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- Kenngrößen der IT Verkabelung
Viel hilft viel?
So manche IT-Verkabelung wird aus Einzelkomponenten verschiedener Hersteller zusammengestellt. Nach dem Prinzip „viel hilft viel“ wählen Anwender, Planer und Facherrichter dabei Komponenten mit besonders hohen Einzelwerten aus. Doch statt der erhofften leistungsfähigen Infrastruktur erhalten sie mit solchen Mix&Match-Lösungen oftmals schlechtere Ergebnisse als mit einer Verkabelung, die aus aufeinander abgestimmten Systemkomponenten einer Produktreihe mit weniger spektakulären Einzelwerten besteht. Das überrascht nicht, wenn man kritisch hinterfragt, was die einzelnen Werte bedeuten.
In keiner Diskussion über IT-Verkabelungen fehlen Maximalfrequenz und nvp-Wert. Unterstützt von findigen Marketing-Abteilungen einzelner Hersteller nehmen die Datenblätter einzelner Komponenten bisweilen fast inflationäre Werte an. Anwender, Installateure und Planer lieben das Gefühl von Sicherheit, das große Reserven gegenüber den Normwerten suggerieren. Investitionsschutz und Zukunftssicherheit durch die vermeintlich längere Nutzungsdauer werden gerne als Argumente genannt.
Tatsächlich sind die Werte, die in den einschlägigen Normen spezifiziert sind, nur Mindestanforderungen, auf die man sich nach langen Diskussionen geeinigt hat. Produktlösungen mit entsprechenden Reserven gegenüber diesen Werten funktionieren nicht nur im geschützten Labor zuverlässig, sondern auch unter rauen Praxisbedingungen.
Dennoch kommt es in der Praxis häufig vor, dass Einzelkomponenten mit hervorragenden technischen Werten und enormen Reserven in ihrem Zusammenspiel ein enttäuschendes Ergebnis liefern.
Der Grund dafür ist so einfach wie naheliegend: Die Komponenten sind nicht aufeinander abgestimmt. Meist gehören sie unterschiedlichen Produktlinien an, nicht selten stammen sie sogar von verschiedenen Herstellern. Ist eine Komponente am oberen Ende des zulässigen Toleranzbereichs angesiedelt, die der anderen am unteren, können übertragungstechnische Probleme entstehen, und das, obwohl jede Komponente für sich betrachtet über bedeutende Reserven verfügt.
Es lohnt sich daher genauer zu hinterfragen, was physikalisch hinter den einzelnen Werten steckt.
Die Kenngrößen
Maximalfrequenz - die Überstrapazierte
Kein Wert der Verkabelung wird so überstrapaziert wie die Maximalfrequenz. Datenblätter scheinen sich bei den Megahertz-Angaben regelrecht überbieten zu wollen. Dass hier viel wirklich viel hilft, darf bezweifelt werden.
Die maximale Datenrate auf Kupferdatenleitungen mit verdrillten Paralleldrahtleitern (engl. twisted pair) beträgt zurzeit 10 Gbit/s, genormt als 10GBASE-T nach IEEE 802.3. Die Normenfamilie DIN EN 50173 sieht für diese Netzart eine Verkabelungsstrecke der Klasse EA vor, bestehend aus Komponenten der Kategorie 6A. Deren Frequenzspektrum ist für einen Bereich von 1 MHz bis 500 MHz spezifiziert. Keine Ethernet-Variante erfordert Komponenten der Kategorie 7 bis 600 MHz oder gar der Kategorie 7A bis 1 GHz (1.000 MHz). Der Frequenzbereich jenseits der 500 MHz ist für die Datenübertragung bis einschließlich 10 Gigabit Ethernet praktisch nicht nutzbar.
Hohe Systemreserve der Telegärtner Anschluss-Komponenten Cat.6A gemessen im 90 m Permanent Link Class EA nach ISO/IEC 11801.
Wie sieht es dann mit Reserven für künftige Netzarten mit höheren Datenraten und damit verbundenen höheren Maximalfrequenzen aus? Es wird ja häufig damit argumentiert, dass Komponenten mit einer höheren Maximalfrequenz eine größere Zukunftssicherheit und damit einen höheren Investitionsschutz bieten.
Tatsächlich sind die Kategorien 8.1 und 8.2 für 40 Gigabit Ethernet über Twisted-Pair-Leitungen zurzeit in Beratung, und der Entwurf der Kategorie 8.1 schließt einen RJ45-kompatiblen Stecker ein. Bei beiden Kategorie 8-Varianten hat man sich international jedoch auf eine Maximalfrequenz von 1,6 GHz (1.600 MHz) geeinigt. Da helfen Leitungen bis 1.000, 1.200 oder 1.500 MHz auch nicht.
Für leistungsfähige Netze bis einschließlich 10 Gigabit Ethernet genügen 500 MHz. Für die viermal schnellere Variante, die noch nicht genormt ist, müssen es dann schon 1.600 MHz sein.
nvp - der Vielzitierte
In der Beliebtheitsskala knapp hinter der Maximalfrequenz rangiert der nvp-Wert. Nvp ist eine Abkürzung der englischen Bezeichnung „normal velocity of propagation“. Der deutsche Fachbegriff dafür lautet Signalausbreitungsgeschwindigkeit. Diese Größe gibt an, wie schnell ein Signal eine Leitung entlangläuft. Sie wird in Prozent der Vakuumlichtgeschwindigkeit angegeben, oder als passende Dezimalzahl davon.
Ein nvp von 74 % (oder 0,74) bedeutet somit, dass ein elektrisches Signal mit 74 % von 300.000 km/s, also mit ca. 222.000 km/s, die Leitung entlang läuft. Bei einer Linklänge von maximal 100 Metern ist es somit nach ungefähr 0,45 µs beim Empfänger.
Ob das Signal ein wenig früher oder später beim Empfänger eintrifft, spielt in der Praxis eine eher untergeordnete Rolle. Je nach Leitung trifft man nvp-Werte von 0,69 bis 0,79 an, teilweise auch darüber oder darunter.
Eine viel wichtigere Rolle spielt der nvp-Wert bei der Bestimmung der Leitungslänge durch Feldmessgeräte, besonders, wenn diese Messungen für die Abrechnung verlegter Leitungen herangezogen werden. Nach der einfachen Formel „Entfernung = Geschwindigkeit x Zeit“ errechnet ein Feldmessgerät die Leitungslänge, in dem es die eingegebene Geschwindigkeit (nvp) mit der gemessenen Zeit, bis das Signal beim Empfänger ankommt, multipliziert. Wird ein falscher nvp-Wert ins Feldmessgerät eingegeben, können sich erhebliche Fehler bei der Längenberechnung ergeben.
Dazu kommt der Effekt, dass die mechanische Länge einer Leitung nicht gleich deren elektrische Länge ist. Die mechanische Länge ist die Länge, die man von außen mit einem Meterstab messen kann. Die elektrische Länge ist die Länge eines Kupferdrahts bzw. eines Adernpaares, also die Länge, die ein elektrisches Signal tatsächlich zurücklegt. Hätte man zwei schnurgerade Drähte, wären mechanische und elektrische Länge gleich. Da die Adernpaare einer Twisted-Pair-Leitung jedoch verdrillt sind, sind sie länger als von außen gemessen. Am einfachsten kann man das mit einer Leiter und einer Wendeltreppe vergleichen: Um fünf Meter in die Höhe zu steigen, muss man auf einer senkrecht stehenden Leiter tatsächlich nur fünf Meter zurücklegen. Auf einer Wendeltreppe ist der Weg jedoch deutlich länger, da es in Windungen vorangeht.
Wer es bei der Leitungslänge also ganz genau haben möchte, dem bleibt nichts anderes übrig, als eine Leitung exakt bestimmter mechanischer Länge (typischerweise 50 m) mit RJ45-Modulen zu versehen und sie als Längenreferenz zu verwenden. Man ändert den nvp-Wert am angeschlossenen Messgerät dann so lange, bis es als Leitungslänge ebenfalls 50 Meter anzeigt. Dabei kommt erschwerend hinzu, dass die vier Adernpaare einer Twisted-Pair-Leitung unterschiedlich stark verdrillt sind, sie also unterschiedliche elektrische Längen besitzen. Manche Planer schreiben daher vor, den nvp-Wert so einzustellen, dass beim kürzesten Adernpaar 50 Meter gemessen werden, andere, dass bei einem vorher festgelegten Adernpaar (beispielsweise dem orange-weißen Paar) 50 Meter gemessen werden, oder dass der arithmetische Mittelwert der Längen aller vier Adernpaare 50 Meter ergibt. Das ist Vereinbarungssache.
Return Loss – der oft Vernachlässigte
Erstaunlicherweise wird ein Wert in der Praxis oft vernachlässigt: die Rückflussdämpfung, englisch return loss, kurz RL.
Überall dort, wo sich der Signalweg ändert, entstehen so genannte Stoßstellen für elektromagnetische Wellen. Eine solche Änderung kann der Übergang von der Leitung auf einen Stecker oder eine Buchse sein, oder der Übergang zwischen Buchse und Stecker. Das kann aber auch eine geometrische Änderung der Leitung sein, beispielsweise ein Knick oder eine Verformung durch einen zu fest angezogenen Kabelbinder.
An solchen Stoßstellen wird ein Teil der elektromagnetischen Welle reflektiert. Bei Gigabit und 10 Gigabit Ethernet, bei denen auf jedem Adernpaar Signale in beide Richtungen übertragen werden, werden die reflektierten Signale als ankommende Nutzsignale – also als „echte“ Daten – interpretiert, was zu hohen Bitfehlerraten führt.
Stoßstellen und die darauf resultierenden Bitfehler können neben einer fachgerechten Installation vor allem durch Verkabelungssysteme, deren einzelne Komponenten exakt aufeinander abgestimmt sind, vermieden werden.
Abgestimmte Systeme bieten Sicherheit
Qualität ist für leistungsfähige IT-Verkabelungen unabdingbar. Dazu gehört, dass die eingesetzten Komponenten über entsprechende Reserven zu den in den einschlägigen Normen definierten Mindestwerten verfügen. Doch nicht Einzelkomponenten mit möglichst hohen Werten entscheiden letztendlich über Qualität und Leistungsfähigkeit einer Infrastruktur, sondern deren Zusammenspiel.
Aufeinander abgestimmte Komponenten bieten dabei eindeutig Vorteile gegenüber einer wilden Mix&Match-Verkabelung. Dies wird durch entsprechende Systemgarantien, die bis zu 25 Jahre gelten, untermauert.
Modernste Messtechnik im Telegärtner Labor stellt Produktqualität sicher
