Optimal unterwegs in optischen Netzen

Optimal unterwegs in optischen Netzen

Lichtwellenleiter, kurz LWL genannt, übertragen Daten in Form von Licht bzw. Lichtsignalen über weite Strecken. Während elektrische Signale in Kupferleitungen als Elektronen von einem zum anderen Ende wandern, übernehmen in Lichtwellenleitern (LWL) die Photonen (Lichtteilchen) diese Aufgabe.

Durch Lichtwellenleiter können optische Signale ohne Verstärker große Entfernungen überbrücken. Trotz weiter Strecken ist eine hohe Bandbreite möglich. Die Bandbreite eines einzelnen Lichtwellenleiters beträgt rund 60 THz.

Telekommunikationsnetze mit Lichtwellenleiter

Um in Telekommunikationsnetzen hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, setzt man in der Regel auf optische Verbindungen zwischen den Knoten. In den Schaltzentralen und Vermittlungsstellen werden die übertragenen Lichtsignale meistens in elektrische Signale umgewandelt, ausgewertet und weiterverarbeitet. Zur weiteren Übertragung werden sie dann wieder in Lichtsignale umgewandelt. An dieser Stelle werden die Nachteile optischer Übertragungssysteme sichtbar. Zur Verarbeitung müssen optische Signale erst in elektrische Signale umgewandelt werden.

Lichtwellenleiter (LWL) aus Kunststoff haben einen Durchmesser von etwa 0,1 mm. Sie sind äußerst flexibel aber auch empfindlich. Der Faserkern (Kernglas) ist der zentrale Bereich eines Lichtwellenleiters, der zur Wellenführung des Lichts dient. Der Kern besteht aus einem Material mit einem höheren Brechungsindex als der darrüberliegende Mantel. An den Wänden im Innern des Lichtwellenleiters findet eine Reflexion statt, so dass der Lichtstrahl nahezu verlustfrei um jede Ecke geleitet wird. Das Mantelglas ist das optisch transparente Material eines Lichtwellenleiters an dem die Reflexion stattfindet. Das Mantelglas oder auch Cladding genannt ist ein dielektrisches Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als der Kern. Das dielektrische Material ist nichtmetallisch und nichtleitend. Es enthält also keine metallischen Anteile. Das Coating ist die Kunststoffbeschichtung, die als mechanischen Schutz auf der Oberfläche des Mantelglases aufgebracht ist. Buffering nennt man das Schutzmaterial, das auf dem Coating aufextrudiert ist. Es schützt das Kabel vor Umwelteinflüssen. Buffering gibt es auch als Röhrchen, dass die Faser vor Stress im Kabel isoliert, wenn das Kabel bewegt wird.

Vorteile der Lichtwellenleiter gegenüber Kupferkabel

  • Lichtwellenleiter können beliebig mit anderen Versorgungsleitungen parallel verlegt werden. Es wirken keine elektromagnetischen Störeinflüsse.
  • Wegen der optischen Übertragung existieren keine Störstrahlungen oder Masseprobleme.
  • Entfernungsbedingte Verluste durch Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen treten nicht auf.
  • Nahezu Frequenz-unabhängige Leitungsdämpfung der Signale.
  • Übertragungsraten sind durch mehrere Trägerwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen (Farbspektrum) fast unbegrenzt erweiterbar.

Allerdings sind Lichtwellenleiter teurer als Kupferleitungen. Die Kosten für Material und der Aufwand bei der Montage sind höher. Dafür haben Lichtwellenleiter eine erheblich geringere Dämpfung und eignen sich somit für weite Strecken.

Multimode & Singlemode Fasern

Beide Glasfaserkabel haben die gleiche Grundstruktur. Um die Faser herum liegen zwei Schichten aus Stoff und / oder Kunststoff, für die Isolierung und zum Schutz der Faser. Diese wird mit einer PVC oder LSZH (Low Smoke Zero Halogen) Schicht ummantelt. Der Unterschied in den Faserarten entsteht bereits bei der Konstruktion. Dieser liegt im Inneren des Kabels und besteht aus einem Kern aus reinem Glas, umgeben von einer verkleidenden Schicht aus reflektierendem Glas, die die Lichtstrahlen im Inneren des Kerns zu einem einzigen kohärenten Einwegstrahl fokussiert.

Der Singlemode Glasfaserkern

Singlemode Fasern haben einen sehr kleinen Glasfaserkern Durchmesser von 9µm, der nur eine Lichtart erlaubt. Als Folge davon wird die Anzahl der Reflexionen, die aus dem Licht resultieren, welches durch den Kern gesendet wird, im Gegensatz zu Multimode Fasern drastisch reduziert. Dies wiederum senkt die Dämpfung der Übertragung und ermöglicht es dem Signal, sich schneller und weiter zu bewegen.

Wofür werden Singlemode Verbindungen verwendet?

Singlemode Fasern werden häufig über lange Distanzen verwendet, um eine große Bandbreite zuverlässig von Punkt A zu Punkt B mit einem absoluten Minimum an Interferenz oder Datenfehlern zu übertragen, was über viele Kilometer möglich ist. Singlemode LWL Patchkabel sind üblicherweise durch eine gelbe Ummantelung gekennzeichnet und werden in einem 9/125µm Verhältnis (Kerndurchmesser/Manteldurchmesser) derzeit üblicherweise nach OS2 ISO/IEC 24702 Standard (mit 0.4 dB/km) gefertigt. Man sollte hierbei auf die Verwendung von G.652.D Low Waterpeak Fasern achten, da diese einen erhöhten Biegeradius bieten und die Dämpfung im Wellenlängenbereich zwischen dem 2. und 3. optischen Fenster erhöhen. G.652.D Singlemode Fasern sollten besonders bei der Realisierung von CWDM / DWDM Installationen verwendet werden. Ein Trend für kürzere Singlemode Datenlinks zeichnet sich jedoch bereits ab, da die Faser durch Ihre dünne Beschaffenheit zwar komplizierter zu fertigen, aber inzwischen günstiger als eine Multimode Faser ist. Anwender haben zudem den Vorteil das steigende Bandbreiten die Linklänge nicht verkürzen. Hierbei gilt es jedoch die Gesamtdämpfung der Verbindung zu berücksichtigen.

Der Multimode Glasfaserkern

Multimode LWL Patchkabel haben einen größeren Kerndurchmesser von 50µm, welcher mehrere Modi des Lichts zu verbreitet. Wegen des größeren Durchmessers können hierbei mehr Daten übertragen werden. Jedoch findet weit mehr Lichtbrechung statt und eine größere Dämpfung entsteht. Dies führt dazu, dass Multimode Fasern eher in Backbones und Local Area Networks (LANs), auf weit kürzeren Distanzen als Singlemode Fasern, eingesetzt werden, da es auf größeren Strecken ab einem Kilometer zu einer Signalverschlechterung kommt, denn je höher die Bandbreite, desto kürzer wird die mögliche Verbindungslänge.

Wofür werden Multimode Verbindungen verwendet?

Multimode LWL Patchkabel sind auf Grund Ihrer geschichtlichen Entwicklung in verschiedenen Varianten erhältlich. Gängige Ausführungen in der Glasfaser-Datenübertragungstechnik sind die Varianten OM2 und OM3 nach ISO 11801 Standard und OM4 nach TIA-492-AAAD Standard. Das Kern/Mantel Durchmesser Verhältnis liegt bei 62.5/125µm für OM1 Fasertypen. Bei OM2 (500 MHz/km, Mantelfarbe: Orange) Fasertypen und bei laseroptimierten Multimode Fasern (LOMMF) ist das Durchmesser Verhältnis etwas geringer und liegt bei 50/125µm für OM3 (1500 MHz/km, Mantelfarbe: Aqua / Türkis) und OM4 (3500 MHz/km, Mantelfarbe: Magenta / Violett) Fasern. OM2 Fasern sind für Bandbreiten von bis zu 10G ausgelegt. OM3 und OM4 Fasern können auch für höhere Bandbreiten (aktuell bis 100G) verwendet werden.

Quelle: Elektronik Kompendium / CBO

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