Symmetrisches Kupferkabel – Twisted Pair

Ein symmetrisches (Kupfer-) Kabel (Balanced Cable), auch Kabel mit verdrillten Leitungspaaren (Twisted Pair) genannt, besteht aus mehreren Adern, die nicht parallel geführt werden, sondern paarweise miteinander verdrillt sind. Durch die Verdrillung wird die gegenseitige Beeinflussung durch induktive und kapazitive Effekte von benachbart liegenden Leitungspaaren verringert. Das Signal wird symmetrisch und erdfrei auf je einem Adernpaar geführt. Die Signalspannung liegt auf diese Weise nicht gegen Erde oder Masse an, sondern lässt sich nur als Differenzspannung zwischen den beiden Adern eines Adernpaares abgreifen.

Symmetrisches Kabel wird in verschiedenen Ausführungen angeboten:

• U/UTP: ungeschirmtes Kabel (Unscreened/Unshielded Twisted Pair),
• F/UTP: Kabel mit Gesamtschirm aus Folie (Foil/Unshielded Twisted Pair),
• U/FTP: paarweise foliengeschirmtes Kabel (Unscreened/Foil Twisted Pair)
  • STP: (Shielded Twisted Pair) alte Bezeichnung
• SF/UTP: Kabel mit Gesamtschirm aus Folie und Geflecht (Screened Foil/Unshielded Twisted Pair),
• S/FTP: paarweise foliengeschirmtes Kabel mit Gesamtschirm aus Geflecht (Screened/Foil Twisted Pair)
  • S/STP (Screened Shielded Twisted Pair) alte Bezeichnung

Im LAN-Bereich werden symmetrische Kabel mit 2 Paaren (4 Adern) oder 4 Paaren (8 Adern) eingesetzt. Bei Neuverkabelungen wird empfohlen, nur noch 4-paariges Kabel zu verwenden. Das 2-paarige UTP-Kabel wird oft mit dem Vierdrahtkabel verwechselt, bei dem alle vier Adern miteinander verdrillt sind (Sternviererverseilung), und das vor allem im Telefonbereich Verwendung findet. Wie beim Koaxialkabel ist auch beim symmetrischen Kupferkabel der Wellenwiderstand Z0 eine wichtige Kenngröße. Typische Werte sind 100 Ω (Ethernet) und 150 Ω (Token Ring).

Dämpfung

Bei jedem Übertragungsmedium muss man gewisse Dämpfungsverluste in Kauf nehmen. Die Dämpfung (Attenuation) ist frequenzabhängig und wächst mit steigender Signalfrequenz.

Kategorie

Für die Klassifizierung von symmetrischen Kabeln gibt es sieben Kategorien (1 bis 7), wobei die Übertragungsqualität mit aufsteigender Nummer zunimmt. Diese Klassifizierung bezieht sich ausschließlich auf nachrichtentechnische Parameter (Frequenzverhalten, Dämpfung, usw.) und macht keine Unterscheidung zwischen geschirmten und ungeschirmten Kabeln. Die folgende Tabelle zeigt die für die Praxis relevanten Kategorien 3 bis 7. Die Kategorien sind rückwärtskompatibel in dem Sinne, dass eine Ethernet-Variante, die z.B. ein Kategorie-3-Kabel benötigt, selbstverständlich auch auf einem Kategorie-5-Kabel lauffähig ist.

Kategorie	Maximale Übertragungs­frequenz [MHz]	Ethernet-Einsatz­gebiete
3	16	10Base-T, 100Base-T2, 100Base-T4
4	20
5	100	100Base-TX, 1000Base-T (eingeschränkt)
5e	100	1000Base-T
6	250
6e	500	10G Base-T (eingeschränkt)
6a	625	10G Base-T
7	600

Ein wesentliches Kriterium für die Auswahl eines Kabels ist die maximale Frequenz, die unter bestimmten Anforderungen übertragen werden kann. Die folgende Tabelle zeigt die Frequenzanforderungen einiger Übertragungsverfahren.

Übertragungsverfahren	Übertragungsrate [Mbit/s]	Signalfrequenz [MHz]
Ethernet 10Base-T	10	20
Fast-Ethernet 100Base-TX	100	31.25
Fast-Ethernet 1000Base-TX	1000	62,5

Steckverbindungen

Bei symmetrischen Kabeln der Kategorien 1 bis 6 wird in Ethernet-Umgebungen der 8-polige Steckanschluss RJ45 (Registered Jack) verwendet, der auch als Modular Jack oder Western Plug bezeichnet wird. Die RJ45-Spezifikation wird von der US-amerikanischen Federal Communications Commission (FCC) festgelegt. Neben RJ45 gibt es noch eine Reihe weiterer Stecker-Spezifikationen der FCC.

Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele:

Beispiel

RJ45-Stecker gibt es in verschiedenen Qualitätsstufen (bezüglich Frquenzverhalten, Dämpfung, usw.), insbesondere gibt es geschirmte und ungeschirmte Ausführungen. Die Auswahl eines geeigneten RJ45-Steckers erfordert die gleiche Sorgfalt wie die Auswahl des Kabels. Eine gewisse Vereinfachnung bietet hier die weiter unten beschriebene Klasseneinteilung (A bis F), bei der nicht einzelne Kabel oder Stecker betrachtet werden, sondern komplette Übertragungsstrecken. Bei Kabeln der Kategorie 7 reicht der RJ45-Stecker aufgrund der hohen übertragungstechnischen Anforderungen nicht mehr aus. Hier gibt es entsprechende Neuentwicklungen, wie z.B. die Stecksysteme GP45 oder GG45.

Während bei 4-paarigen Kabeln alle 8 Kontakte des RJ45-Steckers belegt sind, muss bei 2-paarigen Kabeln die Belegung der benötigten 4 Kontakte auf das jeweilige Übertragungsverfahren abgestimmnt sein. Die folgende Tabelle zeigt die Kontaktbelegung des RJ45-Steckers für die verschiedenen Ethernet-Varianten:

Für die Farbkodierung der Adernpaare gibt es zwei Industriestandards: EIA/TIA 568A und EIA/TIA 568B (Electronic Industries Alliance / Telecommunications Industry Association).

Es ist sinnvoll, in einem Netz durchgehend nur einen dieser Standards zu verwenden.

• EIA/TIA 568A

• EIA/TIA 568B

Belegt man gemäß obiger Tabelle beide Stecker eines Kabels, dann erhält man ein sogenanntes "Straight-through-Kabel". Nun muss jedoch für die Datenübertragung das Transmit-Paar des Senders mit dem Receive-Paar des Empfängers verbunden werden (und umgekehrt). Aus diesem Grund wird bei zentralen Netzkomponenten (z.B. Hubs und Switches) intern im Gerät ein sogenanntes "Crossover" vorgenommen. Auf diese Weise ist es möglich, ein Endgerät (z.B. einen PC) über ein Straight-through-Kabel mit einem Hub zu verbinden. Will man jedoch zwei Endgeräte direkt miteinander vebinden, muss die Crossover-Funktion im Kabel erfolgen und man benötigt hierfür ein Crossover-Kabel, bei dem die entsprechenden Aderpaare bei der Steckerbelegung vertauscht sind. Die folgende Abbildung zeigt die Crossover-Steckerbelegung für ein 2-paariges Kabel.