Wie weit kann Glasfaserkabel verlegt werden? Distanzbeschränkungen erklärt

Glasfaserkabel kann überall ausgeführt werden 2 Kilometer bis über 100 Kilometer ohne Signalregeneration, je nach Kabeltyp und Anwendung. Singlemode-Faser (SMF) unterstützt Entfernungen bis zu 40-100 Kilometer für Standardanwendungen, während Multimode-Fasern (MMF) typischerweise darauf beschränkt sind 300 Meter bis 2 Kilometer . Die tatsächliche Entfernung hängt von Faktoren wie Fasertyp, Wellenlänge, Netzwerkausrüstung und Anforderungen an die Signalqualität ab.

Distanzmöglichkeiten für Singlemode-Fasern

Singlemode-Glasfaser ist für die Übertragung über große Entfernungen konzipiert und stellt weltweit das Rückgrat der Telekommunikationsnetze dar. Sein kleiner Kerndurchmesser (8–10 Mikrometer) ermöglicht die Ausbreitung des Lichts in einem einzigen Pfad, wodurch die Signalstreuung minimiert und eine außergewöhnliche Reichweite ermöglicht wird.

Standard-Single-Mode-Anwendungen

Bei typischen Netzwerkbereitstellungen erreicht Singlemode-Glasfaser die folgenden Entfernungen:

• 1000BASE-LX (1 Gbit/s): Bis zu 10 Kilometer mit Standardoptik, erweiterbar auf 40 Kilometer mit erweiterten Modulen
• 10GBASE-LR (10 Gbit/s): 10 Kilometer Standardreichweite, wobei 10GBASE-ER 40 Kilometer erreicht
• 40GBASE-LR4 und 100GBASE-LR4: 10 Kilometer für Hochgeschwindigkeits-Rechenzentrumsverbindungen
• Long-Reach-Varianten (ER/ZR): 40–80 Kilometer für städtische und regionale Netze

Erweiterte Reichweitenlösungen

Mit spezieller Ausrüstung können Singlemode-Fasern noch größere Entfernungen überbrücken. Systeme mit dichtem Wellenlängenmultiplex (DWDM) übertragen routinemäßig Signale über 1.000 Kilometer durch die Verwendung mehrerer Wellenlängen und optischer Verstärker. Unterseekabel, die Kontinente verbinden, nutzen zur Überbrückung Singlemode-Glasfasern 10.000 Kilometer über den Meeresboden, wobei alle 50–100 Kilometer Repeater platziert werden, um das Signal zu regenerieren.

Einschränkungen der Multimode-Faserentfernung

Multimode-Fasern verfügen über einen größeren Kerndurchmesser (50 oder 62,5 Mikrometer), der die gleichzeitige Ausbreitung mehrerer Lichtmodi ermöglicht. Dies erleichtert zwar die Handhabung und ist bei kurzen Distanzen kostengünstiger, führt jedoch zu einer Modenstreuung, die die Übertragungsreichweite erheblich einschränkt.

Das Muster ist klar: Mit steigenden Datenraten nehmen die Multimode-Entfernungskapazitäten ab. Für 40- und 100-Gbit/s-Anwendungen Selbst die neueste OM5-Faser ist auf 100–150 Meter begrenzt und eignet sich daher nur für Rechenzentrumsumgebungen, in denen sich Geräte in unmittelbarer Nähe befinden.

Faktoren, die die Übertragungsentfernung beeinflussen

Optisches Leistungsbudget

Das optische Leistungsbudget stellt die Menge an Signalverlusten dar, die ein System zwischen Sender und Empfänger tolerieren kann. Ein typischer Transceiver könnte bei senden -3 dBm und erfordern eine Mindestempfangsleistung von -20 dBm , wodurch ein Leistungsbudget von 17 dB bereitgestellt wird. Jeder Stecker, jede Spleißstelle und jeder Meter Kabel verschlingt einen Teil dieses Budgets durch Einfügedämpfung und Dämpfung.

Wellenlängenauswahl

Unterschiedliche Wellenlängen erfahren in der Faser unterschiedliche Dämpfungsraten. Zu den häufigsten Wellenlängen und ihren Eigenschaften gehören:

• 850 nm: Wird in Multimode-Fasern verwendet, Dämpfung von 2,5–3,5 dB/km, kürzeste Reichweite
• 1310 nm: Üblich für Singlemode, Dämpfung von 0,35–0,5 dB/km, gut für mittlere Entfernungen
• 1550 nm: Bevorzugt für große Entfernungen, Dämpfung von 0,2–0,25 dB/km, ermöglicht maximale Reichweite

Kabelqualität und Installation

Schlechte Installationspraktiken verringern die effektive Entfernung erheblich. Mikrobiegungen durch enge Biegeradien , Belastung der Steckverbinder und Verschmutzung der Faserendflächen können zu einem Verlust von 0,5 bis 3 dB pro Verbindungspunkt führen. Ein für 10 km ausgelegtes Kabel schafft möglicherweise nur 5 km, wenn es unachtsam mit zahlreichen verlustbehafteten Spleißstellen verlegt wird.

Dispersionseffekte

Die chromatische Dispersion führt dazu, dass sich unterschiedliche Wellenlängen mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten und Impulse über große Entfernungen verbreiten. In einer Singlemode-Faser beträgt die chromatische Dispersion bei 1550 nm etwa ungefähr 17 ps/(nm·km) . Bei einem 10-Gbit/s-Signal über 80 km kann dies zu einer erheblichen Impulsverbreiterung führen, sodass Dispersionskompensationsmodule erforderlich sind, um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten.

Praktische Anwendungsszenarien

Campus-Netzwerke

In der Regel werden Universitäts- und Unternehmenscampusse eingesetzt OM3- oder OM4-Multimode-Faser für Gebäude-zu-Gebäude-Verbindungen unter 300 Metern, mit Kosten um 0,50–2,00 $ pro Meter installiert. Für Gebäude, die über größere Entfernungen voneinander entfernt sind, bietet Singlemode-Glasfaser eine Konnektivität von bis zu mehreren Kilometern bei etwas höheren Materialkosten, aber deutlich niedrigeren Gesamtbetriebskosten aufgrund geringerer Elektronikanforderungen.

Metropolennetzwerke

Metro-Ethernet-Dienste verwenden üblicherweise Singlemode-Glasfaser, um Unternehmensstandorte in verschiedenen Städten zu verbinden. Entfernungen von 20-40 Kilometer sind bei Standardoptiken Routine, während 80 Kilometer kann mit Transceivern mit größerer Reichweite erreicht werden. Aus Redundanzgründen unterhalten Dienstanbieter in der Regel Glasfaserringe mit mehreren Pfaden.

Rechenzentrumsverbindungen

Moderne Rechenzentren benötigen für die Notfallwiederherstellung und den Lastausgleich eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zwischen den Einrichtungen. 100-Gbit/s-Verbindungen über 10–40 Kilometer Die Verwendung von Singlemode-Glasfasern ist zum Standard geworden und wird von führenden Anbietern implementiert 400-Gbit/s-Verbindungen für wichtige Verbindungspunkte. Diese Systeme verwenden häufig kohärente Optiktechnologie, um Kapazität und Reichweite zu maximieren.

Fiber to the Home (FTTH)

Bei Glasfaserinstallationen in Privathaushalten werden in der Regel PON-Architekturen (Passive Optical Network) verwendet, die eine einzelne Glasfaser zur Versorgung aufteilen 32-64 Häuser über Entfernungen bis zu 20 Kilometer von der Zentrale. Unterstützung der neuesten XGS-PON- und NG-PON2-Standards 10 Gbit/s symmetrische Geschwindigkeiten Bei Beibehaltung dieses Bereichs wird ausreichend Kapazität für ein jahrzehntelanges Wachstum der Nachfrage nach Wohnimmobilien bereitgestellt.

Über Standardentfernungen hinausgehen

Optische Verstärker

Erbiumdotierte Faserverstärker (EDFAs) verstärken optische Signale, ohne sie in elektrische Form umzuwandeln, und ermöglichen so Spannweiten von 80-120 Kilometern zwischen Verstärkungspunkten. Ein typischer EDFA bietet 15–25 dB Verstärkung , kompensiert die Faserdämpfung und ermöglicht es den Signalen, mehrere Segmente zu durchlaufen. Langstreckennetze kaskadieren mehrere Verstärker, um transkontinentale Entfernungen zu erreichen.

Regeneratoren und Repeater

Wenn sich die Signalqualität über das Maß hinaus verschlechtert, das durch die Verstärkung korrigiert werden kann, wandeln elektronische Regeneratoren das optische Signal in ein elektrisches Signal um, bereinigen und synchronisieren es neu und übertragen es dann auf einem neuen optischen Träger erneut. Unterseekabelsysteme platzieren jeweils Regeneratoren 50-100 Kilometer in abgedichteten Gehäusen auf dem Meeresboden, mit einer Auslegungslebensdauer von 25 Jahre und keine Wartungsmöglichkeit nach der Bereitstellung.

Vorwärtsfehlerkorrektur

Moderne Hochgeschwindigkeitssysteme verfügen über eine hochentwickelte Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC), die dem Datenstrom Redundanz verleiht und es dem Empfänger ermöglicht, Bitfehler ohne erneute Übertragung zu korrigieren. FEC mit harter Entscheidung kann die Reichweite um 2-3 dB erweitern Soft-Decision-FEC fügt 10-11 dB Codierungsgewinn hinzu und verdoppelt möglicherweise die erreichbare Entfernung für kohärente Übertragungssysteme.

Wählen Sie die richtige Faser für Ihre Entfernungsanforderungen

Bei der Auswahl eines geeigneten Glasfaserkabels muss der aktuelle Bedarf gegen zukünftige Anforderungen und Budgetbeschränkungen abgewogen werden. Für Entfernungen unter 300 Metern in Rechenzentren Die OM4-Multimode-Faser bietet das beste Preis-Leistungs-Verhältnis mit leicht verfügbaren, kostengünstigen Transceivern. Die Materialkosteneinsparungen gegenüber Singlemode sind minimal, aber die Optik kann kostenintensiv sein 50-70 % weniger .

Für jede Distanz über 500 Meter hinaus oder mit einer Lebensdauer von 10 Jahren , Singlemode-Faser ist die bessere Wahl. Während Transceiver anfangs mehr kosten, bietet Singlemode unbegrenztes Upgrade-Potenzial. Eine heute für 1 Gbit/s installierte Glasfaser kann später 100 Gbit/s oder mehr unterstützen, indem einfach die Endpunktausrüstung ausgetauscht wird, während Multimode einen kompletten Kabelaustausch erfordern würde.

Erwägen Sie die Installation OS2-Singlemode-Faser mit 12–24 Strängen auch wenn die aktuellen Anforderungen bescheiden sind. Die zusätzlichen Kabelkosten sind im Vergleich zum Installationsaufwand gering, und Ersatzfasern bieten Schutz vor Beschädigungen und ermöglichen eine einfache Kapazitätserweiterung. Bei städtischen und Langstreckenanwendungen ist Singlemode die einzig praktikable Option, wobei die spezifische Auswahl des Transceivers bestimmt, ob Sie eine Reichweite von 10, 40 oder 100 Kilometern erreichen.