Analoges Übertragungsverfahren
Die Menge der codierten Werte ist kontinuierlich und entspricht einem unendlichen Zahlenvorrat. Die Übertragung von Informationen nutzt stetige Veränderungen elektrischer Spannungen, um die Werte Null und Eins darzustellen
Bei der analogen Übertragung wird der Verlauf der Spannung in Form einer Sinuskurve interpretiert. Dabei wird die Variation der Amplitude, der Frequenz oder der Phase als Maßstab für die Codierung der beiden Zustände Null und Eins verwendet.
Analoges Signal
Drei Teile charakterisieren ein analoges Signal in Form einer Sinuswelle:
Amplitude als Höhe der Welle
Frequenz als Anzahl der Wellen pro Zeiteinheit
Phase als Position der Welle
Digitales Übertragungsverfahren
Ein digitales Zeichen gehört zu einem endlichen Zeichenvorrat mit gut unterscheidbaren Elementen. Der Übergang von einem digitalen Zeichen zu einem anderen erfolgt sprungartig, im Gegensatz zum fließenden Ineinander übergehen des analogen Verfahrens
Erhöhung Datendurchsatz:
Erhöhung der Frequenz: vereinfacht jede positive/negative Amplitude kann ein Bit transportieren
Kombination Amplitude, Frequenz, Phase
Nutzung mehrerer Stufen pro Amplitude, Phase Frequenz
Signaldarstellung
In der Übertragungstechnik existieren verschiedene Verfahren, um Signale dazustellen:
Non-Return-to-Zero (NRZ) Codierung: 2 Bit = 1 Symbol (FDDI)
Manchester: 1 Bit = 1 Symbol (traditionelles Ethernet)
Multilevel Transmission Encoding - 3 Level (MLT3): 4 Bit = 1 Symbol (Fast Ethernet)
Pulsamplituden-Modulationsverfahren 5 Level (PAM5) (Gigabit Ethernet)
No Return to Zero
Manchester Codierung
Symbolkodierung
Diese Verfahren ersetzen binäre durch andere Symbole
4B/5B konvertiert 4 Bit in 5 Bit. Dadurch erhöht sich die Anzahl der zu übertragenden Bits um den Faktor 1.25
8B/10B wandelt jedes Byte in einen 10 Bitstring um
4B/5B-Codierung
Der Code ist derart aufgebaut, dass unabhängig von den Eingangsdaten nie Symbole mit mehr als drei Nullen in Folge erzeigt werden
Vorteil: Keine langen Null-Sequenzen, so dass die Synchronisation erhalten bleibt
Nachteil: der Übertragungsoverhead wächst um den Faktor 1.25
MLT-3 Codierung
Codierverfahren, die für die Bitübertragung mehr als zwei Zustände verwenden, werden als Multi Level Transmission (MLT) Verfahren bezeichnet
MLT-3 nutz dreiwertige Kodierung: +V, 0V und -V, die Sender und Empfänger zweifelsfrei erkennen müssen
Diese Verteilung impliziert eine geringere Abstrahlung, bessere Dämpfungswere und eine geringere Fehlerrate
Da sich mit MLT-3 innerhalb einer Periode vier Bits übertragen lassen, ensteht für Fast-Ethernet nur eine Frequenz von 25 MHz
0: keine pegelwechsel, 1: Wechsel in Sequenz +,0,-,0
8B/10B-Codierung
Neben den 256 Kombinationen aus 8 Bit entstehen weitere 786 Kombinationen, die keine 8-Bit-Daten repräsentieren
Diese Zeichen werden als Sonderzeichen genutzt
Die Codierung wird in Fibre Channel, Gigabit-Ethernet und 10 Gigabit-Ethernet verwendet
Normen für Verkabelung
Die Anforderungen an eine zukunftssichere und flexible strukturierte Verkabelung werden im Wesentlichen durch drei grundegende Verkabelungsnormen, die für bestimmte geographische Regionen von bedeutung sind, festgelgt:
Strukturbereiche
In der EN 50173-1 wird, ebenso wie in der ISO/IEC 11801, die Gebäudeverrkabelung in drei Bereiche eingeteilt:
Primär- oder Campusbereich für die Verbindung der Gebäude eines Standortes untereinander
Sekundär- oder Steigbereich für die Verbindung der einzelnen Etagen eines Gebäudes
Tertiär- oder Horizontalbereich für die Verbindung der Anschlusseineheiten (z.B. Wanddose mit dem Etagenverteiler)
Primärbereich
Die Campusverkabelung (Backbone) verbindet die einzelnen Gebäude eines Standortes miteinander. Das Zentrum der Primärverkabelung bildet der Standortverteiler. Aufgrund der relativ großen Übertragungsstrecken kommt für den Primärbereich ausschließlich eine Lichtwellenleiterverkabelung in Frage.
Für den Campusbereich werden hauptsächlich Monomodefaserkabel verwendet, die sich durch ihre geringe Dämpfung und hohe Bandbreite auszeichenen. Ein weiteres Argument für LWL-Kabel in diesem Bereich ist ihre elektromagnetische Verträglichekeit (EMV).
Sekundärbereich
Die Verbindung zwischen dem Gebäudeverteiler und den verschiedenen Etagenverteilern wird als Sekundärbereich oder Gebäude-Backbone bezeichnet. Aufgrund des erhöhten Bandbreitenbedarfs ist auch in diesem Bereich, für eine größere Zukunftssicherheit, der Einsatz von LWL-Kabeln (hier in der Regel Mehrmodenfaserinnenkabel) zu empfehlen.
Im Steigbereich können aber auch “high-end” Kupferkabel (mit Bandbreiten bis zu 2000 MHz) eingesetzt werden
Tertiärbereich
Im Tertiärbereich werden heute hauptsächlich symmetrische Kupferdatenkabel eingesetzt. Die Verkabelung erfolgt sternförmig vom Etagenverteiler aus zu den einzelnen Anschlussdosen. Die Entfernung sollte hierbei allerdings 90m nicht überschreiten, da die Verkabelung sonst nicht mehr normkonform ist.
Eine weitere, zukunftsweisende Variante der Etagenverkabelung dagegen ist “fiber-to-the-desk”, d.h. eine LWL-Verkabelung bis zum Arbeitsplatz. Diese wird verwendet, bei sehr hohem Bandbreitenbedarf oder bei großen Entfernungen. Als weiterer Vorteil der LWL-Verkabelung ist auch hier die EMV-Verträglichkeit zu nennen
LED versus Laser
Ein erheblicher Interschied bei der Verwendung von LEDs und Lasern ist ihre entsprechende Einkopplung in den Faserkern.
LEDs regen alle im gesamten Faserkern vorhandenen Moden an und erzeugen so eine “Vollanregung”. Die selbe Faser kann jedoch ein gänzlich anderes Verhalten haben, wenn weniger angeregt werden.
Im Gegensatz zu LEDs regen Laser nur eine begrenzte Anzahl von Moden an.
Beispiel - Paketlaufzeit
Distanz: Flensburg - ? - ? - München
Ausbreitungsgeschwindigkeit Licht in Glasfaser v = 0,66 x c mit c = 300000 km/s
Vorgehen:
Pfad ermitteln
Distanz abschätzen
Welche weitere Verzögerungen existieren?
Dämpfung
Signalabschwächung entlang der Leitung
Signalamplitude beim Empfänger ist kleiner als die gesendete Amplitude
Frequenzabhängig steigt überproportional mit der Frenquenz
Dämpfungsmaß - steigt proportional zur Leitungslänge
Kabelarten im Netzwerk
Koaxialkabel
Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS)
Twinax
Ethernet
10GBase-CX4, SFP+ Direct Attach, 100GBASE-CR10
Twisted-Pair (TP) symmetrische Kabel, verdrillte Kabel
10Base-T-40GBASE-T
Bewertung der Kupferkabel
Mechanische Vorteile:
🙂 flexible und handliche Kabel, die eine einfache Verlegung ermöglichen
🙂 leichtes Anbringen von Steckern
Mechanische Nachteile:
☹️ relativ dicke, schwere Kabel, die daher nicht besonders platzsparend sind. Dies macht sich insbesondere beim Management mit Patchfelder bemerkbar
☹️ höherer Aufwand durch aufwendigere bautechnische Maßnahmen. Im Gegensatz zu Glasfaser müssen bei Kupfer mit seiner EMV-Anfälligkeit Kabel und Stromleitungen gesondert verlegt und gegeneinander abgesichert werden.
☹️ Brandschutzmaßnahmen verursachen weit höhere Kosten als bei Glasfaserkablen, die ohne metallische Komponenten gegenüber Feuer unempfindlicher sind.
Bewertungs der Kupferkabel
Übertragungstechnische Aspekte
🙂 bei Ethernet-Installationen unterstützt der Autosensing-Mechanismus die Erkennung der Übertragungsgeschwindigkeit. Aufgrund der Komplexität der unterschiedlichen optischen Fenster und anderer Parameter ist dies bei Glasfaser nicht möglich
☹️ geringe Bandbreite
☹️ hohe Signaldämpfung und damit ein Leistungsverlust durch eine schlechte Leitfähigkeit
☹️ aktive und passive Beeinflussung der Übertragung durch elektromagnetische Störungen möglich
☹️ Übertragungsgeschwindigkeiten von größer 10 Gbit/s sind nur mit geringen Leitungslängen möglich
Bewertung der kupferkabel
Wirtschtliche Aspekte:
geringe Kosten des kabels und der aktiven Komponenten
Power over Ethernet (PoE) Stromversorgung der Endgeräte über Datenkabel, z.B. IP-Telefone, Access-Points
keine zusätzlichen Medienkonverter bei Einsatz von Druckern oder Notebooks
Investitionssicherheit der Verkabelung. Mittlerweile unterstützen alle LAN-Technologien TP-Kabel als Übertragungsmedium.
die Längenrestriktion erfordert auf jeder Gebäudeebene Etagenverteiler
Max. Leitungslänge wird mit höheren Übertragungsraten geringer
Zusammenfassung
Analoge und digitale Signale
Analoge Signale werden charakterisiert durch Amplitude, Phase und Frequenz und haben einen unendlichen Zeichenvorrat
Digitale Signale haben einen endlichen Zeichenvorrat
Signalcodierung
Definition der Zuordnung elektrischer Pegel- und Pegelübergänge zu binären Symbolen
Strukturierte Verkabelung
Unterteilung in Primär-, Sekundär-, und Tertiärbereich
Optische und elektrische Übertragungsmedien
Lichtwellenleiter werden häufig bei höheren Distanzen und Datenraten eingesetzt
Kupferkabel eignen sich für die Etagenverteilung, wo auch i.d.R. geringe Datenraten erforderlich sind
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