Schirmintegrität bei Kupferkabelsystemen
Parameter als Marker nutzen
Ob man ein geschirmtes oder ungeschirmtes System bevorzugen sollte oder ob ein nicht korrekt aufgeschalteter Schirm ein geschirmtes System schlechter als ein ungeschirmtes macht, gehörten in der Vergangenheit bei Workshops zu strukturierten Kupferverkabelungssystemen zu den Standardfragen.
Im Kampf der beiden Technologien bedienten sich die Diskussionsteilnehmer technischer Klischees, etwa dass der offene Schirm wie eine Antenne wirkt und dadurch Störsignale verstärkt einfängt oder aussendet. Mit der Vorstellung des Applikationsstandards IEEE 10GBase-T 2006, der eine Übertragung mit einer Geschwindigkeit von 10GBit/s über ein Verkabelungssystem der Kategorie 6A beziehungsweise Klasse EA ermöglicht, konkretisierte man die Bedenken und es kristallisierten sich zwei Meinungen heraus.
Von einem Konsens waren die Befürworter geschirmter Verkabelungslösungen und deren Gegner weit entfernt. Übereinstimmung herrschte nur in einem Punkt: dass sich die EMI (elektromagnetische Immunität) um gut 15 bis 20 dB reduziert. Strittig blieb, ob die verbleibende Immunität ausreichend ist. Der Grund für die Bedenken war Alien Crosstalk (A-NEXT), also das Nebensprechen von einem Kabel in das nächste, parallel verlaufende Kabel.
Für die geringeren Übertragungsgeschwindigkeiten nach 1000Base-T konnte man diesen Effekt - obwohl vorhanden und bekannt - ignorieren. Es genügte, das Augenmerk auf das normale Nebensprechen zwischen den vier Leitungspaaren innerhalb eines Kabels zu reduzieren.
Mit 10GBase-T verfünffacht sich jedoch die Frequenz und führt zu einer erhöhten Dämpfung sowie Nebensprechen. Daher spielt Alien Crosstalk eine wichtige Rolle. Es gibt zwei Wege, diesen zu kontrollieren: zum einen die Verbesserung der Verdrillung und Vergrößerung des Abstands zwischen den Kabeln oder zum anderen die Verwendung eines Schirmgeflechts, Metallfolie oder beides. Letzteres ist heute die gängigste Methode, um Verkabelungssysteme der Kategorie 6A beziehungsweise Klasse EA zu realisieren.
Der Schirm funktioniert dabei wie der faradaysche Käfig, der die vier Leitungspaare vor externer Beeinflussung schützt. Dazu ist es aber notwendig, dass der Schirm mit Masse verbunden ist, um die abgefangene Energie abzuleiten. Ohne diese Ableitung kann der Schirm zum Medium für die Koppelung - sprich dem Nebensprechen - mutieren. Wir sprechen hier von der Kontaktierung zwischen dem Schirm des Kabels und einer 360-Grad-Schirmkontaktierung in der Buchse.
Ein Kabeltester ist nach allgemeiner Annahme in der Lage, den Schirm in einem strukturierten Verkabelungssystem zu überprüfen. Von den Umgebungen, in denen ein strukturiertes Verkabelungssystem zum Einsatz kommt, ist sicherlich das Rechenzentrum mitunter besonders kritisch. Schließlich finden wir dort die größten Kabelbündel und damit die größte Herausforderung an den Schirm, um Alien Crosstalk und andere elektromagnetische Einflüsse zu vermeiden. Die Verkabelung im RZ und in der industriellen Automation haben zusätzlich gemeinsam, dass die Steckverbinder an beiden Enden mit Masse verbunden sind. Dies hat jedoch bis dato verhindert, dass Kabeltester eine korrekte Aufschaltung des Leitungsschirms überprüfen konnten.
Der Kabeltester ist nämlich nicht in der Lage zu unterscheiden, ob sein Messstrom korrekt über den Schirm fließt oder alternativ über das Erdungssystem. Es ist dadurch nicht möglich, den Leitungsweg durch eine Betrachtung des ohmschen Widerstands zu unterscheiden, da konstruktions- und situationsbedingt der eine oder der andere Leitungsweg den geringeren Widerstand aufweist. Es ist auch nicht möglich, den Leitungsweg anhand der Laufzeit zu unterscheiden, indem man diese mit der Laufzeit in den Kabelpaaren vergleicht. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass eine Laufzeitmessung an einem beidseitig geerdeten Leitungsweg nicht möglich ist. Dafür müsste man zunächst die Verbindung zur Erde trennen, also die Buchse aus dem Panel ausbauen und isolieren.
Will der Techniker wissen, ob der verwendete Kabeltester den Schirm auch bei einem geerdeten System überprüfen kann, bietet sich ein einfacher Messaufbau an. Dazu nimmt er ein metallisches Patch-Panel, steckt zwei geschirmte Module ein und beschaltet sie mit einem ungeschirmten Kabel. Zeigt der Kabeltester dennoch an, dass der Schirm in Ordnung ist, weiß der Techniker, dass der Tester den Schirm nicht korrekt prüfen kann. Es stellt sich damit die Frage, ob ein solcher Tester in der Lage ist, die Verkabelung normkonform zu überprüfen, oder den normativen Vorgaben für Kabeltester entspricht.
Die normativen Vorgaben für Kabeltester findet man in der ISO/IEC 61935-1 und TIA 1152a. Im Kapitel zur Überprüfung der Verdrahtung gibt es in den früheren Ausgaben die Aussage, dass eine Prüfung ausreichend ist, wenn eine galvanische Verbindung zwischen den beiden Buchsen am jeweiligen Ende der Übertragungsstrecke besteht.
Rein theoretisch wäre es möglich, die Information, ob der Schirm korrekt aufgeschaltet ist, aus einer Messung der Coupling Attenuation (Kupplungsdämpfung) nach EN50289-1-15 "Coupling Attenuation Setup for Channels" abzuleiten. Dagegen spricht allerdings der Aufwand des Messaufbaus. Dafür muss man eine rund 15 kg schwere Messzange und eine quadratmetergroße Kupferplatte mit einem mittigen Loch vor dem Patch-Panel aufbauen. Anschließend führt man ein Patch-Kabel durch diese. Gegen diese Methode spricht, dass sie nur für die Messung eines Channels, nicht aber für die übliche Messung des Permanent-Links geeignet ist. Experten sagen der Methode auch eine sehr schlechte Wiederholbarkeit und eine Eignung nur zur qualitativen aber nicht quantitativen Messung nach.
Findige Techniker und Wissenschaftler haben zur Lösung des Problems hingegen einen ganz anderen Weg eingeschlagen. Dabei bedient man sich einer Methodik aus der Medizin. Dort betrachten Ärzte ihre Patienten im Ganzen und ziehen dazu viele auf dem ersten Blick wenig relevant erscheinende Parameter heran, um herauszufinden, ob ein Zusammenhang mit einer Krankheit im Frühstadium besteht. Besteht dieser, sprechen die Mediziner von einem Marker.
Ähnliches ist bei der Überprüfung des Schirms möglich. Bei der Zertifizierung eines Verkabelungssystems kann ein Techniker entsprechend den normativen Vorgaben eine Vielzahl von Übertragungsparametern überprüfen: Einfügedämpfung (IL), Nahnebensprechen (NEXT), Reflexionsdämpfung (RL), entferntes Nebensprechen (ACR-F), ACR etc. Daraus lässt sich jedoch keine Aussage über die Integrität des Schirms ableiten. Messgeräte der letzten Generation können aber andere Parameter erfassen, die man nicht einem normativen Grenzwert gegenüberstellt, sondern primär dafür verwendet, um im Fehlerfall, den Anwender mit Diagnose-Informationen zu unterstützen. Typischerweise übernehmen Expertensysteme diese Aufgabe.
Ein paarverdrilltes Verkabelungssystem verwendet vier Leitungspaare mit einem Wellenwiderstand von 100 Ohm. Es ist aber auch möglich, ein geschirmtes System als acht Koaxialleiter mit je 50 Ohm zu betrachten. Es stehen damit weitere Parameter zur Verfügung und die Anzahl hat sich damit verdreifacht. Zusätzlich können Tester der letzten Generation auch die Impedanz und Impedanzvariationen entlang des Kabels sowohl als 100-Ohm- als auch als 50-Ohm-System aufzeichnen. Damit steht eine enorme Anzahl von potenziellen Markern bei der Prüfung der Integrität des Schirms zur Verfügung. Entwickler und Wissenschaftler analysierten eine sehr große Menge von Links mit korrekt oder nicht korrekt aufgeschaltetem Schirmen. Auf diese Weise war es ihnen möglich, durch die Verknüpfung der bereits angeführten komplexen Parameter Marker zur Erkennung eines nicht korrekt aufgeschalte-ten Schirms zu isolieren.
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