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Übertragungsmedien
     Kapitel 3.1


   Netze und Protokolle
    Dr.-Ing. J. Steuer




 Institut für Kommunikationstechnik
         www.ikt.uni-hannover.de
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)
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.
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)
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)
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)
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
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
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)
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
Wirkung der Dämpfungsverzerrung


Welche Auswirkungen hat die Dämpfungsverzerrung auf die Detektion
digitaler Signale?




   gerechnet                              gemessen




                                   (11)
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)
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)
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)
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.
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)
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
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
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
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)
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)
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!
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)
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
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)
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
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)
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.
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
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.
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)
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)
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)
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)
Hinweise zum eigenen Studium




Zusatzinfo zu Erdungssystemen




             (35)
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
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)
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.
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.
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.
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.
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)
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)
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)
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!
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)
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
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
TN-S-System (5-Leiter)




                     PE
RG58
Ethernet




                    PE




                   PE N L1 L2 L3




           (49)
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)
Zusatzinfo




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




                           (51)
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
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.
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
Zusatzinfo Vorschriften




die folgenden Folien sind zum eigenen Studium gedacht




                         (55)
Vorschriften VDE 0100

VDE 0100
  Planung elektrischer Anlagen
  Schutz gegen gefährliche Körperströme
  Trennen und Schalten
  Verlegen von Leitungen
  Potentialausgleich




                              (56)
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)
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)
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)
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)
Zusatzinfo Kabelaufbau




Die folgenden Folien sind zum Selbststudium gedacht




                         (61)
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)
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)
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)
Zusatzinformation zu frequenzabhängigen
 Störeinflüssen in paarigen Kupferkabeln




              (65)
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.
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.
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
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)
Gruppen- & Phasenlaufzeiten in Kabeln




           (70)
Gruppenlaufzeitverzerrung DBP




    (71)
Zusatzinfo Kabelaufbau




(72)
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)
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)
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)
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)
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
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)
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)
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.
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
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)
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
Zusatzinfo
       Kopplung im Sternvierer




(84)
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
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
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
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)
Wirkung der Dämpfungsverzerrung

Welche Auswirkungen hat die Dämpfungsverzerrung auf
die Detektion digitaler Signale?
   Nachbarsymbolstörung
   Absenken des Signalpegels erschwert die Signaldetektion




  gerechnet                           gemessen




                               (89)
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]

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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)
  • 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]