Ratgeber
Beim der Verkabelung des firmeneigenen Netzwerks wurden bis dato in der Regel Patchkabel mit RJ45 Stecker verwendet. Das hat sich in der Praxis bestens bewährt, weil es kostengünstig war und immer gut funktioniert hat.
Allerdings haben Kupferkabel auch ihre Nachteile. Je höher die Datenraten werden, desto negativer wirken sich die induktiven und kapazitiven Eigenschaften einer Kupferleitung aus. Hinzu kommen dann noch die Probleme bezüglich Störeinstrahlung und unterschiedlicher Spannungspotentiale.
Im Zuge einer immer stärker steigenden Nachfrage nach hohen Datenvolumen musste in Firmen, Behörden und sonstigen Einrichtungen eine bessere Lösung bezüglich der Datenübertragung über Patchkabel gefunden werden. Und die gibt es nun auch in Form von LWL-Patchkabeln. Wie ein LWL-Patchkabel funktioniert und welche Technik dahintersteckt, erklären wir ihnen gerne.
Im Gegensatz zu elektrischen Leitern, bei denen Elektronen die Übertragung von Spannungen übernehmen, erfolgt die Signalübertragung bei Lichtwellenleitern, kurz LWL Kabel genannt, über Licht (Photonen). Allerdings wird nicht mit sichtbarem Licht, sondern vorzugsweise mit Licht im Infrarot-Bereich gearbeitet.
Ein dünner Leiter (1) aus Glas-, Quarz- oder Kunststofffasern agiert als Tunnel, durch den das Licht geleitet wird. Doch bevor es so weit ist, müssen die zu übertragenden Signale, z.B. von einem Netzwerkanschluss, aufbereitet werden. Dazu ist eine Verstärkung (2) der digitalen Signale erforderlich, damit eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode (3) angesteuert werden kann. Die optischen Signale der Dioden, die in diesem Fall als Sender dienen, werden danach über das LWL Kabel übertragen.
Auf der Empfängerseite wandelt dann ein Fototransistor (4) die optischen Signale wieder zurück in elektrische Signale. Diese können dann nach der Verstärkung (5) wie gewohnt weiterverarbeitet werden.
Um auch analoge Signale mit Hilfe eines LWL-Leiters übertragen zu können, müssen die unterschiedlichen Spannungswerte mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers (6) zunächst digitalisiert werden. Nach der Verstärkung und Übertragung erzeugt auf der Empfängerseite ein Digital/Analog-Wandler (7) das ursprüngliche analoge Signal.
Der mechanische Anschluss des LWL Kabels erfolgt über spezielle Stecker und Kupplungen, auf die wir nachfolgend noch genauer eingehen.
Ein LWL Kabel ist, ähnlich wie eine Antennenanschlussleitung, koaxial aufgebaut. Der Aufbau von innen nach außen gliedert sich wie folgt:
(1) Der Faserkern (Core)
Ein Lichtwellenleiter hat einen zentralen Faserkern aus Kunststoff oder Quarzglas. Aus diesem Grund werden Lichtwellenleiter oft auch als Glasfaserkabel bezeichnet. Der Kern selber besteht in vielen Fällen aus reinem Quarzglas (SiO2), bei dem durch die gezielte Zugabe (Dotierung) von Phosphor oder Germanium der Brechungsindex bzw. die optisch Dichte erhöht wurde.
(2) Die Ummantelung (Cladding)
Die Ummantelung besteht ebenfalls aus reinem Quarzglas, jedoch ohne Zugaben, wodurch es einen geringeren Brechungsindex aufweist. Durch diese Kombination wird bei entsprechendem Lichtwinkel eine Totalreflexion innerhalb des Kerns erzielt und das Licht kann über den Faserkern des LWL-Kabels annähernd verlustfrei übertragen werden.
Wichtig: Die Ummantelung muss immer einen geringeren Brechungsindex aufweisen, als der Kern. So besteht auch die Möglichkeit, den Kern mit reinem Quarzglas aufzubauen, um die Übertragung im blauen und ultravioletten Spektralbereich zu verbessern. In diesem Fall muss dem Quarzglas der Ummantelung Bor oder Fluor zugemischt werden, um den Brechungsindex zu verringern.
(3) Primäre Schutzbeschichtung (Coating)
Um den Kern und die Ummantelung vor mechanischer Beschädigung und Feuchtigkeit zu schützen, werden sie mit einer Schutzbeschichtung aus Kunststoff umgeben.
(4) Sekundäre Schutzbeschichtung (Buffering)
Die sekundäre Schutzbeschichtung dient in erster Linie dazu, mechanischen Druck und mechanische Spannung von der innenliegenden Glasfaser fernzuhalten.
(5) Außenmantel (Jacket)
Der Außenmantel dient zum Schutz des Kabels vor äußeren Einflüssen und kann je nach Einsatzzweck unterschiedlich aufgebaut, flammhemmend oder mit zusätzlichen Verstärkungsfasern (6) ausgestattet sein.
Steckverbinder
Leider konnte sich bei den LWL Patchkabeln keine einheitliche Steckerform durchsetzen. Aus diesem Grund gibt es bei den LWL Patchkabeln die unterschiedlichsten Steckverbinder, die wir nachfolgend etwas genauer betrachtet wollen.
So genial die Lichtwellenleiter-Technik auch ist, umso schwieriger war die Verbindungs- und Anschlusstechnik. Zum Teil mussten für die Kontaktierung oder Verbindung komplizierte Spleißtechniken oder aufwändige Spezialgeräte verwendet werden. Kleinste Fehler bei der Verbindung haben sich sofort negativ auf die Qualität der Datenübertragung ausgewirkt, sodass die Vorteile der LWL-Technik nicht mehr zur Geltung kommen konnten.
Mittlerweile gehören diese Probleme aber der Vergangenheit an. Die Steckverbindungen an den konfektionierten LWL-Kabeln sind inzwischen absolut zuverlässig und zudem auch noch leicht zu handhaben. Allerdings muss man bei einem LWL Kabel genau wissen, welche Steckverbindung passend ist bzw. benötigt wird. Denn für Patchkabel gibt es die unterschiedlichsten Ausführungen, von denen wir die gängigsten Exemplare etwas näher vorstellen wollen.
LC-Stecker
Dank seiner schlanken Bauform ermöglicht der LC-Stecker (Local Conector) eine hohe Packungsdichte auf engstem Raum. Deshalb wird er sehr gerne für LWL-Switches verwendet und zählt mit zu den am häufigsten verwendeten Steckertypen in LWL-Netzwerken.
SC-Stecker
Obwohl der SC-Stecker (Subscriber Connector) gegenüber dem LC-Stecker eine etwas geringere Packungsdichte ermöglicht, zählt der SC-Stecker immer noch zu den Small-Form-Factor-Steckern (SFF) und wird gerne bei Neuinstallationen verwendet.
E2000-Stecker
Der E2000-Stecker oder ursprünglich LSH-Stecker zählt ebenfalls zu den SFF-Steckern. Im nicht angesteckten Zustand sichert eine bewegliche Schutzkappe den Lichtwellenleiter vor Verunreinigungen und das menschliche Auge vor dem Laserlicht.
ST-Stecker
Der ST-Stecker (Straight Tip) ist als gängiger Steckverbinder in älteren LWL-Netzen bzw. in lokalen Netzwerken mit LWL Kabel zu finden. Er wird wegen seiner Bajonett-Verschlussmechanik auch als BFOC-Stecker (Bajonet Fiber Optic Connector) bezeichnet.
MPO-Stecker
Der MPO-Stecker ist als Mehrfaser-Stecker ausgelegt und kann bis zu 72 Fasern aufnehmen. Dazu verfügt er über maximal sechs Anschlussreihen, die jeweils 12 Fasern aufnehmen. MPO-Stecker werden vorzugsweise in Rechenzentren genutzt.
FC-Stecker
Der FC-Stecker hat heutzutage in der Anbindung von lokalen Netzwerken keine große Bedeutung mehr, erfreut sich allerdings aufgrund der sehr guten Verbindungsstabilität in der Mess- und Medizintechnik sowie bei der Faserkopplung von Lasern noch großer Beliebtheit.
Hinweis:
LWL Patchkabel werden oft mit demselben Stecker an beiden Seiten ausgestattet. In diesem Fall sind Kombinationen aus LC-LC, ST-ST oder SC-SC möglich. Allerdings muss bei der Konfektionierung nicht zwangsweise an beiden Enden derselbe Steckertyp verwendet werden. So werden Patchkabel auch in den Stecker-Kombinationen wie beispielsweise LC-E2000, LC-SC, LC-ST oder SC-ST angeboten.
Kontaktflächen
Neben der Bauform des Steckers spielt auch die physikalische Kontaktart der Faser des Patchkabels eine wichtige Rolle. Dazu wird das Ende der Glasfaser von einer Schutzhülle (Keramik-Ferrule) aufgenommen. Bei der physikalischen Bearbeitung der Glasfaserenden gibt es verschiedene Möglichkeiten.
PC-Stecker
Die einfachste Kontaktierung ist der PC-Stecker, wobei die Buchstaben PC für Physical Contact stehen. In diesem Fall ist die polierte Kontaktstelle der Faser kreisrund und im 90°-Winkel zum Faserverlauf ausgerichtet. Um die Dämpfung über die gesamte Länge des LWL Kabels so gering wie möglich zu halten, müssen die beiden Kontaktstellen an der Faser plan und mit dem geringstmöglichen Luftspalt aufeinanderliegen.
APC-Stecker
Bei einem APC-Stecker handelt es sich um einen abgewinkelten PC-Stecker. Allerdings ist nicht der Stecker abgewinkelt, sondern die polierte Kontaktfläche an den beiden Enden der Faser. Durch die Schrägstellung der Schnittkanten, die im Regelfall meist 8° beträgt, werden weit weniger Rückreflektionen (siehe gelbe Pfeile) erzeugt, als bei einem PC-Stecker. Dadurch werden die Signalstörungen deutlich minimiert.
UPC-Stecker
Im Prinzip sind UPC-Stecker (Ultra Physical Contact) eine optimierte Ausführung des PC-Steckers. Vereinfacht lässt sich sagen, dass beim UPC-Stecker die Beschaffenheit der Kontaktflächen der Faser durch die Art der Politur optimiert wurde. Somit wird die Dämpfung durch Rückreflexion deutlich reduziert. Um diesen Qualitätsvorteil dauerhaft aufrechtzuerhalten, sollten UPC-Stecker nicht oft ein- und ausgesteckt werden.
Hinweis:
Die korrekte Bezeichnung von Steckverbindern in Glasfasernetzen sollte demzufolge immer aus der Bauform des Steckers und der jeweiligen Verbindungspolitur der Faser bestehen. Die möglichen Kombinationen wären beispielsweise LC APC-Stecker, SC APC-Stecker. LC UPC-Stecker oder FC PC-Stecker.
Die Funktion eines Lichtwellenleiters oder eines LWL Patchkabels ist vom internen Aufbau abhängig, der sich in drei Hauptgruppen unterteilt: 9/125, 50/125 und 62,5/125. Die erste Zahl gibt immer den Durchmesser des Kerns in µm und die zweite Zahl den Durchmesser der Ummantelung in µm wieder. Unabhängig davon gibt es aber auch Lichtwellenleiter mit abweichenden Abmessungen.
Da in einem 9/125 Lichtwellenleiter lediglich ein Lichtmodus ausbreitungsfähig ist, werden diese Kabel auch als Monomode- oder Singlemode-Kabel bezeichnet. Lichtwellenleiter vom Typ 50/125 oder 62,5/126 sind aufgrund des größeren Kerndurchmessers in der Lage, mehrere Lichtmoden weiterzuleiten. Deshalb werden LWL-Kabel mit dieser Bauform auch als Multimode-Kabel bezeichnet.
Lichtausbreitung innerhalb der unterschiedlichen Bauformen
Singlemode
Bei einem Singlemode Kabel ist der Kerndurchmesser so gering, dass nur ein Lichtmoden übertragen wird. Da der Strahl quasi parallel zur optischen Achse des Leiters verläuft, findet keine Reflexion am Kern/Mantel-Übergang statt. Dadurch ist bei einem Singlemode LWL Kabel die Übertragung verlustarm und am schnellsten.
Multimode
Bei Multimode Kabeln ist der Kerndurchmesser groß genug, damit viele hundert Moden übertragen werden können. Diese durchlaufen im Zick-Zack-Kurs den optischen Leiter des Multimode Kabels und unterscheiden sich je nach Winkel des einfallenden Lichtes in Ausbreitungsgeschwindigkeit und Feldverteilung
*Als Moden werden die in einem Glasfaserkabel auftretenden Lichtwellenformen bezeichnet, die durch die Ausbreitung von Licht mit gleicher Wellenlänge entstehen.
Je nach Übertragungseigenschaften und Anwendungsbereichen sind die Glasfaserkabel in unterschiedliche Kategorien unterteilet. Dabei stehen für Multimode Glasfasern die Kategorien OM1 bis OM5 zur Verfügung. Die Singlemode Glasfasern werden in die Kategorien OS1 und OS2 unterteilt.
Lichtwellenleiter Übersichtstabelle
| Typ | Aufbau | Farbe | Anwendung |
|---|---|---|---|
| OM1 | 62,5/125 µm | Orange | LED-basierte Anwendung |
| OM2 | 50/125 µm | Orange | LED-basierte Anwendung |
| OM3 | 50/125 µm | Blau | 10/40/100 Gbit Ethernet oder Fiber Channel |
| OM4 | 50/125 µm | Violet | 10/40/100 Gbit Ethernet oder Fiber Channel |
| OM5 | 50/125 µm | Grün | 10/40/100 Gbit Ethernet oder Fiber Channel |
| OS1 | 9/125 µm | Gelb | Für lange Distanzen und hohe Bandbreiten |
| OS2 | 9/125 µm | Gelb | Für lange Distanzen und hohe Bandbreiten |
Hinweis:
Die Typen OM1 und OM2 waren noch für Licht mit der Wellenlänge 1300 nm optimiert.
Mittlerweile wird aber vorzugsweise mit Wellenlängen von 850 nm gearbeitet, wobei eine OM4 Leitung in diesem Bereich eine deutlich höhere modulare Bandbreite als die OM3-Leitung aufweist.
Bei einem OM5-Kabel wurde der nutzbare Frequenzbereich von 850 nm auf 953 nm erweitert (Wide Band Multimode Fiber), wodurch mit VCSEL-Lasern als Lichtquelle im SWDM-Verfahren (Short Wave Division Multiplexing) bis zu 4 Wellenlängen gleichzeitig übertragen werden können.
Neben den bereits angesprochenen Hauptvorteilen, wie die zuverlässige Übertragung von enormen Datenmengen auch auf große Distanzen, bieten LWL-Leiter noch weitere entscheidende Vorteile. Die wichtigsten Punkte haben wir für Sie kurz zusammengefasst:
· Unempfindlich gegenüber Störungen durch elektromagnetische Felder
· Keine Beeinflussung durch parallel laufende Leitungen
· Extrem Abhörsicher, da keine elektromagnetische Abstrahlung
· Potenzialfrei, daher keine Masse- oder Erdungsprobleme
· Kompakte Bauform und geringes Gewicht für einfache Installation
· Keine komplexen Brandschutzauflagen
· Verlegung in explosionsgeschützten Bereichen möglich
· Einfache Handhabung von konfektionierten Leitungen
Was ist der Unterschied zwischen LWL Universalkabel und LWL Verlegekabel?
Ein Verlegekabel ist zur festen und dauerhaften Installation in Gebäuden vorgesehen. Im Gegensatz zu Innenkabel, die nur für die Innenmontage und Außenkabel, die nur für die Außenmontage vorgesehen sind, können Universalkabel da wie dort eingesetzt werden.
Was ist der Unterschied zwischen Multimode OM3 und Multimode OM4?
Beide laseroptimierten Multimode Glasfaserleitungen können für Geschwindigkeiten von 10 Gbit/s, 40 Gbit/s und 100 Gbit/s genutzt werden. Der wesentliche Unterschied liegt im internen Aufbau. Dadurch sind mit einer OM4 Leitung höhere modale Bandbreiten und größere Entfernungen als mit einer OM3 Leitung zu erreichen.
Singlemode Patchkabel oder Multimode Patchkabel, was ist besser?
Ob Singlemode Patchkabel oder Multimode Patchkabel besser sind, lässt sich so nicht konkret beantworten. Singlemode Patchkabel bieten sehr geringe Dämpfungswerte und somit große Übertragungsdistanzen. Auch die Laufzeitverschiebung der Signale ist minimal. Allerdings sind bei Singlemode Patchkabeln teure Laser für die Einspeisung erforderlich. Bei Multimode Patchkabeln ist die modale Bandbreite geringer und auch die nutzbare Übertragungsreichweite ist geringer als bei Singlemode Glasfaser Leitungen. Allerdings stellen Multimode-Fasern keine so hohen Ansprüche an die Einspeise-Lichtquelle.