Begriffe wie „Ausbreitungsverzögerung“ und „Verzögerungsversatz“ wecken bei einigen Telekommunikationsfachleuten schmerzhafte Erinnerungen an den Physikunterricht an der High School.Tatsächlich sind die Auswirkungen von Verzögerung und Verzögerungsversatz auf die Signalübertragung leicht zu erklären und zu verstehen.
Verzögerung ist eine Eigenschaft, die bekanntermaßen bei allen Arten von Übertragungsmedien auftritt.Die Ausbreitungsverzögerung entspricht der Zeitspanne, die zwischen der Übertragung eines Signals und dem Empfang am anderen Ende eines Kabelkanals vergeht.Der Effekt ähnelt der Zeitverzögerung zwischen dem Blitzeinschlag und dem Hören des Donners – nur dass sich elektrische Signale viel schneller ausbreiten als Schall.Der tatsächliche Verzögerungswert für Twisted-Pair-Kabel ist eine Funktion der nominalen Ausbreitungsgeschwindigkeit (NVP), der Länge und der Frequenz.
NVP variiert je nach den im Kabel verwendeten dielektrischen Materialien und wird als Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit ausgedrückt.Beispielsweise haben die meisten Konstruktionen aus Polyethylen (FRPE) der Kategorie 5 NVP-Bereiche von 0,65 c bis 0,70 c (wobei „c“ die Lichtgeschwindigkeit ~3 x 108 m/s darstellt), gemessen am fertigen Kabel.Die Kabelkonstruktionen aus Teflon (FEP) reichen von 0,69 c bis 0,73 c, während Kabel aus PVC im Bereich von 0,60 c bis 0,64 c liegen.
Niedrigere NVP-Werte tragen zu einer zusätzlichen Verzögerung für eine bestimmte Kabellänge bei, ebenso wie eine Erhöhung der End-to-End-Kabellänge zu einer proportionalen Erhöhung der End-to-End-Verzögerung führt.Wie bei den meisten anderen Übertragungsparametern sind Verzögerungswerte frequenzabhängig.
Wenn mehrere Paare im selben Kabel unterschiedliche Verzögerungsleistungen aufweisen, kommt es zu Verzögerungsverzerrungen.Der Verzögerungsunterschied wird bestimmt, indem die Differenz zwischen dem Paar mit der geringsten Verzögerung und dem Paar mit der größten Verzögerung gemessen wird.Zu den Faktoren, die sich auf die Leistung des Verzögerungsversatzes auswirken, gehören die Materialauswahl, beispielsweise die Leiterisolierung, und das physikalische Design, beispielsweise Unterschiede in der Verdrillungsrate von Paar zu Paar.
Kabelausbreitungsverzögerung
Obwohl alle Twisted-Pair-Kabel bis zu einem gewissen Grad Verzögerungsversatz aufweisen, weisen Kabel, die sorgfältig darauf ausgelegt sind, Abweichungen im NVP und Paar-zu-Paar-Längenunterschiede zu berücksichtigen, einen akzeptablen Verzögerungsversatz für standardkonforme horizontale Kanalkonfigurationen auf.Zu den Merkmalen, die sich nachteilig auf die Leistung des Verzögerungsversatzes auswirken könnten, gehören Kabel mit schlecht konzipierten dielektrischen Konstruktionen und solche mit extremen Unterschieden in den Paar-zu-Paar-Verdrillungsraten.
Ausbreitungsverzögerung und Verzögerungsversatzleistung werden von einigen LAN-Standards (Local Area Network) für ungünstigste 100-m-Kanalkonfigurationen spezifiziert, um eine ordnungsgemäße Signalübertragung sicherzustellen.Zu Übertragungsproblemen, die mit übermäßiger Verzögerung und Verzögerungsversatz verbunden sind, gehören erhöhte Jitter- und Bitfehlerraten.Basierend auf den LAN-Spezifikationen der IEEE 802-Serie erwägt TIA eine maximale Ausbreitungsverzögerung von 570 ns/100 m bei 1 MHz und einen maximalen Verzögerungsunterschied von 45 ns/100 m bis 100 MHz für 4-paarige Kabel der Kategorien 3, 4 und 5.Die TIA-Arbeitsgruppe TR41.8.1 erwägt außerdem die Entwicklung von Anforderungen zur Bewertung der Ausbreitungsverzögerung und des Verzögerungsversatzes für horizontale 100-Ohm-Verbindungen und -Kanäle, die gemäß ANSI/TIA/EIA-568-A aufgebaut sind.Als Ergebnis des TIA-Ausschusses „Briefabstimmung“ TR-41:94-4 (PN-3772) wurde während der Sitzung im September 1996 beschlossen, vor der Veröffentlichung einen „Branchenabstimmungszettel“ zu einem überarbeiteten Entwurf herauszugeben.Noch ungeklärt ist die Frage, ob sich die Kategoriebezeichnungen ändern werden (z. B. Kategorie 5.1), um Unterschiede zwischen Kabeln widerzuspiegeln, die auf zusätzliche Verzögerungs-/Verzögerungsversatzanforderungen getestet werden, und Kabeln, bei denen dies nicht der Fall ist.
Obwohl Ausbreitungsverzögerung und Verzögerungsversatz viel Aufmerksamkeit erhalten, ist es wichtig zu beachten, dass das größte Problem der Verkabelungsleistung für die meisten LAN-Anwendungen nach wie vor das Verhältnis von Dämpfung zu Nebensprechen (ACR) ist.Während ACR-Spielräume das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern und dadurch das Auftreten von Bitfehlern verringern, wird die Systemleistung durch Verkabelungskanäle mit erheblichen Verzögerungsabweichungsspielräumen nicht so direkt beeinträchtigt.Beispielsweise führt ein Verzögerungsversatz von 15 ns für einen Kabelkanal in der Regel nicht zu einer besseren Netzwerkleistung als 45 ns bei einem System, das für einen Verzögerungsversatz von bis zu 50 ns ausgelegt ist.
Aus diesem Grund ist die Verwendung von Kabeln mit erheblichen Verzögerungsabweichungsmargen wertvoller für die Absicherung gegen Installationspraktiken oder andere Faktoren, die andernfalls dazu führen könnten, dass die Verzögerungsabweichung über die Grenze hinausgeht, als für das Versprechen einer besseren Systemleistung im Vergleich zu einem Kanal, der dies tut Erfüllt die Systemverzögerungsgrenzen nur um einige Nanosekunden.
Da festgestellt wurde, dass Kabel, die unterschiedliche dielektrische Materialien für unterschiedliche Paare verwenden, Probleme mit Verzögerungsverzerrungen verursachen, gab es in jüngster Zeit Kontroversen über die Verwendung gemischter dielektrischer Materialien in der Kabelkonstruktion.Begriffe wie „2 x 2“ (ein Kabel mit zwei Paaren mit dielektrischem Material „A“ und zwei Paaren mit Material „B“) oder „4 x 0“ (ein Kabel, bei dem alle vier Paare entweder aus Material A oder Material B bestehen ), die eher an Holz als an Kabel erinnern, werden manchmal zur Beschreibung einer dielektrischen Konstruktion verwendet.
Trotz des kommerziellen Hypes, der zu der Annahme führen könnte, dass nur Konstruktionen mit einer einzigen Art von dielektrischem Material eine akzeptable Verzögerungsabweichungsleistung aufweisen, ist es eine Tatsache, dass ordnungsgemäß konzipierte Kabel mit entweder einem dielektrischen Material oder mehreren dielektrischen Materialien gleichermaßen in der Lage sind, selbst diese Anforderungen zu erfüllen Die strengsten Anforderungen an den Kanalverzögerungsversatz, die in Anwendungsstandards und den von der TIA in Betracht gezogenen Standards festgelegt sind.
Unter bestimmten Bedingungen können gemischte dielektrische Konstruktionen sogar verwendet werden, um Verzögerungsunterschiede auszugleichen, die aus unterschiedlichen Verdrillungsgeschwindigkeiten resultieren.Die Abbildungen 1 und 2 veranschaulichen repräsentative Verzögerungs- und Versatzwerte, die aus einer zufällig ausgewählten 100-Meter-Kabelprobe mit einer „2 x 2“-Konstruktion (FRPE/FEP) ermittelt wurden.Beachten Sie, dass die maximale Ausbreitungsverzögerung und der Verzögerungsversatz für dieses Beispiel 511 ns/100 bzw. 34 ns im Frequenzbereich von 1 MHz bis 100 MHz betragen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. März 2023