Optischer Richtfunk

Optischer Richtfunk - Free Space Optics (FSO)

Einleitung

Bei Optischem Richtfunk (auch: Optische Freiraumdatenübertragung, Laserlink, Infrarotlink oder Optische Freiraumübertragung) handelt es sich um eine Technologie zur Übertragung von in der Regel digitalen Daten (damit auch Sprache, Video, etc.) mittels Licht. Da derzeitige Systeme im richtfunkähnlichen Punkt-zu-Punkt-Betrieb arbeiten, hat sich im deutschsprachigen Raum der Begriff "Optischer Richtfunk" eingeprägt. Der englische Begriff Free-Space Optics (FSO) ist wegen des fehlenden Bezugs zu "Funk" innerhalb eines entsprechenden Kontext treffender. Kommerzielle FSO-Systeme erreichen Entfernungen bis zu einigen Kilometern mit Datenraten bis zu 2,5 Giga bit/s (STM-16, ein Netzwerkprotokoll aus der SDH-Welt). Free-Space Optics, kann überall dort eingesetzt werden, wo hochbitratige Verbindungen benötigt werden und Glasfaserkabel nicht vorhanden bzw. zu teuer ist.

Anwendungsfälle sind:

Lan-zu-Lan-Verbindungen auf Betriebsgeländen (Fast Ethernet; Gigabit Ethernet).
LAN-zu-LAN-Verbindungen innerhalb einer Stadt
Überwindung einer Straße
Schnell bereitzustellender Breitband-Zugang zu Metronetzen von Telecom-Anbietern (Carriern)
Temporärer Netzausbau
Erhöhung der Übertragungssicherheit durch zusätzliche Verbindung mittels FSO (Redundanz)
Kombinierte Sprach-Daten-Verbindungen
Einsatz zur Wiederherstellung von Verbindungen (Disaster Recovery)

Da der Strahl doch verhältnismäßig schmal verläuft, ist diese Art der schnurlosen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen sehr sicher. Und da es sich um Licht und nicht um Mikrowellen handelt, ist mit optischer Freiraumdatenübertragung natürlich auch für gute Umweltverträglichkeit und Wohlbefinden gesorgt (EMVU).

Geschichte

Mit der Entwicklung der Laser-Technologie Mitte der 60er Jahre des letzten Jahrhunderts wurden bereits erste Versuche mit Lichttelefonen unternommen. Besonders im militärischen Bereich wurden diese Entwicklungen gefördert. Mit der Entwicklung leistungsstärkerer Glasfasern zur optischen Datenübertragung geriet der Optische Richtfunk wieder in den Hintergrund. Für das Militär und die Weltraumforschung wurde diese Entwicklungstätigkeit jedoch nie eingestellt. Dies hat seinen Grund in einer Reihe vorteilhafter technologischer Eigenschaften von FSO, welche sich in den letzten Jahren auch für die zivile Nutzung als interessant darstellten.

Technologische Eigenschaften und technische Herausforderungen

FSO ist eine Technologie, die transparente Datenübertragung erlaubt. Da Licht genutzt wird, sind theoretisch die gleichen hohen Übertragungsraten möglich, wie mit klassischer glasfaserbasierender Übertragungstechnik. Bei der Datenübertragung mit Licht durch den freien Raum gibt es verschiedene Einflüsse in der Atmosphäre, die technologisch zu überwinden sind, wie z. B.:

Luftflimmern
Umgebungslicht
Abschattung
Witterungseinflüsse
Umweltverschmutzung / Rauch

Diese Einflüsse wirken sich auf Optische Richtfunk-Systeme dahingehend aus, dass das Signal gedämpft wird und/oder die Fehlerrate in der Übertragung steigt. Um diesen Einflüssen aus dem Weg zu gehen, werden duch Hersteller verschiedene technische Kniffe angewendet, wie zum Beispiel eine "Diversity-Architektur" (mehrere Sender und mehrerer Empfänger in einem gewissen Abstand) und genügend "Fademargin" Leistungsreserve gegen witterungsbedingte Signaldämpfungen). Die möglichen Leistungsreserven sind aus Sicherheitsgründen beschränkt. Derartige Lasersysteme sollten keine Gefahr für Mensch und Tier darstellen. Kommerzielle Systeme halten in der Regel die Laserklassen 1 und 1M ein, die keine Sicherheitsmassnahmen beim Betrieb solcher Anlagen erfordern.

Vor-und Nachteile gegenüber anderen kabellosen Übertragungstechnologien

Die wesentlichen Vorteile sind:

Sehr schneller Aufbau
Lizenzfreier Betrieb
Im engen Lichtstrahl begründete hohe Datensicherheit
Hohe Bitraten (siehe auch: Bandbreite )
Keine Fresnel-Zone notwendig
Geringerer Einfluss von Regen und Schnee auf die Übertragung
Full-Duplex Übertragung
Netzwerkprotokoll-transparenz
Keine Interferenzprobleme
Günstigeres EMV/EMVU-Verhalten

Natürlich hat auch Mikrowellenrichtfunk Stärken, die in professionellen Lösungen nicht selten größere Entfernungen unterstützen und einer geringeren Dämpfung bei Nebel aufweisen. Beide Technologien haben den gemeinsamen Vorteil im Vergleich zu Glasfaserkabel, dass die Investition nicht in die Erde vergraben wird, also bei Bedarf auch anderweitig genutzt werden kann (z.B. bei Umzug).

Ronny Mees; Dipl.-Ing. (FH)

Literaturhinweise

Heinz Willebrand, Baksheesh S. Ghuman: Optischer Richtfunk, Huethig, ISBN 3778539671

Ernst Sutter: Schutz vor optischer Strahlung, VDE-Schriftenreihe, ISBN 380072667X