Abschließend werden verschiedene Tests unabhängiger Labore ausgewertet, um die Eignung von UTP-Kabeln in Umgebungen wie Rechenzentren, in denen bereits 10GBASE-T eingesetzt wird, sowie den Bedarf an leistungsfähigeren Kabeln für Anwendungen der nächsten Generation wie NGBASE-T (40 Gbit/s) zu überprüfen.
Einleitung:
Strukturierte Verkabelungssysteme mit verdrillten Adernpaaren sind rein passiv und erzeugen daher selbst keine elektromagnetischen Signale. Werden sie jedoch mit elektronischen Geräten verbunden, die ein Kommunikationsnetzwerk für Sprach-, Daten- und Bildübertragung bilden, können sie zu Systemen werden, die Strahlung in die Umgebung abgeben.
Darüber hinaus können die durch diese Kabel übertragenen Signale auch durch elektromagnetische Strahlung anderer Systeme beeinflusst werden.
Mit dem Aufkommen von Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie 10GBASE-T sind die verwendeten Übertragungsfrequenzen deutlich höher als bisher. Dies kann in der Branche zu Bedenken führen, dass das Verkabelungssystem einerseits eine Gefahr für andere Geräte darstellt und andererseits zur Unterstützung dieser hohen Geschwindigkeiten und Frequenzen nur abgeschirmte Systeme erforderlich sind. Diese Arbeit erläutert die Machbarkeit des Einsatzes ungeschirmter Systeme für aktuelle Anwendungen, einschließlich 10GBASE-T, und geht auf die Notwendigkeit ein, für zukünftige 40G-Anwendungen auf geschirmte Systeme umzusteigen.
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): 
In den USA legt die Federal Communications Commission (FCC) Strahlungsgrenzwerte für Netzwerkgeräte und -systeme in zwei Klassen fest: Klasse A für den Betrieb in gewerblichen Umgebungen und Klasse B für den Betrieb in Wohngebieten. Die Grenzwerte für jede Klasse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt
.
In Europa haben die Länder der Europäischen Union den IEC CISPR-22-Standard (International Special Committee on Radio Interference) übernommen. Dieser Standard kennt ebenfalls die Klassen A und B und legt ein Testverfahren sowie Emissionsgrenzwerte fest, die den Anforderungen von FCC Teil 15, Unterabschnitt B, sehr ähnlich sind.
Daher müssen alle in der Europäischen Union vermarkteten Produkte und Systeme die Anforderungen der EMV-Richtlinie 89/336 erfüllen. Diese Richtlinie legt zwei wesentliche Anforderungen fest:
– Das Gerät oder System darf keine Funk- oder Telekommunikationsanlagen stören
. – Das Gerät oder System muss gegen elektromagnetische Störungen durch Quellen wie Hochfrequenzsender oder ähnliche Geräte immun sein. 
Arten von Rauschen und Kopplung:
Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Rauschen in einem Kabel:
• Gleichtaktrauschen (CM)
• Gegentaktrauschen (DM).
Die folgende Abbildung veranschaulicht die beiden Mechanismen der Rauschkopplung an einen Empfänger: induziertes Rauschen durch ein externes elektromagnetisches Feld und leitungsgebundenes Rauschen durch externe Erdschleifen. Die Gleichtaktkopplungsspannung (VCM) ist eine Funktion der elektrischen Feldstärke (E) und der Schleifenfläche eines Leiters der Länge (l), der in einer mittleren Höhe (h) über der Grundebene aufgehängt ist. Daher kann die Verlegung des Kabels nahe der Grundebene die Kopplung induzierter Gleichtaktstörungen erheblich reduzieren.
Leitungsgebundene Störungen (Vg) entstehen durch die Potenzialdifferenz des Erdungssystems zwischen Arbeitsbereich und Telekommunikationsraum und treten hauptsächlich in geschirmten Systemen auf (ungeschirmte Systeme enthalten außer den Adernpaaren selbst keine metallischen Elemente). Bei symmetrischen Adernpaaren sind die Störströme in beiden Leitern gleich groß und fließen in dieselbe Richtung. Bekanntermaßen erzeugen gleiche Ströme in den beiden Hälften einer Primärwicklung entgegengesetzte Spannungen in der Sekundärwicklung, die sich am Empfängereingang gegenseitig aufheben.
Abhängig vom Grad der Unsymmetrie in der Verdrahtung (üblicherweise aufgrund von Installationsproblemen) wird ein Teil des Gleichtaktstörsignals in ein Gegentaktsignal umgewandelt, das direkt zum Empfänger gelangt. Die longitudinale Übertragungsdämpfung (LCTL), gemessen in dB, ist ein Maß für die Umwandlung von Gleichtaktrauschen in Gegentaktrauschen aufgrund von Leitungsungleichgewichten.
Die Entwicklung von Anwendungen und Twisted-Pair-Verkabelungssystemen:
Analog zur Entwicklung der aktiven Geräteindustrie und der Datenübertragungsanwendungen in Unternehmensumgebungen von niedrigen Übertragungsraten (10BASE-T) zu sehr hohen Übertragungsraten (10GBASE-T und 40GBASE-T) war auch eine Weiterentwicklung der Verkabelungssysteme erforderlich, die die verschiedenen Anwendungen unterstützen. Diese erfordern höhere Bandbreite und Robustheit gegenüber Interferenzen, internem und externem Rauschen usw.
Jede Generation von Ethernet-Schnittstellen nutzt effizientere Signalprotokolle und verbesserte Signalverarbeitungssysteme, welche die systembedingten Eigenschaften von Twisted-Pair-Verkabelungssystemen mit steigender Übertragungsfrequenz, wie z. B. NEXT oder Rückflussdämpfung (RL), mindern oder kompensieren.
Twisted-Pair-Verkabelungssysteme haben ihre technischen Eigenschaften, insbesondere die Bandbreite, deutlich verbessert. Während 10BASE-T-Anwendungen mit nur zwei Adernpaaren über Kategorie-3-Verkabelung betrieben werden konnten, benötigt 100BASE-TX (Fast Ethernet) ein Kategorie-5-System, das ebenfalls nur zwei Adernpaare nutzt. 1000BASE-T (Gigabit Ethernet) benötigt alle vier verfügbaren Adernpaare der Kategorie 5E. Kategorie 6 wird jedoch dringend empfohlen, da die von Cat5E im Verhältnis zu den Bandbreitenanforderungen, insbesondere dem für Gigabit Ethernet erforderlichen NEXT-Bereich, begrenzte NEXT-Spielraum bietet. Gigabit Ethernet verwendet bidirektionale Signalisierung bzw. Vollduplex-Übertragung, was bedeutet, dass Schnittstellen an beiden Enden Echokompensatoren (NEXT) benötigen. Mit
dem Aufkommen von 10GBASE-T ist der Einsatz eines neuen Cat6A-Twisted-Pair-Verkabelungssystems mit einer Bandbreite von 500 MHz und einer maximalen Länge von 100 m erforderlich.
10GBASE-T bietet eine Datenübertragungsrate (Symbolrate) von 800 Megasymbolen pro Sekunde (MSPS). Im Vergleich zu Gigabit-Ethernet mit 125 MSPS entspricht dies einer 6,4-fachen Steigerung der Übertragungsrate. Auch die Anzahl der Bits pro Symbol hat sich erhöht: von 2 Bit bei Gigabit-Ethernet auf 3,25 Bit bei 10GBASE-T.
Hinsichtlich der maximalen Übertragungsfrequenzen nutzt Gigabit-Ethernet Frequenzen um 80 MHz, während 10GBASE-T Frequenzen über 400 MHz benötigt. Aufgrund dieser deutlich höheren Übertragungsfrequenzen sind 10GBASE-T-Anwendungen wesentlich anfälliger für elektromagnetische Störungen (EMI). Daher muss das Verkabelungssystem, das diese Anwendungen unterstützt, besonders robust gegenüber elektromagnetischen Verträglichkeitsprüfungen (EMV) und elektromagnetischen Störungen (EMI) sein. 
Die folgende Tabelle listet Ethernet-Anwendungen mit Twisted-Pair-Verkabelung und die jeweils empfohlene Kategorie auf.
Obwohl die in der Installationsumgebung vorhandenen Störungen und die internen Interferenzen in den einzelnen Twisted-Pair-Kabeln bei 1000BASE-T und 10GBASE-T sehr ähnlich sind, ist die Rauschunterdrückung bei 10GBASE-T-Anwendungen aufgrund der höheren Übertragungsfrequenz deutlich schwieriger als bei Gigabit-Ethernet. Daher müssen 10GBASE-T-Schnittstellen folgende Störungen kompensieren:
- Echo: Das vom Sender ausgesendete und am selben Punkt empfangene oder reflektierte Signal.
- NEXT: Interferenzen zwischen Adernpaaren desselben Kabels am Senderende.
- FEXT: Interferenzen zwischen Adernpaaren desselben Kabels am Empfängerende.
- ANEXT: Interferenzen von benachbarten Kabeln. 
Die folgende Abbildung zeigt all diese Störungen, die im Übertragungskanal bei Verwendung von 10GBASE-T oder einer anderen Vollduplex-Anwendung auftreten.
Von all diesen Störungen ist das Übersprechen (Alien Crosstalk) – also Interferenzen durch benachbarte Kabel im selben Kabelkanal – die wichtigste und kritischste. Denn während andere Störungen durch Schnittstellen mittels Signalverarbeitungstechniken kompensiert werden können, lässt sich das Übersprechen aufgrund seiner geringen Korrelation nicht eliminieren.
Daher ist es notwendig, Cat6A-Twisted-Pair-Verkabelungssysteme zu verwenden, die diese Störungen so weit wie möglich minimieren oder reduzieren. Dieses Rauschen kann durch engere Verdrillung, durch Vergrößerung des Kabeldurchmessers, um die Störungen über größere Entfernungen weniger stark wahrzunehmen, oder durch Abschirmung der Kabel reduziert oder eliminiert werden. 10GBASE-T, auch bekannt als IEEE 802.3an, verfügt zudem über eine Technik zur Reduzierung von Übersprechen (Alien Crosstalk) namens Power Back Off (PBO). PBO reduziert die Sendeleistung, wenn die Verbindung kurz ist und die Dämpfung daher nicht sehr hoch.
Elektromagnetische Störungen (EMI) –
Die höhere Symbolrate in 10GBASE-T-Anwendungen und die damit verbundene höhere Übertragungsfrequenz von bis zu ca. 400 MHz machen diese Anwendung sehr anfällig für externe Störquellen. Die folgende Abbildung zeigt verschiedene Störquellen, die Probleme bei der 10GBASE-T-Übertragung verursachen können, sowie andere, die deutlich weniger schädlich sind und als Out-of-Band-Rauschen bezeichnet werden.
Signale außerhalb des Frequenzbandes können durch ihre Oberwellen Störungen verursachen, was jedoch im Allgemeinen kein gravierendes Problem darstellt. Der Einsatz von Filtern durch Sendegeräte, der zur Einhaltung der EMV-Vorschriften erforderlich ist, reduziert das Problem außerhalb der natürlichen Sendefrequenzen zusätzlich.
Geräte, deren Sendefrequenzen mit denen von 10GBASE-T übereinstimmen, d. h. Geräte mit Sendefrequenzen unter 500 MHz, sind die Hauptverursacher. Die von diesen Geräten abgestrahlten Signale können als Gleichtaktsignale (CM-Signale) in verdrillte Adernpaare eingekoppelt werden. Darüber hinaus wird ein Teil dieses Signals zu leitungsgebundenem Differenzrauschen, das aufgrund seiner fehlenden Korrelation von den Schnittstellen-DSPs nicht eliminiert werden kann und somit Fehler bei der Übertragung und Dekodierung der übertragenen Symbole verursacht.
10GBASE-T, Cat6A UTP-Verkabelung und ihr Verhalten in Bezug auf elektromagnetische Störungen (EMI).
Angesichts der zunehmenden Nutzung von 10GBASE-T-Schnittstellen und der bestehenden installierten Basis von Cat6A-UTP-Kabeln haben SYSTIMAX und das unabhängige Labor NTS (National Technical System), das gemäß IEC 17025 für EMV/EMI-Messungen akkreditiert ist, die elektromagnetische Verträglichkeit und das Verhalten des ungeschirmten Twisted-Pair-Kabelsystems GigaSPEED X10D sowie verschiedener 10GBASE-T-Karten unterschiedlicher Typen und Generationen untersucht. 
Fünf EMV-Tests wurden durchgeführt: Störaussendung, Störfestigkeit gegen elektrostatische Entladung (ESD), Störfestigkeit gegen Störaussendung, Störfestigkeit gegen schnelle Übergangsstörungen (EFT) und Störfestigkeit gegen leitungsgebundene Störungen. Alle Tests ergaben positive Ergebnisse (siehe Tabelle).
Zusätzlich wurden verschiedene Übertragungs- und elektromagnetische Interferenzszenarien erstellt und getestet, um die Leistungsfähigkeit der 10GBASE-T-Anwendung über GigaSPEED X10D-UTP-Kabel, insbesondere hinsichtlich Bitfehlerrate (BER), Paketverlust und Verbindungsverlust, zu untersuchen.
TEST 1: Gemischte Verwendung von Cat6- und Cat6A-Kabeln bei 1000BASE-T- und 10GBASE-T-Übertragung.
Für Anwendungen mit unterschiedlichen Datentypen und -geschwindigkeiten existieren zahlreiche Kabelkombinationen verschiedener Kategorien. Besonders problematisch ist jedoch die Kombination von Cat6- und Cat6A-UTP-Kabeln im 1000BASE-T- und/oder 10GBASE-T-Betrieb. Es wurde eine 6:1-Konfiguration verwendet, d. h. ein „unbenutztes“ Kabel war von sechs Störkabeln umgeben. Ziel war die Überprüfung der Bitfehlerrate (BER) des „unbenutzten“ Kabels. Gemäß IEEE 802.3an sollte die BER bei 10GBASE-T über einen längeren Zeitraum unter 10⁻¹² liegen.
Abbildung 1 zeigt die getesteten Szenarien, in denen jeweils eine BER von null erreicht wurde.
Basierend auf den BER-Ergebnissen sind keine Probleme zu erwarten, wenn GigaSPEED X10D-Verbindungen mit 10GBASE-T mit anderen Kabeln unterschiedlicher Kategorien, die mit 1000BASE-T oder 10GBASE-T betrieben werden, kombiniert werden. 
TEST 2: Überprüfung des 10GBASE-T-Paketverlusts über GigaSpeed X10D-Verkabelung in einer realen Störumgebung.
Für diesen Test wurden zwei Generationen von 10GBASE-T-Schnittstellen verwendet: eine vollständig veraltete erste Generation und eine aktuell am weitesten verbreitete zweite Generation. Funkgeräte, Mobiltelefone und Leuchtstoffröhren wurden in die Nähe der installierten Verbindungen gebracht, um den durch diese Störfaktoren verursachten Paketverlust zu beobachten.
Die ersten beiden Tests wurden durchgeführt, indem ein Funkgerät mit einer Sendefrequenz von 147,5 MHz in die Nähe der Verkabelung gebracht wurde. Dieses Gerät wurde wiederholt aktiviert und in einem Abstand von 1 m zur Verkabelung positioniert. Das Ergebnis war, dass es bei Verbindungen mit Karten der ersten Generation zu Paketverlusten kam, während bei Verbindungen mit Karten der zweiten Generation keine Probleme auftraten.
Um festzustellen, ob Karten der 2. Generation durch andere Störgeräte beeinträchtigt werden könnten, wurde das Funkgerät durch ein Mobiltelefon mit 900-MHz-Sendefrequenz und eine Leuchtstoffröhre ersetzt, die direkt in der Mitte der Verkabelung platziert wurde. In beiden Fällen traten bei Verwendung von Karten der 2. Generation keine Paketverluste auf. 
TEST 3: Verhalten bei EFT.
Der folgende Test simuliert das Verhalten des Verkabelungssystems und der darauf laufenden Anwendung in der Nähe von Stromkabeln mit schnellem Übergangsrauschen (EFT). Dazu wurde ein Stromkabel auf ein GigaSPEED X10D UTP-Kabel geklebt und geflochten, sodass es über die gesamte Länge fest haftete. Ein EFT-Impuls mit folgenden Eigenschaften wurde in das Stromkabel eingespeist:
Spannung: 2 kV
, Frequenz: 5 kHz
, Periode: 300 ms
, Dauer: 15 ms
, Anstiegszeit: 5 ns ± 30 %
, Impulsbreite: 50 ns ± 30 %
, Quellimpedanz: 50 Ω ± 20 %.
Die Reaktion wurde erneut mit einer Schnittstelle der 1. und einer 2. Generation überprüft. Der Test diente dazu, festzustellen, ob es während der Übertragung einer 3,8 MB großen Datei aufgrund des EFT-Impulses zu Verbindungsverlusten oder -ausfällen kam. Der Test wurde mehrmals hintereinander für mindestens 60 Sekunden wiederholt. 
Das Ergebnis war, dass bei Anwendung des EFT-Impulses auf die Schnittstelle der 1. Generation ein Verbindungsverlust auftrat und die Schnittstellen zurückgesetzt wurden. Mit den Schnittstellen der 2. Generation traten diese Störungen jedoch nicht auf.
Kürzlich führte der Halbleiterhersteller Intel ähnliche Tests durch, um die Leistungsfähigkeit der in Server-Motherboards (LOM) integrierten 10GBASE-T X540-Schnittstellen der nächsten Generation zu überprüfen, die über Cat6A UTP GigaSPEED X10D-Kabel betrieben werden. Diese Schnittstellen der neuen Generation verfügen über einen Mechanismus zur Reduzierung externer Störungen im Kabel, den sogenannten fünften Kanal. 
Zur Erzeugung von Störungen wurden verschiedene Geräte eingesetzt, darunter iPhone 4- und HTC BlackBerry-Mobiltelefone sowie Motorola XPR 6580- und MR350R-Funkgeräte.
Die mit den verschiedenen Störquellen erzielten Ergebnisse zeigten keinen Verbindungsverlust, die Bitfehlerrate (BER) lag stets unter 10⁻¹² und der Paketverlust betrug in keinem Szenario null.
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Geschirmte Kabel und Schirmwirkung:
Bei der Betrachtung geschirmter Kabel stellt sich eine entscheidende Frage: Wie effektiv ist die Kabelschirmung bei der Reduzierung externer Störungen? Die Beantwortung dieser Frage ist komplex.
Der Schirmfaktor misst die Wirksamkeit der Schirmung in einem elektromagnetischen Feld und ist definiert als das Verhältnis der am Empfänger induzierten Spannung nach dem Einbringen der Schirmung zur Spannung am selben Punkt vor dem Einbringen der Schirmung. 
Der Schirmfaktor kann je nach Betriebsfrequenz, Art, Dicke und Geometrie der Schirmung, Anschlussart und weiteren Faktoren variieren.
Aus Sicherheitsgründen (Schutz vor Stromschlägen) muss das Gehäuse des Endgeräts geerdet sein. Auch die Kabelschirmung muss an beiden Enden geerdet sein, um die Adernpaare vor externen elektromagnetischen Feldern zu schützen. Dies birgt jedoch auch die Gefahr von leitungsgebundenen Störungen durch Erdschleifenströme. 
Die folgende Abbildung veranschaulicht die Erdschleifenströme, die durch Potenzialdifferenzen zwischen den Erdungsenden entstehen.
Umgekehrt wird bei einseitiger Erdung die Erdschleife unterbrochen, die Gleichtaktfeldkopplung bleibt bestehen und die Schirmung verliert bei hohen Frequenzen (Länge > 1/10) ihre Wirksamkeit. Daher ist es unerlässlich, dass geschirmte Kabelsysteme an beiden Enden geerdet werden; andernfalls ist die Schirmung bei den für die einwandfreie Funktion von 10GBASE-T kritischen Frequenzen wirkungslos.
Fazit:
Die Entwicklung von 10GBASE-T-Karten und -Schnittstellen der neuen Generation hat die Immunität von 10GBASE-T-Anwendungen gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMI) deutlich erhöht.
Ein robustes Cat6A-UTP-Twisted-Pair-Verkabelungssystem wie das GigaSPEED X10D gewährleistet den korrekten und fehlerfreien Betrieb von 10GBASE-T, selbst in Umgebungen mit extrem hoher elektromagnetischer Belastung. Daher ist eine robuste Cat6A-UTP-Lösung wie das GigaSPEED X10D die ideale Lösung für die Entwicklung neuer Unternehmensinstallationsprojekte oder Rechenzentren mit geplanten 10GBASE-T-Anwendungen, da die Implementierungs- und Wartungskosten im Vergleich zu anderen geschirmten Cat6A- oder höherwertigen Lösungen geringer ausfallen.
Das Aufkommen neuer Ethernet-Anwendungen mit höheren Übertragungsgeschwindigkeiten über Twisted-Pair-Kabel wie 40GBASE-T wird den Einsatz von geschirmten Kabeln erzwingen, hauptsächlich weil weder die Kabel allein in der Lage sind, die verschiedenen Störungen, die bei der Übertragung mit diesen Frequenzen (1,6 GHz oder höher) entstehen, zu dämpfen, noch die Schnittstellen über eine ausreichende Immunität und Rauschunterdrückungs- und -kompensationstechniken verfügen, um die Implementierung eines UTP-Systems wirtschaftlich zu gestalten.
Daher erfordert die Technologie spezifische Kabelkategorien und Abschirmungen. Insbesondere für 40GBASE-T-Anwendungen, die ausschließlich für Rechenzentrumsumgebungen konzipiert sind (die maximale Übertragungsdistanz über Twisted-Pair-Kabel beträgt hier etwa 30 Meter und überschreitet in keinem Fall 50 Meter), sind robuste und fachgerecht installierte, geschirmte Twisted-Pair-Lösungen unerlässlich.
Autor: Alberto Martínez, Technischer Manager, Spanien und Portugal CommScope Enterprise
