krone lwl-schunlung 11/2002 klausner / bauer folie 1 23 lichtwellenleitertechnologie physikalische...
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Lichtwellenleitertechnologie
physikalische Grundlagen und Komponentenübersicht
Zusammengestellt von
Dipl.-Ing. Irene Bauer
und
Dipl. Ing. Klaus Klausner
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Vorteile der Signalübertragung mit Glasfaserkabel
Geringe Dämpfung
Hohe Bandbreite
EMV-Verträglichkeit
keine Gefahr durch Blitzschlag
leichte, dünne Kabel
erhöhter Schutz gegen Abhören
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1,6µm
1,5µm
1,4µm
1,3µm
1,2µm
1,1µm
1,0µm
0,9µm
0,8µm
0,7µm
0,6µm
0,5µm
0,4µm
Elektromagnetisches Spektrum
0Hz 1kHz
1MHz
1GHz10Hz
100Hz 10kHz
100kHz
10MHz 100MHz
10GHz100 106 109103
107
m106
m100km
10km
1km
100m
10m
1m 1dm
1cm
101
2
101
5
101
8
102
1
1mm
100µm
10µm
1µm
100nm
10nm
1nm
100pm
10pm
1pm
1THz
1015
Hz1018
Hz1021Hz
10THz
100THz
1016
Hz1017
Hz1019 Hz 1020 Hz100GH
z
LW MW KW UKW
Technischer Wechselstrom
NF - Bereich HF - Bereich Mikrowellen
Mikrowellen Röntgen-Strahlung Gamma-Strahlung
38
0n
m
78
0n
m
1.
1.
Fen
ste
r B B
2.
Fen
ste
r F
3.
Fen
ste
r H
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Optische Dämpfung im Vergleich
Medium Dämpfung 50% Lichtabfall dB/km bei
Rheinwasser 100 000 0,033 MeterFensterglas 50 000 0,066 MeterOptisches Glas 3 000 1 MeterDichter Nebel 500 6,6 MeterStadtluft 10 330 MeterGute Glasfaser 1970 20 165 MeterGute Glasfaser 1978 3 1 000 MeterGute Glasfaser 1989 0,2 18 000 MeterKunststoffaser 100 - 400 16,5 - 8,25 Meter
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primäre Kunststoffschicht(Coating)
200 - 250 µm
Mantelglas(Cladding)
125 µm140 µm
Faseraufbau
Kern (Core)
9/10 µm 50 µm 62,5 µm100 µm
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Brechung und Reflexion (Snellius´sches Brechungsgesetz)
n1
n2 < n1
Grenzwinkel für Totalreflexion: sin = n2/n1
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Reflexion und Brechung
Brechung
ReflexionN1 = 1,470
N2 = 1,460
Numerische Apertur NA = NN=sin
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Lichtwellenleitertypen
Multimode Stufenindex 100/140
Multimode Gradientenindex50/125
62,5/125
Monomode Stufenindex 9/125
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Dämpfungsverlauf von LWL
-
-
OHOH
OHOH
OHOH-
GaAlAsGaAlAs
Däm
pfu
ng
(d
B/k
m)
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3
2
1
00.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Wellenlänge (µm)
1. Fenster (850 nm) 2. Fenster (1300 nm)
3. Fenster (1550 nm)
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Dispersion
Quelle Glasfaser
Empfänger
AusgangsimpulsEingangsimpuls
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Dispersionsanteile
Moden-Dispersion
Chromatische Dispersion
Wellenlänge 1
Wellenlänge 2
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Symetr
isches K
upferk
abel
(dB/1
00m)
StufenindexGradienenindex Monomod
0,1 1 100 MHz 1 10 100 GHz 1 THz10
Frequenz
600
DämpfungdB/km
100
10
1
0,1
50
Bandbreiten von Lichtwellenleitern
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Wellenlänge Größte DämpfungKleinste Bandbreite
850 nm = B 3,5 dB/km 200 MHz * km
1300 nm = F 1,0 dB/km 500 MHz * km
1310 nm = F 1,0 dB/km
1550 nm = H 1,0 dB/km
Faserspezifikationen
2,7 dB/km 400 MHz * km3,0 dB/km 200 MHz * km
0,8 dB/km 800 MHz * km0,7 dB/km 600 MHZ * km
0,36 dB/km
0,25 dB/km
Multimode
Gradientenindex
Monomode
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LL
Mikrorisse
L = 0,7µm » 700 N/mm²
L = 2,3µm » 350 N/mm²
Faserqualitäten
Faser
Faser
Gewicht50 kpsi oder 100 kpsi oder
150 kpsi100 kpsi = 700 N/mm²
Qualitätskontrolle mittels “Screentest”
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1 Std. 1 Tag 1 M 1 Jahr 5 2550 Jahre
175 kpsi / 1,75 %150 kpsi / 1,50 %
10
12
15
2025304050
Bie
gera
diu
s
(mm
)
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,10
Perm
an
en
te F
aserd
eh
nu
ng
in
%
Lebensdauer von Lichtwellenleitern
50 kpsi / 0,50 %
100 kpsi / 1,00 %
Bela
stu
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Mechanische Belastungen
DÄMPFUNGSERHÖHUNGDÄMPFUNGSERHÖHUNG
Dehnung
Stauchung
Biegung
Torsion (Drehung)
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LWL-Adern
Hohlader
1,4 - 2,0 mm
Bündelader
2,4 - 3,0 mm
VolladerKompaktad
er
0,9 mm
0,9 mm
VolladerFestader (alt)
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LWL Kabel (für Erdverlegung)
Aramidfasern
Bündelader mit bis zu 12 Glasfasern
Zentrales Stützelement (Glasfiberstab)
Blindader
Füllmasse zum Längswasserschutz
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VDE 0888 / EN 187000 und 188000
VDE 0888 Teil 1 Begriffe
VDE 0888 Teil 2 Fasern, Einzelader und Bündelader
VDE 0888 Teil 3 Aussenkabel
VDE 0888 Teil 4 Innenkabel mit einem Lichtwellenleiter
VDE 0888 Teil 5 Aufteilbare Aussenkabel
VDE 0888 Teil 6 Innenkabel mit mehreren Lichtwellenleiter
EN 187000 Fachgrundspezifikation LichtwellenleiterkabelVDE 0888 Teil 100
EN 188000 Fachgrundspezifikation Lichtwellenleiter (Faser)
VDE 0888 Teil 101
EN 188100/101 Familienspezifikation Einmoden-Lichtwellenleiter
EN 188201/202 Familienspezifikation Mehrmoden-Lichtwellenleiter
Lichtwellenleiter für Fernmelde- und Informationsverarbeitungsanlagen
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VDE 0888 Teil 3
11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 1111 1212 1313 1414
A Aussenkabel
H Hohlader ungefülltW Hohlader gefülltB Bündelader ungefülltD Bündelader gefüllt
S metallenes Element in der Kabelseele
F Füllmasse zur Füllung der Verseilhohlräume in der Kabelseele
2Y PE Mantel(L)2Y Schichtenmantel(ZN)2Y PE Mantel mit nichtmetallenen Zugentlastungselementen(L)(ZN)2YSchichtenmantel mit nichtmetallenen Zugentlastungselementen
B BewehrungBY Bewehrung mit PVC SchutzhülleB2Y Bewehrung mit PE Schutzhülle
Anzahl der Fasern bzw. der Bündeladern x Faserzahl pro Bündel
G Gradientenfaser / MultimodfaserE Einmodenfaser / Monomodfaser
Kerndurchmesser in µm 50 oder 62,5 Modenfelddurchmesser in µm 9 (10)
Manteldurchmesser in µm 125
Dämpfungskoeffizint dB/km
Wellenlänge B=850nm; F=1300nm; H=1550nm
Bandbreite in MHz * km
LGLagenverseilung
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A-DF (ZN) 2Y 8G 50/125 2,7 B 400 0,9 F 800
Bandbreitenlängenprodukt
2,7 dB bei 850 nm und 400 MHz * km
400 MHz * 1km = x MHz * 0,5 km
x MHz = (400 MHz *1 km) : 0.5 km
800 MHz * 0,5 km
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LWL Außenkabel
Einfache Ausführung
Doppelter Mantel mit Glas
Stahlwellen Mantel
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LWL Innenkabel
Breakout
Duplex
Simplex
Innenkabel (leichte Ausführung)
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A-D
F
(ZN
) ..
.
Bre
ak-O
ut
I-D
(Z
N)
...
Lichtwellenleiter-Verbindungen
Spleiß (Fusion bzw. thermisch)alternativ :Crimp bzw. mechanisch
Geschützt mit Spleißschutz- Schrumpf- Crimp
Stecker
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Spleißkassette
I-D (ZN) ...
Lichtwellenleiter-Strecke, typischer Kabelabschluß (Spleißbox, -lade oder Patchfeld)
LWL Ader
Spleiß mit Spleißschutz
LWL Bündelader
LWL Kupplung (Ferrule)
LWL pig-tail (Kompaktader + Stecker)
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Lichtwellenleiter-Strecke, Variante
LWL Kupplung (Ferrule)
Break-Out
Vorkonfektionierter Stecker am Breakoutkabel
Vorteile :- geringe Montagekosten vor Ort- weniger Teile- keine SpleißdämpfungNachteile :- nur Innenkabel- Länge muß vor Verlegung bekannt sein
Patchfeld
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Prüfung von LWL-Strecken EN 50173 (inhouse)
Parameter
Bandbreite Mehrmoden
Laufzeitverzögerung
Optische Dämpfung
Rückflußdämpfung
Abnahme
X
X
Fehlersuche
X
X
X
Konformität
X
X
X
X
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Dämpfungsmeßtechnik
PowePowerr
MeteMeterr
Referenz
Patchkabel LichtLicht
QuellQuellee
Referenz
Patchkabel
- 1.1 dB
850 nm
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Dämpfungsmeßtechnik
PowePowerr
MeteMeterr
- 3.27 dB
850 nm
LichtLichtQuellQuell
ee
Referenz
Patchkabel
Referenz
Patchkabel
Zu messende Strecke
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OTDR - Blockschaltbild
OptischeQuelle
Controller
Empfänger
Display
Splitter
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OTDR Parameter
WellenlängeMonomode 1310 nm ; 1550 nmMultimode 850 nm ; 1300 nm
BrechungsindexEntfernungsberechnung n = 1.400 - 1.600
EntfernungsbereichFaserlänge 1 km - 200 km
PulsbreiteEinstellbar 3 ns - 10 µs
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Entfernungsberechnung
50/125 62,5/125 9/125 850 nm N = 1,4655 N = 1,4776 N = 1,471300 nm N = 1,4598 N = 1,4719 N = 1,47
VLuft = C = 300.000 km/s
T = Zeit
Geschwindigkeit (V) VGlas = VLuft : N
Entfernung für OTDR (D) D = (C x Tist) : (2xN)
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OTDR - Meßstrecke
OOTTDDRR
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OTDR - Auswertung
OOTTDDRR
Meßgerätestecker
Faserdämpfung
Rauschen
Reflektierendes Ereignis (Stecker)
Nicht Reflektierendes
Ereignis (Spleiß)
NichtReflektierendes Ereignis (Gainer)
Faserende
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Puls-Charakteristik
Empfänger Sättigung
Wahre Pulsbreite
Erholungs Zeit
Dämpfungs-Totzone
Empfänger Anstiegszeit
Ereignis Totzone
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Intrinsische Kopplungsverluste (Fasereigenschaften => bei Spleiß und Stecker)
Unterschiedliche Kerndurchmesser
Unterschiedliche Brechzahlprofile
Unterschiedliche numerische Apertur
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Numerische Apertur
N1
N2
NA = sin= (N1)2 - (N2)2
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Extrinsische Kopplungsverluste (Stecker)
Radialer Versatz
Kipp-Winkelfehler
Abstand
Stirnflächen-Rauhigkeit
Schnittwinkel
Reflexionsverluste
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Unterschiedliche Arten des Schliffes (stark überzeichnet)
Planschliff (“ausgestorben”)
RL ~ 29 dBPC - Schliff : Physical Contact (mit großem Radius, Mittelpunkt in der optischen Achse) RL ~ 40 dBUPC : Ultra PC mit verbesserter OberflächeRL ~ 50 dBStecker blau (SC, E2000)APC8 - Schliff : Angeld Physical Contact (gleicher Radius, Mittelpunkt um 8° neben der optischen Achse) => weitere Vergrößerung der ReflexionsdämpfungRL > 60 dBStecker grün (SC, E2000)
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Stecksystem zum Anwender Duplex SC (BFOC/2,5=ST)
Stecksystem zur Verkabelung Simplex SC(BFOC/2,5=ST)
Faser für Tertiärbereich 62,5 µm (50 µm )
Faser für Sek.- und Primärbereich 62,5 µm (50 µm oder 9 µm )
Fasernenndurchmesser 125 µm
Steckzyklen 500
Größte Dämpfung Stecker < 0,5 dB
Größte Dämpfung Spleiß < 0,3 dB
Anforderungen LWL-Verkabelung (inhouse)
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Produktübersicht
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KRONE - Vt COM-Gf
Glasfaser-Verteiler Vt COM-Gf-600
– offenes Verteilergestell als Schnittstelle zwischen System und Linientechnik
– mit Gf-Steckermodulen
– oder mit Gf-Patchmodulen
– bis 288 Steck- und Spleißverbindungen
– Mischbestückung möglich
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KRONE - Vt COM-Gf
GF-Steckermodul
– komplett vormontiert mit Einschub, Spleiß- und Überlängenkassette, konfektionierten Pigtails und Kupplungen, Umlenkrolle und Abdeckung
– immer 12 Anschlüsse
– Steckertypen:SC/APC8°, SC/APC9°, FC/PC, E2000/APC8°, DIN/PC oder DIN/APC8°
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KRONE - Vt COM-Gf
GF-Patchmodul
– vormontiert mit 12 Kupplungen
– Kupplungstypen:SC/APC, FC/PC, oder E2000/APC8°
– Zugentlastung und definierte Kabelführung zur sicheren Ablage und Zuführung der Patch- und Innenkabel
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Kabelabschluß in einer externen Einheit
Bucht 1 „Kabel“
Kabelabschluß „innen Muffe“
Außenkabel muß nicht „durch das Gebäude“
Spleiß-kassetten
Außenkabel
Patchfeld
Patchfeld
Patchfeld
Patchfeld
Bucht 2 „System“
Patchfeld
Patchfeld
Patchfeld
Elektronische System-
komponentenBreakoutkabel
Kupplung
Spleiß
Patchkabel
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Kabelabschluß in der BuchtGf-Steckermodul
Bucht 1 „Kabel“
Eindeutige Zuordnung Kabel - Bucht
„alles beisammen“ niedrigere
Gesamtkosten durch Entfall eines Breakoutkabels und der „Spleißmuffe“
Bucht 2 „System“
Patchfeld
Patchfeld
Patchfeld
Elektronische System-
komponentenBreakoutkabel
Kupplung
Spleiß
Patchkabel
Außenkabel
Patch- und Spleißmodul
Patch- und Spleißmodul
Patch- und Spleißmodul
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7
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LMSys (Line Management System)
Modular aufgebauter GlasfaserVerteilpunkt
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KRONECTION-Box - Säule
Ausführung mit KRONECTION-Box A200
Endverzweigersäule für Kupfer und Glasfaser
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FIBERCOM
Bausatz bestehend aus:
•Spleißmodul ( Aufnahme von max. 2 Spleißkassetten)
•Umlenkrolle
•Patchmodule (für ST, FC,DIN,SC/E2000 und SMA Stecker)
•Staubschutzabdeckung
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5
0
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Glasfaser-Wandverteiler
Für die Aufnahme von 60
Spleißen bzw. 48 Gf-
Kupplungen
SC, FC, ST
Verteilung
Verbindung von Gf-Außen
und Innenkabel
Optional Zugriffssicherung für
Netzübergabepunkt mittels
Schließblech und Schloß
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KRONE UniBox
Größe 3 mit Glasfaser-Spleiß-Kassette auch für 4 x FAME 6
KR
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Glasfaser-Kassettengehäuse
zur Aufnahme der Arbeitslänge von Schalt-und Bündelader
Einsatz verschiedenerSpleißkassettensystememöglich
werkzeugfreies Entnehmender Spleißkassette(Rastmechanismus)
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SC-Patchkabel; Pigtails und Kupplungen
•SC-Multimode (beige)
•SC-Monomode mit PC-Schliff (blau)
•SC-Monomode mit APC-Schliff (grün)
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FC/PC Patchkabel; Pigtails und Kupplungen Fortsetzung
• Auch hier die 2 Schliffarten PC (blau) und APC (grün) Kennzeichung durch Farbe der Knickschutztülle (Kupplung ??)
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Patchkabel; Pigtails und Kupplungen Fortsetzung
•ST-Stecker
•DIN
E 2000 Stecker
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Spleißschubladen und Spleißablagen
•Spleißladen mit Auszugsmechanik oder Festeinbau
•alle genormten Kupplungen (SC, FC, DIN, ST, E2000)
•12- oder 24 fache Ausführung
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Spleißkassetten
Je nach Typ des Spleißschutzes sind die passenden Spleißhalter (Thermisch oder Crimp auszuwählen)
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Modulares Patchpanel aus Kunststoff, für Breakoutkabel und Spleiß
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!