Die Welt der Datenübertragung hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung erlebt, und dabei haben Glasfaserkabel eine bedeutende Rolle gespielt. Im Vergleich zu herkömmlichen Kupferkabeln bieten sie weitaus höhere Übertragungsraten und Reichweiten. Sie ersetzen zunehmend die ältere Kupferverkabelung in vielen Anwendungsgebieten. Der technologische Unterschied zu Kupferleitungen ist markant: Während Kupferdrähte Informationen mittels elektrischer Signale und sich bewegender Elektronen übertragen, bedienen sich Glasfaserkabel sogenannter Photonen (Licht), um Daten zu übermitteln. Sie werden deswegen auch LWL Kabel = Lichtwellenleiter Kabel genannt.
Mittels Lichtwellenleitern lassen sich beträchtliche Entfernungen ohne zusätzliche Verstärker überbrücken und gleichzeitig hohe Bandbreiten unterstützen. Bei der Verwendung von LWL Kabeln ist es wichtig zu berücksichtigen, dass es verschiedene Fasertypen mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften gibt. Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen den beiden LWL Kabelarten mit Multimode- und Singlemode-Fasern. Beim Verlegen von Glasfaserkabeln im Haus müssen einige wesentliche Faktoren beachtet werden, insbesondere in Bezug auf die Installation und den Anschluss der Kabel. Hierbei können spezifische Kabeltypen wie Glasfaser Patchkabel oder LWL Duplex Kabel zum Einsatz kommen. Ein umfassender Überblick über die technischen Eigenschaften der verschiedenen LWL Kabeltypen sowie deren Vor- und Nachteile und spezifische Anwendungsfälle ist in einem folgenden Artikel enthalten.
Die Grundlagen von Glasfaserkabeln
Glasfaserkabel bestehen aus Glas oder Kunststoff, wobei Glasfasern aufgrund ihrer höheren Übertragungseffizienz und Kapazität bevorzugt werden. Innerhalb der Glasfasern gibt es verschiedene Arten wie G652, G655, G657, die jeweils unterschiedliche Dämpfungs- und Biegeeigenschaften aufweisen.
Der Aufbau von LWL Patchkabeln umfasst im Wesentlichen fünf Hauptkomponenten:
Singlemode- und Multimode-Fasern
Es gibt zwei verschiedene Fasertypen, die sich aufgrund ihres unterschiedlichen Durchmessers von Kern und Mantel unterscheiden. Singlemode-Fasern der Kategorie OS1 und OS2 sind dünne Fasern mit einem kleinen Kern von etwa neun Mikrometern, der Lichtstrahlen in einer geraden Linie führt. Sie ermöglichen eine hohe Bandbreite und sind ideal für Übertragungen über lange Entfernungen.
Im Gegensatz dazu haben Multimode-Fasern einen größeren Kern und unterstützen mehrere Lichtstrahlen, was zu einer kürzeren Übertragungsdistanz führt, jedoch zu einem günstigeren Preis. Multimode-Fasern können bei Glasfaserkabeln im Hausbau Anwendung finden, beispielsweise für LAN-Verbindungen oder Netzwerk-Duplex-Kabel.
Moden können als die verschiedenen Lichtschwingungen betrachtet werden. Bei größeren Multimode-Fasern der Kategorien OM1, OM2, OM3, OM4 und OM5 mit bis zu 62,5 Mikrometern können sich mehrere dieser Moden ausbreiten. Obwohl die Handhabung weniger komplex ist, werden die übertragenen Signale mit zunehmender Distanz verzerrt. Aus diesem Grund kommen Multimode-Fasern nur für kurze Strecken von weniger als einem Kilometer zum Einsatz.
Singlemode Kabelaufbau:
Multimode Kabelaufbau:
Faserklassen
Das Singlemode-Glasfaserkabel ist in zwei Kategorien unterteilt: OS1 und OS2. OS1 hat eine höhere Dämpfung als OS2, was zu einer geringeren Reichweite führt. OS1-Kabel sind für den Innenbereich mit einer Dämpfung von 1 dB/km und einer Reichweite von 10 km konzipiert, während OS2-Kabel, für den Außenbereich, mit einer Dämpfung von 0,4 dB/km eine Reichweite von bis zu 200 km ermöglichen. Die Wellenlängen, die bei Singlemode-Fasern am häufigsten verwendet werden, sind 1310 nm und 1550 nm.
Auf der anderen Seite gibt es fünf Klassen von Multimode-Kabeln, von OM1 bis OM5. Diese Klassen bestimmen die Menge der übertragbaren Daten, wobei die Dämpfung bei den verschiedenen Klassen (850 nm und 1300 nm) gleich ist. Die gebräuchlichen Wellenlängen bei Multimode-Fasern sind 850 nm, 1300 nm und 953 nm. OM3- und OM4-Glasfaserkabel verwenden effizientere Laser als Lichtquellen und werden hauptsächlich bei 850 nm eingesetzt, während bei OM1- und OM2-Glasfasern üblicherweise LEDs als Lichtquellen dienen. Durch die Verwendung von sogenannten VCSE-Lasern kann eine größere Datenmenge über eine größere Distanz übertragen werden.
Anwendungen und Einsatzorte
Singlemode-Fasern sind ideal für Übertragungen über große Entfernungen wie bei Telekommunikationsnetzen, in Unterwasser-Kommunikation und in LAN-Backbone-Systemen. Multimode-Fasern werden oft in lokalen Netzwerken, in Rechenzentren und Gebäudeverkabelungen eingesetzt. Hierbei sind Glasfaserkabel für den Anschluss an Router, insbesondere bei Glasfaserkabel-Internetverbindungen, von großer Bedeutung.
Geschwindigkeit
Die Geschwindigkeit von LWL Patchkabeln variiert je nach Typ. Singlemode-Fasern bieten im Allgemeinen höhere Übertragungsgeschwindigkeiten als Multimode-Fasern. Während Singlemode-Fasern mit 100 Gbit/s und mehr arbeiten können, liegen Multimode-Fasern typischerweise im Bereich von 10 Gbit/s bis 100 Gbit/s.
Typen von Glasfaserkabeln: Simplex und Duplex
Glasfaserkabel dienen als Übertragungskanäle für die Informationsübermittlung. Diese Kabel variieren in ihrer Fähigkeit zur Übertragung in verschiedenen Richtungen. Simplex-Kabel bestehen aus einer einzelnen Faser und erlauben den Informationsfluss in einer einzigen Richtung, während Duplex-Kabel die gleichzeitige Übertragung in beide Richtungen ermöglichen. Simplexkabel bestehen aus einer Faser und werden an beiden Enden mit entsprechenden Simplex-Steckern versehen. Sie dienen speziell der Datenübertragung in nur eine Richtung zur gleichen Zeit und werden häufig für Anwendungen genutzt, die nur in einer Richtung übertragen, wie beispielsweise bei Sensoren oder in medizinischen Geräten.
LWL Duplexkabel, die mindestens zwei Fasern aufweisen, erlauben die simultane Übermittlung und Empfang von Daten über zwei getrennte Kanäle. Diese Kabel sind typischerweise mit Duplex-Steckern an beiden Enden ausgestattet und ermöglichen eine gleichzeitige Bidirektionalität. Es ist üblich, Duplex-Kabel in Netzwerkumgebungen, wie LAN-Verbindungen, zu finden.
Verlegen von Glasfaserkabeln
Glasfaserkabel oder LWL (Lichtwellenleiter) weisen im Vergleich zu Kupferkabeln eine geringe Dämpfung auf und ermöglichen die Übertragung über große Distanzen. Eine präzise Verlegung ist entscheidend, um diese niedrige Dämpfung zu erhalten. Unsachgemäße mechanische Belastungen können die Leitung beschädigen und die Dämpfung verschlechtern oder sogar die Verbindung unterbrechen. Zudem ist es wichtig, die Faserenden stets sauber, staub- und feuchtigkeitsfrei zu halten, um Beschädigungen und Verluste zu vermeiden.
Beim Verlegen eines LWL Kabels ist es unvermeidlich, an einigen Stellen Biegungen zu haben. Diese Biegungen verursachen eine Verlängerung der Wegstrecke, da der Abstand zwischen dem Kern und der Grenzschicht bei einer Biegung zunimmt. Dadurch steigen die Dämpfungswerte. Eine zu starke Biegung kann den Grenzwinkel der Totalreflexion überschreiten, was zur teilweisen oder vollständigen Auslösung des Signals aus dem Kern führt. Dies kann zu einer Beschädigung und zum Ausfall der Glasfaserleitung führen. Der zulässige Biegeradius hängt von der Art der verwendeten Glasfaser ab.
Bei der Verlegung im Innenraum kann ein zu starker Biegeradius zu erhöhter Dämpfung führen. Aber nicht nur das: Jede Verbindung oder jedes Spleißen kann zu Einfüge- oder Koppelverlusten führen. Unterschiede in der Kerndicke und des Phasenschliffs der Kerne können Probleme verursachen, da die Kerndurchmesser bei Verbindungen gleich sein sollten. Solche Verluste können sich addieren und die Signalübertragung beeinträchtigen oder sogar unterbrechen. Daher ist es ratsam, die Glasfaserstrecke nach der Verlegung zu überprüfen und bei jeder Verbindung die Verkabelung mit geeigneten Reinigungswerkzeugen zu säubern.
Kompatibilität zwischen Singlemode- und Multimode-Glasfaserkabeln
Grundsätzlich sind diese beiden Glasfasertypen oder auch LWL Kabelarten nicht miteinander kompatibel. Die unterschiedlichen Kerndurchmesser machen eine direkte Verbindung unmöglich. Selbst wenn ein geringer Teil des Lichtsignals zwischen den Kabeln übertragen werden könnte, würde dies zu extremen Dämpfungen und unvorhersehbaren Effekten führen, die eine zuverlässige Signalübertragung verhindern.
Innerhalb einer umfassenden Netzwerkinstallation können jedoch verschiedene Glasfaserkabeltypen verwendet werden. Zum Beispiel können im Patchfeld Multimode-Glasfasern mit Stufenindexprofil verwendet werden, während im Bereich der Switch-Verbindungen auf den Etagen Multimode-Glasfasern mit Gradientenindexprofil eingesetzt werden. Für das Campus-Backbone können Singlemode-Glasfasern genutzt werden. Wenn Übergänge zwischen kupferbasierten Verkabelungen und Glasfasern erforderlich sind, sollten entsprechende Medienkonverter installiert werden. Ebenso können Übergänge zwischen Singlemode und Multimode (oder umgekehrt) über geeignete Medienkonverter realisiert werden (z. B. Medienkonverter Singlemode - Multimode).
Verschiedene Steckertypen
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LC (Lucent Connector) / Little Connector: Der LC-Steckertyp ist recht verbreitet und zeichnet sich durch seine geringe Größe aus. Er wird oft in Rechenzentren und für Hochgeschwindigkeitsverbindungen verwendet.
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SC (Subscriber Connector) / Standard Connector: Der SC-Steckertyp ist ebenfalls weit verbreitet und ein Standard für viele Glasfaserinstallationen. Er wird in Telekommunikationsnetzen, Kabel-TV- und Internetverbindungen verwendet.
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ST (Straight Tip): Diese Steckverbindung ist etwas größer als LC und SC und wurde früher häufig für Netzwerkverbindungen verwendet. Sie wird durch Drehen und Einrasten verbunden.
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FC (Ferrule Connector): Der FC-Steckertyp wird oft in messtechnischen Anwendungen und in Hochgeschwindigkeitsnetzwerken eingesetzt. Er bietet eine robuste und sichere Verbindung.
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MTP/MPO (Multiple-Fiber Push-On/Pull-Off): Dieser Steckertyp ermöglicht die Verbindung mehrerer Fasern gleichzeitig. Er wird für Verbindungen in hohen Datendurchsatzumgebungen wie Rechenzentren verwendet.
Jeder LWL Steckertyp hat seine eigenen Merkmale und wird je nach spezifischen Anforderungen und Anwendungen ausgewählt. Die Wahl des Steckertyps hängt oft von Faktoren wie Übertragungsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Einsatzumgebung ab.
Distanzen von Glasfaserkabeln
OM1 |
OM2 |
OM3 |
OM4 |
OM5 |
OS1/2 |
|
100 Mbit/s |
bis 2.000m | bis 2.000m | bis 2.000m | bis 2.000m | bis 2.000m | bis 10.000m |
1 Gbit/s |
bis 550m | bis 550m | bis 550m | bis 1.000m | bis 1.000m | bis 5.000m |
10 Gbit/s |
bis 30m | bis 80m | bis 300m | bis 550m | bis 550m | bis 10.000m |
40 Gbit/s |
bis 100m | bis 125m | bis 440m | bis 10.000m | ||
100 Gbit/s |
bis 70m | bis 100m | bis 150m | bis 10.000m |
Vor- und Nachteile von Glasfaserkabeln
Vorteile von Glasfaserkabeln:
Hohe Bandbreite und Geschwindigkeit
Glasfaserkabel bieten eine enorme Bandbreite und ermöglichen die Übertragung von Daten mit außergewöhnlich hohen Geschwindigkeiten. Insbesondere im Bereich des Internets und der Datenübertragung erlauben sie schnelle und zuverlässige Verbindungen für glasfaserbasiertes Internet und andere Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
Sicherheit vor elektromagnetischen Störungen
LWL Patchkabel sind weniger anfällig für elektromagnetische Störungen im Vergleich zu Kupferkabeln. Diese Eigenschaft gewährleistet eine erhöhte Datensicherheit, besonders in Umgebungen mit vielen elektronischen Geräten, wie sie im Kontext von glasfaserbasierten Internetnetzwerken vorkommen können.
Geringe Dämpfung und Signalverlust
Im Gegensatz zu Kupferkabeln haben Glasfaserkabel eine geringe Dämpfung und minimale Signalverluste über große Entfernungen. Dies ist besonders relevant im Kontext von LWL-Kabeln, da sie eine bessere Leistung und Signalintegrität bieten, insbesondere bei multimodalen Übertragungen.
Erweiterbarkeit und Zukunftssicherheit
Lichtwellenleiter Kabel bieten eine hohe Zukunftssicherheit, da sie problemlos auf höhere Bandbreiten aufgerüstet werden können, ohne die bestehende Infrastruktur grundlegend ändern zu müssen. Dies ist besonders wichtig im Bereich der Internet- und Kommunikationstechnologie.
Nachteile von Glasfaserkabeln:
Kostenintensiv
Die Anschaffung und Installation von Glasfaserkabeln ist in der Regel kostspieliger im Vergleich zu herkömmlichen Kupferkabeln. Dies kann sich insbesondere im Kontext von Glasfaserkabeln für Internetdienste als finanzielle Herausforderung erweisen.
Empfindlichkeit gegenüber Biegungen und Beschädigungen
Glasfaserkabel sind empfindlicher gegenüber Biegungen und müssen äußerst sorgfältig gehandhabt werden, da unsachgemäße Behandlung zu Beschädigungen führen und die Leistung beeinträchtigen kann. Insbesondere im Fall von LWL-Kabeln, vor allem Multimode, sind solche Beschädigungen kritisch.
Kompatibilitätsprobleme
Es gibt Kompatibilitätsprobleme zwischen verschiedenen Arten von Glasfaserkabeln, insbesondere zwischen Singlemode und Multimode-Kabeln. Die unterschiedlichen Übertragungseigenschaften und Kerndurchmesser können zu Inkompatibilitäten und Problemen bei der Integration führen, die im Bereich der Glasfaserkabelinfrastruktur beachtet werden müssen.
Insgesamt bieten Glasfaserkabel eine Lösung für zuverlässige, schnelle und qualitativ hochwertige Datenübertragung, obwohl sie bestimmte Herausforderungen und Kosten mit sich bringen. Ihre Anwendungsbereiche und ihre Vielseitigkeit machen sie zu einem wichtigen Bestandteil unserer vernetzten Welt.
