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Twisted-Pair, 10BaseT

Twisted-Pair ist ein vieradriges, paarweise verdrilltes Kupferkabel, bei dem zwischen Sender und Empfänger für jede Übertragungsrichtung zwei Kupferadern genutzt werden. Die typische Dicke der Adern beträgt 0,5 oder 0,6 mm. Die maximale Übertragungslänge variiert mit der Dämpfung und ist abhängig davon, ob die Drähte abgeschirmt sind oder nicht. Das Twisted-Pair-Kabel eignet sich für verschiedene Uebertragungsmethoden wie Token Ring und Ethernet. Bei einer Datenrate von 10 - 100 MBit/s kann ein Twisted-Pair-Kabel bis zu 100 m lang sein. Die Mindestlänge des Kabels beträgt 0,6 m. Das Kabel verbindet genau zwei Stationen miteinander.

Zum Anschluß mehrerer Stationen müssen sogenannte Hubs (engl. "Hub" = Nabe eines Speichenrades) eingesetzt werden, es lassen sich dann bis zu 1024 Stationen miteinander koppeln. Als Verbinder kommen normalerweise RJ-45-Stecker (Western-Stecker) und -Dosen zum Einsatz. Auch hier werden wieder Differenztreiber und -empfangsverstärker eingesetzt. Der Pegel wechselt zwischen -2,5 V und +2,5 V.
Mit der Twisted-Pair-Verkabelung hielt auch eine kaum überschaubare Anzahl unterschiedlicher Kabelvarianten Einzug in die Datentechnik. UTP, FTP, S/UTP, S/STP oder ITP beschreiben den Kabelaufbau, CAT 3, 5 oder 7 beschreiben die Kategorie hinsichtlich der Anforderung der Kabel und Steckverbinder. Die Kabelklasse (A - 100 kHz, B - 1 MHz, C - 16 MHz, D - 100 MHz, E - 300 MHz, F - 600 MHz) definiert die Anforderungen hinsichtlich der Übertragungsbandbreite.

  • CAT-1 für Alarmsysteme und analoge Sprachübertragung
  • CAT-2 für Sprache und RS232-Schnittstellen
  • CAT-3 Datenübertragung bis 16 MHz
  • CAT-4 Datenübertragung bis 20 MHz (IBM Token-Ring 16 MHz)
  • CAT-5 Datenübertragung bis 100 MHz

Kategorie 1 2 3 4 5
Übertragungs-
geschwindig-keit
(Mbit/s)
  4 10 16 100
Frequenz
(MHz)
d* n* d* n* d* n* d* n*
1     2,6   2,6 41 2,1 56 2,1 62
4         5,6 32 4,3 47 4,3 53
8         8,5 28 6,2 42 5,9 48
10         9,9 26 7,2 41 6,6 47
16         13,1 23 8,9 38 8,2 44
20             10,2 36 9,2 42
25                 10,5 41
31,25                 11,8 40
62,5                 17,1 35
100                 22 32
d = Dämpfung (dB/100m) | n* NEXT (dB)

Bemerkung :
Bei Kategorie 1 liegt die Impedanz im Bereich von 84 bis 113 Ohm
Bei Kategorie 2 - 5 beträgt die Impedanz 100 Ohm ± 15%

Die Bauart der Kabel hat einen ganz wesentlichen Einfluß auf die Störleistungsunterdrückung und damit die Störsicherheit der Kabel. Während UTP-Kabel eine typische Störteistungsunterdrückung von 40 dB haben, erreichen S/STP-Kabel Werte bis zu 90 dB.

  • UTP-Kabel (Unshielded Twisted Pair, nicht abgeschirmte verdrillte Leitungen) gehörten früher typischerweise der Kategorie 3 an. Inzwischen gibt es sie auch als CAT-5-Kabel. UTP-Kabel haben im industriellen Bereich oder in der Datentechnik mit hohen Datenraten nichts verloren.
  • S/UTP-Kabel (Screened/Unshielded Twisted Pair) haben einen Gesamtschirm aus einem Kupfergeflecht zur Reduktion der äußeren Störeinflüsse.
  • FTP-Kabel (Foileshielded Twisted Pair) besitzen zur Abschirmung einen Gesamtschirm, zumeist aus einer alukaschierten Kunststoff-Folie.
  • S/FTP-Kabel (Screened/Foileshielded Twisted Pair) sind heute Stand der Technik bei der Verkabelung sogenannter UTP-Dosen. Der Aufbau besteht aus einem Gesamtschirm aus alukaschierter Polyesterfolie und einem darüberliegenden Kupfergeflecht. Gute Kabel erreichen eine Störleistungsunterdrückung über 70 dB.

  • STP (Shielded Twisted Pair) bezeichnt eine Kabelgattung mit Gesamtschirmung ohne weitere Spezifikation.
  • S/STP-Kabel (Screened/Shielded Twisted Pair) besitzen eine Abschirmung für jedes Kabelpaar sowie eine Gesamtschirmung. Hierdurch kann eine optimale Störleistungsunterdrückung erreicht werden. Auch das Übersprechen zwischen den einzelnen Adernpaaren kann so wirksam unterdrückt werden.

  • ITP (Industrial Twisted Pair) ist die industrielle Variante von S/STP. Während typische Netzwerkadern jedoch vier Adernpaare besitzen, beschränkt sich ITP auf zwei Paare.

Die Preisunterschiede zwischen Cat-3-Kabeln und Cat-5-Kabeln ist so gering, daß es sich bei Neuinstallation auf jeden Fall empfiehlt, Cat-5-Kabel einzusetzen - schon, um mit 100 MBit/s arbeiten zu können.

Elektrische Eigenschaften für installierte 100-Ohm-Kabel
gemäß DIN EN 50173 bzw. ISO/IEC 11801, Kategorie 5
Größter Schleifenwiderstand 300 Ohm/km
Größter Widerstandsunterschied 3 %
Isolationswiderstand 150 MOhm x km
Impedanz Zo bei 0,064 MHz 125 Ohm +/- 25%
Impedanz Zo bei 1 - 100 MHz 100 Ohm +/- 15%
Kopplungswiderstand bei 10 MHz < 100 Ohm/km
Rückflußdämpfung an 100 m Länge: 1..20 MHz >23 dB
Rückflußdämpfung an 100 m Länge: >20 MHz 23 dB - 10 log (f/20)
Erdunsymmetriedämpfung dB/BZL = 1000 m bei 64 kHz > 43 dB
Größte Erdkopplung bei 0,001 MHz 1600 pF/km
Kleinste Ausbreitungsgeschwindigkeit bei 1 MHz 0,60 c
Kleinste Ausbreitungsgeschwindigkeit bei 10 MHz 0,65 c
Kleinste Ausbreitungsgeschwindigkeit bei 100 MHz 0,65 c

Die konventionelle Twisted-Pair-Ethernet-Verkabelung verwendet RJ-45-Steckverbinder. Auch hier gibt es die unterschiedlichsten geschirmten und ungeschirmten Ausführungen. Sie sind für den industriellen Einsatz nur teilweise geeignet. Von den acht Leitungen des RJ45-Steckers werden nur vier verwendet:

Pin Signal
1 Sendesignal +
2 Sendesignal -
3 Empfangssignal +
6 Empfangssignal -

Zwischen Rechner und Hub verbindet das Kabel die beiden Stecker 1:1. Bei speziellen Kabeln für die direkte Verbindung zweier Computer oder für das Kaskadieren von Hubs müssen die Leitungen gekreuzt werden. Die Verbindung ist dann:

Pin
(Signal)
  Pin
(Signal)
1 (TX+) - 3 (RX+)
2 (TX-) - 6 (RX-)
3 (RX+) - 1 (TX+)
6 (RX-) - 2 (TX-)

Die RJ-45-Buchsen sind inzwischen auch keine profanen Steckkontakte mehr, sondern in ihnen sind auch gleich Übertrager, Drosseln und Widerstände integriert. Damit wird nicht nur Leiterplattenplatz eingespart, sondern auch bessere EMV-Eigenschaften erzielt und Layoutfehler vermieden. Das folgende Bild zeigt die elektrische Beschaltung einer solchen Buchse:

Die Übertrager sorgen gleichzeitig für eine Potentialtrennung zwischen der Buchse und der restlichen Schaltung und für die Ausblendung von Störungen. Im folgenden Bild ist eine typische Buchse für die Platinenmontage abgebildet und darunter sind die Abmessungen (Vorder- und Seitenansicht) gezeigt. Oft sind in die Buchsen noch ein oder zwei LEDs integriert.

Twisted-Pair-Verkabelung

Wie gesagt, verlegt man pro Rechner ein eigenes Kabel. Während BNC-Netze eine Bus-Struktur haben, zeichnen sich Twisted-Pair-Netze durch eine Baumstruktur aus. Die einzelne Kabellänge zu einem Rechner darf 100 m nicht überschreiten. Die Anzahl der im Netz verfügbaren Rechner ist abhängig von den eingesetzten Repeatern, die hier "Hub" heißen (4-Port, 8-Port; usw.).

Mehr dazu steht im Kapitel über Twisted-Pair-Verkabelung.

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