10 Gigabit Ethernet über Kupfer: Wirkung der Kompensationsschaltkreise und Anpassung der Kabelspezifikationen

Kommentieren Drucken
Teil 22 von 30 aus der Serie "Digitale Nachrichtenübertragung"
Alle Artikel der Serie "Digitale Nachrichtenübertragung":

In diesem Teil zeigen wir die Wirkung der Kompensationsschaltkreise und kommen dann zur mittlerweile vollzogenen Anpassung der Kabelspezifikationen.

Die Bilder 1, 2 und 3 zeigen die Wirkung eines MIMO-Musters der Fa. SolarFlare auf Echo, NEXT und FEXT. Die angestrebten Ziele werden dabei noch teilweise bei weitem übertroffen.

Rein von der Logik und der Physik her müsste man sagen, dass eine Lösung, die auf einem Cat. 5e-Kabel läuft, auch auf einem Cat. 6 oder Cat. 7 Kabel funktioniert. Für Cat. 6 kann man hier wirklich sicher sein, weil diese Art der Verkabelung auch in die Standardisierungsüberlegungen einbezogen wird. Die Systemreserven von Cat. 6 gegenüber 5e sind sehr deutlich und nochmals in der Tabelle Bild 4 zusammengefasst.

Für Cat. 7 hoffe ich einfach zugunsten derjenigen Kunden, die eine derartige Verkabelung bereits installiert haben, dass meine berufsbedingte Skepsis nicht angebracht ist, aber es stellt sich letztlich folgende Frage: wird ein für die Übertragung von 10 Gigabit Ethernet über Cat. 5e oder 6 optimierter MIMO-Filter auch bei Cat. 7 optimal laufen oder werden Überkompensationen auftreten, die das Ergebnis vernichten? Immerhin haben wir es mit der Situation zu tun, dass in absehbarer Zeit niemand die MIMO-Filter für Cat. 7 entwickeln wird, weil es sich wegen der geringen internationalen Verbreitung dieser Kabel nicht lohnt. Und wenn, würde der Stückpreis zu hoch und wir wollen doch alle am regelmäßigen Preisverfall teilhaben.

In der Diskussion über moderne Verkabelungssysteme haben sich vier Parameter als besonders wichtig herausgestellt, nämlich die Impedanz, die Dämpfung (attenuation, a), die Nahnebensprechdämpfung (Near End Crosstalk,NEXT) und das Dämpfungs/Nahnebensprechdämpfungsverhältnis (Attenuation-to-Crosstalk Ratio ACR).

Die Impedanz ist der Wellenwiderstand einer Leitung. Innerhalb eines Übertragungssystems müssen Sender und Empfänger an die im Wesentlichen durch die Bauform des Kabels bestimmte Impedanz angepasst werden, damit es gut funktionieren kann. Es gibt keine »gute« oder »schlechte« Impedanz. Sie sollte nur überall gleich sein. Hier haben wir nichts zu befürchten, denn für alle modernen genormten Kabelsysteme ist die Imperanz gleich.

Die Dämpfung gibt letztlich an, wie stark die Ausgangsleistung im Verhältnis zur Eingangsleistung noch ist. Normalerweise wird sie beim Kabel auf die Länge bezogen, damit man Maximallängen für bestimmte Anwendungen berechnen kann. Sie wird in dB ausgedrückt, und sollte möglichst gering sein. Hier könnte es Probleme geben, denn wir betreiben 10 GBASE-T im Vollduplexmodus. Eine geringere Dämpfung auf einem Cat. 7 gegenüber einem Cat. 6 Kabel könnte dazu führen, dass die Mischungsverhältnisse von Hin- und herlaufenden Signalen nicht mehr stimmen. Allerdings benötigen wir dafür ohnehin eine Lösung, denn man möchte ja auch Kabel verwenden, die kürzer als 100 m sind. Also benötigt man ohnehin eine Art automatische Verhältniskompensation, die müsste aber so ausgelegt sein, dass ihr Dynamikbereich ausreicht. Das schlimmste, was letztlich passieren kann, ist dass man bei der Verwendung von Cat. 7 Kabeln Minimallängen einhalten muss.

Die Nahnebensprechdämpfung gibt an, wie stark das Signal, das in einem Paar eines vier- oder mehradrigen Kabels läuft, bezogen auf ein anderes Adernpaar abgeschwächt wird. Sie wird ebenfalls in dB ausgedrückt. Damit es innerhalb eines Kabels nicht zu »wüster« Promiskuität der Informationsströme kommt, sollte sie möglichst groß sein. In diesem Bereich erwarte ich keine Probleme.

Hinsichtlich des ACR liegen Cat.6 und Cat.7 ca. 25 dB auseinander, vor allem gibt es nur bei Cat. 7 entsprechende Definitionen jenseits der 200 MHz. Es ist nicht einzusehen, wieso sich grade hieraus Nachteile ergeben sollten.

Abschließend und planungssicher können wir die Frage, ob und inwieweit durch die Verwendung von 10 GBASE-T über Cat.7 Fehlanpassungen entstehen oder nicht, auf dem Papier allerdings leider momentan nicht klären. Es sei noch darauf hingewiesen, dass sich eine weitere Schwierigkeit durch den Skineffekt ergibt. Dieser besagt, dass bei höheren Frequenzen der Strom in zunehmendem Maße hauptsächlich auf der Außenhülle eines Leiters läuft. Der Grund dafür ist, dass sich die mit dem Stromfluss einhergehenden magnetischen und elektrischen Felder nicht schnell genug mit dem Wechsel der Stromrichtung vollständig abbauen können, wodurch das Leiterinnere einen enorm hohen Wechselstromwiderstand bekommt, ganz abgesehen von den auftretenden Wirbelströmen. Was letztlich passiert, hängt also sehr stark von der tatsächlichen Materialzusammensetzung des „Kupfer“-Kabels, der Bauform und der Gesamt-Geometrie ab.

Über die Schirmung schließlich mag ich gar nicht nachdenken. Wenn man ein System für UTP-Kabel entwickelt, kann man das nicht so ohne weiteres auf geschirmte Umgebungen übertragen. Die Schirmung selbst führt zu einem weiteren Störeinfluss durch Reflexionen am Schirm. Man kann nur hoffen, dass diese durch die Kompensation für das allgemeine Grundrauschen in den Filtern abgedeckt wird. Andererseits entspricht das reflektierte Signal ja dem Signal auf den Adernpaaren mit einem äußerst geringen Zeitversatz und sollte auch im Rahmen der Echo-Kompensation abgefiltert werden können.

Man einigte sich bei der Verkabelung schließlich auf eine Erweiterung des Frequenzbereiches über 250 MHz hinaus mit einer Variante mit Erweiterung bis 500 MHz. Das bedeutet höhere Anforderungen an aktive Komponenten und geringere Anforderungen an Kabel. Die Klasse bekam den Namen Kat.6 „Enhanced“ oder EN 50173-1 Klasse EA. Durch die Erweiterung von Klasse E wäre Klasse F tatsächlich nicht nötig, aber die Chiphersteller haben auch noch einmal nachgelegt und die Transceiver hinsichtlich der oben angesprochenen Probleme optimiert. So unterstützt heute auch jede Klasse F Installation 10 GBASE-T, es sei denn, durch den zwischenzeitlich eingesetzten Alterungsprozess hat sie so gelitten, dass sie ihre Qualität verloren hat. Im Zweifelsfall empfehlen sich genaue Messungen.

Damit ist eigentlich alles klar für den Einsatz von 10 GBASE-T. Bliebe noch 10 GBASE-CX zu erwähnen, die Variante mit Übertragung über Twinaxkabel. Die mag irgendwie niemand, und deshalb ist sie besonders preisgünstig unter 200,- Euro zu haben.

Andererseits gibt es Hersteller von Blade-Servern, die aus Kostengründen gerne die CX-Variante verbauen, so z.B. HP. Möchte man dann keine CX-Kabel aus dem Rack herausführen, gibt es auch hierfür eine interessante Alternative: die aktiven optischen Kabel, auf die wir später eingehen werden.

« Teil 21: 10 Gigabit Ethernet über Kupfer: Aufbau der KompensationsschaltkreiseTeil 23: 40 GBASE-T (1): Möglichkeiten und Anwendungsbereiche »


zugeordnete Kategorien: Endgeräte, LAN
zugeordnete Tags:

Sie fanden diesen Beitrag interessant? Sie können



Anmerkungen, Fragen, Kommentare, Lob und Kritik:

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

*

.