Was sind Lichtwellenleiter (LWL)? In der modernen Datenkommunikation werden zunehmend Lichtwellenleiter (LWL) für die Informationsübertragung, bei der Telekommunikation und auch im Bereich der Rechnervernetzung eingesetzt. Der Begriff Lichtwellenleiter ist in der DIN 47002 und VDE 0888 genormt und besagt, dass es sich um einen Leiter handelt, in dem moduliertes Licht übertragen wird. Der LWL kann aus Glasfaser oder Kunststoff bestehen und zeichnet sich u.a. durch seine extrem hohe Übertragungsrate aus, die bis zu mehreren Milliarden bit/s betragen kann. Des weiteren sind LWL unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen, weitestgehend abhörsicher und haben, wenn sie aus Glas bestehen, extrem geringe Dämpfungswerte. Funktionsweise von LWL Um Informationen mittels LWL zu übertragen, nutzt man die physikalischen Eigenschaften der Glasfaser und des Lichtes aus. In optischen Übertragungssystemen dienen Lichtwellen als Träger der Information. Die zu übermittelnde Information wird zunächst in ein physikalisch repräsentierbares Signal gewandelt. Im Rhythmus dieses Signals werden im Modulator ausgewählte Parameter (z.b. Amplitude, Phase, Frequenz) einer lokal generierten Trägerfunktion verändert. Das so entstandene Modulationssignal wird übertragen und nach Empfang wieder demoduliert und in die Nachricht zurückgewandelt. Für die Lichtwellen- Übertragung in leitungsgebundenen Medien sind die Dämpfungseigenschaften des verwendeten Materials von entscheidender Bedeutung. In der Tabelle sind einige Vergleichswerte aufgelistet, aus denen die für die LWL-Technik getroffene Auswahl - hochreines Quarzglas - nachvollziehbar ist. Andere Materialien (z.b. Plaste) besitzen i.d.r. höhere Dämpfungen und sind somit höchstens für extrem kurze Übertragungslängen interessant. Dämpfung db/km Eindringtiefe (bei 30 db) m Fensterglas 50 000 0,6 Optisches Glas 3 000 10 Dichter Nebel 500 60 Atmosphäre über Stadtgebiet 10 3 000 Industriell angebotener LWL 3 10 000 Labormäßiger LWL < 0,3 100 000 Aus physikalischen, technischen und preislichen Gründen, verwendet man 3 verschiedene Wellenlänge des Lichtes für die Übertragung der Information. 850 nm verwendet man für kurze Übertragungswege mit geringer Übertragungsmenge, bei der hauptsächlich auf geringe Kosten der Installation ankommt. 1,55 µm eignet sich hervorragend, um riesige Datenmengen über lange Entfernungen zu transportieren. Die Kosten dafür sind jedoch sehr hoch. 1,3 µm wird häufig verwendet, um ein Kompromiss zwischen Übertragungsmenge und Kosten zu erzielen. Die Anforderungen an die Modulatoren und die LWL sind nicht so groß, wie bei 1,55µm. Um die Kapazität einzelner Leitungen noch zu steigern, werden oftmals auch 2 oder 3 Wellenlängen gleichzeitig eingesetzt, dazu aber später mehr. Seite 1 09.07.2002
Totalreflektion In der Abbildung sind die bekannten Brechungsverhältnisse eines Lichtstrahls (flache optische Welle) beim Übergang aus einem optisch dichten in ein optisch dünneres Medium dargestellt. Die Brechung erfolgt dabei vom Einfallslot weg. Die Beziehungen zwischen den Winkeln zum Einfallslot werden durch physikalische Gesetze beschrieben (Snellsche Brechungsgesetz). Bei flacher werdendem Eingangsstrahl kann ab einem Grenzwinkel α T kein Licht mehr ins dünnere Medium gebrochen werden und das eintreffende Licht wird totalreflektiert. β n 2 n 2 α T α n 1 > n 2 α T α T n 1 > n 2 Der LWL wirkt dann wie ein Tunnel, dessen Wände aus Spiegel bestehen. Die untere Abbildung verdeutlicht dies anschaulich. LWL-Typen LWL werden in 3 verschiedene Arten unterteilt: Stufenindex-LWL Gradientenindex-LWL Monomode-LWL (Multimode) (Multimode) Die Einteilung ergibt sich aus folgenden physikalischen Zusammenhängen. Im Kern können sich unterschiedliche Strahlen mit verschiedenen Auftreffwinkeln an der Kern-Mantel-Grenze ausbreiten. Diese einzelnen ausbreitungsfähigen Lichtwellen werden als Moden bezeichnet. Die Anzahl geführter Moden hängt vom Kerndurchmesser, der Brechzahldifferenz und der Lichtwellenlänge ab. Die Bezeichnung Stufenindex-LWL steht dabei für Anordnungen, in denen sich mehrere hundert Moden ausbreiten können, wobei der Kernquerschnitt den gleichen Brechungsindex aufweist. Sie stellen deshalb sog. Multimode- LWL dar. Da nun im Stufenindex-LWL jeder Modus einen anderen Ausbreitungswinkel repräsentiert, ist leicht einzusehen, daß sich durch die Wegunterschiede auch Laufzeitunterschiede der einzelnen Moden ergeben, wodurch die eingespeiste Energie portionsweise am LWL-Ausgang eintrifft. Seite 2 09.07.2002
Um dies zu verhindern, führt ein anderer Ansatz dabei auf den sog. Gradientenindex-LWL (graded index lightwaveguide). Hierbei ist der Brechungsindex im Kern nicht mehr konstant bis zur Kern-Mantel-Grenze, sondern verringert sich stetig über den Kernradius entsprechend. Dadurch kommen alle Moden (Lichtwellen) gleichzeitig am Ende an. Durch extreme Verkleinerung des Kerndurchmessers, wodurch ein LWL entsteht der nur noch einen Modus führen kann, ein sogenannter Einmoden- oder Monomode-LWL (single mode waveguide) sind sehr hohe Übertragungskapazitäten erreichbar. Das liegt daran, daß sich aufgrund des geringen Kerndurchmessers keine Moden mehr durch Totalreflexion bilden können, weshalb sich nur noch der direkte Achsialstrahl ausbreiten kann. Eine genaue Erklärung, warum sich deshalb eine hohe Übertragungskapazität ergibt, lässt sich nur noch mit komplexen physikalischen Gesetzen wiederspiegeln. Elektrooptische Wandler (Sender) Die Gestaltung von Strahlungsquellen für die LWL-Übertragungstechnik ist an Randbedingungen geknüpft, die einerseits durch die Übertragungseigenschaften des Lichtwellenleiters (Wellenlängenbereiche mit Dämpfungs- und Dispersionsminima) bestimmt sind und andererseits mikroelektronische Elemente zum Ziel haben, die auch in ihren geometrischen Abmessungen an die LWL angepaßt sind. Die Bauelemente, die benötigte physikalischen Effekte nutzen, sind die Lumineszenzdiode (LED - Light Emitting Diode) und die Laserdiode (LD mit relativ hoher Leistung). Optoelektrische Wandler (Empfänger) Für die Rückwandlung des Lichtes in elektrische Signale werden ebenfalls Halbleiterdioden verwendet. Sie nutzen photoelektrische Effekte und sind gegenüber anderen Bauteilen (Photo- Transistor, Photo-Widerstand) wesentlich schneller. Verbindungstechnik Zum Aufbau einer Sender und Empfänger verbindenden Übertragungsstrecke sind i.a. mehrere LWL-Abschnitte erforderlich, die miteinander verbunden werden müssen. Für die Koppelstellen kommen sowohl lösbare (Stecker) als auch permanente (Spleiße) Verbindungstechniken in Betracht. Beim Spleißen werden die beiden Enden der zu verbindenden LWL mit Hilfe eines Lichtbogen verschweißt. Verluste an Koppelstellen Da jede Koppelstelle durch Inhomogenitäten am Übergang von einem LWL in den anderen gekennzeichnet ist, sind an diesen Stoßstellen Dämpfungen durch Lichtverluste zu erwarten. Gründe für diese Inhomogenitäten liegen in 1. leicht Abweichende physikalische Eigenschaften (produktionsbedingt) 2. Reflexionen 3. Fehljustierungen und Stirnflächenfehler Hochleistungsübertragungssysteme Zur effektiven Auslastung von LWL-Strecken liegt es nahe, nach Möglichkeiten zu suchen, die hohe Kanalkapazität eines Lichtwellenleiters für mehr als nur einen Licht-Träger zu nutzen. Hierfür sind zwei Varianten Wellenlängenduplex und Wellenlängenmultiplex (WDM) entwickelt worden. Seite 3 09.07.2002
Aufbau eines LWL-Kabels / Faser Die Faser besteht aus einem Kern (Core), einem Mantel (Cladding) und einer Beschichtung (Primär Coating). Der lichtführende Kern dient zum Übertragen des Signals. Der Mantel ist auch lichtführend, hat jedoch eine niedrigere Brechzahl. (siehe Totalreflektion) Die Beschichtung ist ein Schutz vor mechanischen Beschädigungen und ist normalerweise zwischen 150 und 500 µm dick. Zwischen dem Mantel und der Beschichtung befindet sich noch eine 2 bis 5 µm dicke Lackierung. Die Lackierung dient als Schutz, um die feuchte Atmosphäre von der Faser fernzuhalten. Der Kern und der Mantel einer LWL-Faser werden hauptsächlich aus Quarzglas hergestellt. Der Preis für die Herstellung von LWL-Kabeln ist mittlerweile niedriger als der eines Übertragungsmediums auf der Basis von Kupfer. Die Beschichtung der Faser besteht aus einem weichen Kunststoff. Die meisten LWL- Hersteller stellen die eigentliche Faser (inkl. Primär Coating) nicht her. Diese wird von wenigen Firmen wie z.b. Corning, Siecor oder BICC zugekauft. Bei der Herstellung der Faser wird der Kern und der Mantel schon mit einer Beschichtung, dem Primär Coating (erster Schutzmantel), zum Schutz der Faser versehen. Das Primär Coating reicht als Schutz für die Faser nicht aus. Um die Faser herum befindet sich deshalb eine weitere Schutzhülle, das Sekundär Coating. Diese Schutzhülle besteht aus einem oder mehreren gleichen oder unterschiedlichen, festen Kunststoffen. Es werden dabei vier Grundaufbauten für das LWL-Kabel unterschieden: Festader oder auch Vollader Kompaktader Hohlader gefüllt oder ungefüllt Bündelader gefüllt oder ungefüllt Festader / Vollader Hohlader gefüllt Die Festader besteht aus einer Faser und einer sie fest umgebenden Hülle. Diese Faser ist durch den Aufbau kompakter und leichter als eine Hohlader und im allgemeinen auch flexibler und druckbeständiger. Temperaturschwankungen und Zugkräfte sind jedoch nur minimal zwischen Schutzhülle und Faser entkoppelt, was aufgrund der unterschiedlichen Materialien zu Problemen führen kann. Die gefüllte Hohlader besteht aus einer Faser und einer lose umgebenden Schutzhülle, wobei der Zwischenraum zwischen Faser und Hülle mit einem wasserabweisenden Gel gefüllt ist. Diese Faser ist zwar von den Ausmaßen größer als eine Festader, hat aber meist bessere Eigenschaften bezüglich auf die Hülle wirkender Kräfte, z.b. Temperaturschwankungen und Zugkräfte. Das Füllmaterial schützt u.a. auch vor Längswasser, Querwasser und Druck. Seite 4 09.07.2002
Hohlader ungefüllt Die ungefüllte Hohlader ist eine Hohlader mit nur einer lose umgebenen Hülle um die Faser und ohne Füllmaterial zwischen Faser und Schutzhülle. Kompaktader Die Kompaktader ist vom Aufbau eine Mischung zwischen der Festader und der Hohlader mit dem Unterschied, dass die Schutzhülle nicht fest, sondern lose um die Faser liegt. Jedoch ist der Zwischenraum nicht so groß wie bei der Hohlader. Der Radiale Faserspielraum beträgt dabei nur einige hundertstel Millimeter. Das führt auch zu einer guten Entkopplung von Faser und Hülle. Der Außendurchmesser der Kompaktader ist identisch mit dem der Vollader. Die Vorteile der Kompaktader gegenüber der Vollader sind die bessere Abisolierbarkeit und ihr minimaler Einfluss durch Mikrobiegungen. Bündelader gefüllt Die gefüllte Bündelader besteht aus mehreren Fasern mit einer gemeinsamen Schutzhülle, wobei auch hier wie bei der gefüllten Hohlader der Zwischenraum mit einem wasserabweisenden Gel gefüllt ist. In der Regel werden zwei bis zwölf Fasern kräftefrei gebündelt. Zur Unterscheidung der Lichtwellenleiter sind die Fasern farblich unterschiedlich. Bündelader ungefüllt Bei der ungefüllten Bündelader ist der Zwischenraum zwischen den Fasern und der umgebenden Schutzhülle nicht mit Füllmaterial gefüllt. Im weiteren Verlauf bei der Herstellung eines LWL-Kabels werden eine oder mehrere Adern (Voll-, Kompakt-, Hohl- oder Bündelader) und eventuell Blindelemente mit einem Stützelement und einer Zugentlastung in einem Kabelmantel verseilt. Die Verseilungshohlräume sind meistens zum Schutz vor Längswasser mit einem wasserabweisenden Gel gefüllt. Das Stützelement ist ein Element, das in axialer Richtung Zugund/oder Stauchkräfte aufnehmen kann. Dieses Element befindet sich üblicherweise in der Kabelmitte und besteht meistens aus einem volldielektrischen Epoxy-Glasfieberstab. Blindelemente werden eingesetzt, falls die Anzahl der Adern nicht aufgeht, um das Stützelement zentral in der Kabelseele zu installieren. Seite 5 09.07.2002
Licht in einem Kabel? Stufenindexfaser Multimodefasern mit Stufenprofil (Stufenindex-Profilfaser) besitzen einen relativ großen Kern, in dem sich viele Moden ausbreiten. Der Brechungsindex ist im Kern konstant und stufenförmig gegenüber dem Mantel erhöht. Mit unterschiedlichem Winkel zur Achse breiten sich die Strahlen (Moden) aus. Durch die unterschiedlich langen Zick-Zack-Wege haben die Strahlen unterschiedliche Laufzeiten (Modendispersion). LWL mit einer Stufenindexfaser eignen sich für kleine Übertragungsbandbreiten (bis 100 MHz) und für Entfernungen bis maximal einen Kilometer. Der typische Kerndurchmesser beträgt bei dieser Faser 100 µm, 120 µm oder 400 µm, mit einer Bandbreite von weniger als 100 MHz x km und einer Dämpfung von ca. 6 db/km. Gradientenfaser Multimodefasern mit Gradientenprofil (Gradientenindex-Profilfaser) besitzen einen kleinen Kern (meist 50 µm, 62,5 µm, 85 µm, oder 100 µm), in dem sich auch viele Moden ausbreiten. Der Brechungsindex ist parabolisch von der Kernmitte zum Mantel abfallend. Dadurch wird ein Laufzeitausgleich der Strahlen erreicht. Die Strahlen werden nach außen allmählich gebogen und kehren zur Mitte des Kerns zurück. Die Modendispersion ist aufgrund dieses Verfahrens wesentlich geringer als bei der Stufenindexfaser, und die Strahlen erreichen bei genau richtigem Indexprofil trotz unterschiedlicher Weglänge zum gleichen Zeitpunkt das andere Ende des LWL. Die Dämpfungswerte liegen bei ca. 3 db/km (LED 850 nm), wodurch eine repeaterlose Übertragung von bis zu 10 km möglich ist. Die Bandbreite liegt hier wegen der besseren Unterdrückung der Modendispersion teilweise bei > 1 GHz x km. Die Faser ist bei LANs die Standardfaser. Monomodefaser (Singlemode) Singlemodefasern mit Stufenindexprofil (Einmodefaser) verfügen über einen sehr kleinen Kern (ca. 2-10 µm) und sind dadurch in ihrer Herstellung, Verlegung und Anschließung am aufwendigsten. Diese Fasern arbeiten nur mit einer Mode, dadurch gibt es auch fast keine Modendispersion (0,1 ns/km) und nur eine sehr geringe optische Signaldämpfung (0,1 db/km LED 1300 nm). Dieser LWL eignet sich für hohe Übertragungsbandbreiten (Bandbreite von > 10 GHz x km) und ohne den Einsatz eines Repeaters für Entfernungen von über 50 Kilometer. Seite 6 09.07.2002
Wo werden LWL verlegt? An die Verlegung der Kabel werden heute unterschiedlichste Anforderungen gestellt, die sich aus den unterschiedlichsten Verlegeorten ergeben. Verlegehinweise von LWL-Kabel Die Verlegung von LWL-Außen- und Innenkabel muss unter strikter Einhaltung der Hinweise nach DIN VDE 0899 Teil 3 erfolgen. Bei Stauchung oder Überdehnung der Fasern können sonst außer Sofortschäden auch Langzeitschäden auftreten. Außenkabel Außenkabel sind für ortsfestes Verlegen im Erdreich, in Kabelröhren, in Kabelkanälen sowie auch im Freien geeignet. Sie werden weiterhin an Außenwänden von Gebäuden, an Tunnelwänden, auf Kabelpritschen und Kabelbühnen eingesetzt. Vor, während und nach dem Verlegen sind sämtliche Kabelenden von eindringender Feuchtigkeit zu schützen. Beim Verlegen ist darauf zu achten, daß Abschlußkappen und Korrosionsschutz an den Kabelenden nicht beschädigt werden. Spulen mit Kabel sollen nur in angezeigter Pfeilrichtung, wie auf den Spulenflanschen markiert, gerollt werden. Beim Einziehen der Länge müssen die maximal zulässige Zugkraft und der minimale Biegeradius eingehalten werden. Die mechanischen Eigenschaften der Kabel sind je nach ihrem Konstruktionsaufbau temperaturabhängig. Bei Verwendung einer Ziehöse ist auf das Ziehende des Kabels ein mindestens 1 m langer engmaschiger Ziehstrumpf aufzubringen, wenn der Außenmantel innig mit den Zugentlastungselementen verbunden ist. Kabeltype mit nichtmetallischen Zugentlastungselementen, die vom PE-Außenmantel entkoppelt sind, müssen bei höheren Einziehkräften mit einem zugfesten Verschluss versehen werden. Gegen mechanische oder thermische Beschädigungen müssen LWL-Kabel insbesondere beim Zusammentreffen mit anderen Anlagen, z. B. bei Kreuzungen usw. besonders geschützt sein. Bei Verlegung im Erdbereich muss die Grabensohle aus tragfähigem oder nachträglich verfestigtem Boden bestehen und steinfrei sein. Ein korrosionsbeständiges Warnband muß bei der Verlegung des Kabels in einem Abstand von ca. 30 bis 40 cm über dem Kabel mitverlegt werden. Seite 7 09.07.2002
Zur Vermeidung von Zugkräften, die bei Krümmungen stärker ansteigen, soll nur in geraden Linien abgezogen werden. Es wird empfohlen, das gezogene Kabel in Form von 8er- Schlingen als Zwischenlager zu legen. Bei diesem Verfahren ist die Verdrillungsgefahr weitgehendst gering. lnnenkabel Innenkabel werden innerhalb von Gebäuden, aber auch zur festen Verlegung an Außenwänden von Gebäuden verwendet. Sie sind für die Verlegung in und unter Putz, jedoch nicht für Erdverlegung zugelassen. LWL-Innenkabel sind beim Verlegen von der Spule oder vom Ring so abzuwickeln, daß keine Knicke oder Verdrehungen auftreten können. Die zulässigen minimalen Werte für Umlenk- und Biegeradien dürfen nicht überschritten werden. Die maximal zulässigen Zugbelastungswerte haben sich nach entsprechenden Kabeltypentabellen zu richten. LWL-Kabel/Leitungen sind mit besonderer Sorgfalt zu verlegen. Es ist darauf zu achten, daß die Fasern weder überdehnt noch gestaucht werden, da sonst neben sofort auftretenden Schäden auch im Langzeitverhalten Probleme entstehen können. Kabelwege sind so zu wählen, daß mechanische Beeinflussungen weitgehendst vermieden werden und auch spätere Belastungen minimiert bleiben. LWL-Kabel/Leitungen sind ohne Schleifen, z.b. von der Trommel, gleichmäßig ruck- und drallfrei abzuziehen. Bei Verlegung in Schutzrohren ist darauf zu achten, daß diese keine scharfen Kanten aufweisen und Abknickungen vermieden werden. Grundsätzlich sind, die jeweils gültigen Verlegevorschriften wie VDE etc. zu berücksichtigen. Im Bereich von Verteilerschränken / Spleiß- und Übergangsstellen sollte eine entsprechende Kabelreserve vorgesehen werden. Die Verlegung/Montage von LWL-Kabel/Leitungen ist unter Berücksichtigung der vorgenannten Fakten unproblematisch. Anwendbare Normen: DIN VDE 0899 Teil 2 - für Fasern, Einzeladern und Bündeladern DIN VDE 0899 Teil 3 - für Außenkabel DIN VDE 0899 Teil 4 - für Innenkabel mit einem Innenleiter Seite 8 09.07.2002
Chronologie der Entwicklung der Glasfaser und Vernetzung in Europa 1966: Erste funktionsfähige Glasfaser - Entdeckung des Physiker Börner Modulation von Lichtwellen, d.h. Aufprägung von zu übertragenden Impulsen auf Lichtwellen - amerikanische Forscher Charles Kao sendete Telefongespräche über eine Glasfaser 1976: Erste Glasfaser für die Massenproduktion - Bell Laboratories Inc. (USA) demonstrierte ein aus 144 einzelnen Glasfasern verspleißtes Kabel (1,27 cm Durchmesser) - für ca. 50.000 Telefongespräche geeignet 1977: Erste öffentliche Glasfaser-Telefonleitung - ging in Kalifornien zwischen Long Beach und dem kleinen Ort Artesia in Betrieb 1978: Teststrecke der Deutsche Bundespost in Berlin - 130km lange Glasfaserleitung in Berlin 1981: Zukunftsweisende Aussagen der Deutschen Bundespost - Die Optische Nachrichtentechnik wird die Kommunikationstechnik der Zukunft sein und dabei die elektrische Nachrichtentechnik uneinholbar überflügeln (Zitat: Alfred Naab Postoberrat Bonn) 1982: Glasfaser jetzt auch unter Wasser - französische Post nahm ein zwischen Cagnes-sur-Mer und Juan-les-Pins verlegtes 20 km langes Glasfaserseekabel in Betrieb 1983: Digitalisierung der Orts- und Fernnetze der Deutschen Bundespost - Pilotprojekt BIGFON (Breitbandiges integriertes Glasfaser-Fernmeldeortsnetz) startete in sieben bundesdeutschen Städten (Berlin, Hannover, Düsseldorf, Hamburg, München, Nürnberg, Stuttgart) - Erprobung des Einsatzes von Glasfaserkabeln zur optischen Nachrichtenübertragung in einem breitbandigen Kommunikationsnetz - gleichzeitig mehrere Fernmeldedienste (z.b. Fernsprechen, Fernschreiben, Teletex, Datendienste, Bildschirmtext, Bildfernsprechen) - zusätzlich Übertragung sämtliche Rundfunk- und Fernsehprogramme - 2. Pilotprojekt BIGFERN (Breitbandiges integriertes Glasfaser-Fernnetz) - Verbindung aller Fernmeldeämter der Bundesrepublik über Glasfaserstrecken, s.g. Overlay-Netz - Inbetriebnahme eines Versuchsnetz zwischen Hamburg und Hannover 1984: Glasfaser in der Industrie - Aufbau eines Glasfaser-LAN s in Ringstruktur im Bereich der Automobilindustrie 1986: Einführung von ISDN - Einführung von ISDN (Integrated Services Digital Network) - Bezeichnung für ein im Aufbau befindliches Telekommunikationsnetz der Deutschen Bundespost - Vereinigung digitaler Vermittlungs- mit digitaler Übertragungstechnik - stellt unterschiedlichste Fernmeldedienste zur Verfügung (Sprache, Text, Daten, Bild) - einheitliches gemeinsames öffentliches Netz mit Universalanschluss Seite 9 09.07.2002
- erste Aufbauphase: Schmalband-ISDN mit 64kBit/s - alle Dienste außer breitbandiges Fernsehen, Bildfernsprechen und Fernsehkonferenz - Beginn Aufbau der technischen Einrichtungen 1986: Aufbau des Vorläufer-Breitbandnetzes (VBN) auch Breitband-ISDN genannt - Bandbreiten von 140 MBit/s (Multimode) bis 565MBit/s (Monomode) - setzt auf der bestehenden Glasfaserinfrastruktur auf - örtliche Overlaynetze werden durch Glasfaser untereinander verbunden - bis Ende 1987 ca. 360.000 km Glasfaser in Deutschland - seit 1987 wird für das Fernnetz der Deutschen Bundespost nur noch Glasfasertechnik genutzt - Fernziel ist ein universelles digitales integriertes Breitbandfernmeldenetz (IBFN) 1987: erstes ISDN-Pilotprojekt - digitale Verbindung der Ortsnetze von Mannheim und Stuttgart 1988: Glasfaser zwischen Uni Stuttgart und Karlsruhe - Verbindung der (damals) Supercomputer der beiden Uni s als Teilstück der deutschlandweiten Glasfaserstrecken 1988: Eastern Mediterranean Optical System (EMOS) - EMOS ist erstes großes Glasfaser-Seekabelsystem im Mittelmeer - verbindet Italien, Griechenland, Türkei und Israel miteinander - Anbindung Deutschland über französische und italienische Transitwege - Ziel u.a. Abbau der Fernsprechengpässe in die Türkei und nach Israel - in Verbindung mit den transatlantischen Glasfaser-Systemen bildet es die Hauptverbindung zwischen vorderer Orient und Nordamerika - Kosten: 120 Mio Dollar 07/1988: Weltrekord für Glasfaserkabel - Stuttgarter Forschungszentrum der Firma Standard Elektronik Lorenz - 5GBit/s über 111km, entspricht ca. 78.000 Telefongesprächen (64kBit) 1989: Inbetriebnahme der ersten ISDN-Ortsnetze - Verbindung der Ortsnetze Hamburg und Stuttgart - später auch Frankfurt/M., Düsseldorf, Hannover, Nürnberg, Berlin und München - weitere Ortsnetze folgen 08/1989: Glasfaserkabel (UK-Ger No.5) zwischen GB und Deutschland - von Winterton (England) und Ostfriesland - erste Verbindung in Glasfasertechnik - Länge: 500km lang (alle 80km Unterwasserverstärker für die Lichtregenerierung) - Leistung: ca. 40.000 Telefongespräche - Kosten: 65 Mio DM 1990: Glasfaser weltweit - 5 Mio km Glasfaser weltweit verlegt - ca. 50% in Nordamerika - ca. 1/3 in Europa - Unterseekabel ausschließlich in Glasfasertechnik Seite 10 09.07.2002
1991: Glasfaser macht Satelliten Konkurrenz - Glasfaserseekabel sind billiger und leistungsfähiger als Satellitentechnik - durch globale Computervernetzung eingeleitet - keine spürbaren Signalverzögerungen wie bei der Satellitenkommunikation - Umsatzeinbußen bei den Satellitenbetreibern 10/1991: Videokonferenz stellt keine Killerapplikation für Breitbanksysteme dar - zu teuer: (ca. 12.000DM Bereitstellungsgebühr, 1500DM monatl. Grundgebühr, 1,35 bis 1700DM pro Stunde und Teilnehmer bei Mehrpunktverbindungen im Interkontinentalverkehr) - kein wirtschaftlicher Mehrwert vorhanden - fehlende Spezialwendungen mit hohem Kosten-Nutzen-Verhältnis - Keine allgemeine Breitband-Infrastruktur innerhalb der nächsten fünf Jahre erforderlich (Zitat einer Studie vom Max-Planck-Institut) 1992: erstes direktes deutsch-amerikanisches Seekabel im Atlantik - 60.000 Telefongespräche 10/1993: Telekom verlegt im Osten Glasfaser bis ins Haus - ca. 1,2 Mio Haushalte ( Letzte Meile ) werden bis 1995 per Glasfaser angebunden - OPAL-Netz (Optische Anschlussleitung) - für Telefon, Fernsehen und Rundfunk nutzbar - Teil des insgesamt 60 Milliarden DM umfassenden Aufbauprogramms - bis 1997 mehr als fünf Millionen neue Telefonanschlüsse, 4,3 Millionen Kabelanschlüsse und ca. 70.000 Münz- und Kartentelefone werden eingerichtet 11/1993: direkte Seekabelverbindung von Sylt nach Kanada - sechs Glasfaserstrecken mit mehr als 62.000 Telefongespräche - ca. 7400km lang - CANTAT 3 (Canada Transatlantc Telephone Cable) mit Kosten von 400 Mio Dollar 02/1996: Schweizer Bundesbahn will ihr Glasfasernetz kommerziell nutzen - Sprach-, Daten- und Multimediadienste werden ab 1998 angeboten 1997: Interkontinentale Glasfaserkabel - 38.000km langes Glasfaserkabel verbindet Afrika, Asien, Australien mit Westeuropa - ca. 300.000 Telefongespräche - Kosten ca. 2 Milliarde DM - weiteres 26.000km langes Glasfaserkabel zwischen USA, Japan und China (1,2 Mil $) 1997: kalkulierte Kabelkapazitäten immer wieder unterdimensioniert - Unsere Überlegungen für den Zeitraum werden immer wieder über den Haufen geworfen (Zitat Telekom-Vorstand Gerd Terzer) - besonders beliebte Strecke: Europa-Amerika - Anteil des Datenverkehrs neben Telefon steigt von 50% bis auf 70%, wachsend - vorausschauend neue Direktverbindung von Frankfurt nach Schanghai (China) - mehr als 2 Millarden Menschen hängen indirekt an diesem Netz - zunächst ca. 15.000 Telefongespräche - Kosten von 1 Milliarde DM Seite 11 09.07.2002
1999: Experimentelle Rekorde von Alcatel und Lucent - Transatlantikrekord 320 Gigabit pro Faser von Alcatel - Einsatz eines Wellenlängenmultiplexsystem mit 32 Kanälen a 10GBit/s - Unterstützung durch submarine optische Verstärker - Gesamtlänge von 6150km - Konkurrent Lucent erreichte 1 TeraBit/s (100 Kanäle mit je 10GBit/s) über 400km 1999: Private Anbieter drängen auf den Markt - Telekom-Gruppe Colt verlegt ca. 2600km eigene Fernverkehrsleitungen in Deutschland zur Verbindung von acht Colt-Stadtnetze - 3400km für Anschluss von sechs weiteren europäischen Stadtnetzen geplant - Hauptumsatz machen Geschäftskunden - keine Abhängigkeiten von anderen Kabelanbietern (primär Telekom) - weitere große private Anbieter: MCI Worldcom, Level 3, Viatel, Carrier 1, Global Crossing,... 10/2000: Österreichs schnellstes WDM-Netz mit 320 GBit/s - könnte die Nationalbibliothek in 30s übertragen - baut auf der Austria-Glasfaser-Infrastruktur auf - wird noch mit 32,5 GBit/s betrieben - 90% der Vermittlungsstellen sind bereits angebunden - Hochrüstung der aller Server war notwendig - Dienste wie Fernsehen im Internet, Video on demand, Life-Konferenzen sollen selbstverständlich werden laut techn. Vorstand 11/2000: Lucent entwickelt Verstärkermodul EDFA für Lichtwellenleiter - mit EDFA können optische Signale ohne Regenerierung über große Distanzen übertragen werden - besonders für DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) geeignet, da es noch mehr verschiedene Wellenlängen in eine Glasfaser quetschen kann - damit höhere Bandbreiten und somit mehr Übertragungsleistung 10/2001: Brillentrick verdoppelt Kapazität von Glasfaser-Leitungen - Wissenschaftler der Uni Paderborn schicken zwei Lichtstrahlen gleichzeitig auf die Reise - Polarisationsmultiplex-Technik (ähnlich Sonnenbrille mit Polarisationsfilter) - Forscher des Heinrich-Hertz-Institutes Berlin schaffen auf Teststrecke Berlin- Mannheim 160 Gigabit/s 11/2001: KomNet Terabit-Teststrecke zwischen Berlin und Stuttgart - Bundesforschungsministerium fördert seit drei Jahren Projekt von Unternehmen und Forschungseinrichtungen - Leistung von 1,2 TeraBit/s (ca. 280 DVD Filme pro Sekunde) - Optisches-Wellenlägen-Multiplex-Verfahren: Datenstrom in Pakete aufgeteilt, welche auf 32 verschiedene Trägerfrequenzen aufmoduliert werden - bis zu 40 GBit/Frequenz, entspricht ca. 20 Millionen Telefongespräche pro Leitung - 150 TeraBit/s als Maximum für eine herkömmliche Glasfaser laut amerikanischer Wissenschaftler (= 2 Milliarden Telefongespräche) Seite 12 09.07.2002
November 2001: US-Chirurg operiert via Glasfaser-Kabel in Frankreich - US-Chirurg operiert per Roboter einen Gallen-Patienten in Frankreich mittels Hochgeschwindigkeitsglasfaserübertragung 2001: Glasfaser-Ausbau in Osteuropa - Essener Unternehmen Infigate investiert in Osteuropa (Ungarn, Polen, Tschechien) - Network-Management-Center in Budapest (50% billiger als in Westeuropa) 2002: Glasfaser nicht 100% Abhörsicher - Glasfaser zwischen Berlin und Westdeutschland wurde von der Stasi angezapft - Nutzung von freiverkäuflicher Standard-Hardware (Ausrüstung für Wartungstechniker ca. 1.000$) - Wirtschaftsspionage über Anzapfen von Glasfaserleitungen ist ein reales Problem - Alarmanlagen zur Netzwerksicherheit sind werden erprobt 2002: Glasfasernetze vernichten weltweit 500 Milliarden Dollar - geschätztes Überangebot von 95% im Backbonebereich - Investitionssummen amortisieren sich nie - weltweit massive Firmenpleiten von großen Netzanbietern (z.b. Global Crossing, Carrier 1,...) - Netz von Global Crossing ist laut Gutachter nur noch 10% vom Investitionsvolumen wert Seite 13 09.07.2002
zusätzliche Informationen: Wie wird eine LWL-Faser hergestellt? Ziehturm Das Bild unten zeigt eine Anlage zum Ausziehen von Lichtleitfasern. Sie ist mehrere Meter hoch. Bevor die Faser auf der Trommel aufgewickelt wird, erhält sie eine Kunststoffschicht (primary coating), die vor Beschädigungen schützen soll. Über die Trommel wirkt auf die Faser eine konstante Zugkraft. Diese bewirkt, daß die Faser einen konstanten Durchmesser behält. Seite 14 09.07.2002
Preform Herstellung Ein Quarzglasrohr wird auf einer Drehbank über einem Knallgasbrenner so eingespannt, dass es um seine Längsachse rotiert. In das Rohr werden gasförmiges O 2 sowie SiCl 4, GeCl 4, POCl 3 und BCl 3 in geeignetem Mischungsverhältnis geleitet. In der heißen Zone über dem Gasbrenner oxidiert die Chloride zu den gewünschten Oxiden und setzen sich in Pulverform an der Innenseite des Rohres ab. Durch vielfaches Hin- und Herbewegen des Gasbrenners und Variieren des Mischungsverhältnisses der Gase können mehrere Schichten im Rohrinneren abgelagert werden, bis das gewünschte Brechzahlprofil erreicht ist. Im Rohr ist nur noch ein schmaler Kanal vorhanden. Durch noch stärkeres Erhitzen auf 2000 C fällt der Durchmesser zu einem massiven Glasstab zusammen. Industriell werden verschiedene Variationen des beschriebenen Herstellungsprozesses eingesetzt, beispielsweise das Aufwachsen der Glasschichten von einem Ende her. Das Farbfoto zeigt die Herstellung einer Preform. Quellen: Internet http://www.e-online.de http://www.ib.hu-berlin.de/~wumsta/rehm11.html http://www.kefk.net/research/kabelnetze/chronologie.html http://lwi2.wiwi.uni-frankfurt.de/sfb403tpa3/vernetzung/vernetzung.htm http://www.picsearch.com http://www.rtb-nord.uni-hannover.de http://www.spiegel.de/wirtschaft http://www.worldcom.com http://www.fh-telekom-leipzig.de/fhlaktuell/media/programm_photonische_netze.pdf http://www.htwm.de/optronik/vde/fachausschuss.htm http://www.informatik.hu-berlin.de/sv/lehre/sem/semoptit.htm http://www.uni-mannheim.de/rum/netze/isdn/ http://www.heise-online.de/newsticker/data/jk-12.07.00-001/ http://www.nt-netzwerktechnik.com http://www.improve-mtc.de/veroffentlichungen/kupfer-lwl/kupfer-lwl.html http://www.lzk.ac.at/lva/tuwien/388001 Seite 15 09.07.2002