Maximale Reichweite von Glasfaser: Entfernungen, optisches Budget und Leitfaden nach Datenrate
Inhaltsverzeichnis
- Das optische Budget: ein grundlegendes Konzept
- Entfernungen nach IEEE- und ITU-Standard
- Faktoren, die die Reichweite begrenzen
- Singlemode OS2: von 10 km bis zu mehreren Tausend
- Multimode OM3/OM4: kurze, aber wirtschaftliche Reichweiten
- SFP/SFP+/QSFP-Module: Auswahl nach Entfernung
- Die maximale Reichweite Ihrer Installation berechnen
- FAQ
Die maximale Reichweite eines Glasfaserkabels ist keine Eigenschaft des Kabels allein — sie ist das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen der Dämpfung der Strecke und der Empfindlichkeit der aktiven Geräte. Dasselbe OS2-Kabel kann mit geeigneten Modulen 1 Gbit/s über 100 km übertragen oder mit Standardmodulen nur 10 Gbit/s über 10 km. Dieser Leitfaden erläutert die Prinzipien des optischen Budgets, gibt die tatsächlichen Entfernungen nach Standard und nach Datenrate an und hilft Ihnen, die Reichweite Ihrer eigenen Installation zu berechnen.
Das optische Budget: ein grundlegendes Konzept
Das optische Budget (oder die Streckenbilanz) ist die verfügbare Leistungsreserve zwischen dem Sender und dem Empfänger einer Glasfaserstrecke. Es wird in dB ausgedrückt und stellt den maximalen Verlust dar, den die Strecke verkraften kann, während eine akzeptable Fehlerrate (BER ≤ 10⁻¹²) erhalten bleibt.
Optisches Budget (dB) = Sendeleistung (dBm) − Empfängerempfindlichkeit (dBm) − Sicherheitsreserve (dB)
Konkretes Beispiel mit einem standardmäßigen 10G SFP+ LR-Modul:
- Typische Sendeleistung: −1 dBm bis +3 dBm
- Empfängerempfindlichkeit: −14 dBm
- Empfohlene Sicherheitsreserve: 3 dB (Alterung, thermische Schwankungen)
- → Verfügbares Budget: (3) − (−14) − 3 = 14 dB
Dieses Budget von 14 dB muss alle Verluste der Strecke aufnehmen: Kabeldämpfung, Verluste der Steckverbinder, Verluste der Spleißverbindungen und Verluste eventueller passiver Komponenten (Koppler, Splitter). Die maximale Reichweite erhält man, indem man das verfügbare Budget durch die Dämpfung pro km des Kabels dividiert:
Max. Entfernung (km) = Verfügbares Budget (dB) ÷ Kabeldämpfung (dB/km) − [Feste Verluste / Kabeldämpfung]
Für ein OS2-Kabel mit einer Dämpfung von 0,35 dB/km bei 1310 nm, 4 Steckverbindern (4 × 0,5 dB = 2 dB) und 2 Spleißen (2 × 0,1 dB = 0,2 dB): max. Entfernung ≈ (14 − 2 − 0,2) / 0,35 ≈ 33 km.
Entfernungen nach IEEE- und ITU-Standard
| Standard | Datenrate | Fasertyp | Wellenlänge | Max. Entfernung | Modul |
|---|---|---|---|---|---|
| 1000BASE-SX | 1 Gbit/s | OM2 / OM3 | 850 nm | 550 m | SFP 1G SX |
| 1000BASE-LX | 1 Gbit/s | OS2 SM | 1310 nm | 10 km | SFP 1G LX |
| 1000BASE-ZX | 1 Gbit/s | OS2 SM | 1550 nm | 80 km | SFP 1G ZX |
| 10GBASE-SR | 10 Gbit/s | OM3 / OM4 | 850 nm | 300 m / 400 m | SFP+ SR |
| 10GBASE-LR | 10 Gbit/s | OS2 SM | 1310 nm | 10 km | SFP+ LR |
| 10GBASE-ER | 10 Gbit/s | OS2 SM | 1550 nm | 40 km | SFP+ ER |
| 10GBASE-ZR | 10 Gbit/s | OS2 SM | 1550 nm | 80 km | SFP+ ZR |
| 25GBASE-SR | 25 Gbit/s | OM4 | 850 nm | 100 m | SFP28 SR |
| 25GBASE-LR | 25 Gbit/s | OS2 SM | 1310 nm | 10 km | SFP28 LR |
| 40GBASE-SR4 | 40 Gbit/s | OM3 / OM4 | 850 nm × 4 | 100 m / 150 m | QSFP+ SR4 |
| 40GBASE-LR4 | 40 Gbit/s | OS2 SM | CWDM 4λ | 10 km | QSFP+ LR4 |
| 40GBASE-ER4 | 40 Gbit/s | OS2 SM | CWDM 4λ | 40 km | QSFP+ ER4 |
| 100GBASE-SR4 | 100 Gbit/s | OM4 | 850 nm × 4 | 150 m | QSFP28 SR4 |
| 100GBASE-LR4 | 100 Gbit/s | OS2 SM | CWDM 4λ | 10 km | QSFP28 LR4 |
| GPON (ITU G.984) | 2,5 / 1,25 Gbit/s | OS2 SM | 1490 / 1310 nm | 20 km (Klasse B+) | SFP GPON OLT |
| XGS-PON (G.9807.1) | 10 Gbit/s symmetrisch | OS2 SM | 1577 / 1270 nm | 20 km (Klasse N2) | SFP+ XGS-PON |
Faktoren, die die Reichweite begrenzen
Vier physikalische Phänomene begrenzen die maximale Entfernung einer Glasfaserstrecke:
1. Dämpfung — dies ist der dominierende Faktor für kurze bis mittlere Strecken. Jeder Kilometer Faser absorbiert einen Teil der Lichtleistung. Bei 1310 nm weist OS2-Quarzglas 0,35 dB/km auf; bei 1550 nm nur 0,20 dB/km (Fenster mit der geringsten Dämpfung). Bei 850 nm (Multimode) beträgt die Dämpfung 3,5 dB/km — also 17× höher als bei Singlemode bei 1550 nm.
2. Chromatische Dispersion (CD) — die verschiedenen Wellenlängen, aus denen ein Lichtimpuls besteht, breiten sich mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus und kommen zeitversetzt an. Dieses Phänomen verbreitert die Impulse und erzeugt jenseits einer bestimmten Entfernung Bitfehler. G.652D-Fasern haben eine Dispersion von null um 1310 nm (~0 ps/nm·km) und eine hohe bei 1550 nm (~17 ps/nm·km). Für Systeme mit 100 Gbit/s und darüber ist eine Dispersionskompensation (DCF oder digitaler DSP) erforderlich.
3. Polarisationsmodendispersion (PMD) — reale Fasern sind nicht perfekt zylindrisch: die mechanische Doppelbrechung teilt jeden Modus in zwei Polarisationskomponenten, die sich mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Vernachlässigbar bei Datenraten ≤ 10 Gbit/s, wird sie bei 40 Gbit/s und darüber auf langen Fasern kritisch. Moderne G.652D-Fasern haben eine PMD ≤ 0,1 ps/√km.
4. Nichtlineare Effekte — bei sehr hoher optischer Leistung (verstärkte DWDM-Systeme) treten nichtlineare Effekte im Quarzglas auf (SPM, XPM, FWM). Sie begrenzen die einkoppelbare Leistung und damit die Reichweite auf Seekabelstrecken und langen DWDM-Backbones.
Singlemode OS2: von 10 km bis zu mehreren Tausend
Die Singlemode-Faser OS2 (G.652D) ist die universelle Lösung für Entfernungen über 550 m. Ihre Stärken: ultraniedrige Dämpfung (0,35 dB/km bei 1310 nm, 0,20 dB/km bei 1550 nm), keine Modendispersion, Kompatibilität mit allen fortschrittlichen Modulationstechnologien.
Je nach eingesetztem Übertragungssystem:
- Direkte Verbindungen ohne Verstärkung: 10 Gbit/s über 10 km (SFP+ LR), 40 km (ER), 80 km (ZR) mit spezialisierten Modulen
- Verstärkte Verbindungen (EDFA): Erbium-dotierte Faserverstärker gleichen die Verluste aus und ermöglichen Entfernungen von 600–1.000 km zwischen Regeneratoren
- DWDM-Verbindungen: bis zu 100 Wellenlängen, die auf einer einzigen Faser gemultiplext werden, jede mit 100 Gbit/s oder mehr, über Tausende von Kilometern (Seekabel)
- GPON / XGS-PON: 20 km Standard (Klasse B+/N2), erweitert auf bis zu 60 km mit OLTs mit verstärktem optischem Budget (PR30)
Tipp: das 1550-nm-Fenster nutzen, um die Reichweite zu maximieren
Bei gleicher Datenrate erreicht ein Modul, das bei 1550 nm sendet (SFP+ ER/ZR), 1,5× bis 2× weiter als ein 1310-nm-Modul (LR), dank der geringeren Dämpfung von Quarzglas bei dieser Wellenlänge. Für eine Verbindung zwischen Standorten zwischen 15 und 80 km bevorzugen Sie daher 1550-nm-Module gegenüber Standard-1310-nm-Modulen.
Multimode OM3/OM4: kurze, aber wirtschaftliche Reichweiten
Die Multimode-Faser OM3/OM4 ist für kurze Verbindungen mit hoher Dichte optimiert, typischerweise in Rechenzentren. Ihre Hauptbegrenzung ist die Modendispersion: die Hunderte von Ausbreitungsmoden verbreitern sich gegenseitig über die Entfernung und verhindern eine Hochgeschwindigkeitsübertragung über mehr als einige Hundert Meter.
- OM3: 10 Gbit/s über 300 m, 40 Gbit/s über 100 m (MPO-8), 100 Gbit/s über 100 m (MPO-12)
- OM4: 10 Gbit/s über 400 m, 40 Gbit/s über 150 m, 100 Gbit/s über 150 m, 400 Gbit/s über 100 m (MPO-32)
- OM5: 400 Gbit/s über SWDM4 über 150 m (4 Wellenlängen bei 850/880/910/940 nm)
Der wirtschaftliche Vorteil ist real: SFP+ SR-Module (Multimode 850 nm VCSEL) kosten 2 bis 3× weniger als SFP+ LR-Module (Singlemode 1310 nm Laser) bei gleicher Datenrate. Für ein Rechenzentrum mit Hunderten von Server-Switch-Verbindungen unter 100 m sind die Einsparungen erheblich.
Die Multimode-Reichweite nicht überschätzen
Die garantierten Entfernungen (OM3: 300 m bei 10G) entsprechen Nennbedingungen mit sauberen Steckverbindern und einem Einfügeverlust von ≤ 3 dB insgesamt. Bei abgenutzten Steckverbindern, engen Biegungen oder Spleißen schlechter Qualität kann die tatsächliche Reichweite deutlich geringer sein. Messen Sie das tatsächliche optische Budget mit einem OPM (Leistungsmesser), bevor Sie eine kritische Multimode-Installation fertigstellen.
SFP/SFP+/QSFP-Module: Auswahl nach Entfernung
Das Transceiver-Modul ist die Schlüsselkomponente, die die Reichweite bestimmt. Seine Auswahl hängt von drei Parametern ab: Ziel-Datenrate, verfügbarer Fasertyp, abzudeckende Entfernung.
Für Verbindungen bis 80 km ohne Verstärkung bieten die ZR/ER-Module bei 1550 nm die besten Reichweiten. Das Elfcam-Sortiment umfasst 40G ZR4 (80 km) und 25G LR (80 km) Module, die mit den wichtigsten Switch-Marken (Cisco, Arista, Mellanox, HPE, Juniper) kompatibel sind.
Die maximale Reichweite Ihrer Installation berechnen
Hier ist die 4-Schritte-Methode zur Berechnung der maximalen Reichweite Ihrer Verbindung:
Schritt 1 — Die Moduleigenschaften erfassen: min./max. Sendeleistung (dBm) und Empfängerempfindlichkeit (dBm) im Datenblatt des Moduls.
Schritt 2 — Das optische Bruttobudget berechnen: Budget = Min. Sendeleistung − Empfängerempfindlichkeit
Schritt 3 — Die festen Verluste abziehen:
- Steckverbinder: 0,3 bis 0,5 dB pro Steckverbinder (konservatives Budget: 0,5 dB × Anzahl der Steckverbinder)
- Spleißverbindungen: 0,05 bis 0,1 dB pro Spleiß
- Sicherheitsreserve: mindestens 3 dB (Alterung, thermische Schwankungen, Toleranz)
Schritt 4 — Durch die Kabeldämpfung dividieren:
- OS2 bei 1310 nm: 0,35 dB/km
- OS2 bei 1550 nm: 0,20 dB/km
- OM3/OM4 bei 850 nm: 3,5 dB/km
Wenn die berechnete Entfernung geringer als Ihr Bedarf ist, gibt es mehrere Lösungen: ein Modul mit höherer Sendeleistung verwenden, zu einem günstigeren Wellenlängenfenster wechseln (1550 nm statt 1310 nm), die Anzahl der Steckverbinder reduzieren oder einen optischen Verstärker (EDFA) in die Strecke integrieren.
Wenn im Gegenteil die Leistung für Ihre kurze Verbindung zu hoch ist (Risiko der Empfängersättigung), ermöglichen feste Inline-Dämpfungsglieder, den empfangenen Leistungspegel in den akzeptablen Bereich des Empfängers anzupassen.
1Was ist die theoretische maximale Reichweite eines Glasfaserkabels?
Es gibt keine absolute theoretische Grenze: mit EDFA-Verstärkern, die alle 80–100 km angeordnet sind, übertragen submarine DWDM-Systeme Hunderte von Tbit/s über Tausende von Kilometern. Die Seekabelverbindung FLAG (Fiber-optic Link Around the Globe) erstreckt sich über 28.000 km. In der Praxis ohne Verstärkung sind die erreichbaren Entfernungen: 550 m (10G Multimode OM3), 10 km (10G Singlemode LR), 40 km (ER), 80 km (ZR), 120+ km mit Spezialmodulen.
2Kann die Reichweite einer bestehenden Glasfaserverbindung erhöht werden?
Ja, mehrere Ansätze: die Module durch leistungsstärkere Modelle ersetzen (z. B. von LR zu ER oder ZR wechseln), die Wellenlänge ändern von 1310 nm auf 1550 nm (40 % geringere Dämpfung), die passiven Verluste reduzieren (Reinigung der Steckverbinder, Austausch abgenutzter Adapter) oder einen optischen EDFA-Verstärker installieren in der Mitte der Strecke. Allein die Reinigung der Steckverbinder kann 1 bis 3 dB zurückgewinnen, also mehrere zusätzliche Kilometer.
3Welcher Reichweitenunterschied besteht zwischen 1310 nm und 1550 nm?
Die Dämpfung einer OS2-Faser beträgt 0,35 dB/km bei 1310 nm gegenüber 0,20 dB/km bei 1550 nm, also 40 % weniger Dämpfung bei 1550 nm. Bei einem identischen optischen Budget von 14 dB (typisches Modulbudget) und 2 dB festen Verlusten (Steckverbinder, Spleiße) steigt die Reichweite von ~34 km bei 1310 nm auf ~60 km bei 1550 nm. Deshalb verwenden Langstreckensysteme systematisch das 1550-nm-Fenster.
4Kann ein Multimode-Glasfaserkabel über 10 km übertragen?
Nein, in der Praxis. Die Modendispersion von Multimode-Fasern begrenzt die Reichweite auf einige Hundert Meter für Datenraten von 10 Gbit/s und darüber. Bei 1 Gbit/s kann eine OM3-Faser technisch 1.000 m erreichen — aber bei 10 km überschreiten die Dämpfungsverluste (3,5 dB/km × 10 km = 35 dB) das verfügbare optische Budget bei Weitem. Für 10 km verwenden Sie systematisch Singlemode-Faser OS2 mit SFP+ LR-Modulen.
5Wozu dient ein optisches Dämpfungsglied auf einer Glasfaserstrecke?
Auf einer sehr kurzen Strecke (einige Meter bis einige Hundert Meter) kann die empfangene optische Leistung den Empfindlichkeitsbereich des Empfängers überschreiten und dessen Sättigung sowie Bitfehler verursachen. Ein festes Inline-Dämpfungsglied (1, 2, 3, 5, 10, 15 dB) fügt einen kalibrierten Verlust ein, um die empfangene Leistung in den akzeptablen Bereich zurückzubringen. Elfcam-Dämpfungsglieder sind in LC/UPC-, SC/APC- und FC/PC-Steckverbindern in festen oder variablen Versionen erhältlich.
6Was ist die maximale Reichweite von GPON in einem FTTH-Netzwerk?
Der Standard GPON Klasse B+ (ITU G.984) gibt eine maximale Reichweite von 20 km zwischen dem OLT und der am weitesten entfernten ONU an, mit einem optischen Budget von 28 dB. Dieses Budget nimmt die Verluste des Verteilkabels, der Spleiße und der PLC-Splitter auf (typischerweise 15–18 dB für einen 1:32). XGS-PON (G.9807.1, Klasse N2) bietet ein ähnliches Budget bei 10 Gbit/s. OLTs mit erweitertem Budget (PR30 = 30 dB) ermöglichen es, bis zu 60 km oder höhere Splitverhältnisse zu erreichen.
7Wie misst man die tatsächlichen Verluste einer Glasfaserstrecke?
Zwei ergänzende Methoden: der OPM (optischer Leistungsmesser) + Lichtquelle misst den gesamten Einfügeverlust von Ende zu Ende (Einfügemethode, gemäß IEC 61280-4-1). Das OTDR (optisches Reflektometer) lokalisiert jeden Fehler entlang des Weges — Spleiß, Steckverbinder, Bruch — mit ihrer Position und ihrer individuellen Dämpfung. Die OTDR-Methode ist für FTTH-Betreiberzertifizierungen und Telekom-Baustellen obligatorisch.
8Welche Lieferzeiten gelten für den Erhalt von Elfcam Langstrecken-SFP-Modulen?
Die Module SFP+ LR (10G/10 km), SFP28 LR (25G/10 km), QSFP+ LR4 (40G/10 km) und QSFP28 LR4 (100G/10 km) sind auf Lager in Frankreich mit Versand innerhalb von 24 Std. verfügbar. Die Langstreckenmodule (ER/ZR, 40–80 km) und die optischen Dämpfungsglieder sind ebenfalls auf Lager. Kompatibel mit Geräten von Cisco, Arista, Mellanox/Nvidia, HPE, Juniper, Marvell und Freebox Ultra. Expresslieferung für dringende Projekte verfügbar.
