Glasfaser-Test

Der stark umkämpfte Markt erzeugt einen Druck, der die Anbieter zwingt, ihre Netze immer weiter zu modernisieren und kontinuierlich zu warten. Nur so können sie ihren Kunden die Anwendungen und Dienste bei immer höheren Übertragungsraten und in immer besserer Qualität zur Verfügung stellen.

Die stete Weiterentwicklung von hochbitratigen Glasfasersystemen setzt neue Maßstäbe für die Testausführung, die Fehlerfreiheit und die Präzision, die die optische Infrastruktur benötigt, um diese Anwendungen und Dienste zuverlässig zu unterstützen. Mit dem branchenweit umfassendsten Portfolio an Mess- und Prüftechnik für Glasfasern verringert VIAVI Solutions die Komplexität dieser neuen Netzwerk-Architekturen und erleichtert deren Überprüfung.

Es gibt kaum einen Netzwerktyp, bei dem auf Tests an Glasfasern verzichtet werden kann. Die Installateure von Glasfaserkabeln, Projektmanager, Servicetechniker und Ingenieure, die die Leistungsparameter der optischen Infrastruktur verstehen, anwenden sowie korrekt messen und aufzeichnen, müssen über die dafür benötigten Kenntnisse und Fertigkeiten verfügen.

Fiber Testing

Der Großteil der Datenübertragung für das Internet, für Telefon und Fernsehen erfolgt heute über Glasfaserkabel. Mit dem weiteren Ausbau dieser Netzwerke und der immer intensiveren Nutzung hat sich die Bedeutung standardisierter Testverfahren für Glasfasern erhöht.

Die Anfänge der Glasfaser-Tests

The Origins of Fiber Testing

Das Konzept der Übertragung von optischen Signalen über eine dünne „Faser“ aus Glas ist gar nicht so neu. Vor mehr als 100 Jahren wurde bereits experimentell nachgewiesen, dass Licht ein gekrümmtes Glassubstrat passieren kann, ohne viel von seiner ursprünglichen Intensität einzubüßen. Ende der 1960er-Jahre haben die Laseroptik, ultratransparente Glasfasern und die digitale Signalisierung in ihrer Kombination die Grundlage für die heute bekannten optischen Kommunikationsnetze gelegt. In den 1990er-Jahren konnten Glasfasernetze bereits bis zu 100-mal mehr Daten übertragen als ein traditionelles Kabel mit elektronischen Verstärkern.

Für optische Netzwerke werden elektronische/binäre Informationen in optische Signale umgewandelt, die in Form von digitalen Lichtpulsen übertragen werden. Diese Signale durchlaufen auch lange Fasern zu einem Empfänger am fernen Ende der Strecke, wo sie dann wieder in ihre ursprüngliche Binärform zurückgewandelt werden. In diesem Format können die Signale dann von einem Computer und ähnlichen Geräten gelesen werden. Um die Integrität der optischen Signale über große Entfernungen und in komplexen Netzwerken überprüfen und aufrechterhalten sowie mit der wachsenden Bandbreite Schritt halten zu können, müssen sich auch die Prozesse zum Testen dieser Glasfasern immer weiter entwickeln.

Aufbau und Glasfaserkabel-Test

Obgleich die Kommunikation über Glasfasern erfreulich einfach scheint, setzt das Testen von Glasfaserkabeln ein gewisses Verständnis für die grundlegenden Unterschiede zur Vorgehensweise bei analogen drahtgebundenen Verkabelungen voraus.

Eine optische Faser (Lichtwellenleiter, LWL) besteht aus einem sehr dünnen Glasstrang, der von einer schützenden Kunststoffschicht umgeben ist. Durch die Totalreflexion zwischen dem Kern der Glasfaser und dem Mantel folgt das eingespeiste Licht dem vorgegebenen physischen Pfad dieser Faser.

Die „drei C“ einer Glasfaser

Die grundlegenden Bestandteile einer Glasfaser, die für die Testausführung entscheiden sind, werden gelegentlich als die „drei C“ bezeichnet:

  • Core: Der Kern der Faser besteht aus einem speziell behandelten Glas (oder Kunststoff). Durch ihn erfolgt die Übertragung der Lichtsignale über die Kabelstrecke. Daher muss er möglichst rein und sauber sein.
  • Cladding: Der Mantel ist eine zusätzliche Schicht, die aus einem ähnlichen Material wie der Kern besteht. Allerdings besitzt er einen niedrigeren Brechungsindex, damit die Lichtquelle kontinuierlich zum Kern zurück reflektiert wird.
  • Coating: Die äußere Schutzschicht des Kabels, die den Kern und den Mantel umhüllt und isoliert.

Fasertypen

In Abhängigkeit von der Ausbreitung der Lichtsignale wird zwischen Multimode- und Singlemode-Fasern unterschieden. Der Fasertyp steht in engem Zusammenhang mit dem Durchmesser von Kern (Core) und Mantel (Cladding).

Multimode-Fasern zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie sich einfacher mit der Lichtquelle und anderen Glasfasern koppeln lassen, dass die Lichtquellen (Sender) preiswerter sind und dass sie sich einfacher konfektionieren und spleißen lassen. Allerdings bedeuten die relativ große optische Dämpfung und das niedrige Bandbreitenlängenprodukt der Multimode-Faser, dass die Übertragung von Licht auf kurze Entfernungen beschränkt bleibt.

Der Vorteil der Singlemode-Faser besteht darin, dass sie eine größere Bandbreite und eine geringere Dämpfung ermöglicht.

Aufgrund des kleinen Kerndurchmessers sind jedoch im Allgemeinen kostenintensivere Sender und Ausrichtsysteme erforderlich, um eine effiziente Kopplung zu erreichen. Trotzdem bleiben Singlemode-Fasern für Hochleistungssysteme sowie Streckenlängen, die mehr als ein paar Kilometer betragen, die beste Lösung.

Zu prüfende und zu messende Parameter

Um die Qualität einer Glasfaser-Installation einschätzen, sie für die Aktivierung der Dienste freigeben und einen zuverlässigen und unterbrechungsfreien Betrieb der optischen Strecke sicherstellen zu können, müssen einige Prüfungen und Tests an der Faser ausgeführt werden.

Es gilt die folgenden Aspekte und Parameter der Glasfaser zu prüfen, zu bewerten und zu messen:

Faserendflächenprüfung

Wenn zwei Faserenden über Steckverbinder miteinander verbunden werden, muss vor allem gewährleistet sein, dass die Lichtsignale ohne übermäßige Dämpfung oder Rückreflexion von der einen Faser in die andere übergehen können. Allerdings bleibt die saubere Endfläche eine große Herausforderung.

Fiber End-Face Inspection

Ein winziges Partikel im Steckverbinder kann bereits eine erhebliche Einfügedämpfung und Rückreflexion sowie Geräteschäden verursachen. Daher ist eine proaktive Prüfung der Faserendflächen unverzichtbar, um zuverlässige Steckverbindungen zwischen den Glasfasern sicherzustellen.

Faser-Durchgangsprüfung

Zum Testen von Glasfasernetzen ist es möglich, eine sichtbare Laserquelle an ein Ende des Kabels anzuschließen, um den Durchgang zum anderen Ende zu prüfen. Dieser Fasertest dient lediglich dazu, grobe Defekte, wie Makrobiegungen, zu erkennen. Eine solche Durchgangsprüfung kann auch genutzt werden, um zu ermitteln, ob die Glasfaser im Patchfeld an der richtigen Stelle angeschlossen ist.

Ein Visual fault locator (VFL) nutzt ein sichtbares Laserlicht, um den Durchgang durch die Glasfaser zu testen und Defekte zu erkennen. An der Position eines Faserbruchs oder an defekten Spließen scheint das rote Laserlicht durch den Fasermantel hindurch. Bei Faserstrecken mit einer Länge von mehr als fünf Kilometern und bei schwer zugänglichen Glasfasern würde man den Durchgang jedoch mit einem optischen Reflektometer (OTDR) überprüfen.

Optische Dämpfungsmessung

Auf dem Weg durch die Glasfaser sinkt der Leistungspegel des Lichtsignals. Diese abfallende Leistung wird auch als optische Dämpfung bezeichnet und in Dezibel (dB) angegeben. Am genauesten lässt sich die optische Gesamtdämpfung ermitteln, wenn man an einem Ende der Glasfaser Lichtsignale mit einem bekannten Leistungspegel einspeist und die am anderen Ende eintreffende Lichtleistung misst. Für diese Messung werden eine Lichtquelle (Sender) und ein Leistungspegelmesser benötigt. Außerdem muss die Glasfaser an beiden Enden zugänglich sein.

Optische Leistungspegelmessung

Bei der Leistungspegelmessung wird die Signalstärke des Senders nach Aktivierung des optischen Systems überprüft. Ein optischer Leistungspegelmesser zeigt die auf seine Fotodiode einfallende optische Leistung an. Hierfür kann er direkt an den Ausgang des Senders oder an die Stelle des Glasfaserkabels angeschlossen werden, die für den optischen Empfänger vorgesehen ist. Die optische Leistung wird häufig in der Maßeinheit „dBm“ angegeben, wobei das „m“ für 1 Milliwatt und das „dB“ für Dezibel steht.

Messung der optischen Dämpfung einer Glasfaser

Um die optische Dämpfung einer Glasfaser zu ermitteln, wird eine optische Quelle benötigt, die eine standardisierte optische Leistung ausgibt. Ebenfalls erforderlich ist ein Vorlaufkabel, um einen kalibrierten Referenzwert von 0 dB Dämpfung bereitzustellen. Am anderen Faserende misst ein optischer Leistungspegelmesser die von der Lichtquelle abgegebene Leistung mit und ohne angeschlossenen Prüfling (Glasfaser), um den Dämpfungsbetrag der Faser in dB zu bestimmen.

Eine andere Möglichkeit der Dämpfungsmessung besteht darin, sowohl ein Vorlaufkabel als auch ein Nachlaufkabel an den Leistungspegelmesser anzuschließen. Das ist das Standardverfahren für Dämpfungsmessungen an bereits installierten Verkabelungen, bei dem die optische Dämpfung an beiden Endverbindern des Glasfaserkabels ermittelt wird. Aus diesem Grund ist es für jeden Fiber-Check wichtig, dass alle Steckverbindungen wirklich sauber sind.

Testing Fiber for Optical Loss

Auch ein optisches Zeitbereichsreflektometer (OTDR) erlaubt, die Dämpfung der Glasfaser – allerdings auf eine andere Art – zu messen. Ein OTDR koppelt ein starkes Laserlicht in genau festgelegten Pulsen über ein optisches Anschlusskabel an einem Ende der Glasfaser ein und analysiert das zur Lichtquelle zurückgestreute Licht. Dieser von nur einem Ende der Glasfaser ausgeführte Test erlaubt nicht nur, den Dämpfungsbetrag zu ermitteln, sondern auch die Stellen, an denen die Dämpfung auf der Faser eintritt, zu lokalisieren. Hier erfahren Sie mehr über OTDR-Tests.

 

Beste Vorgehensweisen zum Testen von Glasfasern

Bei der Installation von Glasfaserkabeln sowie für die laufende Wartung sind Tests an optischen Netzwerken unverzichtbar. Die Einhaltung bester Vorgehensweisen ermöglicht, Glasfaserkabel und die betreffenden Netzwerke sicherer, effizienter und zuverlässiger zu installieren und zu aktivieren.

Fiber Optic Cable Testing Best Practices

  • Es kann gar nicht genug darauf hingewiesen werden, wie wichtig es ist, beim Installieren von Glasfasern und beim Ausführen der optischen Tests auf Sauberkeit zu achten. Die Sauberkeit des Faserkerns und der aufnehmenden Ferrule im Steckverbinder kann mit einem Fasermikroskop überprüft werden. Es werden spezielle Reinigungsmaterialien empfohlen, um die optischen Anschlüsse korrekt zu säubern. Die gleiche Sauberkeit ist auf die Referenzkabel und die Anschlüsse der optischen Mess- und Prüftechnik anzuwenden.
  • Bei Verwendung einer VFL-Rotlichtquelle ist darauf zu achten, die Augen zu schützen. Da die VFL-Quelle ein sehr starkes Laserlicht abstrahlt, darf man mit dem bloßen Auge weder in die Quelle noch in den von dieser beleuchteten Faserkern blicken.
  • Eine optische Lichtquelle sowie ein Leistungspegelmesser oder ein optischer Dämpfungsmessplatz (OLTS) werden empfohlen, um zu gewährleisten, dass das optische Dämpfungsbudget die von der Spezifikation vorgegebenen Grenzwerte nicht überschreitet.
  • Die Kennwerte (Charakteristik) der Glasfaserstrecke sollten mit einem OTDR erfasst und als Leistungsreferenz („Baseline“) gespeichert werden.
  • Die Aufgabe eines OTDRs besteht darin, Ereignisse an beliebigen Positionen einer Glasfaserstrecke zu erkennen, zu lokalisieren und zu messen. Es zeigt die Positionen der erkannten dämpfenden (nicht reflektiven) und reflektiven Ereignisse in Form einer Kurve an, sodass der Techniker über aussagekräftige Unterlagen zur Charakteristik der Faser verfügt. Für OTDR-Messungen kommen Vorlaufkabel/Nachlaufkabel zum Einsatz, um auch den ersten/letzten Steckverbinder der Strecke qualifizieren zu können. Hierbei wird das Vorlaufkabel zwischen OTDR und die zu testende Faser eingefügt und das Nachlaufkabel an das ferne Ende der Strecke angeschlossen. Es ist zu beachten, dass die im Vorlauf-/Nachlaufkabel verwendete Glasfaser mit der zu testenden Faser identisch ist (Fasertyp, Kerndurchmesser, Größe …).
  • Zu guter Letzt gehören eine korrekte Planung und Vorbereitung für jede Arbeit, auch für das Testen von Glasfasern, zu den besten Vorgehensweisen. Um effektive und präzise Tests an Glasfasern ausführen zu können, sollte der Techniker die Messtechnik vor dem Einsatz reinigen und überprüfen, die Kalibrierung kontrollieren und sich mit dem vorgegebenen Testablauf vertraut machen sowie alle benötigten Hilfsmittel und Tester vollständig zusammenstellen.

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