Sind Glasfaser-Freileitungsnetze für FTTH genauso zuverlässig wie Kupfernetze?

Telekommunikationsnetze
Freitag, 15. Oktober 2021 - 12:31

Seit fast einem Jahrhundert begleitet ACOME die Installation von Telekommunikationsnetzen. In den letzten 50 Jahren hat das Kupfer-Kommunikationsnetz (zu 50 % von ACOME in Frankreich entwickelt) einen äußerst zuverlässigen Service geboten. Tatsächlich liegt die „Unterbrechungszeit“ einer Kupferleitung während der gesamten Lebensdauer des Netzes im Schnitt unter 2 Stunden.

Mittlerweile wird dieses Netz von dem Glasfasernetz abgelöst, das eine größere Bandbreite bietet, um den aktuellen und künftigen Herausforderungen sowie den Anforderungen des französischen Breitbandplans „Plan Très Haut Débit“ gerecht zu werden.

ACOME ist im Bereich von Freileitungsnetzen mit Lichtwellenleitern ein anerkannter

ACOME steht für 20 Jahre Erfahrung und Know-how im Bereich Lichtwellenleiter, wobei Zuverlässigkeit und Beständigkeit als Innovationsquelle dienen. Lichtwellenleiter werden größtenteils durch die Verwendung von Freileitungsinfrastrukturen verlegt – auf diesem Gebiet ist ACOME wegweisend. Die Zahlen sprechen für sich: Seit Beginn des Breitbandplans in Frankreich im Februar 2013 wurde keine Unterbrechung oder Beschädigung des Dienstes in Verbindung mit dem LWL-Freileitungsnetz festgestellt – trotz Belastungen durch Umwelteinflüsse (insbesondere die sehr starken Stürme, die Europa in den letzten Jahren heimgesucht haben).

Optische und mechanische Zuverlässigkeit sind das Erfolgsgeheimnis

Um die Robustheit der Glasfasernetze zu gewährleisten und ihre Lebensdauer zu optimieren, sind zwei grundlegende Faktoren zu berücksichtigen:

  • Die optische Zuverlässigkeit: Es muss gewährleistet sein, dass die Übertragung des optischen Signals während der Lebensdauer des Kabels keinen Schaden nimmt.
  • Die mechanische Zuverlässigkeit: Es muss gewährleistet sein, dass die Faser während der Lebensdauer des Kabels nicht bricht.

Wie kann die Zuverlässigkeit der optischen Übertragung gewährleistet werden?

Die Wahl der Faser: ein entscheidender Faktor

Unabhängig von den Spannungen, denen das Kabel ausgesetzt ist, spielt die Wahl der Glasfaser eine sehr wichtige Rolle. Neben der Bauweise des Kabels bestimmt der verwendete Fasertyp die Widerstandsfähigkeit des Netzes gegenüber den verschiedenen Ereignissen, mit denen es im Laufe seiner Betriebszeit konfrontiert wird. Diese Ereignisse führen bei den Lichtwellenleitern zu Biegespannungen (Mikro- oder Makrobiegungen).

Die Lichtwellenleiter der Produktfamilie G657A2 sind so konzipiert, dass sie die Biegeempfindlichkeit reduzieren. Eine Faser des Typs G652D hat von Natur aus eine höhere Biegeempfindlichkeit als eine Faser des Typs G657A2.

Nehmen wir einige Beispiele:

Durch das Zusammendrücken des LWL-Kabels (Quetschen, Einklemmen des Ummantelung) kommt es zu Mikrokrümmungen auf den Lichtwellenleitern. Diese können je nach verwendeter Wellenlänge einen 3- bis 25-fach höheren Dämpfungsverlust bei G652D erzeugen als dies bei einer Faser G657A2 der Fall wäre.

 

Mesures d’atténuations à différentes longueurs d’onde pour une contrainte par écrasement sur un câble optique

Beispiel von Dämpfungsmessungen bei verschiedenen Wellenlängen, wenn ein optisches Kabel gequetscht wird
Source : SYCABEL

Ein anderes Beispiel besteht darin, die Auswirkungen von Zugspannungen auf eine oberirdisch verlegte Leitung zu untersuchen, die mit Klemmen an Masten befestigt ist (Auftreten von Mikrobiegungen, wo das Kabel verzurrt wird). Hier wird deutlich, wie verschieden die jeweiligen Lichtwellenleiter reagieren: Die Signaldämpfung bei gleicher Zugkraft auf das Kabel liegt bei Fasertyp G657A2 unter 0,1 dB, während es bei Fasertyp G652D bis zu 9 dB erreichen kann.

 

Fiabilité optique et mécanique

Messung der Signaldämpfung, die durch Zug auf ein mit Klemmen befestigtes optisches Kabel verursacht wird
Source : SYCABEL


Die Faser G657A2 bevorzugen, um die Zuverlässigkeit der optischen Signalübertragung zu verbessern

Die Fasern des Typs G657A2, sogenannte „biegeunempfindliche“ Glasfasern, erhöhen die Zuverlässigkeit der optischen Übertragung und die Robustheit des optischen Netzes gegenüber seiner Umgebung erheblich. Die Verwendung von Qualitätskabeln wird empfohlen und in bestimmten Fällen sogar vorgeschrieben: Im Juli 2020 veröffentlicht die ARCEP eine offizielle Stellungnahme, in der die Verwendung eines solchen Fasertyps in der Local Loop (lokale optische Schleife FTTH) vorgeschrieben wird. 

Wie kann die mechanische Zuverlässigkeit der optischen Verbindung bewahrt werden?

Der Hauptgrund, warum eine biegeunempfindliche Glasfaser verwendet werden sollte, wurde obenstehend erläutert. Aber man muss auch immer bedenken, dass eine Faser, die „zu unempfindlich“ ist, ein gewisses Risiko birgt. Tatsächlich können bestimmte Spannungen bei Validierungsprüfungen am Netz nach dem Verlegen des Kabels und der Installation der Netzkomponenten unbemerkt bleiben.

Eine Spannung kann dann bei den Kontrollen übersehen werden und die Lebensdauer der Glasfaser stark beeinflussen. So kann in den Spleißkassetten oder anderen Spleißzonen die durch starke Biegung der Glasfaser verursachte Dämpfung unbemerkt bleiben oder mit der Dämpfung durch Spleiß oder Pigtail verwechselt werden. Wenn der Krümmungsradius zu schwach ist, führt dies zu einer vorzeitigen Alterung der Faser und kurz- bzw. mittelfristig zu ihrem Bruch (innerhalb einiger Tagen bis zu einigen Monaten) .

Eine „zu unempfindliche“ Faser ist daher mechanisch nicht zuverlässig. Biegeradien unter 4 mm beeinflussen die Lebensdauer der Glasfasern stark. Ein Unterschied von nur einem Millimeter kann die Lebensdauer des Lichtwellenleiters auf ein Zehntel reduzieren.

Wenn eine Faser beispielsweise bei einem Biegeradius von 3 mm eine geschätzte Lebensdauer von 100 Tagen hat, wird diese bei einem Biegeradius von 2 mm auf 1 bis 10 Tage reduziert. (weitere Informationen entnehmen Sie bitte dem Dokument IEC TR 62 807).

Um die Krümmungsradien, die sich auf die Lebensdauer der Glasfaser auswirken, zu detektieren, empfehlen wir nochmals dringend die Verwendung von Fasern des Typs 657A2, deren Biegeempfindlichkeit weniger als 7,5 mm ist. Die starken, die Lebensdauer der Faser beeinflussenden Spannungen sind erkennbar und ein Eingriff ist möglich, bevor die Glasfaser bricht oder vorzeitig altert.

Die Dehnung der Glasfaser: Das richtige Kabel auswählen, um die beste Lebensdauer zu gewährleisten

Während ihres Lebenszyklus ist eine Glasfaser-Freileitung Spannungen ausgesetzt, die sich auf ihre Dehnung auswirken.

Die erste Spannung ist die permanente topologische Zugkraft: Das Kabel ist aufgrund seines Gewichts, der Spannweite zwischen den Masten und dem vom Betreiber der Infrastruktur genehmigten Durchhang konstant gespannt.

Dazu kommen intermittierende Klimaeinflüsse wie Wind, Eis oder Schnee. Eine zu starke Dehnung der Glasfaser führt zu einer beschleunigten Alterung und einem Bruch der Glasfaser.

Bei der Entwicklung eines Freileitungskabels muss die Dehnung der Glasfaser berücksichtigt und für besondere Beanspruchungen begrenzt werden. Je mehr die Faser im Kabel gedehnt wird, desto größer ist die Gefahr, dass die Faser im Laufe der Zeit bricht. Die nachstehende Tabelle zeigt die Bruchwahrscheinlichkeit über 25 Jahre in Abhängigkeit von der Dehnung der Glasfaser.

Probabilité de casse des fibres
Quelle: daten des ITU.

 

Die oberirdischen Leitungen werden gemäß zweier wichtiger Indikatoren konzipiert, mit denen die maximale Spannung des Kabels bei gleichzeitiger Begrenzung der Dehnung der Glasfaser bestimmt werden kann: MOT (Maximum Operating Tensile) entspricht der maximalen Spannung, die die Leitung über einen langen Zeitraum aushalten kann (z. B. topologische Spannungen oder die durchschnittliche Windkraft im Einsatzbereich), MAT (Maximum Allowable Tensile) hingegen entspricht der maximalen Spannung, die eine Leitung kurzfristig bei einem punktuellen Ereignis aushalten kann (z. B. klimatische Ereignisse, die Spannungsspitzen verursachen).

Diese Indikatoren werden im Einvernehmen mit dem Kunden definiert. Bei oberirdischen Leitungen entspricht die MOT üblicherweise Dehnungen von weniger als 10 %* (grüne Zone in der Tabelle), während die MAT Faserdehnungen von 10 % bis 30 %* zulässt (blaue Zone in der Tabelle). Diese Indikatoren werden in Absprache mit den Betreibern des optischen Netzes definiert.

Dies sind nicht die einzigen Parameter, die berücksichtigt werden müssen, da durch die Bauweise des Kabels die durch die verschiedenen Umwelteinflüsse bedingte Spannung zusätzlich verringert werden kann.

  • Optimierung des Durchmessers: Je größer der Kabeldurchmesser, desto größer der Winddruck. Außerdem wird das Gewicht durch eine mögliche Schneeschicht oder Eisschicht auf dem Kabel in Abhängigkeit des Quadrats seines Durchmessers erhöht.
  • Die Gewichtsoptimierung des Kabels: Je leichter die oberirdische Leitung, desto geringer werden die linearen Spannungen, aber auch die Spannungen an den Orten der Verzurrung.

So kann man durch Maßoptimierungen und geschickte Auswahl der verwendeten Materialien das Gewicht bzw. den Durchmesser des Kabels optimieren und die Spannungen verringern.

Zusammenfassung der wesentlichen Punkte

Um die Lebensdauer des Freileitungsnetztes mit Lichtwellenleitern zu gewährleisten, müssen die optische sowie die mechanische Zuverlässigkeit der Freileitungen und der darin enthaltenen Fasern berücksichtigt werden.

Hierzu müssen zwei grundlegende Faktoren beachtet werden.

Die Bauweise des Kabels

Der Durchmesser, das Gewicht und die Beherrschung der Glasfaserdehnung während der Betriebszeit der Infrastruktur erfordern eine perfekte Beherrschung der Herstellungsverfahren. Wesentliche Voraussetzung ist auch die Qualität der Herstellungsmaterialien, die den internationalen Normen entsprechen müssen

Die Verwendung von optischen Kabeln mit flexiblen Mikromodulen ist ein Schlüsselelement zur Optimierung von Durchmesser und Gewicht, um die Zuverlässigkeit von Telekommunikationsnetzen zu erhöhen.

Die Wahl der idealen Faser

Zur Auswahl der optimalen Faser müssen Sie einen Kompromiss eingehen zwischen:

  • einer Glasfaser, die möglichst biegeunempfindlich ist (Mikro- und Makrobiegungen), um die optische Übertragung bei externen Belastungen zu bewahren
  • und einer ausreichend empfindlichen Glasfaser, um Installationsfehler zu erkennen, die sich auf ihre Lebensdauer auswirken könnten.

 

Fiabilité optique et mécanique

Zusammenfassung der optischen und mechanischen Zuverlässigkeit entsprechend Glasfasertyp

 

Gemäß den Empfehlungen der ARCEP, insbesondere in der Sammlung funktioneller und technischer Spezifikationen bei den Glasfasernetzen bis hin zum Abonnenten außerhalb sehr dichter Gebiete, sind optische Fasern des Typs G.657.A2 (B-657.A2 nach EN 60793-2-50, entsprechend ITU-T G.657.A2) zu bevorzugen.