Glasvezelkabel

Glasvezel kabels

Tegenwoordig worden glavezelkabels veel toegepast in nieuwbouw en renovatie van telecommunicatie infrastructuur. In HFC netwerken wordt al sinds 1995 gebruik gemaakt van glavezeltechnieken voor het tranporteren van televisie en radio programma's over grote afstanden. Later is daar internet en telefonie datatransport bijgekomen. Door het gebruik van glasvezeltechniek is het transportbereik van content enorm vergroot. Energiebedrijven zagen hierin kansen hun dienstenpakket uit te breiden, waardoor steeds meer kleine kabelexploitanten (GAI'en en CAI' en) werden overgenomen door energiebedrijven zoals Essent Kabelcom, Eneco, Delta etc. Later zijn de kabeltevisie onderdeel weer losgekoppeld van de energiebedrijven en als zelfstandige bedrijven verder gegaan. Dankzij het gebruik van glasvezeltechnieken kunnen televisie, radio, internet en telefonie diensten vanuit diverse locaties het gehele land bedienen. In het hoofdstuk Glasnetwerk projectie leest u waar glasvezelkabels worden toegepast.

De glasvezel 
Een glasvezel is opgebouwd uit glas met twee verschillende chemische samenstelling. Het binnenste glasdeel wordt glaskern ('core') en het buitenste glasdeel glasmantel ('cladding') genoemd. De glasmantel zorgt er voor dat het licht in de glaskern blijft. Alleen als de vezel sterk gebogen wordt zal het licht door de glasmantel naar buiten treden.

Omdat glas een zeer breekbaar materiaal is wordt bij het produceren van de glasvezel een dun kunsttoflaagje 'coating' op de buitenkant van de glasvezel aangebracht. Het resultaat hiervan is een buigzame glasvezel die nodig is voor het samenstellen van een glasvezel kabel en het uitvoeren van montage handelingen aan de glasvezel. 

Typen glasvezel
Voor verschillende toepassingen zijn diverse typen glasvezels ontwikkeld. De belangrijkste typen zijn 'multimode' en 'singlemode' glasvezels.

            Multimode vezel                Singlemode vezel

Bij multimode glasvezel in het linkerplaatje is de glaskern dikte 50µm (micrometer) en bij singlemode is de glaskern dikte 8µm. De totale dikte van het glasgedeelte van de glasvezel 'core' plus 'cladding' is 125µm. Inclusief de kunstoflaagje is de totale dikte van de glasvezel 250µm. De dikte van een mensenhaar is ongeveer 50 μm (=0,05 mm).

Licht draaggolven
Voor transport van informatie over glasvezelkabels worden zeer hoge draaggolf frequenties toegepast, die in het onzichbare lichtspectrum vallen. Vanwege de hoge frequentie worden de draaggolven in Nanometers i.p.v. in Hertzen uitgedrukt Voor het omrekenen van nanometer naar Hertz kan de volgende formule worden toegepast f=V/λ, V is de lichtsnelheid in m/s (vacuüm), λ (Lambda) in meters en f de frequentie in Hertz. Voor een lichtdraaggolf van 1550nm is de berekening als volgd.

f= 299792458 / 1550 = 193.414 GHz (GigaHertz)

De algemene benaming voor lichtdraaggolven is Lambda's. De meest toegepaste Lambda's zijn in de 850, 1310 nm en 1550 nm bandbreedte. Internationaal zijn afspraken gemaakt over de Lambda kanaalindeling, het ITUgrid toont de gestandaardiseerde kanaalindeling voor de 1550 nm bandbreedte.  Voor HFC optische draaggolven worden specifieke kanalen geselecteerd om onderlinge verstoring tussen de optische draagolfkanalen tot een minimum te beperken. Over het algemeen worden wordt gekozen voor even of on-even kanalen bij toepassing van 1550 nm kanalen. Dit komt neer op een afstand van 200 GHz  (1,66 nm) tussen de kanalen. De draaggolf kanaalkeuze kan echter per fabrikant verschillen. Bij gebruik van 1310 nm kanalen is de afstand tussen de kanalen 3441 GHz (20 nm).

Bandbreedte per kanaal

Omdat de lichtfrequenties erg hoog zijn is er veel bandbreedte per kanaal beschikbaar voor het het moduleren van de licht draaggolven. De beschikbare bandbreedte kan dan ook worden gebruikt om een alle televisie, radio en data kanalen in een bandbreedte van 5 tot 862 MHz over èèn lichtdraaggolf (Lambda) te transporteren. De te transporteren bandbreedte wordt beperkt door de belastbaarheid (modulatie index) van de toegepaste optische zender en de ontvangstgevoeligheid van de optische ontvanger in relatie tot de gestelde kwaliteitseisen. Meer over optisch zenders en optische ontvangers vind u in andere hoofdstukken op deze site.

Verschil tussen Multimode en Singlemode

Door de dikkere glaskern van de multtmode glasvezel zullen de lichtfrequenties vaker reflecteren en daardoor zullen er stoorproducten onstaan waardoor de kwaliteit van de optische draaggolf afneemt. Daarom worden multimode glasvezel ingezet voor optisch datatransport over korte afstanden.

Omdat de glaskern van de singlemode glasvezel bijna een factor 10 dunner is zullen de lichtfrequenties minder reflecteren waardoor de invloed van de onstane stoorproducten op de kwaliteit van de optische draaggolf aanzienlijk lager zijn. Hierdoor kan de singlemode glasvezel worden toegepast voor datatransport over lange afstanden. In HFC netwerken kunnen glasvezel verbindingen tot 40 km worden overbrugd.

Glasvezel demping

Net als telefoon, UTP en Coax kabel ondervinden lichtfrequenties (Lambda's) ook demping door glasvezelkabel. De demping is echter aanzienlijk geringer dan door ander kabels. De demping van glasvezel wordt gespecificeerd in dB per kilometer. De hoeveelheid demping is echter afhankelijk van de lichtfrequentie die wordt toegepast en of we een multimode of singlemode type glasvezel toepassen. In onderstaande grafiek staat op de verticale as de dempingwaarde op de horizontale as de lichtfrequentie in nanometer (nm).

Duidelijk is te zien dat singlemode glasvezel aanzienijk beter presteert dan de multimode glasvezel. Hieronder een opsomming van de demping bij de meest gebruikte lichtfrequenties.

2.50 dB/km bij   850 nm

0.35 dB/km bij 1310 nm

0.20 dB/km bij 1550 nm

Voortplantingssnelheid (verkortingsfactor)
Bij transport van signalen door de ether, coaxkabel en glasvezel neemt de snelheid en de sterke van het signaal af. De snelheidsafname wordt bepaald door de zogenaamde verkortingsfactor van het transport medium. De verhouding tussen de werkelijke voortplantingssnelheid en de lichtsnelheid noemen we de verkortingsfactor. De snelheidsafname in vacuüm is het laagst (299792458 m/s) en wordt als referentiewaarde gehanteerd voor het bepalen van de verkortingsfactor. Glasvezel heeft een verkortingsfactor van 0,67. De toegepast coaxkabel in HFC netwerken hebben een gemiddelde verkortingsfactor, afhankelijk van het type, van 0,85. Hieruit blijkt dus dat de voorplantingssnelheid van een electromagnetische draaggolf in glasvezelkabel lager is dan in coaxkabel!!

De Glasvezel kabel
Een glasvezel kabel bestaat uit meerdere glasvezels. Meerder glasvezels. Iedere vezel heeft een aparte mantelcoating kleur en worden ondergebracht is een dun buisje 'tube' gevuld met gel. De gel zorgt ervoor dat de glasvezels enigzins kunnen bewegen en dat vocht indringing wordt voorkoming.  Voor de trekontlasting op de glasvezels word er in het midden van de kabel een metalen draad opgenomen. Er kunnen 2, 4, 8 of 12 vezels in een tube ondergebracht. Elke tube heeft, ter onderscheiding, een andere kleur. Afhankelijk van het aantal gewenste glasvezels in een kabel worden meerder tubes samengevoegd. Op deze wijze kunnen glasvezelkabels tot 192 glasvezel worden geproduceerd.

Glasvezelkabel aanleg
De moderne veel toegepaste glasvezelkabel met 96 glasvezels heeft een buitendiameter van slechts 65 milimeter en kan op een haspel worden geleverd ín lengtes van 4000 meter. Glavezelkabels worden  meestal niet direct in een gegraven geul gelegd.

Nadat er een geul is gegraven wordt een lege kunststof (HDPE) buis in de geul neergelegd met daarin een aantal 'mini' buisjes van bijvoorbeeld 10 mm. Naar behoefte kan gekozen worden uit verschillende typen HDPE buis met mini buisjes. Ter onderscheiding zijn de mini buisjes gekleurd. In deze mini buisjes kunnen later de glasvezelkabels worden 'geblazen'. In een mini buisje kan een 96 voudige glasvezelkabel worden geblazen. Het voordeel van het buizensysteem is dat het de glasvezelroute capaciteit eenvoudig kan worden uitgebreid door het blazen van glasvezelkabel in vrije minibuisjes.

Een glasvezelkabel kan gemiddeld over een lengte van 1200 meter in een mini buisje worden geblazen. Dat betekent dat de glasvezelkabel elke 1200 meter boven de grond uit moet komen om daarna te worden verder geblazen.

Lassen
Aangezien de glasvezelkabels met een lengte van ongeveer 4 km op haspels worden geleverd, betekent dit dat er na vier kilometer een nieuwe haspel moet worden ingezet. Concequentie hievan is dat de glasvezels aan elkaar gezet moeten worden om de gewenste glavezelroute te kunnen realiseren. Het aan elkaar zetten van glasvezels gebeurt meet een 'lasmachine'. 

Om de individuele glasvezel te kunnen lassen moet de kabel worden gestript. Hiervoor is speciaal gereedschap ontwikkeld. Van de vrijkomende glasvezels uit de glasvezeltubes wordt de gekleurde mantelcoating over een paar milimeter verwijderd en het glasdeel van de twee vezels worden schoongemaakt en vlak afgeknipt met een zogenaamde 'fiber cleaver'. Daarna worden de vezels in de lasmachine geplaatst. Op het display van de lasmachine worden de geplaatste vezels zichtbaar gemaakt om te kunnen bepalen of ze goed zijn gaplaatst. Na het activeren van het lassen worden de vezels door de lasmachine exact tegenoverelkaar gepositioneerd. Als de posisionering is voltooid wordt er door de twee tegenoverelkaar staande electrodes een vlamboog opgewekt. De vezels worden daarbij aan elkaar vast gesmolten. Met de lasmachine kan vervolgens worden vastgesteld of de vezels goed zijn gelast door het meten van de lasdemping. Een goed gelaste vezel veroorzaakt een demping van gemiddeld 0,01 dB.  

Bescherming gelaste glasvezelkabel  

Op de locatie waar glavezelkabels aan elkaar gelast moeten worden wordt een groot gat gegraven 'mangat' waarin een grote kist 'manhole' wordt geplaatst. De glasvezelbuizen worden op de manhole  aangesloten. En de ingeplazen glavezelkabels eindigen in de manhole. De kabels worden vanuit de manhole naar boven gebracht om gelast te kunnen worden. Het lassen vindt plaats in een tent of een servicebus, met een luik in de vloer, boven het mangat .

Nadat de glasvezelkabels aan elkaar zijn gelast moeten de gelaste vezels beschermd tegen vuil en vocht. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een lasbox met lascassettes waarin de vezels per tube kunnen worden opgeborgen. Voor het opbergen van 96 gelaste vezels bestaande uit 12 tubes zijn dus acht cassettes nodig. Er kunnen meestal meerdere gelaste glasvezelkabels in een lasbox worden ondergebracht. De lascassettes in de lasbox worden vuil en vocht afgesloten met de lasboxkap. De ingevoede kabels worden met wartels opgesloten in de voet van de lasbox. Vervolgens worden de lasboxen  opgeborgen in de 'manhole'. De manhol wordt vervolgens met deksel afgesloten en afgedekt met zand.

Patchkabels en verdeelrekken
Nadat de glavezelkabels zijn gelegd en gelast moeten da glavezels nog worden aangesloten op de optische apparatuur. De optische apparatuur bevindt zich voor het grootste gedeelte in technisch ruimtes. Dat zijn over het algemeen stenen gebouwen  met vloeroppervlaktes variërend van 6² to 500 m². In het hoofdstuk topologie kunt u zien waar deze gebouwen zich kunnen bevinden.

De glasvezelkabels op deze locaties worden in de kelders of kruipruimtes ingevoerd en vervolgens in een zogenaamde optische distributie frame (ODF) afgewerkt op 'Patchlades'. In de patchlades bevinden zich glasvezel 'Picktales'. Picktales bestaan uit een optische connector met daaraan een stuk glasvezel van ongeveer een tot twee meter. De binnenkomende glasvezelkabel wordt in deze patchlades gelast op de picktales. In een ODF kunnen, afhankelijk van het type connector, zo'n 1200 glasvezels worden afgewerkt op de picktales. Op de patchlade connectoren kan vervolgens de optische apparatuur zoals zenders, ontvangers, multipexers en verdelers worden aangesloten met 'Patchkabels'.

Patchkabels bestaan uit èèn glasvezel met aan beide zijden een optische connector. De vezel wordt beschermd door aramide vezels en een gele PVC buitenmantel. De lengte van patchkabels kunnen  variëeren van 1 tot 50 meter om een verbindingen tussen de apparatuur en de ODF patchlade tot stand te brengen. Patchkabels kunnen met diverse typen optische connectoren worden uitgevoerd. Ook patchkabels met verschillende typen connectoren, aan ieder uiteinde, kunnen worden geleverd. Dit is wenselijk omdat de toegepaste optische connectoren op apparatuur van verschillende leveranciers kan afwijken van de toegepaste connectoren in de ODF patchlades.