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  • 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
  • 11. Wirkung der Dämpfungsverzerrung Welche Auswirkungen hat die Dämpfungsverzerrung auf die Detektion digitaler Signale? gerechnet gemessen (11)
  • 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)
  • 35. Hinweise zum eigenen Studium Zusatzinfo zu Erdungssystemen (35)
  • 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
  • 49. TN-S-System (5-Leiter) PE RG58 Ethernet PE PE N L1 L2 L3 (49)
  • 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)
  • 51. Zusatzinfo Koaxialkabel finden heute nur noch in der TV-Verteilung Einsatz und sind deshalb zum eigenen Studium angefügt (51)
  • 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
  • 55. Zusatzinfo Vorschriften die folgenden Folien sind zum eigenen Studium gedacht (55)
  • 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)
  • 61. Zusatzinfo Kabelaufbau Die folgenden Folien sind zum Selbststudium gedacht (61)
  • 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)
  • 65. Zusatzinformation zu frequenzabhängigen Störeinflüssen in paarigen Kupferkabeln (65)
  • 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)
  • 70. Gruppen- & Phasenlaufzeiten in Kabeln (70)
  • 71. Gruppenlaufzeitverzerrung DBP (71)
  • 72. Zusatzinfo Kabelaufbau (72)
  • 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
  • 84. Zusatzinfo Kopplung im Sternvierer (84)
  • 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]