Bevor ein Überblick über die technischen Gegebenheiten des Breitbandsektors erfolgen kann, muss Breitband bzw. Bandbreite definiert werden. Breitband umfasst alle Arten schneller Datenübertragung im Internet. Allerdings variieren die Anforderungen an die Mindestübertragungsrate der Datenübertragungsrate je nach Institution bzw. Nation zwischen 256 kBit/s[1] und 1 MBit/s[2]. Durch dynamische Prozesse und Dienstleistungen wie Cloud Computing[3] ist davon auszugehen, dass der Bedarf an einer funktionsfähigen Infrastruktur mit hoher Bandbreite und geringer Verzögerung steigen wird.[4] Zunehmende Bandbreiten und geringe Latenz sind erforderlich, um die Funktionsfähigkeit der heterogenen Internetdienste zu garantieren. Dabei sind die Kriterien einer ausreichend großen Bandbreite sowie die Latenz und teilweise die Symmetrie der Down- und Uploadgeschwindigkeiten von entscheidender Bedeutung. In den Hauptnutzungszeiten besteht für einige Dienstleistungen nicht genügend Kapazität zur Verfügung. Dadurch ist die Nutzung hochwertiger Internetdienste eingeschränkt und führt zu einer Reduzierung der Wohlfahrt[5].[6]
Zum besseren technischen Verständnis soll in den folgenden Abschnitten eine Übersicht über die technischen Anforderungen und Eigenschaften der Breitbandinfrastruktur sowie der in Deutschland am häufigsten eingesetzten Breitbandtechnologien gegeben werden.
Das Internet ist ein dezentrales Netzwerk, welches über verschiedene Übertragungsmedien Daten in Paketform zwischen den Nutzern und den Anbietern von Applikationen über sogenannte Router und Datenstationen überträgt. Für die folgende Betrachtung ist eine horizontale sowie vertikale Segmentierung dieses Systems notwendig, um die relevanten Kostenträger zu identifizieren und ein besseres Verständnis über den Einfluss bestimmter Segmente auf die Kostenstruktur zu bekommen.
Abbildung 1: Aufbau des Internets nach dem NGA-Modell[7]
Wie anhand der Abbildung 1 zu erkennen ist, gliedert sich die Infrastruktur des Internets in drei Netzbereiche[8]. Diese Bereiche sind das Kernnetz, das Konzentrationsnetz und das Zugangsnetz, wobei Letzteres im Fokus der Untersuchung steht. Kern- und Konzentrationsnetz werden aufgrund ihres geringen Einflusses auf die Kostenstruktur hinsichtlich ihrer Kostenanteile für einen flächendeckenden Breitbandausbau nicht weiter betrachtet.[9] Das Zugangsnetz umfasst die Schnittstelle vom Konzentrationsnetz über die Hauptverteiler, den Kabelverzweiger[10], das Gebäudenetzwerk bis zum Nutzeranschluss. Bei funkbasierenden Technologien umfasst das Anschlussnetz die Schnittstelle vom Kernnetz über das Sendemodul bis hin zum Empfangsgerät. Das Gebäudenetzwerk wird als Teil des Zugangsnetzes gesehen, aber in einigen Modellen als separater Bestandteil für die Kostenanalyse betrachtet.[11] In der weiteren Betrachtung steht das Anschlussnetz im Mittelpunkt der Universaldienstanalyse.
Im NGA-Modell[12] gibt es diverse Überschneidungen der jeweiligen Technologien zwischen den Netzbereichen, sodass funktionsgleiche Ebenen abstrakt in einem Schichtmodell zusammengefasst werden. Anhand dieses Modells wird eine vertikale Eingrenzung vorgenommen, im die relevanten Elemente der Kostenstruktur zu ermitteln.
Abbildung 2: NGA-Ebenenmodell[13]
Abbildung 2 zeigt, dass die vertikale Segmentierung, ähnlich wie im ISO/OSI-Modell, in Schichten dargestellt wird.[14] Das NGA-Schichtmodell wird vereinfachter als das ISO/OSI Modell aufgezeigt, um alle Breitbandtechnologien[15] mit ihren jeweiligen Besonderheiten abstrakt darstellen zu können. Anwendungsschicht, Darstellungsschicht, Sitzungsschicht und Transportschicht werden im NGA-Modell in einer Schicht, dem sogenannten Layer 4, zusammengefasst. Diese Anwendungsebene ist für die Infrastrukturkostenuntersuchung irrelevant und wird nicht weiterführend betrachtet. Relevant sind die Schichten Layer 0 bis 3. In Layer 0 werden alle physikalischen Übertragungsmedien, wie Glasfaserkabelbäume, Leerrohre, Gebäudeverkabelung, Antennenmasten sowie weitere Medien, die die physikalische Übertragung von Datensignalen[16] ermöglichen, zusammengefasst.[17] Die gesamte Infrastruktur, die notwendig ist, um eine aktive Datenübertragung gewährleisten zu können, wird in den folgenden Kapiteln als passive Infrastruktur[18] bezeichnet. Durch die Art der Glasfaserverlegung[19] wird festgesetzt, welche Glasfaserübertragungstechnologie in den nachgelagerten Ebenen genutzt werden kann.[20]
Die Layer 1 bis 3 bilden zusammen die aktive Infrastruktur und umfassen alle Einrichtungen bzw. Anlagen, die die Bereitstellung von dedizierten Bandbreiten bzw. Wellenlängen der jeweiligen Anbieter (Layer 1), die Erstellung der virtuellen Verbindung zum Teilnehmer (Layer 2) sowie die paketbasierende Übertragungstechnologie (Layer 3) für die in Layer 4 verwendeten Dienste ermöglichen.[21] Unternehmen, die sich im Bereich der Infrastruktur aktiv und passiv bewegen, werden auch als Carrier bezeichnet. Alle Begriffe, die sich auf Telekommunikationsunternehmen beziehen, werden synonym für Carrier verwendet. Zusammenfassend wurden die Layer 0 und 1 im Schichtenmodell, die die aktive und passive Infrastruktur des Anschlussnetzes bilden als relevanter Bereich für die folgende Untersuchung identifiziert.
Im nächsten Abschnitt werden die verschiedenen Übertragungsarten bzw. -technologien vorgestellt.
Glasfaser ist die modernste kabelgebundene Datenübertragungstechnologie, die derzeit verfügbar ist. Sie überträgt optische Signale durch Wellenlängenmultiplex[22] mit einer Übertragungsfrequenz bis zu 60 THz und ist somit um den Faktor 60.000 leistungsfähiger als ein normales Koaxialkabel. Die Glasfaserinfrastruktur ist in einer FTTH Architektur angelegt, was bedeutet, dass Glasfaser vom Hauptverteiler bis hin zum Teilnehmeranschluss verlegt worden ist. Man unterscheidet drei Varianten: P2P, Active Ethernet und PON. Relevant für die Untersuchung sind P2P und PON. Bei P2P wird eine durchgängige Leitung vom Hauptverteiler bis hin zum Endkunden bereitgestellt. xPON hingegen splittert sich am Kabelverzweiger in weitere Leitungen auf.
Abbildung 3: Glasfasertopologie P2P und xPON[23]
Wie in der Abbildung 3 vereinfacht dargestellt, wird bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung jeder Kunde mit einer für ihn reservierten, durchgängigen Leitung vom Hauptverteiler bis zum Nutzeranschluss versorgt. Es können Strecken von 40 km bis 80 km zwischen Hauptverteiler und Nutzer liegen, ohne dass ein Signalverstärker zwischengeschaltet werden muss. Ebenso können Bandbreiten je nach Kundenwunsch von 100 MBit/s bis 10 GBit/s pro Faser bereitgestellt werden.[24]
Bei einer Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung wird die Glasfaserleitung aus dem Feeder-Segment über einen passiven Splitter auf mehrere Fasern aufgeteilt. Dadurch wird die Übertragungskapazität der Faser ebenfalls aufgesplittet. Technisch liegen die Verhältnisse bei 1:32. In diesem Verhältnis teilt sich auch die Übertragungskapazität der Glasfaser auf die Nutzer auf. Die Übertragungskapazität beträgt bei GPON 2,5 GBit/s im Download- und 1,25 GBit/s im Upload-Bereich. Die maximale Distanz zwischen Hauptverteiler und Nutzer beträgt in dieser Topologie 20 km.[25] Die Vor- und Nachteile der jeweiligen Anordnungen werden in Abschnitt 3.2.3 ausführlicher behandelt.
Im nächsten Abschnitt werden die Hybridvarianten aus konventionellen und neuen Übertragungsmedien dargestellt.
Wie die Abbildung 1 verdeutlicht, sind Hybridnetze, die in einer FTTC-Architektur den Zwischenschritt zwischen den konventionellen Kabel- und Telefonnetzen und den modernen FTTH-Glasfasernetzen bilden. Die Glasfaser ist netzseitig im Feedersegment bis zum Kabelverzweiger ausgebaut. Im Dropsegment, ab dem Kabelverzweiger, werden Kupferdoppeladerleitungen des alten Telekommunikationsnetzes genutzt.[26]
Die Breitbandübertragungstechnologie VDSL basiert auf der FTTC-Architektur des ehemaligen Telefonnetzes und erreicht durch die hybride Netzstruktur Übertragungsgeschwindigkeiten zwischen 52 MBit/s und 100 MBit/s im Down- und Uploadbereich. Um diese Bandbreiten zu gewährleisten, darf die Distanz der Kupferdoppelader zwischen Kabelverzweiger und Nutzeranschluss maximal 500 m...