1. Übertragungsmedien
Kapitel 3.1
Netze und Protokolle
Dr.-Ing. J. Steuer
Institut für Kommunikationstechnik
www.ikt.uni-hannover.de
2. Übertragungsmedien
Übertragungsmedien
Funk Kabel
(drahtlos) (gebunden an exklusives Medium
elektrische Leiter LWL
Richtfunk (Cu, Ag, Au -Kabel)
Satelliten Glasfaser
Koaxialkabel
Mobilfunk
Kunststoff
Symmetrische Kabel
Rundfunk
(2)
Glasfaser: 0,2-0,4 dB/km
Kunststoff z.Z.: 50-60 dB/km
Kunststoff:
Verwendung auf Kurzstecken (<100m)
einfachst zu montieren
LowCost
Ziel dieses Vorlesungsblocks ist, die Einsatzfälle und einige wichtige Eigenschaften der verwendeten
Übertragungsmedien zu veranschaulichen. Es wird in dieser Vorlesung darauf verzichtet, die Ableitungen der
vorgestellten Beziehungen anzugeben. Dies erfolgt in den Vorlesungen von Prof. Dr.-Ing. Kuchenbecker zur
Übertragungstechnik. Hier soll der Einfluss der Parameter der Übertragungsmedien auf den Entwurf der
Kommunikationsnetze dargestellt werden.
Grundsätzlich unterscheiden wir Übertragungsmedien nach der leitergebundenen Übertragung in Kabeln und nach
der leiterfreien Funkübertragung. Die Funkübertragung klassifizieren wir nach Anwendung und Reichweite in
Systeme für
die Einwegkommunikation bei der Audio- und Video-Übertragung in Rundfunksystemen,
den Dialogverkehr für Sprache, Video und Daten im Mobilfunk und
große Reichweite, sowohl im Rundfunk- als auch im Dialogverkehr, nämlich den Satelliten.
Die leitergebundenen Systeme klassifizieren wir nach Kupfer- und nach Glasfaserübertragung. Kupferkabel existieren
als
asymmetrische Koaxialkabel und
symmetrische, paarige Kabel.
Koaxialkabel finden heute in neuen Anlagen nur noch in HF-Anlagen des Rundfunks Einsatz. Paarige Kupferkabel
sind im Neueinsatz im wesentlichen auf das Anschlussnetz beschränkt. Alle anderen Fälle der leitergebundenen
Kabel werden heute in der Regel mit Glasfaserkabelanlagen abgedeckt (Ausnahmen bestätigen die Regel)
3. Anforderungen an elektrische
Nachrichtenkabel
Übertragung elektrischer Signale für
Sprachkommunikation (analog: 3100Hz, digital: 64Kbit/s +
Steuerkanal + ÜT (Summe 192Kbit/s am S0Bus, 160Kbit/s an der
Uk0Schnittstelle) + Fernspeisung)
Textkommunikation (im ISDN: 64Kbit/s)
Festbildübertragung (Faksimile) (analog: 3100Hz bis 56Kbit/s,
digital: 64Kbit/s)
Datenkommunikation (n*100Kbit/s)
Rundfunkübertragung (analog: 12KHz bei UKW)
Fernsehübertragung (analog: 5MHz, digital: n*64Kbit/s bis
155Mbit/s, je nach Auflösung und Codierung)
Resistenz gegen äußere Einflüsse
Zug- und Scherkräfte
Korrosion, Fraß durch Kleintiere, Wassereinbruch
Elektromagnetische Beeinflussung
(3)
Die Spektren der zu übertragenden Signale sind je nach Anwendung sehr unterschiedlich. Die Kabel für analoge
Fernsprechsignale hatten lediglich ein Nutzband von 300-3400 Hz (3100Hz Bandbreite) zu übertragen. Unterhalb des Nutzbandes
liegt die Stromversorgung (Fernsprechapparate erhalten mit Gleichstrom (30mA) ihre Stromversorgung aus der Vermittlungsstelle)
und der Rufstrom mit 25Hz. Oberhalb des Nutzbandes liegt mit 16Khz die Gebühreninformation für den Teilnehmer. In nicht
deutschen Systemen werden auch andere Frequenzen außerhalb des Nutzbandes verwendet.
Die digitalen ISDN-Systeme müssen eine Bitrate von 192Kbit/s übertragen. Durch geeignete Codierungsverfahren wird dafür in
Europa eine Bandbreite von 75KHz benötigt. In den USA wird mit einer anderen Codierung die Bandbreite auf 50KHz
heruntergesetzt. Damit wird eine größere Reichweite erreicht.
Für Fernsprechsysteme ist die Reichweite der Teilnehmeranschlussleitungen durch die Verlustleistung der Fernspeisung am
härtesten begrenzt. Dämpfung und Störungen spielen eine geringere Rolle.
Digitale Systeme für schnelle Übertragung von Datensignalen auf der Teilnehmeranschlussleitung (xDSL) benötigen wenige
100KHz Bandbreite, je nach übertragener Bitrate. Dies ist deutlich mehr als beim ISDN-Kanal und begrenzt folglich die Reichweite
auf ein bis vier Kilometer. In diesem Fall gewinnt der Dämpfungs- und Störungseinfluss gegenüber der Speisereichweite die
Oberhand.
Für die Übertragung von analogen Rundfunk- und Fernsehsignalen werden koaxiale- oder optische Leitungen eingesetzt. In
Deutschland überwiegt die Koaxialleitung, die zu einem Zeitpunkt verlegt wurde, als Optik noch zu teuer war.
Neben den elektrischen Eigenschaften der Kabel für die zu transportierenden Signale sind noch eine Reihe von Maßnahmen
getroffen, mit denen äußere Störungen eliminiert oder mindestens abgeschwächt werden können. Sowohl beim Verlegen der
Kabel, als auch bei Erdarbeiten in der Umgebung von Kabeln sind die Kabel Zug- und Scherkräften ausgesetzt, die von einer
Stahlbewehrung aufgefangen werden sollen. Das gelingt nicht immer, so dass die Betreiber von Kabelanlagen auch mit
Wassereinbrüchen in die Kabel rechnen und daher mit Änderungen der übertragungstechnischen Eigenschaftender Kabel rechnen
müssen. Um den Wassereinbruch in der Auswirkung zu begrenzen, werden Kabel mit Druckluft oder Petrolat gefüllt. Beides
verhindert die Weiterleitung von Wasser durch das Kabel . Druckluftgefüllte Kabel können durch Drucküberwachung die
Kabelbeschädigung sofort feststellen. Mit Petrolat gefüllte Kabel verändern unter Umständen bei der Beschädigung nur sehr
langsam ihre elektrischen Eigenschaften und machen damit die Fehlerortsbestimmung schwieriger.
Wie Bremsschläuche an Autos, sind auch Kabel teilweise Lieblingsspeisen kleiner Nagetiere. Durch Zusatzstoffe in der äußeren
Kabelschicht versucht die Kabelhersteller die Kabel zu vergällen.
Ein weiterer wichtiger Einfluss ist die Reduktion der elektromagnetischen Einkopplung von elektromagnetischen Kraftfeldern über
den Reduktionsfaktor des Stahlmantels.
4. Denksport
Wie kann über eine Telefonanschlußleitung ein
Modemsignal mit einer Bitrate von 14400 bit/s übertragen
werden?
Hinweis: die Leitung hat eine Bandbreite von 4000Hz
Bitte bearbeiten Sie die Frage mit ihrem Nachbarn/ihrer
Nachbarin; 2 min Zeit;
(4)
5. Nachrichtenkabel mit Kupferleitern (II)
elektrische Parameter für Kabel
Schleifenwiderstand (max. 1000 Ohm ohne Zusatzspeisung)
Isolationswiderstand (einige 100KOhm)
Betriebskapazität (einige nF)
Dämpfung (frequenzabhängig, max 31dB zwischen zwei
Hauptanschlüssen, s. Dämpfungsplan 55)
Wellenwiderstand (frequenzabhängig 300 Ω bis 600 Ω mit
kapazitiver Komponente)
Nebensprechdämpfung (frequenzabhängig)
Nahnebensprechen
Fernnebensprechen
(5)
6. Leitungsparameter
Primäre Leitungsparameter (Leitungsbeläge bezogen Sekundäre Leitungsparameter
auf eine Leitungslänge von 1 km)
Ω R′+ jϖL′
Widerstandsbelag R’ in /km
{ } Z= Wellenwiderstand
R' = Re γ ⋅ Z L G′+ jϖC′
L
Induktivitätsbelag L’ in H/km
Z L = Z KS ⋅ Z LL
{ }
1
⋅ Im γ ⋅ Z L
L' =
ω Z KS Eingangswiderstand der am Ausgang
kurzgeschlossenen Leitung
ZLL Eingangswiderstand der am Ausgang
offenen Leitung
Ausbreitungskoeffizient γ
Ableitungsbelag G’ in S/km
⎧γ ⎫ γ = αN+jβ
G ' = Re⎨ ⎬ Dämpfungskoeffizient αN in Np/km
⎩Z L ⎭ Phasenkoeffizient β in rad/km
Kapazitätsbelag C’ in F/km
⎧γ ⎫ γ = ( R′+ jϖL′ )(G′+ jϖC′ )
1
Im⎨ ⎬
C' =
ω ⎩Z L ⎭
(6)
7. Beschreibung der Betriebskapazität
Betriebskapazität (effektiver Kapazitätsbelag)
Beispiel : Doppelleitung (typischer Wert : 30-55 nF/km)
L1 L2
C12
C ⋅C
C B = C12 + 10 20
C10 + C20
C20
C10
CB
Dämpfung PEingang
[dB ]
a = 10 ⋅ log10
frequenzabhängige Verhältnisgröße PAusgang
(typischer Wert bei 800 Hz 0,3-1,5 dB/km), a positiv: Dämpfung,
a negativ: Verstärkung
α ≈ 1 2 R ' ωC '
für niedrige Frequenzen Dämpfungsbelag:
(7)
Anhaltswerte:
Leistung: - 3 dB ½ Leistung
- 10dB 1/10 Leistung
Spannung: -3dB 1/2U1
..- 6dB ½ U1
- 20dB 1/10 U1
C‘ bedeutet an sich noch kein E-Verlust
--> Blindstrome
--> ohm‘sche Verluste
--> Dämpfung
8. Geräuschstörungen in paarigen Kabeln
Quellen
Bauteilerauschen vernachlässigbar
Nebensprechen im Kabel < 0,2 mV
Nahnebensprechen, Fernnebensprechen
Nebensprechen durch Modulationsvorgänge < 0,1 mV
Quantisierungsgeräusche < 0,01 mV
Kontaktrauschen (mechanisch) > 120 mV
16Khz Gebührenimpulse < 7 mV
Störungen aus Starkstromanlagen > 300 mV
Störungen aus Funkanlagen > 300 mV
Welche dieser Störungen sind in digitalen Übertragungen in
Anschlussnetzen störend?
(8)
Geräusche haben einen wesentlichen Einfluss auf die Datenübertragung im Fernsprechnetz
Störung bei Geräuschen oberhalb der Ansprechschwelle des Modems bzw. der Symbolabstände
Wahlimpulse
nicht herausgefilterte 16 kHz Gebührenimpulse
9. Nebensprechdämpfung
1.) welches Nebensprechen ist störender?
Nahnebensprechen
Fernnebensprechen
Hinweis:
1dB = 0,115Np
2.) welchen Einfluss hat das Neben-
sprechen auf die unten gezeigten
Anwendungen?
analoges
ISDN
xDSL
(9)
10. Ersatzschaltbild für Nahnebensprechen und
Fernnebensprechen
(10)
Nahnebensprechdämpfung near end crosstalk (Verkabelung) (NEXT)
Das Nahnebensprechen (NEXT), auch Querdämpfung genannt, ist ein Maß für die Unterdrückung des
Übersprechens zwischen zwei benachbarten Adernpaaren am Ende/Anfang eines Kabels .
Da in einem Adernpaar häufig das Sendesignal, in einem anderen das Empfangssignal übertragen wird, kann es
durch das Übersprechen zu Störungen im Empfangskanal kommen. Das Nahnebensprechen gibt an, wie stark das
Signal eines Adernpaars in das andere Adernpaar induziert wird. Angegeben wird es als logarithmiertes Verhältnis
von Signalleistung im sendenden Adernpaar zur Empfangsleistung im empfangenden Adernpaar in Dezibel (dB). Das
Nahnebensprechen ist relativ längenunabhängig aber stark frequenzabhängig und sinkt etwa um 15 dB/Dekade.
NEXT-Werte können durch konstruktive Maßnahmen beeinflußt werden, wie unterschiedliche Schlaglängen oder
zusätzliche Schirmung der Adernpaare. Die Messung des Nahnebensprechens muß von beiden Kabelenden aus
erfolgen, da die Dämpfungs- und Übersprechwerte der Kabel sehr unterschiedlich sein können, wodurch auch der
NEXT-Wert stark voneinander abweichen kann.In den Verkabelungstandards sind genaue Werte für das
Nahnebensprechen der Kabel als auch für die Steckverbinder vorgeschrieben.
http://www.meinhart.at/verkab/6/f007066.htm
12. Verseilelemente in paarigen Kabeln (I)
Ader
eindrahtiger Kupferleiter mit Isolation
Cu-Leiter
Isolierung
Paar (Stamm)
2 miteinander verseilte Adern, die einen erdsymmetrischen
Fernmeldestromkreis bilden
b
a
(12)
13. Verseilelemente (II)
Geschirmtes Paar
Umwicklung eines Paares mit einem statischen Schirm
Beidraht zum Anschluss des Schirmes
Anwendung vorwiegend für Rundfunk- und Datensignale
Beidraht
b a
Schirm
(13)
14. Verseilelemente Sternvierer
Sternvierer (ST):
vier verseilte Adern mit gemeinsamer Schlaglänge
diagonal gegenüberliegende Leitungskreise
Dralllänge
1. Leitungskreis
(Stamm 1)
2. Leitungskreis
(Stamm 2)
(14)
Der Sternvierer ist ein “verbessertes Telefonkabel”.
Es wird ein niedriges ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio)
15. Phantomkreis
Voraussetzungen :
Symmetrie der Kabel-Stämme zueinander
Symmetrie der Übertrager-Mittenanzapfung
3 Leitungen über zwei Adernpaare
Keine Gleichstromzeichengabe möglich
(Teilnehmeranschlussbereich)
Oft auch verwendet zur Speisung (Phantomspeisung, ISDN S0-
Bus)
Stamm 1 Hinleiter Phantomkreis
Phantomkreis
Stamm 2 Rückleiter Phantomkreis
(15)
Bei der Nutzung des Phantomkreises als Speisungsleitung fällt der Übertrager im Phantomkreis weg!
Speisespannung braucht keine besonders gute Signalqualität, daher Sternvierer für z.B. ISDN.
16. Sternvierer Brücke
Bei richtiger Beschaltung ergibt sich durch die Symmetrie
eine abgeglichene Brücke
minimale induktive Kopplung der Adernpaare
minimale kapazitive Kopplung zwischen den Adernpaaren
Symmetrie der Phantomkreise durch C1*= C2*
bis 500 kHz einsetzbar
a1
C C
C1* b2
a2
C
C
b1
C2*
(16)
17. Verseilelemente (III)
Dieselhorst-Martin-Vierer (DM):
zwei verseilte Paare unterschiedlicher Schlaglänge
für Phantomausnutzung (3 Sprechkreise) geeignet
1. Leitungskreis
b (Stamm 1)
a
a
b
2. Leitungskreis
(Stamm 2)
(17)
Vor- und Nachteile : Größe, Kosten, Qualität der 3. Kreises
18. Datenkabel
Twisted Pair-Datenkabel
Ader
Einsatz in heutiger strukturierter
Mantel
Verkabelung bis zu 600 MHz
Isolierung
(Kategorien 1-5 (6/7)) je nach
Unshielded Twisted
Anwendungsfall
Pair (UTP)
Ader * Abhängig davon, ob ein Gesamtschirm
Shielded Unshielded
Mantel vorhanden ist, unterscheiden verschie-
Twisted Pair (SUTP)
Isolierung dene Hersteller zusätzlich zwischen:
Gesamtschirm
-STP: Verdrillte Doppeladern mit Paar-
abschirmung, aber ohne
Paarabschirmung Gesamtschirmung
-SSTP: Verdrillte Doppeladern mit
Paarabschirmung und Gesamt-
Ader
schirmung
Mantel
Isolierung
Übertragung bis 100 Mbit/s über maximal
Gesamtschirm
100 m
Shielded Twisted
Pair (STP)*
(18)
spezielles Koaxialkabel Standard-Koaxialkabel weiteres
„Yellow Kabel“ „Cheapernet“, Koaxialkabel
(nach der gelben „Thinnet“
Ummantelung) (Handelsnamen)
ISO 8802.3 Base 5 ISO 8802.3 Base 2 entfällt
ISO-Name
RG 58U RG 213U
Typenbezeichnung
50 ± 2 [Ω] 50 ± 2 [Ω] 50 ± 2 [Ω]
Wellenwiderstand ZW
0,77 ∗ c0 0,66 ∗ c0 0,66 ∗ c0
Ausbreitungsgeschw. c
(Polyäthylen als
Dielektrikum)
Widerstandsbelag R’ 10 [mΩ/m]
83 [pF/m] 101 [pF/m] 101 [pF/m]
spez. Kapazitätsbelag C’
(Polyäthylen als
Dielektrikum)
1,7 [dB/100m] 4,8 [dB/100m] 2,0 [dB/100m]
max. Dämpfungsmaß
αmax (bei 10 Mhz) (bei 10 Mhz) (bei 10 Mhz)
1,2 [dB/100m] 3,5 [dB/100m] 1,4 [dB/100m]
(bei 5 MHz) (bei 5 MHz) (bei 5 MHz)
100 [mm] 25 [mm] 50 [mm]
min. Biegeradius rmin
Außendurchmesser ∅ 4,95 [mm] 10,3 [mm]
Außendurchmesser des 1,9 [mm] 0,9 [mm] 2,3 [mm]
Innenleiters di
Tabelle : Technische Daten von Koaxialkabeln
Innendurchmesser des 3,5 [mm] 3,5 [mm] 8,2 [mm]
Außenleiters da
ISO-Name ISO 8802.3 Base T
(häufige Bezeichnung: „TUP“,
„twisted unshielded pairs“
ST III-verseilte Teilnehmer-
Kabeltyp
Anschlußkabel mit Polyäthylen-
Isolierung
Welllenwiderstand Zw 130 [Ω] (bei 800 Hz)
0,57 / 0,67 / 0,71 ∗c0
Ausbreitungsgeschw. c
0,4 / 0,6 / 0,8 [mm]
Durchmesser des Leiters di
Widerstandsbelag R’ 268 / 120 / 67 [mΩ/m]
40 / 38 / 38 [pF/m] (bei 800 Hz)
Kapazitätsbelag C’
max. Dämpfungsbelag
bei 10 Mhz αmax,10MHz 8,5 / 5,0 / 4,2 [dB/100m]
bei 5 Mhz αmax.5MHz 6,0 / 3,5 / 3,0 [dB/100m]
Außendurchmesser ∅ 6 [mm]
< 5 [mm]
min. Biegeradius rmin
Anmerkung: LWL-Strecken werden gerichtet betrieben, daher immer
zwei Fasern erforderlich
Annmerkung: Alle Werte sind Planungsrichtwerte der DTAG.
Tabelle: Technische Daten eines in lokalen Netzen verwendeten
Lichtwellenleiters Tabelle : Technische Daten eines symmetrischen Fernsprechkabels
19. RJ45 Datendosen /Steckverbinder
Draufsicht
Einfache Quetschmontage
Vorteile ?
Nachteile ?
Flachbandkabel (niedrige Datenraten, preiswert)
Twisted Pair (hohe Datenraten, teurer)
(19)
Kabeltyp Koaxialkabel Koaxialkabel UTP UTP
Thin Ethernet RG 223 /U Kategorie 3 Kategorie 5
Durch- 4,65 mm 10,3 mm 6,35 mm, 6,35 mm,
messer 4 Doppel- 4 Doppel-
adern adern
Dämpfung 170 dB/km 60 dB/km 150 dB/km 220 dB/km
bei 100 MHz bei 100 MHz bei 16 Mhz bei 100 Mhz
Biegeradius ca. 50 mm ca. 100 mm ca. 25 mm ca. 25 mm
Anwendung LAN Fernsehen Telephonie LAN
20. EMV, Kopplungsmechanismen
Galvanische Kopplung
Stromkreise haben eine gemeinsame Impedanz (z.B. Erdschleife Bild a)
Gegenmaßnahmen: symmetrische Leitungen, galvanische Entkopplung
Kapazitive Kopplung
Zwei Leiter befinden sich auf unterschiedlichem Potential und
beeinflussen sich über die Streukapazität
Gegenmaßnahmen : Schirmung Keine
Beeinflussung,
• Induktive Kopplung wenn das Kabel
symmetrisch ist
i*stör (mit Hin- und Rück-
istör leiter i*stör = i stör )
~
istör
~
• elektromagnetische Kopplung
Kopplung über elektromagnetische Wellenfelder
(20)
21. Strukturierte Verkabelung
Sekundärbereich
Etagen-
Etagen- Tertiärbereich
verteiler
verteiler (+ ggf. Quartärbereich)
Primärbereich
(21)
Moderne Kabel-Infrastrukturen müssen in allen LAN-Topologien einsetzbar sein und sich auch in Zukunft als tragfähig erweisen.
Für eine praxisorientierte und zukunftssichere Planung der Infrastruktur hat sich eine Dreiteilung bewährt:
Das Primär-Netz ... ist das Backbone-Netz zwischen Gebäuden bzw. Werksteilen. Das Glasfaserkabel hat sich hier als Medium
durchgesetzt. In der Regel kommen Gradienten-LWL-Kabel zum Einsatz. Monomode-Fasern bringen bei den typischen
Entfernungen zwischen Gebäuden kaum Vorteile. Sie erhöhen nur erheblich die Kosten für Sender und Empfänger.
Vorteile der LWL-Verkabelung:
Das Kabel ist immun gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen. Gebäude-Netz und Backbone sind galvanisch entkoppelt,
und sehr große Bandbreite sind möglich. Beispielsweise sind für FDDI, Fast Ethernet und ATM in der Praxis erprobte Technik
verfügbar. Eine redundante bzw. vermaschte Auslegung ist aus Sicherheitsgründen zu bevorzugen. Das Primär-Netz endet in
einem zentralen Verteilerraum, in dem auch die Verteiler-Systeme sowie Brücken- und Router-Module ihren Platz finden.
Das Sekundär-Netz ... ist der Bereich zwischen dem zentralen Verteiler im Gebäude und den Etagen-Verteilern. Auch hier hat sich
die Glasfaser als die bevorzugte Lösung bewährt. Daneben können geschirmte oder ungeschirmte Kabel zur Anwendung kommen.
Als zentrale Verteiler kommen Hub-Systeme zum Einsatz, die unterschiedliche LAN-Topologien unterstützen. Zur Segmentierung
können auch Brücken und Router eingesetzt werden.
Das Tertiär-Netz ... ist der Anschlußbereich vom Etagenverteiler zu den Endgeräten. Die Kabel werden dabei, unabhängig von der
LAN-Topologie, sternförmig verlegt, um flächendeckend Anschlüsse für alle Endgeräte vorzuhalten. Ethernet als Bus-System muß
daher mit Hilfe von Sternkopplern dieser Topologie angepaßt werden. Vom Etagen-Verteiler aus wird die flächendeckende
Verkabelung über Rangierfelder auf die entsprechenden Anschlüsse des Hub-Systems aufgelegt. Standards wie 10BaseT gehen
von einer maximalen Entfernung von etwa 100 Meter zwischen Verteiler und Endgerät aus. Die Praxis zeigt, daß so 90% aller
Endgeräte erreicht werden können. Im Tertiär-Netz kommt es darauf an, Kabel einzusetzen, die neben den heutigen auch
zukünftigen Anforderungen gewachsen sind. ISDN, Ethernet, Token Ring, Fast Ethernet, FDDI und ATM bis zum Endgerät sollten
über diese Kabel nutzbar sein, nicht zu vergessen die existierenden Bildschirme und Drucker mit V.24/V.28-Schnittstellen sowie die
Endgeräte der IBM-Welt.
Vorteile dieser Lösung: Ein Kabel für alle Anwendungen, beim Umzug von Mitarbeitern müssen nur die Kabel am Hub umgesteckt
werden, jeder Anwender kann einem beliebigem LAN (Ethernet, Token Ring, FDDI) zugeordnet werden und Netzwerk-
Management und - analyse ist integriert und von zentraler Stelle aus möglich. (Quelle. telemation.de)
22. Verkabelungsstrategien
Großzügige Dimensionierung bei den
Datenanschlussdosen
Etagenverteiler
Punkt-zu-Punkt Etagenverkabelung
Alle Kabel werden auf ein Patchfeld geführt
Längenbegrenzung auf 100m (5m + 90m + 5m) zum Arbeitsplatz
Gebäudeverteiler
maximal 500m zum Etagenverteiler
Standortverteiler
maximal 1500m zum Gebäudeverteiler
(22)
Etagen-Verteiler wird oft auch Hub genannt: Hier anders!
23. Restriktion bei der Installation
Längenbegrenzung/Biegeradien
Brandschutzabschottungen
Beachtung der Brandlasten
Verwendung von PVC- o. Halonfreien Kabeln
Trennung von Energietechnik und Leitungen für die
Informationstechnik
richtige Erdung
EMV (z.B. EN 55022), VDE 0800
Klimatechnik
(23)
24. Verteilerschrank 19´´
Patchfeld
Patchfeld
(passive
(passive
Komponenten)
Komponenten)
aktive
aktive
Komponenten
Komponenten
z.B. Switch /Hub..
z.B. Switch /Hub..
aktive Belüftung
aktive Belüftung
(24)
Eine aktive Belüftung ist in der Regel notwendig.
Parameter
Leistungsaufnahme der aktiven Komponenten
maximale Temperatur der Komponenten
25. Kategorien der Datenkabel
Nach TSB-36/-40 (Technical Systems Bulletin) bzw.
EIA/TIA 568
Kat 3 bis 10/16 MHz
Telefon, 10Base-T
Kat 4 bis 20 MHz
Kat 5 bis 100 MHz
geschirmt SUTP
CDDI, 100Base-T, ATM)
Kat 6 bis 200 MHz
geschirmt STP
Standardisierung noch nicht abgeschlossen
Kabel sind aber schon zu erhalten
KAT 7 bis 600 MHz
Screened/Shielded Twisted Pair S/STP
Bis 1GBit/s
(25)
26. Zonenkonzept der Erdung
(26)
Forderungen bei einer Verkabelung mit Cu-Kabeln:
Metallkanal mit Trennsteg (10 cm zwischen I&K und 230 V-Verkabelung (TN-S-System)
beidseitig an Gebäudearmierung erden (sooft wie möglich),
Erdungsklemmen müssen sowohl an den Dosen als auch am Kabelkanal vorhanden sein
TN-S (getrennte Ausführung von Schutz- und Nulleiter)
Installation von Datenkabeln:
Vermeidung von starken Druck- und Zugbelastungen
Biegeradien beachten
27. Konsequenzen des Zonenkonzeptes auf die
Nachrichtennetze
Ziele
Vorbereitung der Fernmeldeverkabelung auf
Breitbandanwendungen
Vereinheitlichung der Breitbandverkabelung Daten- und ATM-
Anwendungen in der Tertiärebene
Investitionen vereinheitlichen
Ausbildung vereinheitlichen
Infrastruktur gemeinsam nutzen
existierendes Erdungskonzept der Energie-, Daten- und
Fernmeldenetze muss eingebettet werden
für einen Zeitraum von 5-10Jahren muss Koexistenz der
vorhandenen Systeme mit den neuen Systemen gewährleistet
sein
Planungen für alle neuen und Sanierungsmaßnahmen muss
gemeinsam durchgeführt werden
(27)
28. konventionelle Erdung in FM-Anlagen
Betriebserde, vorzugsweise sternförmig,
total von der Schutzerde getrennt
TK-Anlage
HVT
GVT
EVT
FM-Erdsammelschienen
(28)
Die Fernmeldeerde ist im Gebäude immer sternförmig von der zentralen FM-Erdsammelschiene aufgebaut und kann
somit keine Ausgleichsströme aus anderen Versorgungssystemen als der Fernmeldeanlage selbst fließen lassen.
Über das Erdreich sind der Energieversorgungserder und der Fernmeldeerder miteinander verbunden.
29. Potentialverschleppung durch die Signalerde
in FM-Anlagen
Maßnahmen:
Erdungswiderstand in den Anlagen prüfen
Erdtaste auf Flashtaste umstellen
1. Durch Erdtaste TK-Anlage
Belastung der
Detektorschaltung
~
~
Zone 1 ~
IAusgleich
2.
Erdpotential-
Detektor
5V
(29)
1. Die Belastungsfähigkeit der Detektorschaltung ist zu prüfen. Langfristig wird Abhilfe durch Verwendung der
Flashtaste geschaffen
2. Der Ausgleichsstrom kann der TK-Anlage nicht schaden, solange ihr Widerstand gegen Erde klein ist gegen den
Mantelwiderstand des Kabels. Langfristig wird dieser Effekt durch Glasfasersysteme im Primär- und Sekundärbereich
beseitigt.
3. HF-mäßig eingekoppelte Ausgleichsströme werden von einem Filter am Eingang der TK-Anlage kurzgeschlossen
30. Lichtwellenleiterstrecken
LWL-Übertragungsstrecke
Empfänger-
Sender-Elektronik Elektronik
Repeater
Dateneingang Lichtwellenleiter Lichtwellenleiter Datenausgang
Empfänger-
Sender-Elektronik Elektronik
optischer Verstärker
Dateneingang Lichtwellenleiter Lichtwellenleiter Datenausgang
Luminizenz (LED) Fotodiode (PD) oder Pulsgenerator
oder Laserdiode (LD) Lawinen-Fotodiode (APD,
Avalanche Photo Diode)
(30)
Im GHz-Bereich sind optische Glasfaser-Verstärker günstiger als Repeater.
Klassifizierung von elektrischen/optischen Regeneratoren/Repeatern:
1R - nur Verstärkung der Signalamplitude
2R - Wiederherstellung der Signalamplitude und der Signalform
3R - Wiederherstellung der Signalamplitude und -form sowie des Taktes, PLL im Regenerator erforderlich.
31. Vorteile von Lichtwellenleitern
unempfindlich gegenüber elektrischen und magnetischen
Feldern
Metallfreie Kabel (Isolation, Galvanik, Korrosion)
vollständige galvanische Entkopplung von Sender und
Empfänger
produziert selbst keine Störstrahlung
hohe Übertragungsleistung
geringe Dämpfung
inzwischen sind optische Verstärker möglich (Pumplicht
stimuliert Erbium-dotierte LWL-Strecke; Energie wird auf
das Nutzsignal übertragen; Pumpwellenlänge 980 / 1480
nm)
(31)
32. Exemplarischer Aufbau von
Lichtwellenleitern
Ummantelung jedes Lichtwellenleiters mit einem
organischen Quarz zum Schutz gegen Kratzer und
Feuchtigkeit
lockere Einbettung jeder Faser in einen Kunstoffschlauch
(ca. 1mm Durchmesser) zur Schaffung von Spielraum für
Dehnung und Biegung des Kabels und zur Erhöhung der
Schlag und Quetschfestigkeit
bei einadrigen Kabeln doppelte Zugbewehrung aus Kevlar
bei mehradrigen Kabeln Verseilung der Wellenleiteradern
(zur Gewährleistung guter Biegeeigenschaften),
Zugentlastung und Knickschutz durch Kern aus z.B. mit
Kevlar gepolstertem Stahldraht, Kabelaußenmantel z.B.
aus Polyurethan
(32)
33. Konzepte für Breitband-
Teilnehmeranschlüsse
Via xDSL-Technik (Digital Subscriber Line)
Teilnehmeranschluss bis 2,048 Mbit/s (HDSL) über zwei Doppeladern
0,4 mm Kabel (lmax = 3km).
80% der Telefonkunden können ohne Zwischenregenerator mit einem
bidirektionalen 2,048 Mbit/s Kabel versorgt werden.
90 % aller Verzweigungskabel zum Teilnehmeranschluss sind kürzer als
500m (Durchschnitt 300m).
1200 W max. Gleichstromschleifenwiderstand
Wellenwiderstand ZL = 135 W
Telefonleitung entspricht den Anforderungen an Datenkabel der
Kategorie 3 => Anwendung bis 10Mbit/s-LAN möglich
Via LWL:
Fibre To The Curb (LWL bis zum Kabelverzweiger)
Fibre To The Building
Fibre To The Home FTTC
KVZ
FTTB ONU
ONT
KVZ
FTTH
(33)
34. Literatur
Elektromagnetische Verträglichkeit, A.J.Schwab, Springer-
Verlag
Eigenschaften symm. Ortsanschlusskabel im
Frequenzbereich bis 30 MHz, Der Fernmelde- Ingenieur,
9/´95
Lehrbuch der Fernmeldetechnik, Bergmann,
Schiele&Schön
Lichtwellenleitertechnik, Lutzke, Pflaum Verlag KG
München
(34)
36. Erdung & EMV bei der strukturierten
Verkabelung
Kabelkanal (metall, geerdet ggf. über Gebäudearmierung)
RV
LWL
LWL
sekundär Verkabelung
gn/ge sekundär Verkabelung
bl PEN
gn/ge
FI
P N
(36)
Strukturierte Verkabelung: Erdung, EMV
Ziel : alle Geräte bekommen gleiches Bezugspotential
Bildung eines vermaschten flächenhaften Erdungskonzeptes mit sogenannten schutzzonen - Erdung beim Betreten
und Verlassen der jeweiligen Schutzzone
Sonderzonen beachten (abtrennbare Schutzleiter...)
Notwendig metallene Kabelkanäle möglichst an die Gebäudearmierung angeschlossen, Erdungsklemmen an den
Anschlußdosen, Deckenroste ebenfalls geerdet
Etagen übergreifend möglichst nicht verkettet erden
Symmetrie der Kabel erhalten
Brandlasten beachten (Halonfreie Kabel, Brandschutzschotts,...)
Ein einseitig aufgelegter Schirm wirkt bei Frequenzen größer 30 MHz als Antenne
(Welleneinkopplung: möglichst keine abgestimmten Antennen erzeugen)
Achtung: Die größte Einkopplung entsteht in der Regel durch die
Auflösung der Verdrillung an den Steckern
37. Erde als Signalpotential in FM-Anlagen
TK-Anlagen, Endgeräte und TK-Anlage in einem Gebäude
Amtsanlassung, Rückfrage
TK-Anlage
Kabelmantel
a-Ader
b-Ader
Erdpotential-
Detektor
Erd-/Signaltaste
FeApp FM-Erdsammelschiene
(Auszug)
(37)
38. Erde als Signalpotential in FM-Anlagen
TK-Anlagen und Endgeräte in unterschiedlichen
Gebäuden
Teilnehmerschutz TK-Anlage
Kabelmantel
a-Ader
b-Ader
Erdpotential-
Detektor
Erd-/Signaltaste
FeApp
FM-Erdsammelschienen
(Auszug)
großräumige Erdschleifen vermeiden
(38)
Die absolute Trennung war möglich, da die Fernsprechapparate keine lokale Speisung hatten, sondern aus der
Telefonanlage (z.B. TK-Anlage) ferngespeist wurden. Die gleiche Aussage gilt für die Telefonanlagen des öffentlichen
Netzes.
39. Erde als Signalpotential in FM-Anlagen
Kennzeichen:
TK-Anlage
absolute Trennung von den Erdsystemen der
Energieverteilung
Kabelmantel
a-Ader
b-Ader
Erdpotential-
Detektor
Erd-/Signaltaste
FeApp B
FM-Erdsammelschiene
(Auszug)
220V~
(39)
Eine stromführende Verbindung der Fernmeldeerde mit dem öffentlichen Versorgungsnetz kann auch nicht über die
Stromversorgung der Fernmeldeanlage hergestellt werden, da die Netzspannung (220V oder 380V) zunächst über
einen Transformator getrennt, dann gleichgerichtet und anschließend mit einer Batterie (Kondensator) gepuffert wird.
40. Erde als Signalpotential in FM-Anlagen
lokale Stromversorgung von Komfortapparaten TK-Anlage
FeApp
(Auszug)
Kabelmantel
a-Ader
b-Ader
Erdpotential-
Detektor
Erd-/Signaltaste
B
FM-Erdsammelschiene
220V~
220V~
(40)
Die absolute Trennung war möglich, da die Fernsprechapparate keine lokale Speisung hatten, sondern aus der
Telefonanlage (z.B. TK-Anlage) ferngespeist wurden. Die gleiche Aussage gilt für die Telefonanlagen des öffentlichen
Netzes.
Eine stromführende Verbindung der Fernmeldeerde mit dem öffentlichen Versorgungsnetz kann auch nicht über die
Stromversorgung der Fernmeldeanlage hergestellt werden, da die Netzspannung (220V oder 380V) zunächst über
einen Transformator getrennt, dann gleichgerichtet und anschließend mit einer Batterie (Kondensator) gepuffert wird.
Die Fernmeldeerde ist im Gebäude immer sternförmig von der zentralen FM-Erdsammelschiene aufgebaut und kann
somit keine Ausgleichsströme aus anderen Versorgungssystemen als der Fernmeldeanlage selbst fließen lassen.
Über das Erdreich sind der Energieversorgungserder und der Fernmeldeerder miteinander verbunden.
41. Flashtaste als Signaltaste
Erde nicht mehr als Betriebserde TK-Anlage
FeApp
(Auszug)
Kabelmantel
a-Ader
b-Ader
Flash-
Detektor
Flashtaste
B
FM-Erdsammelschiene
220V~
220V~
(41)
Die Ersttaste ist durch die Flashtaste ersetzt. Damit wird für die Signalisierung keine Verbindung mehr zur Erde
hergestellt. Es können keine Ausgleichsströme mehr zwischen den beiden Standorten fließen.
42. EMV - Erdung von Signalen (I)
Übertragung analoger Signale für Frequenzen unterhalb
10 kHz (100 kHz)
a) Sender Empfänger
verdrillt
+
-
•
•
•
galvanische, kapazitive und induktive Einkopplung von Störgrößen infolge
Unsymmetrie an Sender und Empfänger, unzulässig
Sender Empfänger
verdrillt
b)
+
-
•
kapazitive Einkopplung von Störgrößen infolge Unsymmetrie am Sender,
geringe galvanische und induktive Einkopplung durch Restsymmetrie am
Empfänger, schlecht
(42)
43. EMV - Erdung von Signalen (II)
Übertragung analoger Signale für Frequenzen unterhalb
10 kHz (100 kHz)
Sender Empfänger
verdrillt
c)
+
-
•
kapazitive Einkopplung von Störgrößen infolge Unsymmetrie am
Empfänger, unbefriedigend
Sender Empfänger
verdrillt
d)
+
-
Verbesserung gegenüber b) und c) durch Symmetrie an Sender und
Empfänger, befriedigend
(43)
44. EMV, Erdung von Kabelschirmen (I)
Übertragung analoger Signale für Frequenzen unterhalb
10 kHz (100 kHz)
Sender Empfänger
verdrillt
e)
+
-
•
•
• •
Verbesserung gegenüber c), Verringerung der kapazitiven Einkopplung von
Störgrößen, befriedigend
Sender Empfänger
verdrillt
f)
+
-
•
•
Verbesserung gegenüber d), Verringerung der infolge der durch
Restunsymmetrie hervorgerufenen kapazitiven Einkopplung, gut
(44)
45. EMV, Erdung von Kabelschirmen (II)
Übertragung analoger Signale mit Frequenzanteilen über
10 kHz (100 kHz)
Sender Empfänger
verdrillt
g)
+
-
• •
•
wie f), jedoch zusätzlich Verringerung induktiver Einkopplung von
Störgrößen bei hohen Frequenzen, gut
Sender Empfänger
verdrillt
h)
+
-
•
• •
•
wie g), jedoch zusätzlich Verringerung kapazitiver und induktiver
Einkopplung von Störgrößen, sehr gut
(45)
Sicherstellen, das keine externen Ausgleichsströme durch den Schirm fließen, z.B. durch ein gutes Erdungskonzept
der Umgebung!
46. EMV, Entkopplung
Galvanische Entkopplung mit Übertragern
Optische Entkopplung
Worauf ist zu achten?
Schirme sind nicht für den allgemeinen Potentialausgleich zu
verwenden
Schirme nicht als Zopf anschließen
unbelegte Kabelenden kurz abschneiden
Schirm rundherum abschließen
Materialien für elektrische Verbindungen sollen nicht mehr als
0,75V in der elektrochemischen Spannungsreihe voneinander
entfernt sein.
PE: Schutzerde
schlecht SE: Schirmerde
gut
(46)
47. TN-C-System (4-Leiter)
Kombinierter PEN-Leiter
RG58
Ethernet
PE
Ausgleichs-
strom
PE
N L1 L2 L3
(47)
Spitzenstrom (auch HF) in PEN-Leiter, z.B. durch Klimaanlage auf dem Dach
Potential zwischen den PE-Anschlußpunkten
Stromschleife durch Erdungs-/Schirmsystem
48. Störungen durch Erdschleifen
INPE
RPE1
PE
IPE
IN
RS RN
Upot
RPE2
PE
N
(48)
Störung der Datensignale durch
1) HF-Einstrahlung im Gehäuse
2) Potentialverschiebung
Zerstörung von Interface-Karten möglich
50. DIN EN 50173
DIN EN 50173
“Anwendungsneutrale Verkabelungssysteme”
streng hierarchisch
Strukturierte Verkabelung, z.B. Anforderungen an Kabel, max.
Laufzeiten, Schleifenwiderstand
Anwendungsklassen
A 100 kBit/s
B 1 MBit/s
C 10 MBit/s
D 100 MBit/s
(50)
52. Koaxialkabel
Oberhalb von 600 kHz steigt die Dämpfung bei symmetrischen
Leitungen soweit an, dass dann Koaxialleitungen verwendet werden
müssen
Koaxialpaar:
Innenleiter aus Kupferdraht
hohe Übertragungskapazität (bis 600 MHz)
Außenleiter aus Kupferband zu einem Rohr geformt
Abstandshalter zwischen Innen- und Außenleiter aus PE-Scheiben
Bewicklung mit Stahlbändern zur Verbesserung der Nebensprechdämpfung
zwischen Koaxialpaaren bei niedrigen Frequenzen
Anwendung für Multiplexübertragungssysteme mit hoher Bandbreite (siehe AB
Nr.2)
genormte Größen: 1,2 / 4,4 und 2,6 / 9,5 (Durchmesser des Innenleiters /
innerer Durchmesser des Außenleiters in mm)
Aufbau:
-ein zentraler Innenleiter,
-eine konzentrische dielek-
trische Isolierschicht (Ab-
schirmung),
-Außenisolierung
Mantel Cu-Außenleiter Cu-Innenleiter
(52)
PE-Scheibe
Stahlbänder
Vorteile
geringere Dämpfung
besseres Signalverhalten durch homogenes Dielektrikum
Nachteile
Kosten
Störungen sind schwieriger zu kompensieren als bei symmetrischen System
Für Leistungseinsatz: Große Oberflächen, hole Innenleiter
Extremfall : Hohlleiter, TE/TEM-Welle
53. Typische Kabelwerte
Das Dielektrikum kann aus verschiedenen Materialien
bestehen:
Dielektrikum Signalausbreitungsgeschwindigkeit
Luft 0,98 c
PE (Polyurethan) 0,65 - 0,8 c
Wellenwiderstände:
50 Ω LAN : CSMA/CD, Ethernet
75 Ω Breitbandverteilnetze, LAN in
Breitbandtechnik
(Token-Bus, Breitband-CSMA/CD)
93 Ω IBM 3270 Terminals
135 Ω Telefonkabel im
Teilnehmeranschlussbereich
(53)
Für die Außenisolierung wird je nach Anforderung (Wetter-, Feuerbeständigkeit) PVC, PE oder Teflon verwendet. Als
Außenleiter kann ein Drahtgeflecht (Basisbandübertragung), Aluminiumfolie (Breitbandübertragung), eine
Kombiniation aus beiden oder auch ein Kupferwellmantel verwendet werden.
54. Koaxialkabel Anschluss
Verbindungsmöglichkeiten von Koaxialkabeln
T-Stecker
Vampierklemmen
(54)
Vergleich von Kupferkabel:
Kabeltyp Koaxialkabel Koaxialkabel UTP UTP
Thin Ethernet RG 223 /U Kategorie 3 Kategorie 5
Durch- 4,65 mm 10,3 mm 6,35 mm, 6,35 mm,
messer 4 Doppel- 4 Doppel-
adern adern
Dämpfung 170 dB/km 60 dB/km 150 dB/km 220 dB/km
bei 100 MHz bei 100 MHz bei 16 Mhz bei 100 Mhz
Biegeradius ca. 50 mm ca. 100 mm ca. 25 mm ca. 25 mm
Anwendung LAN Fernsehen Telephonie LAN
56. Vorschriften VDE 0100
VDE 0100
Planung elektrischer Anlagen
Schutz gegen gefährliche Körperströme
Trennen und Schalten
Verlegen von Leitungen
Potentialausgleich
(56)
57. Vorschriften VDE 0800 (I)
VDE 0800
Fernmeldetechnik: Sicherheit, Prüfung, Fernspeisung, Erdung
und Potentialausgleich
Grundsätze für Rechner in Systemen mit Sicherheitsaufgaben
Sicherheit von Einrichtungen der Informationstechnik
einschließlich elektrischer Büromaschinen
Installationskabel und -leitungen für Fernmelde- und
Informationsanlagen
Außenkabel, Etagenkabel, Verteilerkabel
Gefahrenmeldeanlagen für Brand, Einbruch und Überfall
Sicherheit von Lasereinrichtungen
Rückwirkungen in Stromversorgungsnetzen
(57)
58. Vorschriften VDE 0800 (II)
VDE 0800
EN 50 081 EMV
Störfestigkeitsnorm
Schutz von Fernmeldeanlagen gegen Blitzeinwirkung, statische
Aufladung und Überspannung aus Starkstrom-anlagen
EN 61000 EMV Prüf und Messverfahren
Kabelverteilsysteme für Ton- und Fernsehrundfunk-Signale
Sicherheitsbestimmungen für netzbetriebene elektronische
Geräte und deren Zubehör für den Hausgebrauch
und ähnliche allgemeine Anwendungen
Für den Benutzer werden zwei Schutzmaßnahmen vorgesehen.
Ein einziger Fehler und daraus entstehende
Folgefehler werden daher nicht zu einer Gefahr führen
(58)
59. Vorschriften VDE 0800 (III)
VDE 0800
Sicherheitskleinspannungskreise dürfen nur Spannungen
aufweisen, die sowohl bei bestimmungsmäßigem
Betrieb, als auch bei einem einzelnen Fehler, wie Ausfall der
Basisisolierung oder Versagen eines einzelnen Bauteils,
berührungssicher sind
Funkentstörung
Lichtwellenleiter für Fernmeldeanlagen und
Informationsverarbeitungsanlagen
Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für
Fernmeldeanlagen und Informationsverarbeitungsanlagen
(59)
60. Brandschutz
DIN 4102 Teil 11 / Teil 9
Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen
Bildung von Brandabschnitten
F allgemeiner Buchstabe für Feuerwiderstandsdauer
I Feuerwiderstandsklasse von Installationsschächten und
Kanälen
R Feuerwiderstandsklasse von Rohrleitung
T Feuerwiderstandsklasse von Feuerschutzabschlüssen
G Feuerwiderstandsklasse von Verglasungen
S Feuerwiderstandsklasse von Kabelabschottungen
(60)
62. Leiterisolierungen (I)
Papier
niedrige Dielektrizitätskonstante (er=1.6-1.8)
Papierhohlraumisolierung:
Polyvinylchlorid (PVC)
schwer entflammbar
hohe Dielektrizitätskonstante (er=2.4-4.5)
Anwendung vorzugsweise im Innenraum
(62)
63. Leiterisolierungen (II)
Polyäthylen (PE)
relativ niedrige Dielektrizitätskonstante (er=1.8-2.1)
Zellpolyäthylen
verbesserte elektrische Eigenschaften durch Ausschäumen
Styroflex
sehr gute elektrische Eigenschaften (er=1.3)
Anwendung für Übertragungswege mit Trägerfrequenzbereich bis
600 kHz
(63)
64. Aufgaben der Isolierungen
Verhindert den Stromfluss zwischen den Leitern
Die Isolierung wirkt immer als Dielektrikum, denn der
Hauptteil der elektromagnetischen Welle wird durch die
Isolierung geführt
Ausbreitungsgeschwindigkeiten
Verluste im Dielektrikum
(64)
66. Dämpfungsverzerrung, reale Messungen
Zwischen 1 und 1´
sowie 2 und 2´bewegen
sich die realen Meßwerte
Leitung 1 ist länger
als Leitung 2
(66)
Dargestellt ist der Dämpfungsverzerrung zweier Übertragungsstrecken, bezogen auf f = 800 Hz
(Messungen im Netz der DBP 1966)
die mit 1 gekennzeichnete Kurve stellt gegenüber 2 eine erheblich längere Teilnehmeranschlußleitung dar
(steilerer Anstieg bei höheren FQs)
die gemessenen Werte lagen zwischen den Bereichen 1 und 1´ bzw. 2 und 2´
der gestrichelte Bereich stellt die Toleranzgrenzen für Fernsprechverbindungen besonderer Qualität nach
CCITT-Empf. M.102 dar ...
Ursachen der Verzerrung:
Kabeldämpfung der Asl ist frequenz- und längenabhängig
Eingangsfilter der TF- oder PCM-Systeme
Folgerung: Ohne Entzerrung kann die Fernsprechleitung nicht für Datenübertragung ohne Einmessung benutzt
werden. Individuelle Entzerrung jeder Asl nötig.
67. Dämpfungsverzerrung
(international, Streubereich)
(67)
... der gestrichelte Bereich stellt die Tolleranzgrenzen für Fernsprechverbindungen besonderer Qualität
nach CCITT-Empf. M.102 dar
ein hoher Prozentsatz erfüllt diese Forderungen nicht -> individuelle Dämpfungsentzerrung der Tln Asl
erforderlich
gemessen in einem rein analogen Telekommunikationsnetz
durch den Einsatz von PCM-Systemen (Deutschland) anstelle der TF-Systeme verringert sich die
Dämpfungsverzerrung an den Bandgrenzen, da PCM-Systeme einfachere Filter benutzen.
international wesentlich krassere Extreme als in Deutschland sichtbar.
Verstärkung durch Zusammenschaltungen von X Übertragungsabschnitten.
68. Kompromissentzerrer zur
Dämpfungsentzerrung
dB
3
2
1
0
1,0 1,4 1,8 2,2 2,6 3,0
kHz
-1
-2
Sollkurve
(68)
Kompromißentzerrer, Entzerrung eines gemittelten Dämpfungsverlaufes
69. Gruppenlaufzeitverzerrung
Frequenzgruppen weisen unterschiedliche Laufzeiten auf
Verzerrung der gesendeten Kurvenform
Abhängigkeit vom Aufbau des Kabels und vor allem von
den Filtern in TF- und PCM-Systemen
Forderung: die Verzerrung der Gruppenlaufzeit muß
kleiner sein, als der kleinste auftretende Modulationschritt
∂TGr = TGr max − TGr min
(69)
73. Verseilelemente Dreier (alt)
Dreier
3 miteinander verseilte Adern (a- u. b-Ader für Sprechkreis, c-
Ader für Signalzwecke)
Anwendung im analogen Ortsnetzbereich, Schaltkabel
c
b
a
(73)
74. Kabelseele (I)
Definition
Gesamtheit der Verseilelemente in einem Kabel einschließlich
der Seelenbewicklung
Lagenverseilung
Anordnung der Verseilelemente (z.B. Sternvierer oder DM-Vierer)
in konzentrischen Lagen
Bündelverseilung
Bildung weiterer Verseilelemente aus Sternvierern:
Grundbündel aus 5 verseilten Vierern
Hauptbündel aus 5 oder 10 verseilten Grundbündeln
Grund- Haupt-
bündel bündel
(74)
75. Kabelseele (II)
Verseilung
Mittels einer systematischen Verseilung im Kabel wird für
Gleichheit der Kopplung zwischen den Paaren und Symmetrie
der Paare gegen Erde gesorgt
Seelenbewicklung
Isolierung der Gesamtheit der Verseilelemente gegen den meist
metallischen Kabelmantel
Spannungsfestigkeit üblicherweise 2 kV
bei Kabeln ohne Metallmantel statischer Schirm auf
Seelenbewicklung
Längswasserdichte Kabel
Füllung der Hohlräume der Kabelseele mit Petrolat zur
Begrenzung von Kabelschäden durch Wassereintritt
(75)
76. Kabelmantel (I)
Aufbau
abhängig von Kabelart (Außenkabel, Innenraumkabel) und
Einsatzort (z.B. Gefährdung durch Blitzschlag, Starkstrom-
beeinflussung)
mögliche Bestandteile: Metallmantel, innere Schutzhülle,
Bewehrung, äußere Schutzhülle
Aufgaben
Schutz der Kabelseele vor Beschädigungen (Mechanischer
Schutz / Tiere ) und vor Feuchtigkeit
Verringerung von Fremdspannungsbeeinflussungen
(Blitzschutz...)
Erhöhung der Zugfestigkeit für die Verlegung
(76)
77. Kabelmantel (II)
Wirkungsweise der Verringerung von Fremdspannungs-
beeinflussungen
Schutz vor elektrischen Feldern durch statische Beschirmwirkung
eines Metallmantels
Reduktion der Induktion durch magnetische Felder (Die auf dem
Kabelmantel induzierte Längsspannung wirkt der Induktion in der
Kabelseele entgegen),Verkleinerung der induzierten
Längsspannung um den Reduktionsfaktor rk:
(für f≤60Hz), R: ohmscher Widerstand, L: Induktivität des Mantels
R
rk =
R 2 + ( ωL )
2
(77)
Uim = Ui * rk
R groß : rk = 1, keine Wirkung
R klein : rk groß, gute Wirkung
f klein : rk = 1
78. Kabelmantel (III)
Bleimantel
älteste Mantelform, heute kaum noch verwendet
innere Schutzhülle aus bitumierten Papierbändern
Bewehrung aus verzinkten oder bitumierten Stahldrähten oder
Stahlbändern
äußere Schutzhülle aus Jute
Aluminiummantel
gute elektrische Leitfähigkeit, daher günstig für beeinflußte Kabel
oft als Wellmantel ausgeführt
ggf. zusätzlicher Induktionsschutz durch Stahlbänder
Korrosionsschutz aus bituminöser Masse
PE-Außenmantel
(78)
79. Kabelmantel (IV)
Stahlwellenmantel
sehr gute mechanische Eigenschaften
guter Reduktionsfaktor durch hohe Permeabilität
Korrosionsschutzschicht
PE-Außenmantel
Kunststoffmantel
Verwendung von PE für Außenkabel und PVC für Innen-
raumkabel
Schichtenmantel für Außenkabel:
längslaufendes, überlappt verschweißtes Aluminiumband mit
beidseitiger Copolymerschicht
als Feuchtigkeitsschutz unter einem PE-Außenmantel
(Eindiffundieren von Wasserdampf durch PE)
(79)
80. Kabelbezeichnungen (I)
Zusammensetzung der Kabelbez. aus 5 Symbolgruppen
Kabelart z. B.:
A: Außenkabel
AB: Außenkabel mit Blitzschutzfunktion
AJ: Außenkabel mit Induktionsschutzanforderungen
J: Installationskabel
S: Schaltkabel
Art der Isolierung der Leiter z. B.:
P: Papierisolierung
Y: PVC-Isolierung
2Y: PE-Isolierung
02Y: Zell-PE-Isolierung
3Y: Styroflexisolierung
(80)
Wichtig beim Kabelkauf, da die Artikelbezeichnungen oft Teile der Kabelbezeichnung enthalten.
81. Kabelbezeichnungen (II)
Aufbau der Kabelhülle z. B.:
M: Bleimantel
E: Korrosionsschutz mit eingebettetem Kunststoffband
L: glatter Aluminiummantel
LD: Aluminiumwellmantel
WK: Kupferwellmantel
F: Petrolatfüllung
W: Stahlwellenmantel
b: Bewehrung aus Stahldrähten oder -bändern
Y: PVC-Mantel oder Schutzhülle
(K): Schirm aus Kupferband über PE-Innenmantel
2Y: PE-Mantel oder Schutzhülle
(St): statischer Schirm aus Metallband oder kunststoff-
kaschiertem Metallband
(L)2Y: Schichtenmantel
(81)
Anzahl und Durchmesser der Kupferleiter
z.B. 100 x 2 x 0,8 : 100 Paare mit 0,8mm Leiterdurchmesser
Verseilung und Verwendungszweck
z.B. P: Paar
PiMF: Paar in Metallfolie
Kx: Koaxialpaar
DM: Dieselhorst-Martin-Vierer
St I: Sternvierer in Bezirkskabeln
St III: Sternvierer in Ortskabeln
Lg: Lagenverseilung
Bd: Bündelverseilung
Beispiel: AJ - PLDE2Yb2Y 300 x 2 x 0,9 DM
Außenkabel mit Induktionsschutzaufbau, papierisoliertem Leiter,
Aluminiumwellmantel, Korrosionsschutz, PE-Schutzhülle, Induktionsschutzbewehrung,
äußere PE-Schutzhülle,
300 Doppeladern mit Kupferleitern von 0,9mm Durchmesser in DM-Verseilung
82. Kabelbezeichnungen (III)
Beispiel: AJ - PLDE2Yb2Y 300 x 2 x 0,9 DM
Außenkabel mit Induktionsschutzaufbau,
papierisoliertem Leiter,
Aluminiumwellmantel,
Korrosionsschutz,
PE-Schutzhülle,
Induktionsschutzbewehrung,
äußere PE-Schutzhülle,
300 Doppeladern mit Kupferleitern von 0,9 mm Durchmesser in
DM-Verseilung
(82)
83. Kabeltypen u. elektrische Eigenschaften
Differenzierung zwischen Fernmeldekabeln:
Außenkabel
Installationskabel
Schaltkabel (innerhalb von Vermittlungsstellen)
Differenzierung zwischen Außenkabeln:
Ortskabel: Teilnehmer-Anschlußkabel,
Ortsverbindungskabel
Bezirkskabel: Kabel für größere Entfernungen zwischen
Vermittlungsstellen, NF-Betrieb, teils mit Phantomausnutzung
Fernkabel: Kabel für weitere Entfernungen, Verbindungen
zwischen Fernvermittlungsstellen, Mehrfachausnutzung durch
TF- oder PCM-Technik
Beispiele:
(83)
Kabelart Verseil- Verseil- Leiterdurch- Leiterisolation Paarzahlen
element art messer in mm
St III- Lage 0,4; 0,6; Papier 6-2000 DA
Ortskabel
Vierer Bündel 0,8 PE
(Ok)
Zell-PE
DM-Vierer Lage 0,9; 1,2; Papier 6-2000 DA
Bezirkskabel
St-Vierer Bündel 1,4 Zell-PE
(Bk)
St I-Vierer
PiMF
TF-Stern-Vierer Lage 0,9; 1,2; Papier 2-8 St
Fernkabel
Kx-Paare 1,4; 1 Kx
(auch kombiniert 1,2; 1,3; Styroflex
1,2/4,4 Papier 4-14 Kx
2,6/9,5 5-9 St
Tabelle 1: Fernmelde-Außenkabel
Fernmelde-Außenkabel
Kupferleiterduchmesser Schleifenwiderstand min. Isolationswiderstand
in mm in Ohm/km in GOhm/km
300
0,4
130 5
0,6
0,8 73,2
56,6
0,9
31,8 10
1,2
1,3 27,1
1,4 23,4
Schleifen- 2: Schleifenwiderstände und Isolationswiderstände symmetrischer Paare
Tabelle und Isolationswiderstände symmetrischer Paare
85. Sternvierer kapazitiv
Kapazitive Kopplung durch elektrisches Feld
1a
2a
2b
1b durch Influenz
entstandene
Ladungen
Symmetrischer Vierer; keine kapazitive Kopplung
1a
2a 2b
1b
(85)
Bild oben: 2a und 2b liegen auf unteschiedlichen Äquipotentialflächen
Bild unten: 2a & 2b liegen auf der selben Äquipotentialfläche
86. Sternvierer induktiv
1a 1a 2a
2a 2b
2b
1b
Beim Feldaufbau wird
1b
Spannung induziert
Induktive Kopplung durch
Symmetrischer Vierer magnetisches Feld
keine induktive Kopplung
(86)
Bild links: zwischen 2a und 2b befindet sich kein Induktionsflußbelag -> keine Induktion
Bild links: zwischen 2a und 2b befindet sich Induktionsflußbelag -> Induktion
87. Geräuschstörungen in paarigen Kabeln
Quellen
Bauteilerauschen vernachlässigbar
Nebensprechen im Kabel < 0,2 mV
Nahnebensprechen, Fernnebensprechen
Nebensprechen durch Modulationsvorgänge < 0,1 mV
Quantisierungsgeräusche < 0,01 mV
Kontaktrauschen (mechanisch) > 120 mV
16Khz Gebührenimpulse < 7 mV
Störungen aus Starkstromanlagen > 300 mV
Störungen aus Funkanlagen > 300 mV
Welche dieser Störungen sind in digitalen Übertragungen in
Anschlussnetzen störend?
Die Signalspannung beträgt etwa 800mV, folglich sind bei
digitalen Systemen Störungen ab 100mV merkbar.
(87)
Geräusche haben einen wesentlichen Einfluß auf die Datenübertragung im Fernsprechnetz
Störung bei Geräuschen oberhalb der Ansprechschwelle des Modems bzw. der Symbolabstände
Wahlimpulse
nicht herausgefilterte 16 kHz Gebührenimpulse
88. Nebensprechdämpfung
1.) welches Nebensprechen ist störender? Wegen des
geringeren Pegelunterschiedes das Nahnebensprechen
Nahnebensprechen
Fernnebensprechen
Hinweis:
1dB = 0,115Np
2.) welchen Einfluss hat das Neben-
sprechen auf die unten gezeigten
Anwendungen?
Reichweite sinkt mit steigender Frequenz
analoges
ISDN
xDSL
(88)
89. Wirkung der Dämpfungsverzerrung
Welche Auswirkungen hat die Dämpfungsverzerrung auf
die Detektion digitaler Signale?
Nachbarsymbolstörung
Absenken des Signalpegels erschwert die Signaldetektion
gerechnet gemessen
(89)
90. Wie kann ein Datensignal mit 14400 Bit/s auf
einer Fernsprechleitung übertragen werden?
Kanalkapazität im störungsfreien Kanal C=2B [Baud]
Mit B = Bandbreite des Kanals [Hz]
1
vS =
Schrittgeschwindigkeit [Baud = Symbole/s] T
Kehrwert des Sollwertes der Schrittdauer T
muss kleiner sein als Kanalkapazität C
vU = v S ⋅ ld n
Übertragungsgeschwindigkeit [bit/s]
Anzahl der in einer Zeiteinheit übertragenen
Binärzeichen
n=Anzahl der möglichen Signalzustände
Beispiel
Quaternäres Signal, also vier
mögliche Signalzustände:
1
Modem im CCITT-Kanal mit 14.400 bit/s
vu = ⋅ ld n = 2 B ⋅ ld n
B = 4000 Hz (Telefonkanal) --> C = 8000 Baud Tmin
Bei 4-wertiger Codierung => vs = 7.200 Baud
(90)
Kanalkapazität:
C[Symbole/sek=Baud]=2[Symbole]B[1/sek]
