Für grenzenlose Kommunikation

Die Tele- und Datenkommunikation befindet sich im Wandel zu drahtlosen Breitbandnetzen. Neue Technologien für Breitband- und Richtfunknetze ermöglichen es Netzbetreibern sowie Geschäfts- und Privatkunden, auf Daten und Netzdienste zuzugreifen, wann und wo immer sie wollen. Die neuen Technologien führen zu einer Vielzahl dezentraler Geräte für die Infrastruktur der Netzbetreiber, die vermehrt im Außenbereich in den unterschiedlichsten Umgebungen weltweit installiert werden.

Harting hat speziell für diese Anwendungen eine hybride Interface-Lösung entwickelt, die auf standardisierten Schnittstellen wie RJ 45 oder LC beruht. Steckverbinder für einfache Feldkonfektionierung, Gigabit Ethernet und Glasfaser LC sind ebenso verfügbar wie konfektionierte Systemkabel und Leitungen. Netzbetreiber und Gerätehersteller können damit ihre Geräte einfach und sicher unter verschiedensten Umgebungsbedingungen installieren.

Datenkommunikation zunehmend drahtlos

Die Zukunft der Telekommunikation ist drahtlos. Der Übergang zur drahtlosen Technologie wurde durch die Internet-Revolution ins Rollen gebracht. Was ursprünglich nur zum Datenaustausch gedacht war, hat inzwischen eine weltweite Nachfrage für jederzeit verfügbare Daten- und Kommunikationslösungen entfacht. Die Einführung von Wi-Fi-Hotspots ist dabei erst der Anfang. Mit dem Angebot des mobilen Internetzugangs ermöglichen Hotspots dem Anwender die Verbindung innerhalb eines begrenzten Bereichs um den Zugangspunkt. Obwohl sie damit den bisherigen Internetzugang erweitern, binden diese Hotspots den Nutzer an einen festen Ort.

Inzwischen wünschen sich viele Anwender einen mobilen Zugang. Dieser Anspruch wird sich bis hin zur permanenten Anbindung fortsetzen und damit die Entwicklung maßgeblich beeinflussen. Deshalb befinden sich Kommunikationsstandards in der Entwicklung, die die Reichweite drahtloser Netzwerke über den ganzen Globus ausdehnen. In Erwartung dieser Entwicklung halten sich die Netzwerkbetreiber sogar mit der Erweiterung faserop-tischer Netzwerke zurück. Entwicklungsabteilungen der Telekommunikationsindustrie fokussieren sich verstärkt auf die Realisierung von Produkten und Dienstleistungen, die die drahtlose Breitband-Kommunikation auf breiter Front ermöglichen werden.

Drahtlose Technologien im Überblick

Heute besteht die drahtlose High-Speed-Kommunikation aus einer Reihe sich überschneidender Technologien: Wi-Fi, WiMAX, 3G und Ultra-Wideband (UWB) schaffen eine globale drahtlose Infrastruktur, die benötigt wird, um die High-Speed-Kommunikation und den weltweiten Internetzugang zu unterstützen. Während Wi-Fi für isolierte Verbindungsbereiche ideal ist, sind WiMAX und 3 G für die drahtlose Langstrecken-Infrastruktur gedacht. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Zielsetzungen werden beide Technologien benötigt. WiMAX funktioniert am besten für Computerplattformen wie Laptops, während 3 G für mobile Geräte wie PDAs und Mobiltelefone ideal ist. Im Gegensatz dazu bietet UWB eine Kurzstreckenverbindung, die für private Unterhaltungselektronik oder drahtloses USB genutzt wird. Jede dieser Technologien ist demnach optimal auf ihre Anwendungsbereiche angepasst.

WiMAX, für die drahtlose Breitbandübertragung entwickelt, basiert auf dem IEEE 802.16-2004-Standard. Wer heute eine Breitband-Verbindung benötigt, verbindet sich über eine T1-, DSL- oder eine Kabel-Modem-Verbindung über eine vorhandene Leitung. WiMAX, als ein Standard für drahtlose Point-to-Multipoint-Netzwerke, funktioniert für die sogenannte letzte Meile auf die gleiche Art wie WiFi-Hotspots für die letzten paar Meter eines Netzwerks innerhalb eines Gebäudes. Zusätzlich zu den Breitbandverbindungen für die letzte Meile bietet WiMAX diverse Anwendungsbereiche wie Hotspot-Funktiona- lität, Richtfunkdienste und innerbetriebliche High-Speed-Verbindungen. Prinzipiell hat WiMAX eine Reichweite von bis zu 50 km.

WiMAX wird in drei Schritten eingeführt: Im ersten Schritt wird die WiMAX-Technologie nach IEEE 802.16.-2004 unter Verwendung von Außenantennen eingesetzt, um bekannte Teilnehmer an einem festen Standort zu bedienen. Weiterhin werden zusätzlich Innenantennen einbezogen, um den Netzwerkbetreibern die Installation vor Ort zu vereinfachen. Vom WiMAX-Forum zertifizierte und auf dem Standard IEEE 802.16e basierende Hardware ermöglicht es dem Nutzer, sich innerhalb des Servicebereichs frei zu bewegen (Roaming) und trotzdem immer eine bestehende Verbindung zur Verfügung zu haben.

Die Möglichkeit, Breitbandverbindungen drahtlos zur Verfügung zu stellen, senkt die Installations- und Betriebskosten dieser Dienste enorm. WiMAX könnte sich damit zu einer wirtschaftlich attraktiven Technik entwickeln und zwar vor allem dort, wo die Verlegung oder der Ausbau von Fernkabeln und Glasfasern mit Breitbandkapazität unerschwinglich ist.

Anforderungen an die Infrastruktur

Ein typisches drahtloses Point-to-Multipoint-Breitband-System besteht in der Regel aus zwei Elementen: Der Basisstation und der Endkunden-Empfangseinheit. Die Basissta- tion, üblicherweise als 19-Zoll-Einheit im Innenbereich realisiert, stellt die wesentliche Verbindung zum Basisnetzwerk her. Sie nutzt Außenantennen, um Daten zum Endkunden zu senden und zu empfangen. Sie kommuniziert zudem mit der rückseitigen Netzwerk-Infrastruktur über drahtlose Richtfunk-Verbindungen, wodurch aufwändige und teure drahtgebundene Infrastrukturen entfallen. Zusammen entsteht eine flexible und kostengünstige Lösung für die letzte Meile. Auf der Endkundenseite wird die Empfangseinheit üblicherweise direkt in Endgeräte wie Laptops integriert.

Ein weiterer wichtiger Erfolgsfaktor für den Aufbau einer drahtlosen Netzinfrastruktur bilden die Netzwerktopologie sowie die Installationsorte von Basisstationen und Geräten. Heutige drahtlose Netze werden üblicherweise in Ballungsräumen als Mikro- oder Picozellennetz mit kleinen Reichweiten von nur wenigen hundert Metern bis zu wenigen Kilometern realisiert.

Anstatt Basisstationen und komplette Netzinfrastruktur in klimatisierten 19-Zoll-Rechnerräumen im Innenbereich zur Verfügung zu stellen, wird in Zukunft die Netzinfrastruktur vermehrt in kleinere Einheiten aufgeteilt und dezentral installiert. Dabei wird üblicherweise eine Basisstation in eine kleine kompakte Inneneinheit und eine aktive intelligente Außeneinheit aufgeteilt. Die Außeneinheit mit dem Funk-Empfangsteil ist in einem robusten wassergeschützten Gehäuse verpackt und wird im Außenbereich in direkter Nähe zur Antenne installiert.

Üblicherweise versorgt die Inneneinheit die Außeneinheit mit drahtgebundenen Daten und Energie. Das Datenprotokoll basiert häufig auf Industrie-Standards wie Gigabit-Ethernet über Kupfer oder Glasfaser. Dabei können Verbindungslängen bis zu 100 m in Kupfer und 2000 m in Glas realisiert werden, was es dem Netzwerkbetreiber erlaubt, seine drahtlose Netzinfrastruktur schnell und flexibel zu installieren.

Hybride Lösungen

Durch die vermehrte Installation dezentraler Netzwerk-Infrastruktur werden Installationszeit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit unter unterschiedlichen Umwelteinflüssen für die Netzwerkbetreiber zum Erfolgsfaktor. Harting unterstützt die Kunden mit Lösungen für „beste Verbindungen weltweit". Die Technologiegruppe bietet eine komplette Verkabelungsarchitektur, die eine einfache und sichere Installation ermöglicht. Speziell für diesen Anwendungsfall in der rauen Außenanwendung wurde eine komplette Steckverbinderfamilie entwickelt, die auf dem Standard-RJ 45-Steckverbinder in Kupfer und dem LC-Glasfaser-Steckverbinder beruht. Damit werden bereits heute Interface-Lösungen für die zukünftigen dezentralen Geräte in der Daten- und Telekom-Infrastruktur angeboten.

Verbindungslösungen sind sowohl für die Schutzarten IP 20 und IP 65/67 als auch in Metall- oder Kunststoffgehäusen verfügbar. Es können reine Daten- oder Hybridkabel eingesetzt werden. Auf der Geräteseite sind integrierbare Wanddurchführungen oder Kupplungen erhältlich. Harting verwendet außerdem die Harax-Schnellanschlusstechnik, mit der der Anwender einen Steckverbinder ohne Spezialwerkzeuge an ein Kabel anschließen kann. Das Design der Ethernet-Steckverbinder ermöglicht einen schnellen und einfachen Anschluss an Ethernet-Geräte in Daten- oder Hybrid-Netzwerken.

Hybridschnittstellen nach Industriestandard

Für hybride Ethernet-Netze wurde mit dem RJ-Hybrid-Steckverbinder eine Schnittstellenlösung entwickelt, die Datenleitungen und Stromversorgung in einem Steckverbinder vereint. Durch die Geometrie des Steckverbinders sind Daten- und Stromkontakte jedoch klar voneinander getrennt. Solche hybriden Verkabelungen ermöglichen eine signifikante Vereinfachung der Installa- tion und damit eine Kostenreduzierung für das gesamte System.

Ethernet-Hybrid-Schnittstellen für Telekom-Anwendungen sind in drei Versionen verfügbar: Die Easy Install-Version der Hybrid-Schnittstelle basiert auf einem RJ 45-Datenmodul, das in ein neuentwickeltes Han-3A-Gehäuse integriert wurde. Dieses Gehäuse ist für die meisten Outdoor-Applikationen geeignet. Es ist in Kunststoff in den Schutzarten IP 65 und IP 67 verfügbar. Mit Harax-IDC-Technologie kann der Anwender massive und flexible Datenleitungen in AWG 22 ohne Spezialwerkzeuge anschließen. Die vier Stromkontakte des Hybrid-Moduls wurden ebenfalls für die Schnellanschlusstechnik entwickelt und ermöglichen den Anschluss von 1,5-mm2-Leitungen. Sie können mit bis zu 16 A und 48 V belastet werden.

Unter Verwendung des entsprechenden Category-5-Hybrid-Kabels mit Datenleitungen in AWG 22 und einer maximalen Länge von 100 m können bis zu sechs Steckstellen auf dieser Länge untergebracht werden. Die komplette Übertragungsstrecke erfüllt eine Performance der Class D nach ISO/IEC 11801:2002 für 100 Mbit/s-Fast-Ethernet. Die Wanddurchführung ist kompatibel mit Standard-RJ 45-Steckverbindern, wodurch Standard-Patchkabel zu Test- und Servicezwecken verwendet werden können.

Der Gigalink-RJ 45 übertrifft die Anforderungen der Category 6 nach EIA/TIA 568 B.2.1:2002-06, EN 50173-1:2002 und ISO/IEC 11801:2002-09. Das Category-6-RJ 45- Datenmodul wurde in das Standard-Han-3 A-Gehäuse integriert. Dieses kann für eine Vielzahl von rauen Außen-Applikationen eingesetzt werden. Das Gehäuse ist in Kunststoff und Metall verfügbar (Schutzart IP 65/67). Die zwei Kontakte des hybriden Power-Moduls basieren auf Standard-Han-D-Kontakten. Diese ermöglichen den Einsatz von flexiblen Leitungen bis zu einem Querschnitt von 2,5 mm2 und können mit bis 12 A und 250 VAC belastet werden. Alternativ ist auch ein Energie-Modul für 48 VDC verfügbar. Der Berührungsschutz der Kontakte sowohl auf der Kabel- als auch auf der Geräteseite vereinfacht die Installation, in dem Daisy-Chain-Kabel mit dem gleichen Steckverbinder an beiden Enden eingesetzt werden können.

Der Gigalink-RJ 45-Steckverbinder erfüllt die Standards DIN EN 60950-1 und DIN EN 60950-22 für Sicherheits- und Installationsanforderungen in der Informationstechnologie. Zusätzlich zu den elektrischen und mechanischen Anforderungen kann der hybride Gigalink-RJ 45-Steckverbinder als vollgeschirmte Metallversion realisiert werden. Aufgrund der EMV-Eigenschaften ist diese Version auch für Bereiche geeignet, die durch Blitzschlag oder Antennenstrahlung gefährdet sind.

Gigalink-Fibre-Optic

Die faseroptische Version vereint Energieversorgung und hohe Datenübertragung. Überall dort, wo lange Übertragungsstrecken, hohe Datenraten oder EMV-Anforderungen die Grenzen einer kupferbasierten Lösung überschreiten, ist eine IP-geschützte Fibre-Optic-Version die beste Wahl. Der Gigalink-Fibre-Optic-Steckverbinder basiert auf der Gigalink-RJ 45-Lösung, wobei lediglich das Datenmodul ersetzt wird.

Die Integration des Standard-LC-Glasfaser-Steckverbinders nach IEC 61754-20 erschließt Anwendungsgebiete für faseroptische Verbindungen in rauen Umgebungen. Das gesamte System ist robust, vibrationsgeschützt und erfüllt die Anforderungen nach IP 67/65. Die optischen Multimode-Fasern erlauben Übertragungsstrecken von bis zu zwei Kilometern, wobei die Energieadern den begrenzenden Faktor darstellen. Der Gigalink-Fibre-Optic-Steckverbinder unterstützt außerdem die gängigen Standards wie DIN EN 60950-1 und DIN EN 60950-22 für die Informationstechnologie. Zubehörteile wie Schutzkappen und Kabelkonfektionen vervollständigen das Angebot für faseroptische Hybrid-Lösungen.

Kabel und Leitungen

Auch für eine drahtlose Infrastruktur ist die interne Verkabelung der Basisstation ein Hauptbestandteil des Netzwerks. Fehler bei Auswahl und Installation der Kabel können eine Reihe von Problemen beim Betrieb der Basisstation nach sich ziehen. Diese reichen von Datenverlust über temporäre Störungen in Abhängigkeit von den Wetterverhältnissen bis hin zum kompletten Ausfall des gesamten Netzwerks. Harting bietet eine Auswahl unterschiedlicher Ethernet-Kabel, die speziell für den rauen Außeneinsatz entwickelt wurden. Mit Massiv- und Litzenleitern sowie als Hybrid-Kabel unterstützen diese eine Datenübertragung nach Category 5 und 6 der ISO/IEC 11801. UV-Beständigkeit, hohe mechanische Belastbarkeit und halogenfreie Materialien sind nur einige Voraussetzungen, die an die Kabel gestellt werden.

Die Kombination von Leitungen mit den robusten Hybrid-Ethernet-Steckverbindern bietet eine langlebige Systemkabellösung. Mit dem durchgängigen Einsatz eines modularen Systems sowohl für Steckverbinder als auch für Systemkabel ist es möglich, eine große Bandbreite an Applikationen abzudecken. Kundenspezifische Systemkabel mit Ethernet-Steckverbindern sind ebenfalls verfügbar.

eA 423

Dipl.-Ing. Volker Sorhage ist Senior Product Manager Ethernet & Bus Interface Connectors bei Harting Electronics GmbH & Co. KG in Espelkamp (www.harting.com)