Performance eines Verkabelungskanals

Das Shannon-Hartley-Theorem

Das Shannon-Hartley-Theorem berechnet die maximale Informationsrate, die über einen Kanal übertragen werden kann.

Dabei ist C = Kanalkapazität (in Bits-1), B = Bandbreite(in Hz), S = Signalstärke (in dB) und N = Rauschleistung (in dB). S bezeichnet die Energie des Signals und N die Energie einer Störquelle, wobei von einer mittleren Energie auszugehen ist. Die Störgrößen für einen symmetrischen Übertragungskanal mit vier Leiterpaaren sind Reflektionen (Echo), Next (3 Störer), Fext (3 Störer), PS Alien Next und das Umgebungsrauschen. PS Alien Next ist die Summe des Übersprechens zwischen Kabel und Komponenten von dritten Übertragungskanälen. Aus der Formel folgt:

• Die maximale Kanalkapazität lässt sich durch mehr Bandbreite steigern.
• Die maximale Kanalkapazität kann durch eine bessere Störfestigkeit des Kanals verbessert werden.
• Die maximale Kanalkapazität lässt sich durch verringern der Störquellen verbessern.
• Die maximale Kanalkapazität kann durch weniger Dämpfung (dickere Adern) verbessert werden.

Im Zuge der 10-Gigabit-Ethernet-Entwicklung ist die Formel von Shannon stark in den Mittelpunkt des Interesses gerückt, da hier verschiedene Systeme und Technologien verglichen werden können. Denn bei 10 Gigabit Ethernet ist eine Kanalkapazität von 20 GBit/s im Voll-Duplex-Betrieb gefordert.

Da die Systeme unterschiedliche Bandbreiten und EMV-Eigenschaften haben, sind auch die Ergebnisse sehr unterschiedlich. Aufgrund der sehr effektiven Schirmung wird bei entsprechenden Systemen eine deutliche Unterdrückung von Anext-Effekten erreicht. Das resultiert in einer Verringerung der Summe der Störgrößen, da Anext einen großen Anteil an der Störsumme hat. Die EMV-Performance hat mittlerweile einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Kanals, welches besonders bei UTP-Systemen eine große Rolle spielt.

Eine hohe Störleistungsunterdrückung (Coupling Attenuation), wie sie mit geschirmten Systemen erreicht wird, hat in der Praxis weitreichende Auswirkungen:

• Keine Vorortmessung von Anext.
• Geringer oder 0 mm Abstand zu Energiekabel (EN 50174-2).
• Hohe Betriebssicherheit sowie geringe Bitfehlerrate.
• Installation von Kurzlängen ab 4,5 anstatt 15 m bei 10 Gigabit.
• Installation in Umgebungen mit Mice- Klasse-3-Anforderungen.

Zusammenfassung

Die Leistungsfähigkeit eines Verkabelungskanals aus Sicht des Endanwenders ist seine maximale Kanalkapazität. Die Bandbreite ist aber die eigentliche physikalische Kanalkapazität die man kauft und verlegt. Die Behandlung der Störgrößen ist ein zweites Kriterium. Neben dem Anext betrifft das vor allem die Umgebungsstörungen, welche einen erheblichen Einfluss haben.

Der nächste Schritt wird auf jeden Fall kommen, 40 und 100 GBit/s. Schon jetzt zeigt sich in der frühen Entwicklung, dass die Bandbreite sowie die EMV-Fähigkeit des Systems für den Einsatz maßgeblich erscheinen. Bis jetzt ist nur sicher, dass Klasse F oder Klasse FA überhaupt in der Lage sind, eine wirtschaftliche und technische Lösung zu bieten.

Autor
Dipl. Ing. Thorsten Punke arbeitet im Produkt Marketing EMEA bei Tyco Electronics AMP.

1. Performance eines Verkabelungskanals
2. Das Shannon-Hartley-Theorem