Wissenswertes über Lichtwellenleitertechnik
Vergleich von Kupfer und Lichtwellenleiter
Die Vorteile faseroptischer Systeme gegenüber elektrischen Systemen liegen vor allem in der niedrigen Dämpfung und der hohen Bandbreite. Unter der Bandbreite versteht man den Frequenzbereich, der für die Datenübertragung zur Verfügung steht. Weiter gibt es das Bandbreite-Länge-Produkt, welches die maximale Entfernung in Abhängigkeit von der Datenrate angibt, mit der über eine Faser übertragen werden kann. Üblich ist eine Angabe in MHz*km oder Mbit/s*km. Bei hohen Übertragungsraten schränkt meist das Bandbreite-Länge-Produkt die Reichweite ein und nicht die Faserdämpfung.
Vorteile der optischen Übertragungstechnik gegenüber herkömmlicher Verkabelung mit Kupferleitern:
Mechanische Vorteile
LWL sind dünn, leicht und flexibel
LWL-Kabel sind zugfest (bis ca. 50-60N, Spezialkabel bis 100N)
aufgebaut und können problemlos verlegt werden
Übertragungstechnische Vorteile
große Übertragungsbandbreite mit hoher Signaldichte (Multiplexing: viele Signale werden zusammengelegt)
kleine Signaldämpfung mit langen Übertragungsstrecken
Störsicherheit - keine Beeinflussung durch elektromagnetische Störfelder (EMV)
kein Übersprechen zwischen verschiedenen Adern
Dielektrikum als Übertragungsmedium, dadurch Potentialtrennung und keine Erdschleifen
hohe Abhörsicherheit: Wenn ein Kabel "angezapft" wird, kann dies gemessen werden, da ein Teil des Lichtes austritt, d.h. das Empfangssignal wird kleiner!
Blitzschutz - Lichtwellenleiter sind Isolatoren
Ex-Schutz - keine Funkenbildung bei Trennung oder Kabelbruch
kein Risiko in explosionsgefährdeter Umgebung
geringe Alterung, chemische und thermische Stabilität
Wirtschaftliche Vorteile
unbegrenzte Materialverfügbarkeit (Quarzsand)
Einsparung an Abschirmung und sonstigen zum Teil notwendigen Entstörungsaufwendungen bei Kupfer-Kabeln, günstiges Preis/Leistungsverhältnis, speziell bei größeren Übertragungsstrecken
Nachteile
hohe Montagekosten bzw. hoher Montageaufwand, höhere Kosten gegenüber Kupfer-Leitern bei kurzen Verbindungen
Anwendungs- und Einsatzgebiete
Aus den aufgeführten Vor- und Nachteilen ergeben sich heute für die LWL-Technik die nachfolgenden Einsatzgebiete:
Verbindungen über weite Entfernungen mit hohem Datendurchsatz (Telekommunikation, ISDN, Kabelfernsehen)
Vernetzung von Gebäuden und Betriebsgeländen (Festlegung in der Norm DIN EN 50173, daß in der Netzwerkverkabelung im Primärbereich, d.h. von Gebäude zu Gebäude, und möglichst auch im Sekundärbereich (Stockwerksbereich) LWL zu verwenden sind
Verbindung in lokalen Netzen (LAN)
Verlegung in Ex-gefährdeten Bereichen (Chemische Industrie)
Mögliche Fehlerquellen in LWL-Kabeln
Mikrobiegung
Toleranz von Mantel- und Kerndurchmesser, es wird z. B. eine Faser an der unteren Toleranzschwelle (Faserdurchmesser d=122m) in einem großen Stecker schlecht zentriert.
Materialfehler: Einschluß von z. B. Schmutzpartikel, Luftblase am Rand (Lichtaustritt), Strukturveränderung
Verengung durch schlechte Spleißverbindung
Kerbe (Bruchgefahr)
Kratzer auf den Stirnflächen, usw.
Alle vorher genannten Fehler oder Störstellen führen zu einer verstärkten Dämpfung des Signals.
Anforderungen
Eine der wichtigsten Anforderungen an das LWL-Kabel besteht darin, die Faser vor äußeren Einflüssen zu schützen. In erster Linie handelt es sich hierbei um mechanische Belastungen, die z.B. beim Verlegen, bei der Montage usw. auftreten können. Durch den Kabelaufbau und die Beschichtung wird jedoch verhindert, daß bei normalem Gebrauch ein Schaden an der Faser entstehen kann.
Nachfolgend einige Anforderungen an ein Kabel:
mechanischer Faserschutz (Stütz- bzw. Zugelement, Nagetierschutz, Ummantelung, Armierung, usw.)
Erhaltung der optischen Eigenschaften
Montagefreundlichkeit
lange Lebensdauer
Aufbau von LWL-Kabeln
Die beschichteten Einzelfasern werden zu Adern verarbeitet. Hierbei wird in verschiedene Typen unterteilt.
Einige Beispiele:
Vollader: Die Faser ist von einer festen Umhüllung aus Kunststoff umgeben.
Hohlader ungefüllt: Ein Leiter ist mit Kunststoff lose umhüllt. Die Umhüllung kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen. Der Hohlraum innerhalb der Hülle ist ungefüllt.
Hohlader gefüllt: Entspricht dem Aufbau der ungefüllten Hohlader mit dem Unterschied, daß der Hohlraum mit gelartiger Masse gefüllt ist. Diese verhindert im Fall einer Beschädigung der Hülle das Eintreten von Wasser (Feuchtigkeit).
Bündelader ungefüllt: 2 bis 48 Lichtwellenleiter sind gemeinsam mit Kunststoff lose umhüllt. Zur Unterscheidung der LWL sind diese unterschiedlich eingefärbt. Die Umhüllung kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen. Der Hohlraum innerhalb der Hülle ist ebenfalls ungefüllt.
Bündelader gefüllt: Aufbau wie ungefüllte Bündelader jedoch mit Gelfüllung.
Einige Verlegungshinweise
An Verbindungsstellen sind die Kabel bzw. die einzelnen Fasern mit einer Reserve auszulegen. Diese Reserve (etwa 2m...4m) wird für das Herstellen der Verbindung oder für Reparaturspleißungen benötigt. Die nach dem Spleißen bestehende Überlänge wird üblicherweise in einer Spleißkassette aufgerollt bzw. eingelegt.
Die Verlegung von LWL-Außen- und Innenkabel muß unter strikter Einhaltung der Hinweise nach DIN VDE 0899 Teil 1 - 5 (Verwendung von Lichtwellenleitern) erfolgen. Bei Stauchung oder Überdehnung der Fasern können sonst außer Sofortschäden auch Langzeitschäden auftreten.