Glasfaserkabel Vorteile gegenüber Kupferkabeln
Lichtwellenleiter übertragen Informationen nicht wie Kupferkabel mit elektrischem Strom, sondern mit Licht. LWL-Kabel sind aus Glas oder Kunststoff hergestellt und bestehen aus einem Kern und Mantel mit unterschiedlichen optischen Brechungsindex. Bei Glasfaserkabeln handelt es sich um Lichtwellenleiter, die aus dem Grundmaterial Glas bestehen. Die Begriffe Lichtwellenleiter und Glasfaserkabel werden oft synonym verwendet, weshalb Glasfasern auch aus Kunststoff bestehen können. Unabhängig vom verwendeten Material, ob Kunststoff oder Glas, breitet sich das Licht durch Totalreflexion im Kern des Lichtwellenleiters aus. Aufgrund der optischen Übertragung bieten Glasfaser gegenüber Kupferkabeln zahlreiche Vorteile. Zum Einsatz kommen Glasfaserleitungen in den verschiedensten Bereichen der Daten- und Kommunikationstechnik. Im Folgenden erhalten Sie einen Überblick und kurze Erläuterungen zu den vielen Vorteilen der Glasfaserkabel gegenüber den Kupferkabeln.
Die Vorteile der Glasfaserkabel gegenüber den Kupferkabeln im Überblick
Hier ein kurzer Überblick über die verschiedenen Vorteile in Listenform:
- 1. Unterstützung hoher Übertragungsraten und großer Bandbreiten [mehr]
- 2. Geringe Signaldämpfung – große Entfernungen ohne Verstärkung realisierbar [mehr]
- 3. Unempfindlich gegenüber Beeinflussung durch elektromagnetische Felder [mehr]
- 4. Geringe Anfälligkeit gegenüber Temperaturschwankungen [mehr]
- 5. Keine Beeinflussung der Signale benachbarter Fasern [mehr]
- 6. Keine Abstrahlung elektromagnetischer Störstrahlungen [mehr]
- 7. Keine Masse- oder Erdungsprobleme [mehr]
- 8. Keine Funken- oder Brandauslösung durch Blitz und Kurzschluss – nutzbar in explosionsgefährdeten Bereichen [mehr]
- 9. Gute Abhörsicherheit [mehr]
- 10. Zukunftssicher durch hohes Übertragungspotential – unterschiedliche Wellenlängen innerhalb einer Faser nutzbar [mehr]
- 11. Niedriges Gewicht, kleine Durchmesser, lange Haltbarkeit – weniger Aufwand bei Brandschutz und Statik [mehr]
- 12. Vorkonfektionierte Glasfaserkabel sind einfach zu handhaben [mehr]
- 13. Auf lange Sicht geringere Kosten [mehr]
- 14. Rohstoff für Lichtwellenleiter praktisch unbegrenzt verfügbar [mehr]
- 15. Lichtwellenleiterkabel ermöglichen passive Verteilnetze und sind umweltfreundlich [mehr]
Die Vorteile im Detail
Im Folgenden finden Sie kurze Erläuterungen zu den zuvor aufgelisteten Vorteilen:
Unterstützung hoher Übertragungsraten und großer Bandbreiten
Glasfaserleitungen unterstützen im Vergleich zu Kupferkabeln wesentlich höhere Bandbreiten. Das bedeutet, dass sich Signale mit höheren Frequenzen über die Leitungen übertragen lassen. Dadurch werden sehr viel größere Übertragungsraten möglich. Die Glasfaserleitungen übertragen in der gleichen Zeit mehr Daten als Kupferkabel. Übertragungsraten im Gigabit- und Terabit-Bereich stellen für Glasfaserkabel in der Regel kein Problem dar. Die größte Übertragungskapazität stellen sogenannte Singlemode-Fasern zur Verfügung. [Siehe auch: Unterschied zwischen Singemode und Multimode]
Geringe Signaldämpfung – große Entfernungen ohne Verstärkung realisierbar
Im Gegensatz zum Kupferkabel erfolgt die Übertragung bei einem Lichtwellenleiterkabel nicht mit elektrischenm Strom, sondern mit Licht. Die optische Übertragungsmethode besitzt sehr niedrige Dämpfungswerte und weist einen geringen Signalverlust über große Entfernungen auf. Dadurch lassen sich mit Glasfaserleitungen große Distanzen überbrücken. Anders als bei einer kupferbasierten Leitung müssen die Signale nach relativ kurzen Entfernungen nicht durch aktive Komponenten wie Verstärker oder Signalaufbereiter bearbeitet werden. Da die Dämpfung bei Kupferkabeln mit zunehmender Frequenz steigt, ist die Länge breitbandiger Kupferverbindungen sehr beschränkt. Ein Twisted-Pair-Kupferkabel beispielsweise sollte nicht länger als hundert Meter sein. Breitbandige DSL-Verbindungen über Kupferkabel sind auf wenige hundert Meter beschränkt. Eine Singlemode-Glasfaser hingegen überbrückt Entfernungen von bis zu 40 Kilometer bei hohen Übertragungsraten ohne die Notwendigkeit eines Verstärkers.
Unempfindlich gegenüber Beeinflussung durch elektromagnetische Felder
Die optischen Signale einer Lichtwellenverbindung werden durch äußere elektromagnetische Felder nicht beeinflusst. Während die Signalqualität in einem Kupferkabel durch äußere elektromagnetische Störeinflüsse stark beeinträchtigt werden kann, ist das optische Signal in einer Glasfaser immun gegen solche Störungen. Die Verwendung von Glas oder Kunststoff für den Lichtwellenleiter sorgt dafür, dass keine elektrischen Ströme fließen oder induziert werden können. Das ist der Grund dafür, weshalb Glasfaserleitungen problemlos in der Nähe von Industriegeräten, Hochspannungsleitungen oder anderen elektrischen Versorgungsleitungen verlegbar sind.
Geringe Anfälligkeit gegenüber Temperaturschwankungen
Eine Eigenheit kupferbasierter Kabel ist, dass sich der elektrische Widerstand mit der Temperatur verändert. Je höher die Temperatur, desto höher der elektrische Widerstand. Sehr hohe oder sehr tiefe Temperaturen und starke Temperaturschwankungen beeinflussen die Übertragung elektrischer Signale im Kupferkabel. Glasfaser sind gegenüber Temperaturveränderungen relativ unempfindlich. Die Lichtwellenleiter lassen sich in Bereichen mit kritischen Temperaturverhältnissen verlegen und nutzen.
Keine Beeinflussung der Signale benachbarter Fasern
Das sich in der Glasfaser ausbreitende optische Signal verlässt den Lichtwellenleiter nur am Ende der Übertragungsstrecke und nicht unterwegs. Daher beeinflussen sich die optischen Signale benachbarter Fasern nicht. Glasfasern können in Leitungsbündeln kompakt direkt nebeneinander betrieben werden. Aufgrund der Tatsache, dass die optische Signalübertragung weder elektromagnetischen Störeinflüsse erzeugt noch von diesen beeinflusst wird, verhalten sich benachbarte Glasfasern hinsichtlich der Übertragungsqualität völlig unproblematisch.
Keine Abstrahlung elektromagnetischer Störstrahlungen
Wie im vorigen Abschnitt erläutert, erzeugen optische Signale keine elektromagnetischen Störstrahlungen. Glasfasern stören sich gegenseitig nicht. Gleichzeitig verursachen sie keine Beeinträchtigung der Funktionen von in der Nähe befindlichen elektrischen Leitungen oder empfindlichen elektronischen Geräten. Sie sind bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) unkritisch.
Keine Masse- oder Erdungsprobleme
Das Glas- oder Kunststoffmaterial von Lichtwellenleitern kann keinen elektrischen Strom leiten. Über LWL Kabel gekoppelte elektrische Geräte haben deshalb keine elektrische Verbindung. Unterschiedliche elektrische Potenziale der verbundenen Geräte werden nicht übertragen und führen nicht zu für Kupferkabel typischen Masse- oder Erdungsproblemen. Während bei Kupferverbindungen immer darauf zu achten ist, dass die elektrischen Potenziale der Geräte keine Störungen verursachen, sind Glasfaserleitungen immun gegen diese Probleme.
Keine Funken- oder Brandauslösung durch Blitz und Kurzschluss – nutzbar in explosionsgefährdeten Bereichen
Ein Risiko bei Kupferkabeln stellen Kurzschlüsse und Blitzeinschläge dar. Das Kabel kann hohe Ströme oder Spannungen ungewollt an die elektrischen Komponenten übertragen. Darüber hinaus kann es Funkenbildung verursachen. Durch die hohen Spannungen und Ströme oder Funken werden angeschlossene Geräte zerstört oder Brände ausgelöst. Glasfaserverbindungen sind gegenüber Blitz und Kurzschluss aufgrund der fehlenden elektrischen Leitfähigkeit unempfindlich. Die Glasfaserleitungen sind selbst in stark explosionsgefährdeten Bereichen wie in der chemischen Industrie, ohne erhöhtes Risiko nutzbar.
Gute Abhörsicherheit
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Glasfaserkabel ist die gute Abhörsicherheit. Da die optischen Signale keinerlei elektromagnetischen Felder aussenden, sind die Informationen außerhalb des LWL Kabel nicht verfügbar. Das unbefugte Mitlesen auf einer Glasfaserverbindung ist nur mit hohem Aufwand möglich. Ein Spionagegerät müsste direkt im Kabel oder am Kabelende eingeschleift sein. Allerdings entnimmt ein solches Gerät optische Leistung aus der Glasfaser, was relativ leicht zu überwachen und festzustellen ist. Zudem tritt beim Einschleifen des Geräts unter Umständen eine erkennbare kurze Leitungstrennung auf.
Zukunftssicher durch hohes Übertragungspotential – unterschiedliche Wellenlängen innerhalb einer Faser nutzbar
Die Übertragungskapazität von Kupferkabeln besitzt eine klare Obergrenze. Ab einer gewissen benötigten Bandbreite, sind auf Kupferkabel basierende Leitungen nicht mehr sinnvoll einsetzbar. Die Zukunftsfähigkeit der Kupfer Netzwerkkabel ist begrenzt. Anders sieht es bei den Glasfaserkabeln aus. Sie bieten schon heute extrem hohe Bandbreiten und sind zukunftsfähig. Man kann davon ausgehen, dass Netzinfrastrukturen basierend auf Lichtwellenleiter die Bandbreiteanforderungen über viele Jahrzehnte hinweg erfüllen. So ist es beispielsweise möglich, die maximale Datenrate einer Glasfaserverbindung zu erhöhen, indem unterschiedliche Wellenlängen des Lichts innerhalb einer Faser verwendet werden. Jede Wellenlänge für sich stellt eine hohe Übertragungskapazität bereit. An der Glasfaser selbst muss keine Veränderung vorgenommen werden. Nur die Signal-Sender und Signal-Empfänger an den LWL-Enden und weitere übertragungstechnische Komponenten der Netzwerktechnik sind anzupassen.
Niedriges Gewicht, kleine Durchmesser, lange Haltbarkeit – weniger Aufwand bei Brandschutz und Statik
Der spezielle Aufbau der Glasfasern und die geringe Dichte des verwendeten Materials hat sehr dünne Kabel mit niedrigem Gewicht zur Folge. Eine Singlemode-Glasfaser hat beispielsweise einen Kerndurchmesser von nur 10 µm bei einem Manteldurchmesser von nur 125 µm. Durchmesser und Gewicht sind wesentlich geringer als bei einem Kupferkabel mit hoher Übertragungsqualität. Wenn mehrere Fasern in einem LWL Kabel vorhanden sind (beispielsweise LWL Kabel mit 12 Fasern oder 24 Fasern), ist das Gesamtkabel deutliche dünner und leichter als ein Kupferkabel mit entsprechender Anzahl an Kupferdrähten. Darüber hinaus ist der Lichtwellenleiter aufgrund des Materials länger haltbar als ein Kupferkabel. Aufgrund der kompakteren Kabel lassen sich Stecker und Anschlusskomponenten so konstruieren, dass sie ebenfalls weniger Platz benötigen. In vorhandenen Kabelkanälen oder Kabel-Patchschränken sind bei gleichem Platzangebot mehr Leitungen unterzubringen. Für die Verlegung der LWL Kabel bieten die geringeren Durchmesser weitere Vorteile. Löcher in Wänden oder in Decken können kleiner ausfallen. Die dünneren Kernbohrungen für die Lichtwellenleiter sind abhängig von den Gegebenheiten und Umständen statisch oft nicht zu berücksichtigen. Ebenfalls positiv wirkt sich der kleinere Durchmesser bei der vorschriftsmäßigen Einbringung von Glasfaserkabeln in einen bestehenden Brandschutz aus.
Vorkonfektionierte Glasfaserkabel sind einfach zu handhaben
In den Anfängen der Glasfasernutzung war die Handhabung von Glasfaserverbindungen oft recht umständlich. Um Glasfasern untereinander oder mit Anschlusskomponenten zu verbinden, mussten aufwendige Spleißtechniken oder teure Spezialgeräte verwendet werden. Steckverbindungen waren relativ unzuverlässig und hatten starken negativen Einfluss auf die Dämpfungswerte und die Übertragungsqualität. Die Stecker- und Verbindungstechnik hat sich stark weiterentwickelt. Heute sind mit Steckern vorkonfektionierte Glasfaserkabel leicht zu handhaben. Die Nachteile gegenüber der Verbindungstechnik von Kupferkabeln sind verschwunden. In vielen Fällen bieten die Verbindungen gegenüber den Kupferkabeln Vorteile, da sie eine höhere Verbindungsqualität bereitstellen, Stecker und Buchsen kaum altern und sie aufgrund ihrer Kompaktheit weniger Platz benötigen.
[siehe auch: Diese Vorteile bieten vorkonfektionierte LWL Kabel]
Auf lange Sicht geringere Kosten
Glasfaserkabel sind in der Regel teurerer als vergleichbare Kupferkabel. Mit steigender Übertragungsbandbreite sinkt der Preisunterschied, da der Aufwand für die Bereitstellung gleichwertiger Kupferkabel überproportional steigt. Kupferkabel mit sehr hoher Übertragungsqualität und Bandbreite sind nicht mehr kosteneffizient herstellbar. Die Preise für Lichtwellenleiter sinken kontinuierlich. Doch selbst wenn die Anschaffung der Glasfaserkabel eine größere Investition darstellt, verursachen sie auf lange Sicht weniger Kosten. Die Glasfaserkabel haben einen geringen Wartungsaufwand und sind sehr lange nutzbar. Aufgrund der hohen Zukunftssicherheit der Technologie müssen sie erst nach einigen Jahrzehnten wieder ersetzt werden.
Rohstoff für Lichtwellenleiter praktisch unbegrenzt verfügbar
Nicht zu vernachlässigen ist der Vorteil, dass der für Glasfaserkabel überwiegend benötigte Rohstoff Glas nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht. Die Preise für Kupfer hingegen steigen aufgrund der stark beschränkten Ressourcen kontinuierlich.
Lichtwellenleiterkabel ermöglichen passive Verteilnetze und sind umweltfreundlich
In heutigen kupferbasierten Verteil- und Anschlussnetzen kommt aufgrund der hohen Dämpfungswerte der Kupferkabel und der dadurch niedrigen überbrückbaren Distanzen sehr viel aktive Technik zum Einsatz. In den am Straßenrand aufgebauten Kabelverzweigern arbeiten beispielsweise Verstärker und aktive Technik wie DSLAMs (Digital Subscriber Line Access Multiplexer). Optische Verteilnetze sind mit passiver Technik realisierbar. Die für FTTH (Fiber To The Home) genutzte PON-Technik (Passive Optical Network) kommt vollständig ohne aktive Komponenten aus. Sie arbeitet mit optischen Splittern und erfordert nur beim Kunden selbst und in der Vermittlungsstelle elektronische Komponenten mit einer eigenen Stromversorgung. Die komplette Technik ist wesentlich einfacher aufgebaut und verbraucht weniger Energie. Netzkomponenten müssen nicht an das Stromnetz angeschlossen oder gekühlt werden. Der geringere Energiebedarf sorgt für eine hohe Umweltfreundlichkeit der Glasfasertechnik.
Alle Experten sind sich einig, dass der Glasfaser die Zukunft gehört. Die vielen beschriebenen Vorteile gegenüber den Kupferkabeln machen dies besonders deutlich. Sowohl technische als auch kommerzielle Gründe sprechen für den Aufbau von Verteilnetzen und Infrastrukturen auf Basis von Lichtwellenleitern. Auf lange Sicht ist stark davon auszugehen, dass LWL Kabel die Kupferkabel in vielen Kommunikationsanwendungen vollständig ersetzen werden. Wenn es darum geht, elektrische Energie zu übertragen, werden Kupferkabel weiterhin ihre Verwendung finden. Provider für Daten- und Kommunikationsnetzwerke und -Infrastrukturen investieren massiv in Lichtwellenleiter und treiben den Glasfaserausbau voran. Nach heutigen Maßstäben werden die Glasfaser-Infrastrukturen den Bandbreitebedarf über die nächsten Jahrzehnte problemlos erfüllen. Bis in Deutschland eine flächendeckende Glasfaserinfrastruktur zur Verfügung steht, kann es allerdings noch dauern. In Rechenzentren oder in Unternehmensnetzwerken und strukturierten Verkabelungen ist der Anteil von Glasfaserleitungen schon heute sehr hoch.
Die technische Weiterentwicklung der Glasfaser als Übertragungsmedium lässt für die Zukunft noch viel Potenzial erwarten. So brachte z.B. die Weiterentwicklung zur OM5 Faser durch die Anwendung des SWDM Verfahrens (SWDM = Shortwave Wavelength Division Multiplexing) eine Vervierfachung der bislang möglichen Übertragungsleistung. Moderne Mehrfaserstecker wie der MPO-Stecker ermöglichen enorme Packungsdichten, wodurch zum Einen dem stetig steigenden Bedarf an Netzwerkanschlüssen Rechnung getragen wird, zum Anderen werden durch Nutzung paralleloptischer Verfahren Übertragungsbandbreiten möglich, welche bei einem Vielfachen der vorherigen üblichen Bandbreiten liegen.
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