Eine Laterne mit Internet? Hört sich im ersten Moment vielleicht komisch an. Die Telekom will das aber Realität werden lassen: Mit einer neuen Technologie soll "Wireless To The Home", kurz WTTH, die Gigabit-Ziele Deutschlands erreichbarer machen. Funkmodems in Laternen sollen Internet an benachbarte Häuser ausstrahlen. // Von Mika Baumeister
Das Prinzip von WTTH ist eigentlich schnell erklärt: Ein Glasfaserkabel unter dem Bürgersteig wird in jede Laterne einer Straße verlegt. In dieser sitzt ein Modem, welches das optische Internetsignal in Funkwellen umwandelt. Eine Antenne am Haus des Internetkunden empfängt die übertragenen Daten, die anschließend vom eigenen Heimrouter im normalen WLAN-Netz verfügbar sind.
FTTH-Visualisierung: Das Internet geht vom Server in die Laterne. Per Funk ist das Signal am Haus empfangbar. Icons: Flaticon, designed by Smashicons & Freepik
Damit möchte die Telekom Kunden bis zu einen Gigabit an Bandbreite zur Verfügung stellen. Mit solch einer Internetanbindung ließe sich eine normale Film-DVD in rund 37 Sekunden herunterladen. 4k-Videostreams an mehreren PCs im gleichen Haushalt wären ebenfalls kein Problem. Im deutschen Durchschnitt sind Internetanschlüsse derzeit nur 15,3 Megabit schnell, Gigabit könnte quasi 66-mal so viele Daten übertragen.
Die eingesetzte Funktechnik ist dabei relativ neu: Der Konzern möchte auf Funk-Router im 60 GHz-Band setzen. Diese können theoretisch mehrere Gigabit pro Sekunde transportieren und sind dadurch für den Ausbau besonders geeignet.
Günstigerer Ausbau
Einer der Hauptgründe zur Forschung an der neuen Technologie ist der Preisvorteil. Haushalte mit Gigabit-Internetgeschwindigkeiten auszustatten, wie es die Politik bis 2025 wünscht, ist ein kostenintensiver Vorgang. Gorden Witzel ist der Projektleiter des Teams, das sich mit der WTTH-Technologie auseinandersetzt. Er sieht die Vorteile vor allem bei den Installationskosten: "Es ist günstiger, Laternen statt einzelne Häuser mit dem Internet zu verbinden. Das macht sich bei den Ausbaukosten bemerkbar." Vor allem das Nachrüsten von Glasfaser zu bestehenden Immobilien ist teuer. Wer aus Eigeninitiative Glasfaser zu seinem Haus legen möchte, muss einen vierstelligen Betrag investieren. Der Preis ist abhängig von der Kabellänge, vorhandener Infrastruktur, dem Bodenbelag, eventueller Leerrohre und der Strecke, die für die Verlegung aufgebuddelt werden muss.
Einige der Arbeitsschritte entfallen bei der Verlegung zu Laternen: Zwar muss auch gebuddelt werden. Dafür entfallen die Strecken zum Anwesen und der Planungsaufwand wird minimiert, weil nicht bei jedem Grundstück die Erlaubnis der Besitzer nötig ist.
Der kleine weiße Kasten enthält das Funkequipment, welches das Signal ausstrahlt. Foto: © Telekom
Witzel geht derzeit davon aus, dass Zellgrößen von 100 Metern realistisch sind. Das heißt: Alle 100 Meter wird eine Laterne mit einem Router versehen. Das Internet wird von dort in die Häuser gefunkt. Das spart Ressourcen, normalerweise müssten etwa alle zehn Meter Häuser angeschlossen werden.
Technologie recht neu
Der Bonner Konzern forscht seit etwa einem Jahr an WTTH. Schon 2016 fiel das 60-GHz-Frequenzband in den Fokus der Forscher. Damals kam die erste Hardware auf den Markt, die die Kommunikation in so hohen Frequenzen ermöglichte. In der Entwicklung setzte die Telekom unter anderem auf Netzwerktechnik von Huawei. Inzwischen kooperiert der Konzern mit Nokia, dem drittgrößten Hersteller für Netzwerktechnik. Auch andere Frequenzbänder waren bei der Entwicklung im Gespräch, so Witzel. Das 26-GHz-Band konnte nicht überzeugen, deswegen wird jetzt mit 60 GHz weiter geforscht.
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- Nokias Technik an der Laterne… Foto: (C) Telekom
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- … Und an der Hauswand. Foto: (C) Telekom
Der Digitalverband Bitkom hält den Ausbau schneller Internetverbindungen für wichtig. Dafür soll in Zukunft vor allem die Funktechnologie "5G" weiterhelfen. Der Mobilfunk soll ungefähr zehnmal so schnell sein wie das bisherige LTE-Netz. Davon profitieren vor allem Industrie- und Wohngebiete, aber auch unbemannte Drohnen benötigen solche Technik. Die Entwicklung weiterer Distributionsmöglichkeiten wie etwa WTTH ist dem Verein aber ebenso wichtig: "Deutschland steht vor der Aufgabe, eine wettbewerbsfähige digitale Basisinfrastruktur als Voraussetzung in einer zunehmend vernetzten und digitalen Wirtschaft zu schaffen." Gleichzeitig heißt es, dass weitere Anstrengungen von Unternehmen sowie der Politik nötig seien.
Wetter und Bäume sind natürliche Feinde
Die Funkwellen des 60-GHz-Bandes sind sehr empfindlich. Während normales WLAN im 2,4-GHz-Spektrum durch Wände dringt und Wohnungen komplett mit Internet versorgt, sind inzwischen übliche 5-GHz-Router schon mit wenigen Hindernissen überfordert. Das liegt unter anderem an der Wellenlänge: Je kürzer eine elektromagnetische Welle ist, desto schlechter kann sie Objekte durchdringen. Ein Funksignal mit 2,4 GHz besitzt eine Wellenlänge von 12,5 Zentimetern, 5-GHz-Wellen sind sechs Zentimeter lang. Das bei WTTH eingesetzte 60-GHz-Band ist lediglich 0,5 Zentimeter lang. Damit kann es nicht einmal Äste durchdringen. Zwischen der Laterne und einer Empfangsantenne darf also kein Baum stehen. Damit scheiden Alleen für die Technologie aus. Auch problematisch sind LKW, die unter Umständen die Antennen verdecken.
Kritisch ist zusätzlich schlechtes Wetter: Schon Nebel reicht aus, um die Reichweite des Funksignals zu verschlechtern. Regen oder Schnee sind ebenfalls Faktoren, die den Empfang beeinflussen. Die Wellen werden von Wassermolekülen reflektiert, was den Weg zum Haus erschwert.
Trotz der Hindernisse in Form von Umwelteinflüssen soll das WTTH-Konzept eine Verfügbarkeit von 99,9 Prozent bieten, so Witzel: Pro Jahr darf nach dieser Rechnung maximal zehn Stunden kein Netz vorhanden sein.
Multipathing-Probleme visuell dargestellt. Foto: Creative Commons 3.0, Farhad E. Mahmood, Mobile Radio Propagation Prediction
Auch das sogenannte Multipathing-Phänomen erschwert die Funkübertragung: Wellen reflektieren sich unkontrolliert von Hauswänden und dem Boden. Obwohl die Signale mit Lichtgeschwindigkeit gesendet werden, kann schon ein kleiner Wegelängenunterschied zu einer Wellenverschiebung führen, woraufhin die Empfangsqualität sinkt. Dadurch wird das drahtlose Internetsignal im schlimmsten Falle unbrauchbar.
Stromversorgung ist zusätzliche Hürde
In der Regel werden Laternen zentral gesteuert und bekommen nur Strom, wenn tatsächlich auch Licht brennen soll. Der WTTH-Router braucht jedoch rund um die Uhr Energie. Für dieses Problem entwickelt das Team hinter Witzel einen Energiespeicher. Der Akkumulator lädt sich über Nacht auf und versorgt den Router tagsüber mit Strom.
Der Verbrauch der verbauten Hardware hält sich in Grenzen, sodass der Akku keine riesigen Ausmaße einnehmen muss. In der finalen Version soll der Akku in die Laternenpfosten passen.
Sicherheit bisher ungeklärt
Die genaue Verschlüsselung des Funksignals ist im Projekt bisher nicht geklärt. Die Sicherheit liege der Telekom aber sehr am Herzen, weil der Konzern generell einen hohen Sicherheitsstandard biete, erklärt Witzel. Bleibt nur zu hoffen, dass mehr Zeit und Mühe investiert wird als bei der Vermeidung eines Hackerangriffs im Jahre 2016, bei dem viele Telekom-Router wegen einer Sicherheitslücke ausfielen.
Generell gibt es für das 60-GHz-Frequenzband noch keinen richtigen Verschlüsselungsstandard. Zwar entwickelt das amerikanische "Institute of Electrical and Electronics Engineers", kurz IEEE, einen WLAN-Standard für die neuen Funkbänder. Ob die Telekom diesen jedoch einsetzt oder einen selbst entwickelten Kommunikationsweg nutzt, weiß das Team selbst noch nicht.
Aktuelle Verschlüsselungsmechanismen von WLAN-Netzen sind derweil kaum knackbar: Der WPA2-Standard lässt sich mit einem sogenannten "Brute Force"-Vorgang kaum aushebeln. Dabei handelt es sich um das gewaltsame Knacken eines unbekannten Kennworts mit mehreren tausend unterschiedlichen Kombinationen pro Sekunde. Ein 20 Zeichen langes Passwort mit großen und kleinen Zeichen, Symbolen und Ziffern braucht zur Entschlüsselung mehrere hundert Millionen Jahre.
LTE und 5-GHz-WLAN als Ergänzung
Die Datenmenge, die bei Haushalten ankommt, ist stark von der Anzahl der aktiven Kunden abhängig: Rein rechnerisch kann ein aktueller 60-GHz-Router ungefähr vier Gigabit pro Sekunde versenden. Sind nun zwölf Haushalte mit vollem Datenbedarf in den gleichen Router eingewählt, sinkt die Übertragungsgeschwindigkeit auf 333 Megabit. Die Funktechnologie hinter WTTH verspricht immerhin eine Bandbreite von bis zu 30 Gigabit pro Router - in diesem Falle käme bei jedem Haushalt noch problemlos ein Gigabit an. Die Telekom plant, rund 30 Kunden mit jeder Laterne versorgen zu können.
Mit diesem Modem lassen sich sich LTE-Signale empfangen. Bild: Telekom
Witzels Team kann sich vorstellen, das System als Hybridlösung einzusetzen: Zusätzlich zum 60-GHz-Netz aus der Laterne sollen Haushalte auch per LTE oder 5-GHz-WLAN mit dem Internet verbunden werden. Damit sinkt zum einen die Ausfallquote, zum anderen ließe sich die Bandbreite der verschiedenen Technologien addieren. So wäre auch in den Abendstunden und bei vielen Videostreams gleichzeitig eine flüssige Videowiedergabe möglich.
Nichts für Smartphones und mobile Geräte
Die Laternen arbeiten zwar auf dem 60-GHz-Standard, der in den nächsten Jahren verstärkt als WLAN-Frequenz eingesetzt wird. Dennoch sieht die Telekom bisher nicht vor, die neu verbauten Antennen als Hotspots freizugeben. Vielmehr möchte man sich auf die Versorgung von Haushalten konzentrieren, so Witzel. Würde die Telekom die Router als Hotspot öffnen, ließe sich theoretisch ein riesiges Telekom-WLAN aufbauen.
Gesundheit: 60-GHz-Strahlung ungefährlich
Die Strahlung der 60-GHz-Router ist derweil nicht bedenklich, da sind sich Experten einig. Das Bundesamt für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit weiß: Niedrige elektromagnetische Frequenzen können bei Lebewesen elektrische Felder und Ströme erzeugen. Hochfrequente Strahlen – wie sie von WLAN-Routern ausgestrahlt werden - sind in der Lage, Gewebe zu erwärmen.
Das beste Beispiel ist die Mikrowelle: Die Frequenz, mit der Speisen erwärmt werden, liegt bei etwa zwei Gigahertz - ähnlich zum normalen WLAN. Allerdings benötigt die Mikrowelle um die 800 Watt, während ein WLAN-Router nur 0,1 Watt abstrahlt.
Witzel präsentiert WTTH Empfangs- und -Sendeantennen. Foto: (C) Telekom
Zusätzlich ist die Strahlenbelastung abhängig von der Distanz von Menschen zum Sendemodul. Die Belastung, die sich mithilfe der Spezifischen Absorptionsrate (SAR) ermitteln lässt, nimmt exponentiell zur Entfernung ab. Die Distanz zu den Laternen wird in normalen Straßen meist mehrere Meter betragen, was einer geringen Strahlenbelastung entspricht.
In Deutschland gilt ein SAR-Grenzwert von zwei Watt Funkleistung pro Kilogramm. Vier Watt könnten menschliches Gewebe innerhalb einer halben Stunde um ein Grad Celsius erhöhen. Das Bundesamt für Strahlenschutz informiert im Hamburger Abendblatt: "Nach derzeitiger Kenntnis [sind] keine gesundheitlich nachteiligen Wirkungen auf Körpergewebe nachgewiesen."
Außerdem spielt hier wieder die Wellenlänge eine Rolle: Durch die geringe Länge einer 60-GHz-Welle kann es kaum Objekte penetrieren. Schon die obersten zwei Hautschichten des Menschen absorbieren die Strahlung komplett, fand eine Studie heraus. Die Erwärmung hält sich in Grenzen und innere Organe sind nicht betroffen.
Neben der Erwärmung des Gewebes sind der Forschung und Medizin keine physischen oder psychischen Nebenwirkungen von hochfrequenten Strahlen bekannt. Die sogenannte Elektrosensibilität, bei denen Betroffene Funksignale spüren können, wird im Allgemeinen als Placebo-Effekt abgetan. Auch Studien, die ein erhöhtes Krebsrisiko in der Nähe von Mobilfunktürmen nachweisen wollten, ließen sich laut Bundesamt für Strahlenschutz bisher immer entkräften.
Verfügbar ab 2020 - vielleicht
Diese Röhren schützen Glasfasern. Werden sie durch WTTH überflüssig? Foto: Jonathan Kemper
Die Telekom möchte das WTTH-Prinzip in zwei Jahren marktreif entwickelt haben - zumindest, wenn sich das Konzept bewährt. Das hängt vor allem von den oben genannten Faktoren wie Wetterbeständigkeit und Beschaffenheit der einzelnen Straßenzüge ab. Ein weiterer Knackpunkt ist die Freigabe der Funkfrequenzen: Die Verwendung des 60-GHz-Bands ist in Deutschland bisher nur im Einsatz in den eigenen vier Wänden erlaubt. Die Bundesnetzagentur (BNAG) entscheidet laut Witzel in der zweiten Hälfte 2019, ob die Frequenzen im Outdoor-Bereich genutzt werden dürfen.
Die WTTH-Technik soll nach der Deregulierung der BNAG schon 2020 marktreif sein. Mit automatisierten Tools will die Telekom dann entscheiden, wo ein WTTH-Ausbau sinnvoll wäre. Hierbei wird vor allem auf Punkte wie Bepflanzung, Laternenabstand und Bevölkerungsdichte achtgegeben.
Wörterbuch: Vectoring, FTTH, WTTH, FTTC?!
Viele der Begriffe, die Netzanbieter nutzen, hören sich kryptisch an. Was steckt hinter diesen Akronymen? Diese kleine Übersicht soll helfen, im Dschungel der Abkürzungen den Überblick zu behalten.
- FTTH - "Fiber To The Home" - Hierbei liegt ein Glasfaserkabel direkt bis in die Etage eines Wohnhauses. Glasfasern sind bei der Datenübertragung schneller als gewöhnliche Kupferdrähte, da sie einzelne Bits und Bytes per Licht übermitteln - das ist schneller als eine Leitung, die über Spannungsunterschiede Daten empfängt und sendet. Das Verlegen von Glasfaserkabeln bis in Häuser ist vor allem schwierig, wenn es sich nicht um einen Neubau handelt: Die unterirdische Verlegung kostet häufig einen vierstelligen Betrag vom Bürgersteig bis ins Eigenheim; zusätzlich müssen die Kabel auch in weitere Stockwerke.
- FTTB - "Fiber To The Building" funktioniert quasi wie FTTH. Allerdings kommt hier das Kabel nur in den Keller - ab da wird auf konventionelle Kupfer-Netzwerktechnik gesetzt.
- FTTC - "Fiber To The Curb" - In diesem Falle wird das Kabel bis zum Bürgersteig verlegt. In den grauen Verteilerkästen kommt Glasfaser an und teilt sich dort auf vorhandene Kupferleitungen auf.
- WTTH - "Wireless To The Home" setzt auf Glasfaserkabel, die allerdings nur im Bürgersteig bleiben. Das Internet wird über einen Funk-Router in Laternen per Funk übertragen.
- SAR-Wert - Spezifische Absorptionsrate - ein Faktor für die Erwärmung von Körpergewebe durch Funkwellen. Der Wert wird in Watt pro Kilogramm angegeben. Wirken vier Watt auf ein Kilo des menschlichen Körpers, würde sich die Temperatur innerhalb einer halben Stunde um rund ein Grad erhöhen. Der weltweite Grenzwert der Belastung liegt bei 2 Watt pro Kilogramm für einzelne Körperteile; der ganze Körper darf maximal 0,4 Watt ausgesetzt sein. Smartphones können bei der Telefonie eine Belastung von rund 0,3 Watt pro Kilogramm am Kopf verursachen.
- Vectoring - Technologie, die es erlaubt, über die alten Kupferkabel mehr Informationen in der gleichen Zeit zu versenden. Die Telefondrähte liegen gebündelt im Boden und stören sich gegenseitig. In Fachkreisen heißt das Crosstalk. Vectoring löscht dieses Phänomen weitestgehend aus, indem das Störsignal im Empfänger - also dem heimischen Modem - herausgerechnet wird.
Teaserbild: Laterne (C) Creative Commons CC0, Pixabay, manfredrichter
Der Autor
Mika Baumeister
Warum nicht einfach die Laternen die man eh schon mit Technik aufrüstet und auch Internetzugang bekommen auf “Haus”automation aufrüsten?
Dauerstrom zu Lampe, und ein “Aktor” schaltet die Lampe dann ein und aus. Aber auch aus ist dann noch Strom für den Access-Point vorhanden.
Auch möglich, ganz primitiv, eine Schaltung mit Lichtsensor.
Wenn es dunkel wird, geht das Licht an.
Welche Reichweite bei Sichtverbindung haben eigentlich 60Ghz-Geräte wie das TPCast?
Die Daten ist Video mit 2,6MP (2x 1080 x 1200) und Stereo-Audio.
Z.B. wenn man die Spielfläche einer HTC Vive im Garten aufstellt (zwei Basen auf Stativen, evtl. sogar mit 12V-Akku-Packs), und den PC etc. auf der Terrasse am Tisch hat.
Ist dann ja schon “Outlaw”, weil im Freien 😉 .