Symmetrische Twisted-Pair-Kabel, ob ungeschirmt (UTP) oder geschirmt (ScTP), sind bestens für die nächste Ethernet-Generation geeignet. Die Begriffe „geschirmtes Twisted Pair“ oder „geschirmtes Twisted Pair“ bezeichnen im Allgemeinen eine von der TIA anerkannte Kabelstruktur mit einer metallischen Gesamtschirmung um einen Kern aus vier Adernpaaren, international auch als F/UTP-Kabel bezeichnet.
Bevor wir die Datenübertragungskapazität von 10 Gigabit pro Sekunde über symmetrische Twisted-Pair-Kabel analysieren, sei daran erinnert, dass Kupferskeptiker 1995 prognostizierten, Kategorie 5 und 100 Mbit/s stellten die Grenze der Kapazität dieses Materials dar und die Zukunft würde von Glasfaser dominiert werden. Doch 15 Jahre sind vergangen, und Kupfer behauptet sich weiterhin stark und unterstützt Datenübertragungsraten, die 100-mal höher sind als ursprünglich angenommen. Wir haben die Entwicklung von Kategorie 5 über Kategorie 5e und Kategorie 6 bis hin zu Kategorie 6A miterlebt. Darüber hinaus hat sich die Multimode-Glasfaser von der OM1 62,5/125 mm Faser über die OM2 50/125 mm Faser und die laseroptimierte OM3 50/125 mm Faser zur OM4 Faser weiterentwickelt.
Durch die Untersuchung der Technologie- und Kanalanforderungen verschiedener Ethernet-Generationen lässt sich abschätzen, was für die Unterstützung von 40 Gbit/s über Kupferleitungen erforderlich ist.
Tabelle 1 zeigt die Datenrate, die Codierungstechnologie, die Symbolrate, die Kanalbandbreite und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) für jede Ethernet-Generation. Außerdem werden zwei mögliche Szenarien für eine 40-Gbit/s-Ethernet-Implementierung gelb hervorgehoben.
Das erste Szenario verwendet dasselbe 10GBASE-T-Ethernet-Codierungsverfahren, nämlich PAM 16/DSQ 128. Die minimale Bandbreite, die für diese Datenrate erforderlich ist, beträgt 1600 MHz bei einem RSR von 26 dB. Das zweite Szenario verwendet PAM 32/DSQ 512, wodurch sich die benötigte Bandbreite auf 1200 MHz reduziert, der RSR-Wert jedoch um 6 dB steigt.
Tabelle 2 zeigt die wichtigsten Leistungsparameter für einen symmetrischen Twisted-Pair-Kanal bis 1600 MHz. Der wichtigste Parameter ist hierbei die Einfügungsdämpfung. Diese Tabelle wurde anhand der Einfügungsdämpfungsgleichungen für einen Kanal der Kategorie 6A erstellt, die auf eine Frequenz von 1600 MHz extrapoliert wurden.
Die Einfügungsdämpfung für einen 100-Meter-Kanal bei 1600 MHz beträgt 94,9 dB. Dies ist zweifellos ein sehr schwaches Signal, das nahe an der minimalen Rauschschwelle für Messungen bei diesen hohen Frequenzen liegt. Reduziert man die Kanallänge auf 50 Meter, ist die Einfügungsdämpfung vergleichbar mit dem Ergebnis für einen 100-Meter-Kanal bei 400 MHz.
Tabelle 2 zeigt die Gesamtrauschzahl, berechnet nach Berücksichtigung bestimmter Verbesserungen der Kabeleigenschaften und der internen Rauschunterdrückung, darunter 60 dB Echounterdrückung, 40 dB Unterdrückung des Nahfeldübersprechens (NEXT) und 20 dB Unterdrückung des Fernfeldübersprechens (FEXT). Das Ergebnis ist ein positives Signal-Rausch-Verhältnis bis zu 1600 MHz für einen 50 Meter langen Kanal.
Die in Tabelle 2 dargestellte Shannon-Kapazität für den 50-Meter-Kanal liegt je nach Szenario zwischen 50 Gbit/s und 56 Gbit/s. Daraus lässt sich ableiten, dass Enhanced-Cat-6A-Kupferkabel Datenraten von 40 Gbit/s über Kanaldistanzen bis zu 50 Metern unterstützen. Doch das ist noch nicht alles. Benötigt werden leistungsfähigere Kabellösungen für Frequenzen bis zu 1600 MHz – eine Herausforderung, der Kabelanbieter bestens gewachsen sind.
Da Datenraten von 40 Gbit/s primär für Switch-Server-Verbindungen innerhalb eines Rechenzentrums angestrebt werden, stellt die Distanz von 50 Metern für die meisten Rechenzentrumstopologien keine Einschränkung dar.
