Glasfaser-Verbindungsverlustmessungen der Stufe 1

Die Bedeutung von Encircled Flux bei der Lichtwellenleiterprüfung

| Autor / Redakteur: Adrian Young / Andreas Donner

So sieht eine Testreferenzleitungen für Encircled Flux LWL-Dämpfungsmessung aus.
So sieht eine Testreferenzleitungen für Encircled Flux LWL-Dämpfungsmessung aus. (Bild: Fluke Networks)

Encircled Flux ist ein Messwert zur Definition der Abgabebedingungen in Multimode-Glasfasern. Das soll die Messungenauigkeiten bei der Dämpfungsmessung von Verkabelungsstrecken re­du­zie­ren, wenn verschiedene Testgeräten verwendet werden. Wir erläutern die Be­rück­sich­ti­gung von Encircled Flux in der Dämpfungsmessung der Stufe 1.

Mit der Einführung verlustarmer Lichtwellenleiterkomponenten (z.B. LC-/MPO-Kassetten) werden Verlustbudgets für die Prüfung immer kleiner. Bisherige Methoden und Grundannahmen der Prüfung haben daher ihre Gültigkeit verloren.

Bei der Dämpfungsprüfung der Stufe 1 erzielen zwei verschiedene Prüfer häufig ein um bis zu 40 Prozent abweichendes Messergebnis. Grund dafür ist das Encircled Flux-Verhältnis, d.h. das Verhältnis der bei einem bestimmten Kernradius übertragenen Leistung zur eingespeisten Gesamtleistung. Encircled Flux korreliert das Testergebnis mit konservativen Leistungswerten für Einkopplungsbedingungen in Gigabit Ethernet-Glasfaser-Transceivern und wird besonders wichtig, wenn mit den vom Kabelhersteller spezifizierten Verlustbudgets, die immer engere Toleranzen vorgeben, gearbeitet wird.

LWL-Dämpfungsmessung der Stufe 1

Zur Reduzierung der bei der Prüfung von Multimode-Lichtwellenleitern mit unterschiedlichen Testgeräten auftretenden Messunsicherheit bei Verbindungsverlustmessungen müssen Installateure Encircled Flux einbeziehen. Auch wenn eine EF-konforme Prüfung noch nicht vorgeschrieben ist, sollten entsprechende Vorbereitungen jetzt schon beginnen.

Eine erfolgreiche LWL-Dämpfungsmessung der Stufe 1 basiert auf vier Elementen: LED-Lichtquelle, Jumper-Referenz, Steckverbinder und Encircled Flux. Jedes dieser Elemente muss richtig ausgelegt werden, um optimale Ergebnisse zu erreichen.

Die Auswahl der richtigen Lichtquelle

Theoretisch kann bei der Prüfung ein Oberflächenemitter (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder eine LED verwendet werden. Geltende ANSI-/TIA-Bestimmungen schreiben jedoch eine Spektralbreite zwischen 30 und 60 nm für die Lichtquelle vor, während ein VCSEL nur eine Spektralbreite von 0,65 nm hat.

Wird eine Lichtwellenleiteranlage mit einem VCSEL geprüft, so kann der Kabelhersteller die Applikationsgarantie ggf. aufgrund der Messunsicherheit ablehnen. Es obliegt dem Prüfer, der die Garantie für eine Anlage ausstellt, in Erfahrung zu bringen, welche Art der Lichtquelle zu verwenden ist. Im Zweifelsfall sollte das Datenblatt des Testgeräteanbieters konsultiert werden, die Anforderungen sind mit dem Garantieanbieter des Kabelsystems abzusprechen.

Die richtige Referenzeinrichtung

Das falsche Einstellen von Referenzwerten kann zu optimistischen und negativen Dämpfungsergebnissen führen. Letztere sind die häufigste Ursache für eine Ablehnung von System und Garantie, weil die auf eine Verstärkung des optischen Signals hinweisen, was in einem passiven System jedoch gar nicht möglich ist. Es ist daher extrem wichtig, den Industriestandard zu befolgen und Referenzwerte mit einer einzelnen Testreferenzleitung einzustellen.

Der richtige Umgang mit Multimode-Fasern

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Häufige Fehler

Das Einstellen einer Referenz über einen Einbauadapter bedeutet eine zusätzliche Messunsicherheit von bis zu 1,5 dB aufgrund von Verlusten im Adapter. Die Referenz muss von der Quelle bis zum Messgerät ununterbrochen sein, es darf nur eine Testreferenzleitung (1 Jumper) verwendet werden.

Eine weitere Fehlerquelle ist der Verzicht auf einen Wickeldorn, wodurch ein um bis zu 0,4 dB pessimistischeres Ergebnis möglich ist. Die Verwendung einer biegeunempfindlichen Multimode-Glasfaser (Bend Insensitive Multimode Fibre, BIMMF) als Testreferenzleitung kann ebenfalls zu fehlerhaften Ergebnissen führen.

Zur Erzielung zuverlässiger Ergebnisse müssen zudem Geräte mit austauschbaren Adaptern an den Eingangsanschlüssen verwendet werden. Damit ist eine 1-Jumper-Referenzeinstellung gemäß TIA und den Anforderungen des Kabelherstellers möglich. Es ist ebenfalls wichtig, die richtigen Adapter und Testreferenzleitungen zu kaufen.

Verwendung referenzfähiger Steckverbinder

Fehlerhafte Testkabel führen fast immer zu unzureichenden und schwankenden Testergebnissen. Gemäß ISO-/IEC-Norm 14763-3 sind referenzfähige Steckverbinder solche mit einem Verlust von <0,1 dB (Multimode) bzw. <0,2 dB (Singlemode). Besitzt eine verlustarme Kassette einen LC-Steckverbinder mit 0,15 dB würde eine Prüfung mittels eines LC-Steckverbinders mit einem Verlust von über 0,15 dB ein pessimistisches Ergebnis oder sogar einen Fehler ergeben.

Prüfung gemäß Encircled Flux

Zur Reduzierung der durch die Verwendung verschiedener Lichtquellen entstehenden Messunsicherheit wurde in TIA-Normen die Einkopplungsbedingung von einer optischen Multimode-Quelle in Form des Coupled Power Ratio, CPR definiert; CPR ist das Verhältnis der gesamten Strahlungsleistung einer Multimodefaser zu dem Leistungsanteil, der in eine Monomodefaser gekoppelt wird. Aufgrund der auch hier immer noch zu hohen Variabilität zwischen den Quellen wurde das Konzept der Encircled Flux (EF) entwickelt. Es gibt die Modenleistung auf der gesamten Endfläche der Testreferenzleitung an, die bis zum Ende der Leitung anliegen muss.

In der Norm TIA-TSB-4979 sind zwei Methoden zur Erfüllung der EF-Anforderungen beschrieben. Die erste besteht in der Verwendung eines externen Abgabewandlers, der den Wickeldorn ersetzt. So kann jede LED-Quelle in eine EF-konforme Quelle umgewandelt und der Erwerb neuer Testgeräte vermieden werden. Externe Abgabewandler sind jedoch teuer, brauchen viel Platz und müssen bei Beschädigung ihres Steckverbinders ersetzt werden. Viele Leiter von Rechenzentren, die mit knappen Budgets für optische Dämpfungen arbeiten, weisen Installateure an, die Kosten für Abgabewandler in ihr Angebot aufzunehmen.

Die zweite Methode besteht in der Verwendung einer EF-konformen Quelle mit einer abgestimmten Testleitung, die die unerwünschten Moden isoliert (siehe Aufmacherbild). Diese proprietäre Lösung erfordert zwar den Kauf neuer Testgeräte, die Leitungen sind jedoch nicht so teuer und platzraubend wie Abgabewandler.

Zur Vermeidung einer fehlerhaften Referenzeinrichtung rüsten Anbieter Testgeräte mit automatisierten Assistenten aus, die den Techniker durch die Referenzwerteinstellung leiten.

Adrian Young
Adrian Young (Bild: Fluke Networks)

Besitzt das Testgerät feste Eingangsanschlüsse, mit denen keine 1-Jumper-LC-Referenz möglich ist, kann das Überspringen zweier Testergenerationen und somit eine EF- und 1-Jumper-konforme Lichtwellenleiterprüfung gemäß ANSI/TIA-526-14-B erwogen werden.

Verfahrensempfehlungen für Installateure

Aufgrund engerer Verlustbudgets und höherer Datenraten wird EF immer wichtiger. Eine EF-konforme Lichtwellenleiterprüfung wird irgendwann wohl auch Vorschrift werden.

Es empfiehlt sich eine entsprechende Überprüfung der Testgeräte und die Befolgung folgender empfohlener Verfahren durch Installateure:

  • Verwendung von LED-Lichtquellen anstelle von VCSLs
  • Vermeidung der Referenzeinrichtung über Einbauadapter
  • Verwendung von Wickeldornen zum Entfernen höherer Moden; Wickeldorne sind jedoch kein Ersatz für EF-Adapter
  • Investition in Lichtwellenleiter-Testgeräte mit austauschbaren Adaptern an den Eingangsanschlüssen
  • Prüfung der Testreferenzleitungen, Vermeidung einer Verwendung von BIMMF als Testkabel
  • Aufbewahrung von Messergebnissen und Aufnahme in die Prüfungsdokumentation
  • Entwicklung einer Strategie zur Erzielung von EF-Konformität; Hersteller bestehen u.U. auf einer EF-konformen 1-Jumper-Messung, bevor sie im Störungsfall einen Techniker aussenden

Über den Autor

Adrian Young ist Senior Technical Support Engineer bei Fluke Networks.

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