU-T-Standard G.993.2 G.9700 und G.9701 G.993.2 Annex Q
Bezeichnung - - Super-Vectoring, Vplus
Datenrate bis 1.000 MBit/s
(gesamt)
bis 1.800 MBit/s
(gesamt)
250 MBit/s (Downlink)
40 MBit/s (Uplink)
Leitungslänge max 250 m max. 100 m max. 500 m
Signalpegel 4 dBm 4 dBm 17 dBm
Bandbreite 106 MHz 212 MHz 35,328 MHz
Kanalabstand 51,75 kHz 51,75 kHz 4,3125 kHz
Anzahl Töne 2.048 4.096 8.192
Bit pro Ton max. 12 (vorläufig) 12 15

Netzausbau für G.fast

G.fast gilt unter Netzbetreibern als hilfreiche Brückentechnik zu FTTH mit Glasfaseranschluss. Allerdings sind die Investitionen erheblich. Für G.fast muss auf alle Fälle der Übergabepunkt von Glasfaser auf die Teilnehmeranschlussleitung (TAL) näher zum Teilnehmeranschluss (TA). Das heißt, es müssen Glasfaserkabel bis nah ans Haus bzw. ins Haus verlegt werden.

Zum flächendeckenden Ausbau trägt G.fast deshalb nur wenig bei. Es macht nur dort VDSL2 schneller, wo es bei einer kurzen Teilnehmeranschlussleitung sowieso schon schnell ist.

Parallelbetrieb von G.fast und VDSL2

Der parallele Betrieb von G.fast und VDSL2 im gleichen Kabel stellt Netzbetreiber dann vor Herausforderungen, wenn VDSL2 an einem KVz eingespeist wird und in dem Gebäude neben VDSL2-Anschlüssen ein G.fast-Knoten zum Einsatz kommen soll.

Der Grund für die auftretenden Probleme ist, dass die Übertragungsverfahren G.fast und VDSL2 spektral inkompatibel zueinander sind. VDSL2 arbeitet im Frequenzspektrum bis 17 MHz oder sogar 35 MHz. G.fast arbeitet im Frequenzspektrum von 2,2 bis 106 bzw. bis 212 MHz. Ein Übersprechen der parallel im gleichen Kabelstrang geführten Signale würde jeweils zu einer Beeinträchtigung der Übertragung führen. Konkret VDSL2 stört G.fast und G.fast stört VDSL2.

Denkbar wäre, dass G.fast mit VDSL2 parallel genutzt werden kann, indem G.fast den Frequenzbereich erst ab 20 (VDSL2-Profil 17a) oder 40 MHz (VDSL2-Profil 35b) nutzt.
Lässt man den Frequenzbereich für G.fast bei 40 MHz anfangen, was die Koexistenz mit VDSL bis Supervectoring in der Hausverkabelung sichert, bleiben 1,5 GBit/s Summendatenrate übrig. Bei 200 Metern sind es dann nur noch 600 MBit/s.

Anwendungen

G.fast ermöglicht den DSL-Netzbetreibern auf den Druck der TV-Kabelnetzbetreiber zu reagieren und schnellere DSL-Anschlüsse bereitzustellen. Leider wird das in der Breite nur wenige Tausend Kunden erreichen. Denn ohne Verdichtung des Glasfasernetzes bringt G.fast nicht besonders viel.
Interessant wird G.fast für Geschäftskunden, die bisher mit langsamen SDSL leben mussten.

Denkbar sind Anwendungen im Backhaul-Bereich, zur Anbindung von Mobilfunk-Basisstationen für Smart Cells oder von WLAN-Hotspots.

Weiterentwicklung

Mit der NG.fast-Technik soll bis zu 5 GBit/s über die Kupferdoppelader übertragbar sein.

Mit der Weiterentwicklung XG-Fast haben Alcatel-Lucents Bell Labs im Labor schon 10 GBit/s erreicht, wenn auch nur über 30 Meter, zwei Aderpaare und beide Übertragungsrichtungen zusammen.

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