10 Gigabit Ethernet über Kupfer: 10 GBASE-T (2)

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Teil 20 von 30 aus der Serie "Digitale Nachrichtenübertragung"
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Wir haben in der letzten Folge begründet, weshalb ein 10 Gigabit/s-Signal eigentlich über eine etwas verbesserte Kat. 5-Leitung geschickt werden könnte. Wesentlich dabei ist die erheblich gesteigerte Empfindlichkeit des Signals durch die verkleinerten Potentialbereiche und die Steigerung der Anzahl der notwendigen Entscheidungsschwellen. Heute sehen wir uns genauer an, welche Verhältnisse auf dem Kanal wirklich bestehen.

Wie bereits erwähnt, kommt bei 10 GBASE-T ein zehnwertiges Übertragungsverfahren zum Einsatz, nämlich PAM 10. Das ist ein Übertragungsverfahren auf der Basis der Pulsamplitudenmodulation, das heißt, dass die Informationen der binären Signale gruppenweise in einer Kombination einer Beeinflussung der Amplitude und der Phase eines Trägersignals untergebracht werden. Bei den Systemen zur drahtlosen Übertragungstechnik werden wir alle Modulationsverfahren ausführlich vorstellen, aber das hat noch einige Dutzend Folgen der Reihe Zeit.

Man kann angeben, in welchem Bereich die Bitfehlerwahrscheinlichkeit einer mit PAM-10 betriebenen Übertragungsstrecke noch für eine sinnvolle Übertragung ausreicht, siehe Bild 1.

Bild 2 zeigt die Nahnebensprechdämpfung durch auf einem Kabelpaar durch die anderen Kabelpaare. Auch hier wurde die Vorschrift des Standards extrapoliert. Es ist zu sehen, dass die Nahnebensprechdämpfung jenseits der 200 MHz bis 500 MHz schlimmstenfalls um ca. 8 dB wächst und nicht irgendwie ins Unermessliche steigt. Das wäre auch nicht anders zu erwarten gewesen, denn die Nahnebensprechung entsteht durch einen induktiven Effekt, der auf dem betroffenen Adernpaar durch Einstreuung eines elektromagnetischen Feldes, welches von einem anderen Adernpaar erzeugt wird, entsteht. Die Leistung des elektromagnetischen Feldes nimmt aber mit der Frequenz bei gleichbleibender Distanz ab. Das kompensiert die an und für sich mit höheren Frequenzen wachsende „Empfindlichkeit“ des anderen Adernpaars für diese Art von Störung deutlich. Diese vergleichsweise lächerlichen 8 dB ließen sich übrigens vollständig wegkompensieren, wenn man die Eingangsleistung, die man an das „störende“ Kabel gibt, um etwa 1-2 dB herabsetzt.

Wie sich eine entsprechende Reduktion schließlich auswirkt, sehen wir eindrucksvoll in Bild 3. Die Fernnebensprechdämpfung ist nämlich bei 500 MHz wesentlich geringer als bei 200 MHz. Dies hängt wie bei der Nahnebensprechdämpfung schon erläutert mit dem Intensitätsverlust des „störenden“ Signals bei höheren Frequenzen zusammen. Eine Extrapolation der Standard-Werte erübrigt sich deshalb.

In Bild 4 sieht man schön, wie sich diese Effekte in gewisser Weise gegenseitig aufheben. Hier wird die Dämpfung durch „NEXT Power Sum“, also die Leistungssumme aller Nebensprechdämpfungen, zusammengefasst. Zwischen 200 und 400 MHz ergibt sich eine erstaunliche Stagnation und erst in Richtung 500 MHz haben wir einen, wenn auch nicht wirklich nennenswerten Anstieg zu verzeichnen. Dieses „Sammelmaß“ ist aber letztlich wirklich leistungsbestimmend, denn die genannten Effekte treten in der Realität niemals isoliert, sondern immer zusammen auf.

Eine weitere wichtige Frage ist, ob nicht durch den Betrieb mit höheren Frequenzen durch das Kabel andere Funkdienste gestört werden. Hier geben die Quellen zunächst nur Aussagen hinsichtlich der Definitionen der US-Frequenzkontrollbehörde FCC. Die FCC Klasse A wird bei allen Frequenzen locker eingehalten und die Klasse B nicht. Das macht aber nichts, weil die Klasse B auch bei einem Betrieb unterhalb von 200 MHz bereits verletzt wird.

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