[6] Nu P 03 1

Institut für Kommunikationstechnikwww.ikt.uni-hannover.de

Übertragungsmedien Kapitel 3.1

Netze und ProtokolleDr.-Ing. J. Steuer

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Übertragungsmedien

Funk(drahtlos)

Kabel(gebunden an exklusives Medium

elektrische Leiter(Cu, Ag, Au -Kabel)

LWL

Koaxialkabel

Symmetrische Kabel

Glasfaser

KunststoffRundfunk

Mobilfunk

Satelliten

Richtfunk

Übertragungsmedien

Glasfaser: 0,2-0,4 dB/kmKunststoff z.Z.: 50-60 dB/km

Kunststoff:

Verwendung auf Kurzstecken (<100m)einfachst zu montierenLowCostZiel 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 undsymmetrische, 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)

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Anforderungen an elektrische Nachrichtenkabel

Übertragung elektrischer Signale fürSprachkommunikation (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 EinflüsseZug- und ScherkräfteKorrosion, Fraß durch Kleintiere, WassereinbruchElektromagnetische Beeinflussung

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.

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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;

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Nachrichtenkabel mit Kupferleitern (II)

elektrische Parameter für KabelSchleifenwiderstand (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)

NahnebensprechenFernnebensprechen

(6)

Leitungsparameter

Primäre Leitungsparameter (Leitungsbeläge bezogenauf eine Leitungslänge von 1 km)

Sekundäre Leitungsparameter

Widerstandsbelag R’ in Ω/km{ }R Z L' Re= ⋅γ Z

R j LG j CL =′+ ′′+ ′

ϖϖ

Wellenwiderstand

Induktivitätsbelag L’ in H/km

{ }L Z L' Im= ⋅ ⋅1ω

γZ Z ZL KS LL= ⋅

Z KS Eingangswiderstand der am Ausgangkurzgeschlossenen Leitung

ZLL Eingangswiderstand der am Ausgang offenen Leitung

Ableitungsbelag G’ in S/km

GZ L

' Re=⎧⎨⎩

⎫⎬⎭

γAusbreitungskoeffizient γγ = αN+jβDämpfungskoeffizient αN in Np/kmPhasenkoeffizient β in rad/km

Kapazitätsbelag C’ in F/km

CZ L

' Im=⎧⎨⎩

⎫⎬⎭

1ω

γ γ ϖ ϖ= ′+ ′ ′+ ′( )( )R j L G j C

(7)

Beschreibung der Betriebskapazität

Betriebskapazität (effektiver Kapazitätsbelag)Beispiel : Doppelleitung (typischer Wert : 30-55 nF/km)

Dämpfungfrequenzabhängige Verhältnisgröße

(typischer Wert bei 800 Hz 0,3-1,5 dB/km), a positiv: Dämpfung, a negativ: Verstärkung

für niedrige Frequenzen Dämpfungsbelag:

10 2012

10 20B

CC CCC C

⋅+

+=

[ ]dBPP

aAusgang

Eingang10log10 ⋅=

α ω≈ 12 R C' '

L1 L2C12

CB

C10 C20

Anhaltswerte:Leistung: - 3 dB ½ Leistung

- 10dB 1/10 LeistungSpannung: -3dB 1/2U1

..- 6dB ½ U1- 20dB 1/10 U1

C‘ bedeutet an sich noch kein E-Verlust--> Blindstrome--> ohm‘sche Verluste--> Dämpfung

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Geräuschstörungen in paarigen Kabeln

QuellenBauteilerauschen vernachlässigbar Nebensprechen im Kabel < 0,2 mV

Nahnebensprechen, FernnebensprechenNebensprechen durch Modulationsvorgänge < 0,1 mVQuantisierungsgeräusche < 0,01 mVKontaktrauschen (mechanisch) > 120 mV16Khz Gebührenimpulse < 7 mVStörungen aus Starkstromanlagen > 300 mVStörungen aus Funkanlagen > 300 mV

Welche dieser Störungen sind in digitalen Übertragungen in Anschlussnetzen störend?

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

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Hinweis:1dB = 0,115Np

Nebensprechdämpfung

analoges ISDN xDSL

Nahnebensprechen

Fernnebensprechen

2.) welchen Einfluss hat das Neben-sprechen auf die unten gezeigten Anwendungen?

1.) welches Nebensprechen ist störender?

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Ersatzschaltbild für Nahnebensprechen und Fernnebensprechen

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

(11)

Wirkung der Dämpfungsverzerrung

gerechnet gemessen

Welche Auswirkungen hat die Dämpfungsverzerrung auf die Detektiondigitaler Signale?

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Verseilelemente in paarigen Kabeln (I)

Adereindrahtiger Kupferleiter mit Isolation

Paar (Stamm)2 miteinander verseilte Adern, die einen erdsymmetrischen Fernmeldestromkreis bilden

Cu-Leiter

Isolierung

a b

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b a

Beidraht

Schirm

Verseilelemente (II)

Geschirmtes PaarUmwicklung eines Paares mit einem statischen SchirmBeidraht zum Anschluss des SchirmesAnwendung vorwiegend für Rundfunk- und Datensignale

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Dralllänge

1. Leitungskreis(Stamm 1)


Verseilelemente Sternvierer

Sternvierer (ST):vier verseilte Adern mit gemeinsamer Schlaglängediagonal gegenüberliegende Leitungskreise

Der Sternvierer ist ein “verbessertes Telefonkabel”.Es wird ein niedriges ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio)

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Phantomkreis

Voraussetzungen :Symmetrie der Kabel-Stämme zueinanderSymmetrie der Übertrager-Mittenanzapfung3 Leitungen über zwei AdernpaareKeine Gleichstromzeichengabe möglich (Teilnehmeranschlussbereich)Oft auch verwendet zur Speisung (Phantomspeisung, ISDN S0-Bus)

Hinleiter Phantomkreis

Rückleiter PhantomkreisStamm 2

Stamm 1

Phantomkreis

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 Adernpaareminimale kapazitive Kopplung zwischen den AdernpaarenSymmetrie der Phantomkreise durch C1*= C2*bis 500 kHz einsetzbar

a1

a2

b1

b2C

C

CCC1*

C2*

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a

b

ab



Verseilelemente (III)

Dieselhorst-Martin-Vierer (DM):zwei verseilte Paare unterschiedlicher Schlaglängefür Phantomausnutzung (3 Sprechkreise) geeignet

Vor- und Nachteile : Größe, Kosten, Qualität der 3. Kreises

Anmerkung: LWL-Strecken werden gerichtet betrieben, daher immer zwei Fasern erforderlich

Tabelle: Technische Daten eines in lokalen Netzen verwendeten Lichtwellenleiters

ISO-Name ISO 8802.3 Base T(häufige Bezeichnung: „TUP“,

„twisted unshielded pairs“Kabeltyp ST III-verseilte Teilnehmer-

Anschlußkabel mit Polyäthylen-Isolierung

Welllenwiderstand Zw 130 [Ω] (bei 800 Hz)Ausbreitungsgeschw. c 0,57 / 0,67 / 0,71 ∗c0

Durchmesser des Leiters di 0,4 / 0,6 / 0,8 [mm]Widerstandsbelag R’ 268 / 120 / 67 [mΩ/m]Kapazitätsbelag C’ 40 / 38 / 38 [pF/m] (bei 800 Hz)

max. Dämpfungsbelag bei 10 Mhz αmax,10MHz

bei 5 Mhz αmax.5MHz

8,5 / 5,0 / 4,2 [dB/100m] 6,0 / 3,5 / 3,0 [dB/100m]

Außendurchmesser ∅ 6 [mm]min. Biegeradius rmin < 5 [mm]

Annmerkung: Alle Werte sind Planungsrichtwerte der DTAG.

Tabelle : Technische Daten eines symmetrischen Fernsprechkabels

spezielles Koaxialkabel„Yellow Kabel“(nach der gelbenUmmantelung)

Standard-Koaxialkabel„Cheapernet“,„Thinnet“(Handelsnamen)

weiteresKoaxialkabel

ISO-Name ISO 8802.3 Base 5 ISO 8802.3 Base 2 entfälltTypenbezeichnung RG 58U RG 213UWellenwiderstand ZW 50 ± 2 [Ω] 50 ± 2 [Ω] 50 ± 2 [Ω]Ausbreitungsgeschw. c(Polyäthylen alsDielektrikum)

0,77 ∗ c0 0,66 ∗ c0 0,66 ∗ c0

Widerstandsbelag R’ 10 [mΩ/m]spez. Kapazitätsbelag C’(Polyäthylen alsDielektrikum)

83 [pF/m] 101 [pF/m] 101 [pF/m]

max. Dämpfungsmaßαmax

1,7 [dB/100m](bei 10 Mhz)1,2 [dB/100m](bei 5 MHz)



min. Biegeradius rmin 100 [mm] 25 [mm] 50 [mm]Außendurchmesser ∅ 4,95 [mm] 10,3 [mm]Außendurchmesser desInnenleiters di

1,9 [mm] 0,9 [mm] 2,3 [mm]

Innendurchmesser desAußenleiters da

3,5 [mm] 3,5 [mm] 8,2 [mm]Tabelle : Technische Daten von Koaxialkabeln

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Datenkabel

Twisted Pair-DatenkabelEinsatz in heutiger strukturierter Verkabelung bis zu 600 MHz (Kategorien 1-5 (6/7)) je nach Anwendungsfall

MantelAder

Isolierung

Unshielded TwistedPair (UTP)

Mantel

Ader

IsolierungGesamtschirm

Shielded UnshieldedTwisted Pair (SUTP)

Mantel

Ader

IsolierungGesamtschirm

Paarabschirmung

Shielded TwistedPair (STP)*

* Abhängig davon, ob ein Gesamtschirm vorhanden ist, unterscheiden verschie-dene Hersteller zusätzlich zwischen:

-STP: Verdrillte Doppeladern mit Paar-abschirmung, aber ohne Gesamtschirmung

-SSTP: Verdrillte Doppeladern mit Paarabschirmung und Gesamt-schirmung

Übertragung bis 100 Mbit/s über maximal 100 m

Kabeltyp KoaxialkabelThin Ethernet

KoaxialkabelRG 223 /U

UTPKategorie 3

UTPKategorie 5

Durch-messer

4,65 mm 10,3 mm 6,35 mm,4 Doppel-adern

6,35 mm,4 Doppel-adern

Dämpfung 170 dB/kmbei 100 MHz

60 dB/kmbei 100 MHz

150 dB/kmbei 16 Mhz

220 dB/kmbei 100 Mhz

Biegeradius ca. 50 mm ca. 100 mm ca. 25 mm ca. 25 mm

Anwendung LAN Fernsehen Telephonie LAN

(19)

Draufsicht

RJ45 Datendosen /Steckverbinder

Einfache Quetschmontage

Vorteile ?Nachteile ?Flachbandkabel (niedrige Datenraten, preiswert)Twisted Pair (hohe Datenraten, teurer)

(20)

EMV, Kopplungsmechanismen

Galvanische KopplungStromkreise haben eine gemeinsame Impedanz (z.B. Erdschleife Bild a) Gegenmaßnahmen: symmetrische Leitungen, galvanische Entkopplung

Kapazitive KopplungZwei Leiter befinden sich auf unterschiedlichem Potential und beeinflussen sich über die StreukapazitätGegenmaßnahmen : Schirmung

• Induktive Kopplung

• elektromagnetische KopplungKopplung über elektromagnetische Wellenfelder

Keine Beeinflussung, wenn das Kabel symmetrisch ist (mit Hin- und Rück-leiter i*stör = i stör )

~istör

i*stör

~istör

(21)

Tertiärbereich (+ ggf. Quartärbereich)

PrimärbereichS

ekun

därb

erei

ch

Etagen-verteiler

Etagen-verteiler

Strukturierte Verkabelung

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 mußdaher 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)

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Verkabelungsstrategien

Großzügige Dimensionierung bei den DatenanschlussdosenEtagenverteiler

Punkt-zu-Punkt Etagenverkabelung Alle Kabel werden auf ein Patchfeld geführtLängenbegrenzung auf 100m (5m + 90m + 5m) zum Arbeitsplatz

Gebäudeverteilermaximal 500m zum Etagenverteiler

Standortverteilermaximal 1500m zum Gebäudeverteiler

Etagen-Verteiler wird oft auch Hub genannt: Hier anders!

(23)

Restriktion bei der Installation

Längenbegrenzung/BiegeradienBrandschutzabschottungenBeachtung der Brandlasten

Verwendung von PVC- o. Halonfreien KabelnTrennung von Energietechnik und Leitungen für die Informationstechnikrichtige ErdungEMV (z.B. EN 55022), VDE 0800Klimatechnik

(24)

Patchfeld(passive

Komponenten)

Patchfeld(passive

Komponenten)

aktiveKomponenten

z.B. Switch /Hub..

aktiveKomponenten

z.B. Switch /Hub..

aktive Belüftungaktive Belüftung

Verteilerschrank 19´´

Eine aktive Belüftung ist in der Regel notwendig.Parameter

Leistungsaufnahme der aktiven Komponentenmaximale 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 MHzKat 5 bis 100 MHz

geschirmt SUTPCDDI, 100Base-T, ATM)

Kat 6 bis 200 MHzgeschirmt STPStandardisierung noch nicht abgeschlossenKabel sind aber schon zu erhalten

KAT 7 bis 600 MHzScreened/Shielded Twisted Pair S/STP Bis 1GBit/s

(26)

Zonenkonzept der Erdung

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 seinTN-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 vereinheitlichenAusbildung vereinheitlichenInfrastruktur 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 seinPlanungen für alle neuen und Sanierungsmaßnahmen muss gemeinsam durchgeführt werden

(28)

TK-A

nlag

e

FM-Erdsammelschienen

HVT

GV

T

EVT

konventionelle Erdung in FM-Anlagen

Betriebserde, vorzugsweise sternförmig,total von der Schutzerde getrennt

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)

TK-Anlage

Zone 1

5V

IAusgleich

Durch ErdtasteBelastung der Detektorschaltung

Erdpotential-Detektor

~~~

1.

2.

Potentialverschleppung durch die Signalerde in FM-Anlagen

Maßnahmen:Erdungswiderstand in den Anlagen prüfenErdtaste auf Flashtaste umstellen

1. Die Belastungsfähigkeit der Detektorschaltung ist zu prüfen. Langfristig wird Abhilfe durch Verwendung der Flashtaste geschaffen2. 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-Elektronik

DatenausgangLichtwellenleiterDateneingang Lichtwellenleiter

RepeaterSender-Elektronik

PulsgeneratorFotodiode (PD) oderLawinen-Fotodiode (APD,Avalanche Photo Diode)

Luminizenz (LED)oder Laserdiode (LD)

Empfänger-Elektronik

DatenausgangLichtwellenleiterDateneingang Lichtwellenleiter

optischer Verstärker

Sender-Elektronik

Im GHz-Bereich sind optische Glasfaser-Verstärker günstiger als Repeater.

Klassifizierung von elektrischen/optischen Regeneratoren/Repeatern:

1R - nur Verstärkung der Signalamplitude2R - Wiederherstellung der Signalamplitude und der Signalform3R - Wiederherstellung der Signalamplitude und -form sowie des Taktes, PLL im Regenerator erforderlich.

(31)

Vorteile von Lichtwellenleitern

unempfindlich gegenüber elektrischen und magnetischen FeldernMetallfreie Kabel (Isolation, Galvanik, Korrosion)vollständige galvanische Entkopplung von Sender und Empfängerproduziert selbst keine Störstrahlunghohe Übertragungsleistunggeringe Dämpfunginzwischen sind optische Verstärker möglich (Pumplicht stimuliert Erbium-dotierte LWL-Strecke; Energie wird auf das Nutzsignal übertragen; Pumpwellenlänge 980 / 1480 nm)

(32)

Exemplarischer Aufbau von Lichtwellenleitern

Ummantelung jedes Lichtwellenleiters mit einem organischen Quarz zum Schutz gegen Kratzer und Feuchtigkeitlockere 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 Quetschfestigkeitbei einadrigen Kabeln doppelte Zugbewehrung aus Kevlarbei 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

(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. GleichstromschleifenwiderstandWellenwiderstand ZL = 135 WTelefonleitung 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 BuildingFibre To The Home

KVZ

FTTC

KVZONT ONUFTTB

FTTH

(34)

Literatur

Elektromagnetische Verträglichkeit, A.J.Schwab, Springer-VerlagEigenschaften symm. Ortsanschlusskabel im Frequenzbereich bis 30 MHz, Der Fernmelde- Ingenieur, 9/´95Lehrbuch der Fernmeldetechnik, Bergmann, Schiele&SchönLichtwellenleitertechnik, Lutzke, Pflaum Verlag KG München

(35)

Hinweise zum eigenen Studium

Zusatzinfo zu Erdungssystemen

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Erdung & EMV bei der strukturierten Verkabelung

PENgn/ge

Kabelkanal (metall, geerdet ggf. über Gebäudearmierung)

FI

RV

P N

gn/geblLWLsekundär Verkabelung

LWLsekundär Verkabelung

Strukturierte Verkabelung: Erdung, EMVZiel : alle Geräte bekommen gleiches BezugspotentialBildung eines vermaschten flächenhaften Erdungskonzeptes mit sogenannten schutzzonen - Erdung beim Betreten und Verlassen der jeweiligen SchutzzoneSonderzonen beachten (abtrennbare Schutzleiter...)Notwendig metallene Kabelkanäle möglichst an die Gebäudearmierung angeschlossen, Erdungsklemmen an den Anschlußdosen, Deckenroste ebenfalls geerdetEtagen übergreifend möglichst nicht verkettet erdenSymmetrie der Kabel erhaltenBrandlasten 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)

FeApp(Auszug)

Erd-/Signaltaste

TK-Anlage

b-Ader


a-AderKabelmantel

FM-Erdsammelschiene

Erde als Signalpotential in FM-Anlagen

TK-Anlagen, Endgeräte und TK-Anlage in einem GebäudeAmtsanlassung, Rückfrage

(38)

FeApp(Auszug)

Erd-/Signaltaste

TK-Anlage

b-Ader


a-AderKabelmantel

FM-Erdsammelschienen

großräumige Erdschleifen vermeiden


TK-Anlagen und Endgeräte in unterschiedlichen GebäudenTeilnehmerschutz

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)

FeApp(Auszug)

Erd-/Signaltaste

TK-Anlage

b-Ader


a-AderKabelmantel

FM-Erdsammelschiene

Kennzeichen:absolute Trennung von den Erdsystemen der Energieverteilung

B

220V~


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)

FeApp(Auszug)

Erd-/Signaltaste

TK-Anlage

b-Ader


a-AderKabelmantel

FM-Erdsammelschiene

lokale Stromversorgung von Komfortapparaten

B

220V~

220V~


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)

FeApp(Auszug)

Flashtaste

TK-Anlage

b-Ader

Flash-Detektor

a-AderKabelmantel

FM-Erdsammelschiene

Erde nicht mehr als Betriebserde

B

220V~

220V~

Flashtaste als Signaltaste

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)

galvanische, kapazitive und induktive Einkopplung von Störgrößen infolge Unsymmetrie an Sender und Empfänger, unzulässig

kapazitive Einkopplung von Störgrößen infolge Unsymmetrie am Sender, geringe galvanische und induktive Einkopplung durch Restsymmetrie amEmpfänger, schlecht

a)

b)

+

-

Sender Empfängerverdrillt

+

-


•••

•

(43)

EMV - Erdung von Signalen (II)


kapazitive Einkopplung von Störgrößen infolge Unsymmetrie am Empfänger, unbefriedigend

Verbesserung gegenüber b) und c) durch Symmetrie an Sender und Empfänger, befriedigend

c)

d)

+

-


+

-


•

(44)

EMV, Erdung von Kabelschirmen (I)


Verbesserung gegenüber c), Verringerung der kapazitiven Einkopplung von Störgrößen, befriedigend

Verbesserung gegenüber d), Verringerung der infolge der durch Restunsymmetrie hervorgerufenen kapazitiven Einkopplung, gut

e)

f)

+

-


+

-


••

•

•

••

(45)

EMV, Erdung von Kabelschirmen (II)

Übertragung analoger Signale mit Frequenzanteilen über 10 kHz (100 kHz)

wie f), jedoch zusätzlich Verringerung induktiver Einkopplung von Störgrößen bei hohen Frequenzen, gut

wie g), jedoch zusätzlich Verringerung kapazitiver und induktiver Einkopplung von Störgrößen, sehr gut

g)

h)

+

-


+

-


• ••

•

• ••

Sicherstellen, das keine externen Ausgleichsströme durch den Schirm fließen, z.B. durch ein gutes Erdungskonzept der Umgebung!

(46)

EMV, Entkopplung

Galvanische Entkopplung mit ÜbertragernOptische EntkopplungWorauf ist zu achten?

Schirme sind nicht für den allgemeinen Potentialausgleich zu verwendenSchirme nicht als Zopf anschließenunbelegte Kabelenden kurz abschneidenSchirm rundherum abschließenMaterialien für elektrische Verbindungen sollen nicht mehr als 0,75V in der elektrochemischen Spannungsreihe voneinander entfernt sein.

gut schlechtPE: SchutzerdeSE: Schirmerde

(47)

TN-C-System (4-Leiter)

N L1 L2 L3

PE

PE

RG58Ethernet

Kombinierter PEN-Leiter

Ausgleichs-strom

Spitzenstrom (auch HF) in PEN-Leiter, z.B. durch Klimaanlage auf dem DachPotential zwischen den PE-AnschlußpunktenStromschleife durch Erdungs-/Schirmsystem

(48)

Störungen durch Erdschleifen

N

PE

RPE1

INPE

RNRS

RPE2

PEIPE

IN

Upot

Störung der Datensignale durch1) HF-Einstrahlung im Gehäuse2) Potentialverschiebung

Zerstörung von Interface-Karten möglich

(49)

TN-S-System (5-Leiter)

PE N L1 L2 L3

PE

PE

RG58Ethernet

(50)

DIN EN 50173

DIN EN 50173“Anwendungsneutrale Verkabelungssysteme”streng hierarchischStrukturierte Verkabelung, z.B. Anforderungen an Kabel, max. Laufzeiten, SchleifenwiderstandAnwendungsklassen

A 100 kBit/sB 1 MBit/sC 10 MBit/sD 100 MBit/s

(51)

Zusatzinfo

Koaxialkabel finden heute nur noch in der TV-VerteilungEinsatz und sind deshalb zum eigenen Studium angefügt

(52)

Koaxialkabel

Oberhalb von 600 kHz steigt die Dämpfung bei symmetrischen Leitungen soweit an, dass dann Koaxialleitungen verwendet werdenmüssenKoaxialpaar:

Innenleiter aus Kupferdrahthohe Übertragungskapazität (bis 600 MHz)Außenleiter aus Kupferband zu einem Rohr geformtAbstandshalter zwischen Innen- und Außenleiter aus PE-ScheibenBewicklung mit Stahlbändern zur Verbesserung der Nebensprechdämpfung zwischen Koaxialpaaren bei niedrigen FrequenzenAnwendung 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

MantelStahlbänder

Cu-AußenleiterPE-Scheibe

Cu-Innenleiter

Vorteilegeringere Dämpfungbesseres Signalverhalten durch homogenes Dielektrikum

NachteileKostenStörungen 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 cPE (Polyurethan) 0,65 - 0,8 c

Wellenwiderstände:50 Ω LAN : CSMA/CD, Ethernet75 Ω Breitbandverteilnetze, LAN in

Breitbandtechnik (Token-Bus, Breitband-CSMA/CD)

93 Ω IBM 3270 Terminals135 Ω Telefonkabel im

Teilnehmeranschlussbereich

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.

Kabeltyp KoaxialkabelThin Ethernet

KoaxialkabelRG 223 /U

UTPKategorie 3

UTPKategorie 5

Durch-messer

4,65 mm 10,3 mm 6,35 mm,4 Doppel-adern

6,35 mm,4 Doppel-adern

Dämpfung 170 dB/kmbei 100 MHz

60 dB/kmbei 100 MHz

150 dB/kmbei 16 Mhz

220 dB/kmbei 100 Mhz

Biegeradius ca. 50 mm ca. 100 mm ca. 25 mm ca. 25 mm

Anwendung LAN Fernsehen Telephonie LAN

(54)

Koaxialkabel Anschluss

Verbindungsmöglichkeiten von KoaxialkabelnT-SteckerVampierklemmen

Vergleich von Kupferkabel:

(55)

Zusatzinfo Vorschriften

die folgenden Folien sind zum eigenen Studium gedacht

(56)

Vorschriften VDE 0100

VDE 0100Planung elektrischer AnlagenSchutz gegen gefährliche KörperströmeTrennen und SchaltenVerlegen von LeitungenPotentialausgleich

(57)

Vorschriften VDE 0800 (I)

VDE 0800Fernmeldetechnik: Sicherheit, Prüfung, Fernspeisung, Erdung und PotentialausgleichGrundsätze für Rechner in Systemen mit SicherheitsaufgabenSicherheit von Einrichtungen der Informationstechnik einschließlich elektrischer BüromaschinenInstallationskabel und -leitungen für Fernmelde- und InformationsanlagenAußenkabel, Etagenkabel, VerteilerkabelGefahrenmeldeanlagen für Brand, Einbruch und ÜberfallSicherheit von LasereinrichtungenRückwirkungen in Stromversorgungsnetzen

(58)

Vorschriften VDE 0800 (II)

VDE 0800 EN 50 081 EMVStörfestigkeitsnormSchutz von Fernmeldeanlagen gegen Blitzeinwirkung, statische Aufladung und Überspannung aus Starkstrom-anlagenEN 61000 EMV Prüf und MessverfahrenKabelverteilsysteme für Ton- und Fernsehrundfunk-SignaleSicherheitsbestimmungen 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 entstehendeFolgefehler werden daher nicht zu einer Gefahr führen

(59)

Vorschriften VDE 0800 (III)

VDE 0800Sicherheitskleinspannungskreise dürfen nur Spannungen aufweisen, die sowohl bei bestimmungsmäßigemBetrieb, als auch bei einem einzelnen Fehler, wie Ausfall der Basisisolierung oder Versagen eines einzelnen Bauteils, berührungssicher sindFunkentstörungLichtwellenleiter für Fernmeldeanlagen und InformationsverarbeitungsanlagenVerwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Fernmeldeanlagen und Informationsverarbeitungsanlagen

(60)

Brandschutz

DIN 4102 Teil 11 / Teil 9Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen

Bildung von BrandabschnittenF allgemeiner Buchstabe für FeuerwiderstandsdauerI Feuerwiderstandsklasse von Installationsschächten und KanälenR Feuerwiderstandsklasse von RohrleitungT Feuerwiderstandsklasse von FeuerschutzabschlüssenG Feuerwiderstandsklasse von VerglasungenS Feuerwiderstandsklasse von Kabelabschottungen

(61)

Zusatzinfo Kabelaufbau

Die folgenden Folien sind zum Selbststudium gedacht

(62)

Papierniedrige Dielektrizitätskonstante (er=1.6-1.8)

Papierhohlraumisolierung:

Polyvinylchlorid (PVC)schwer entflammbarhohe Dielektrizitätskonstante (er=2.4-4.5)Anwendung vorzugsweise im Innenraum

Leiterisolierungen (I)

(63)

Leiterisolierungen (II)

Polyäthylen (PE)relativ niedrige Dielektrizitätskonstante (er=1.8-2.1)

Zellpolyäthylenverbesserte elektrische Eigenschaften durch Ausschäumen

Styroflexsehr gute elektrische Eigenschaften (er=1.3)Anwendung für Übertragungswege mit Trägerfrequenzbereich bis 600 kHz

(64)

Aufgaben der Isolierungen

Verhindert den Stromfluss zwischen den LeiternDie Isolierung wirkt immer als Dielektrikum, denn der Hauptteil der elektromagnetischen Welle wird durch die Isolierung geführt

AusbreitungsgeschwindigkeitenVerluste im Dielektrikum

(65)

Zusatzinformation zu frequenzabhängigen Störeinflüssen in paarigen Kupferkabeln

(66)

Dämpfungsverzerrung, reale Messungen

Leitung 1 ist länger als Leitung 2

Zwischen 1 und 1´sowie 2 und 2´bewegen sich die realen Meßwerte

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 längenabhängigEingangsfilter 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)

... 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 Aslerforderlich

gemessen in einem rein analogen Telekommunikationsnetzdurch 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)

-1

-2

1

2

3

01,0 1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 kHz

dB

Sollkurve

Kompromissentzerrer zur Dämpfungsentzerrung

Kompromißentzerrer, Entzerrung eines gemittelten Dämpfungsverlaufes

(69)

Gruppenlaufzeitverzerrung

Frequenzgruppen weisen unterschiedliche Laufzeiten aufVerzerrung der gesendeten KurvenformAbhängigkeit vom Aufbau des Kabels und vor allem von den Filtern in TF- und PCM-SystemenForderung: die Verzerrung der Gruppenlaufzeit mußkleiner sein, als der kleinste auftretende Modulationschritt

∂T T TGr Gr Gr= −max min

(70)

Gruppen- & Phasenlaufzeiten in Kabeln

(71)

Gruppenlaufzeitverzerrung DBP

(72)

Zusatzinfo Kabelaufbau

(73)

c

ab

Verseilelemente Dreier (alt)

Dreier3 miteinander verseilte Adern (a- u. b-Ader für Sprechkreis, c-Ader für Signalzwecke)Anwendung im analogen Ortsnetzbereich, Schaltkabel

(74)

Kabelseele (I)

DefinitionGesamtheit der Verseilelemente in einem Kabel einschließlich der Seelenbewicklung

LagenverseilungAnordnung der Verseilelemente (z.B. Sternvierer oder DM-Vierer) in konzentrischen Lagen

BündelverseilungBildung weiterer Verseilelemente aus Sternvierern:

Grundbündel aus 5 verseilten VierernHauptbündel aus 5 oder 10 verseilten Grundbündeln

Grund-bündel

Haupt-bündel

(75)

Kabelseele (II)

VerseilungMittels einer systematischen Verseilung im Kabel wird für Gleichheit der Kopplung zwischen den Paaren und Symmetrie der Paare gegen Erde gesorgt

SeelenbewicklungIsolierung 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

(76)

Kabelmantel (I)

Aufbauabhängig von Kabelart (Außenkabel, Innenraumkabel) und Einsatzort (z.B. Gefährdung durch Blitzschlag, Starkstrom-beeinflussung)mögliche Bestandteile: Metallmantel, innere Schutzhülle, Bewehrung, äußere Schutzhülle

AufgabenSchutz der Kabelseele vor Beschädigungen (Mechanischer Schutz / Tiere ) und vor FeuchtigkeitVerringerung von Fremdspannungsbeeinflussungen (Blitzschutz...)Erhöhung der Zugfestigkeit für die Verlegung

(77)

Kabelmantel (II)

Wirkungsweise der Verringerung von Fremdspannungs-beeinflussungen

Schutz vor elektrischen Feldern durch statische Beschirmwirkung eines MetallmantelsReduktion 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

R

R Lk =

+2 2ω

Uim = Ui * rk

R groß : rk = 1, keine WirkungR klein : rk groß, gute Wirkungf klein : rk = 1

(78)

Kabelmantel (III)

Bleimantelälteste Mantelform, heute kaum noch verwendetinnere Schutzhülle aus bitumierten PapierbändernBewehrung aus verzinkten oder bitumierten Stahldrähten oder Stahlbändernäußere Schutzhülle aus Jute

Aluminiummantelgute elektrische Leitfähigkeit, daher günstig für beeinflußte Kabeloft als Wellmantel ausgeführtggf. zusätzlicher Induktionsschutz durch StahlbänderKorrosionsschutz aus bituminöser MassePE-Außenmantel

(79)

Kabelmantel (IV)

Stahlwellenmantelsehr gute mechanische Eigenschaftenguter Reduktionsfaktor durch hohe PermeabilitätKorrosionsschutzschicht PE-Außenmantel

KunststoffmantelVerwendung von PE für Außenkabel und PVC für Innen-raumkabelSchichtenmantel für Außenkabel:

längslaufendes, überlappt verschweißtes Aluminiumband mit beidseitiger Copolymerschichtals Feuchtigkeitsschutz unter einem PE-Außenmantel (Eindiffundieren von Wasserdampf durch PE)

(80)

Kabelbezeichnungen (I)

Zusammensetzung der Kabelbez. aus 5 SymbolgruppenKabelart z. B.:

A: AußenkabelAB: Außenkabel mit BlitzschutzfunktionAJ: Außenkabel mit InduktionsschutzanforderungenJ: InstallationskabelS: Schaltkabel

Art der Isolierung der Leiter z. B.:P: PapierisolierungY: PVC-Isolierung2Y: PE-Isolierung02Y: Zell-PE-Isolierung3Y: Styroflexisolierung

Wichtig beim Kabelkauf, da die Artikelbezeichnungen oft Teile der Kabelbezeichnung enthalten.

(81)

Kabelbezeichnungen (II)

Aufbau der Kabelhülle z. B.:M: BleimantelE: Korrosionsschutz mit eingebettetem KunststoffbandL: glatter AluminiummantelLD: AluminiumwellmantelWK: KupferwellmantelF: PetrolatfüllungW: Stahlwellenmantelb: Bewehrung aus Stahldrähten oder -bändernY: PVC-Mantel oder Schutzhülle(K): Schirm aus Kupferband über PE-Innenmantel2Y: PE-Mantel oder Schutzhülle (St): statischer Schirm aus Metallband oder kunststoff-

kaschiertem Metallband(L)2Y: Schichtenmantel

Anzahl und Durchmesser der Kupferleiterz.B. 100 x 2 x 0,8 : 100 Paare mit 0,8mm Leiterdurchmesser

Verseilung und Verwendungszweckz.B. P: Paar

PiMF: Paar in MetallfolieKx: KoaxialpaarDM: Dieselhorst-Martin-ViererSt I: Sternvierer in BezirkskabelnSt III: Sternvierer in OrtskabelnLg: LagenverseilungBd: Bündelverseilung

Beispiel: AJ - PLDE2Yb2Y 300 x 2 x 0,9 DMAußenkabel 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 DMAußenkabel mit Induktionsschutzaufbau, papierisoliertem Leiter, Aluminiumwellmantel, Korrosionsschutz, PE-Schutzhülle, Induktionsschutzbewehrung, äußere PE-Schutzhülle, 300 Doppeladern mit Kupferleitern von 0,9 mm Durchmesser in DM-Verseilung

Beispiele:

Kupferleiterduchmesserin mm

Schleifenwiderstandin Ohm/km

min. Isolationswiderstandin GOhm/km

0,40,60,8

30013073,2

5

0,91,21,31,4

56,631,827,123,4

10

Tabelle 2: Schleifenwiderstände und Isolationswiderstände symmetrischer Paare

Kabelart Verseil-element

Verseil-art

Leiterdurch-messer in mm

Leiterisolation Paarzahlen

Ortskabel(Ok)

St III-Vierer

LageBündel

0,4; 0,6;0,8

PapierPE

Zell-PE

6-2000 DA

Bezirkskabel(Bk)

DM-ViererSt-Vierer

St I-ViererPiMF

LageBündel

0,9; 1,2;1,4

PapierZell-PE

6-2000 DA

Fernkabel TF-Stern-ViererKx-Paare

(auch kombiniert

Lage 0,9; 1,2;1,4;

1,2; 1,3;1,2/4,42,6/9,5

Papier

StyroflexPapier

2-8 St1 Kx

4-14 Kx5-9 St

Tabelle 1: Fernmelde-AußenkabelFernmelde-Außenkabel

Schleifen- und Isolationswiderstände symmetrischer Paare

(83)

Kabeltypen u. elektrische Eigenschaften

Differenzierung zwischen Fernmeldekabeln:AußenkabelInstallationskabelSchaltkabel (innerhalb von Vermittlungsstellen)

Differenzierung zwischen Außenkabeln:Ortskabel: Teilnehmer-Anschlußkabel, OrtsverbindungskabelBezirkskabel: 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

(84)

ZusatzinfoKopplung im Sternvierer

(85)

Kapazitive Kopplung durch elektrisches Feld

Symmetrischer Vierer; keine kapazitive Kopplung

Sternvierer kapazitiv

1a

1b

2a 2b

durch InfluenzentstandeneLadungen

1a

1b

2a

2b

Bild oben: 2a und 2b liegen auf unteschiedlichen ÄquipotentialflächenBild unten: 2a & 2b liegen auf der selben Äquipotentialfläche

(86)

Symmetrischer Viererkeine induktive Kopplung

Induktive Kopplung durchmagnetisches Feld

Beim Feldaufbau wirdSpannung induziert

1a

2a 2b

1b

1a

1b

1a

2b

2a

Sternvierer induktiv

Bild links: zwischen 2a und 2b befindet sich kein Induktionsflußbelag -> keine InduktionBild links: zwischen 2a und 2b befindet sich Induktionsflußbelag -> Induktion

(87)

Geräuschstörungen in paarigen Kabeln

QuellenBauteilerauschen vernachlässigbar Nebensprechen im Kabel < 0,2 mV

Nahnebensprechen, FernnebensprechenNebensprechen durch Modulationsvorgänge < 0,1 mVQuantisierungsgeräusche < 0,01 mVKontaktrauschen (mechanisch) > 120 mV16Khz Gebührenimpulse < 7 mVStörungen aus Starkstromanlagen > 300 mVStörungen 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.

Geräusche haben einen wesentlichen Einfluß auf die Datenübertragung im FernsprechnetzStörung bei Geräuschen oberhalb der Ansprechschwelle des Modems bzw. der SymbolabständeWahlimpulsenicht herausgefilterte 16 kHz Gebührenimpulse

(88)

Hinweis:1dB = 0,115Np

Nebensprechdämpfung

analoges ISDN xDSL

Nahnebensprechen

Fernnebensprechen

2.) welchen Einfluss hat das Neben-sprechen auf die unten gezeigten Anwendungen?

1.) welches Nebensprechen ist störender? Wegen des geringeren Pegelunterschiedes das Nahnebensprechen

Reichweite sinkt mit steigender Frequenz

(89)

Wirkung der Dämpfungsverzerrung

Welche Auswirkungen hat die Dämpfungsverzerrung auf die Detektion digitaler Signale?

NachbarsymbolstörungAbsenken des Signalpegels erschwert die Signaldetektion

gerechnet gemessen

(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]

Schrittgeschwindigkeit [Baud = Symbole/s]Kehrwert des Sollwertes der Schrittdauer Tmuss kleiner sein als Kanalkapazität C

Übertragungsgeschwindigkeit [bit/s]Anzahl der in einer Zeiteinheit übertragenenBinärzeichenn=Anzahl der möglichen Signalzustände

BeispielQuaternäres Signal, also viermögliche Signalzustände:Modem im CCITT-Kanal mit 14.400 bit/sB = 4000 Hz (Telefonkanal) --> C = 8000 BaudBei 4-wertiger Codierung => vs = 7.200 Baud

vTS =1

v v ld nU S= ⋅

vT

ld n B ld nu = ⋅ = ⋅1

2min

Kanalkapazität:C[Symbole/sek=Baud]=2[Symbole]B[1/sek]

Documents

[6] Nu P 03 1