Glasfaser Grundlagen
Modul: Glasfaser Grundlagen
In diesem Modul erhalten Sie eine umfassende Einführung in die Glasfasertechnologie. Wir erklären die physikalischen Grundlagen der Lichtwellenleiter und deren Vorteile gegenüber herkömmlichen Kupferleitungen. Sie lernen die verschiedenen Arten von Glasfasernetzen kennen, einschließlich FTTH (Fiber to the Home), FTTB (Fiber to the Building), FTTC (Fiber to the Curb), und FTTS (Fiber to the Street), und wie diese in der modernen Telekommunikationsinfrastruktur eingesetzt werden.
Darüber hinaus werden Sie mit den wichtigsten Komponenten eines Glasfasernetzes vertraut gemacht und erfahren, wie Datenübertragung in Glasfasernetzen funktioniert. Dieses Wissen bildet die Basis für alle weiteren Module und ermöglicht Ihnen, die Technik und die Anwendungsmöglichkeiten der Glasfasertechnologie zu verstehen und effektiv einzusetzen.
Im Dokument finden Sie eine detaillierte Übersicht über die Funktionsweise von Lichtwellenleitern (LWL), die verschiedenen Glasfasertypen, wie FTTH, FTTB, FTTC und FTTS, sowie deren Einsatzmöglichkeiten. Außerdem werden die physikalischen Prinzipien der Datenübertragung in Glasfasern und die Vorteile gegenüber herkömmlichen Kupferleitungen erläutert.
LWL-Leiter
Lichtwellenleiter (LWL), auch Lichtleitkabel genannt, sind Kabel, die zur Übertragung von Lichtsignalen eingesetzt werden. Sie bestehen aus Quarzglas- oder Kunststofffasern, die das Licht leiten. Diese Fasern sind mechanisch verstärkt, um sie vor Beschädigungen zu schützen und ihre Stabilität zu gewährleisten.
Physikalisch gesehen sind Lichtwellenleiter dielektrische Wellenleiter, die aus konzentrischen Schichten bestehen: einem lichtführenden Kern, einem Mantel mit niedrigerem Brechungsindex und weiteren Schutzschichten aus Kunststoff.
FTTH, FTTB, FTTS, FTTC
Fibre to the Home (FTTH) bezeichnet die direkte Verlegung von Glasfaserkabeln bis in die Wohnungen oder Häuser der Endverbraucher. Dies ermöglicht sehr hohe Internetgeschwindigkeiten und eine zuverlässige Verbindung, da die gesamte Strecke bis zum Endkunden aus Glasfaser besteht.
Fibre to the Building (FTTB) führt Glasfaserkabel bis zum Gebäude, aber nicht bis in die einzelnen Wohnungen oder Büros. Innerhalb des Gebäudes erfolgt die Verteilung der Signale über andere Medien wie Kupferkabel. Diese Technik ist kostengünstiger als FTTH und nutzt die bestehende Verkabelung im Gebäude.
Fibre to the Street (FTTS) und Fibre to the Curb (FTTC) bezeichnen die Verlegung von Glasfaserkabeln bis zu Verteilerkästen oder Knotenpunkten in der Nähe der Endverbraucher. Von diesen Knotenpunkten aus wird die Verbindung zu den Haushalten oder Gebäuden über Kupferkabel oder andere Technologien weitergeführt. Diese Methoden bieten eine verbesserte Leistung im Vergleich zu reinen Kupferverbindungen und sind kosteneffizienter als eine vollständige Glasfaserverbindung bis zum Endkunden.
Das beigefügte Bild veranschaulicht die verschiedenen Verlegungsarten von Glasfaser- und Kupferkabeln in einem typischen Wohngebiet.
Aufbau eines Lichtwellenleiters
Ein Lichtwellenleiter, wie in der Abbildung gezeigt, besteht aus mehreren Schichten, die zusammenarbeiten, um Lichtsignale effizient zu übertragen. Hier ist eine einfache Erklärung der einzelnen Komponenten:
Kern (Core):
Der Kern ist das zentrale Element des Lichtwellenleiters, das Lichtsignale transportiert.
Hergestellt aus hochreinem Quarzglas oder Kunststoff mit einem hohen Brechungsindex, um das Licht effizient zu führen.
Mantel (Cladding):
Umgibt den Kern und hat einen niedrigeren Brechungsindex.
Diese Kombination aus Kern und Mantel ermöglicht die Totalreflexion des Lichtes an der Grenzfläche, wodurch das Licht innerhalb des Kerns gehalten wird und sich über lange Distanzen ohne signifikante Verluste ausbreiten kann.
Schutzbeschichtung (Coating):
Eine zusätzliche Schicht, die den Kern und den Mantel umhüllt, um sie vor mechanischen Beschädigungen und Feuchtigkeit zu schützen.
Meistens aus Kunststoff gefertigt, sorgt sie für die physische Integrität der Faser.
Verstärkungselement (Strength Member):
Bietet zusätzliche Stabilität und Festigkeit, um die Faser vor physischer Belastung und Brüchen zu schützen.
Kann aus verschiedenen Materialien bestehen, wie zum Beispiel Aramidfasern (wie Kevlar) oder Metall.
Äussere Hülle (Outer Jacket):
Die äußerste Schicht des Lichtwellenleiters, die den gesamten Aufbau vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Chemikalien und mechanischen Beschädigungen schützt.
Sie ist robust und widerstandsfähig, um die Lebensdauer der Faser zu maximieren.
Es gibt zwei Haupttypen von Lichtwellenleitern: Multimode- und Singelmodefasern. Multimodefasern haben einen grösseren Kerndurchmesser und ermöglichen die Ausbreitung mehrerer Moden. Dies führt jedoch zu stärkerer Signalverfälschung bei längeren Distanzen aufgrund der Modendispersion. Monomodefasern haben einen kleineren Kerndurchmesser und ermöglichen die Ausbreitung nur der Grundmode, wodurch sie besser für weite Strecken geeignet sind.
Vor- und Nacheile
Vorteile:
Höhere Übertragungsraten und Reichweiten im Vergleich zu Kupferkabeln.
Geringere Anfälligkeit für elektromagnetische Störungen.
Keine Erdung erforderlich und galvanische Trennung der verbundenen Komponenten.
Keine Brandgefahr durch Blitzeinwirkung oder Kurzschluss.
Hoher Abhörschutz.
Nachteile:
Höherer Aufwand und mehr Genauigkeit bei der Verlegung und Installation erforderlich.
Höhere Kosten für Gerätetechnik und Messtechnik.
Empfindlich gegenüber mechanischer Belastung und starken Krümmungen.
Gefahren
Glasfasertechnologie birgt einige Gefahren, die bei der Handhabung und Installation berücksichtigt werden müssen. Erstens kann der direkte Blick in eine aktive Glasfaser zu Augenschäden führen, da das unsichtbare Laserlicht sehr intensiv ist. Daher sind Sicherheitsvorkehrungen wie das Tragen von Schutzbrillen unerlässlich. Zweitens sind die Glasfasern sehr dünn und brechen leicht, wobei die Bruchstücke scharfe Kanten haben, die Haut, Augen oder Atemwege verletzen können. Schutzkleidung und Handschuhe sind daher beim Umgang mit Glasfasern notwendig. In bestimmten Umgebungen, etwa in Bereichen mit entzündlichen oder explosiven Stoffen, besteht zudem eine Brand- und Explosionsgefahr aufgrund der hohen Leistungsdichte von Laserstrahlen. Strenge Sicherheitsvorkehrungen sind hier besonders wichtig. Auch die chemischen Gefahren bei der Herstellung von Glasfasern dürfen nicht unterschätzt werden, da gesundheitsschädliche Chemikalien verwendet werden. Schliesslich sind Glasfasern empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen und starken Biegungen, was zu Signalverzerrungen führen kann. Eine korrekte Verlegung und Wartung der Glasfaserkabel ist daher essenziell, um ihre Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.
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