Problemeinführung
Das Thema UTP für Highspeed-Netz bewegt seit einiger Zeit wieder die Fachwelt der Datennetz- Errichter. Verwunderlich, denn in Deutschland ist die Verwendung eines Schirms eigentlich obligatorisch. Es ist jedoch richtig, von Zeit zu Zeit seine eigene Position zu überprüfen.

Ein Grund, weswegen überhaupt von einer Schirmungs-Problematik gesprochen werden kann, liegt in der Tatsache, daß jede Datennetz-Installation in einem Gebäude auch eine elektrische Gebäude- verkabelung vorfindet. Problematisch ist dabei weniger, für spezifische Situationen eine geeignete Lösung der Schirmungs- bzw. Erdungsinstallation anzugeben, die EN 50174 Teil 2 (10/98) z.B. gibt hier konkrete und praxisnahe Empfehlungen. Vielmehr besteht das Problem in der für die EMV-Welt typischen allgemeinen Unsicherheit bzgl. der Art der sonstigen Installationen. Probleme in der energietechnischen Verkabelung werden jedoch durch UTP-Datenkabel nicht gelöst sondern allenfalls umgangen.

Aber zurück zur Datentechnik und den hochfrequenten Effekten einer Kabelschirmung. EMV-Situationen zu beschreiben, erfordert immer eine Betrachtung der Wechselwirkungen von Verkabelung und Umgebung. In Prüfnormen werden Testsituationen vorgegeben, die bei unterschied- lichen Kabeltypen zu Kenngrößen für einen Quervergleich führen.  Eine solche Kenngröße ist der Kopplungswiderstand (engl. transfer impedance) des Kabelschirms. Je kleiner er ist, desto besser ist die Schirmwirkung. An UTP-Kabeln kann man ihn aber nicht messen (es gibt ja keinen Schirm), braucht man ihn womöglich gar nicht? Nun, daß ein UTP-Kabel  überhaupt funktioniert, verdankt es seinen hinreichend symmetrischen Paaraufbau. Dieser sorgt dafür, daß (erd-)unsymmetrische Störungen gleichermaßen beide Leiter eines Paars beeinflussen und sich die Störungen idealerweise gegenseitig aufheben. Dieses Ideal wird in der Praxis nur ansatzweise erreicht, so daß mit 40 dB Störunterdrückung gerechnet werden kann. Ein zusätzlicher Schirm verbessert diesen Wert um bis zu 60 dB, also dem tausendfach besseren Wert. Dieser Unterschied läßt sich in realen Datennetzen im relevanten Frequenzbereich von 1 MHz bis 100 MHz nachmessen. Denn dort liegen die Schwerpunkte der datentechnischen Übertragungsprotokolle.

Alien-Crosstalk
Das Nebensprechen zwischen Paaren, die nicht durch einen metallischen Schirm von einander getrennt sind, hängt im wesentlichen von den Schlaglängen der Paare ab. Durch die Wahl geeigneter Schlaglängenabstufungen sind sehr hohe Nebensprechdämpfungen erreichbar. Da es aber nicht beliebig viele gute Schlaglängenkombinationen innerhalb eines fertigungstechnisch und kostenmäßig sinnvollen Bereiches gibt, ist das Nebensprechniveau z.B. hochpaariger Telefonkabel in der Regel schlechter als das von Datenkabeln. Weiterhin ist bei hochpaarigen Kabeln die Überlagerung des gleichzeitigen Nebensprechens vieler Paare zu betrachten. Die dabei herangezogene Größe ist meist die Leistungs- summe (power-sum).

Bei ungeschirmten Datenkabeln sind ähnliche Betrachtungen, auch über den Mantel des einzelnen Kabels hinaus, notwendig, da ein Bündel ungeschirmter Datenkabel mit jeweils vier Paaren diesbezüglich nichts anderes als ein hochpaariges Kabel ist. Im folgenden werden daher exemplarische praktische Untersuchung beschrieben, die das Problempotential verdeutlichen.

Praktische Versuche
Zwei ungeschirmte Cat.5-Datenkabel mit einer Länge von 20 m werden ausgestreckt auf dem Boden ausgelegt. Dann wird die eine gegen die andere Länge in 5 mm-Schritten verschoben. Die Schlaglängen der Paare liegen im Bereich von ca. 20 mm. Die maximale Verschiebung beträgt 9,5 cm . Die so durchgespielten Positionen werden als repräsentativ für die in der Praxis vorkommenden Fälle betrachtet. Die Auswertung erfolgt bis 200 MHz gegen eine Grenzkurve, die bei 1 MHz einen Wert von -62 dB hat und mit 15 dB/Dec ansteigt (Cat.5 bis 200 MHz fortgeschrieben). Bild 1 zeigt das Ergebnis der Messungen.

Bild 1 Auswertung des Alien-NEXT bei Verschiebung der Längen gegeneinander	Bild 2 Histogramm der Meßwerte über alle Frequenzen und Positionen

Aus Bild 1 geht hervor, daß es im Mittel einen recht großen Abstand zur Grenzkurve gibt. Da die Verteilung der Meßwerte bei kleinen Wahrscheinlichkeiten aber unzureichend normalverteilt ist, kann zur Beurteilung der Gefahr einer Grenzwertverletzung nur auf Daten innerhalb des 95%-Vertrauens- bereiches zurückgegriffen werden. Die Standardabweichung beträgt dabei etwa 7 dB (Bild 2). Für die Betrachtung der Leistungssumme wird davon ausgegangen, daß ein vierpaariges Kabel von maximal sechs anderen Kabeln identischer Konstruktion direkt umgeben sein kann. Die Paare innerhalb des Kabels werden nicht betrachtet. Somit ist die Leistungssumme über 24 Paare zu bilden. Da diese Paare alle gleichzeitig für eine Grenzwertverletzung einen Nebensprechbeitrag liefern müssen, der höher ist als der Mittelwert des Nebensprechens, ergibt sich für diesen Fall eine immens geringe Gesamtwahr- scheinlichkeit. Somit sollte in der Praxis bei ungeschirmten Cat.5-Verkabelungen normalerweise keine Gefährdung bestehen.
 

Bild 3 Auswertung des Versuches mit einem ungeschirmten Cat.6-Kabel	Bild 4 Messung des Alien-NEXT am ungeschirmten Cat.6-Kabel unter Laborbedingungen  und Vergleich mit einem foliengeschirmten Kabel

Weiterhin sind neben der statistischen Betrachtung an realitätsnah verlegten Kabeln auch Extrempositionen zu betrachten, die zwar ohne weiteres nur im Labor dargestellt werden können, aber damit den Rahmen für mögliche Ausreißer abstecken. Die in Bild 4 gezeigte Messung eines solchen Extremwertes ist nicht in obiger Auswertung enthalten.
In Bild 4 wird deutlich, daß bereits Überschreitungen der Cat.6-Grenze durch eine Alien-NEXT- Beziehung auftreten können, wenn die geometrische Anordnung der Paare zueinander nur entsprechend günstig ist. Ferner zeigt Bild 4 einen Vergleich zu einem foliengeschirmten Datenkabel. Das Alien-NEXT ist dabei um Dimensionen besser, so daß mit Sicherheit von keiner Gefährdung des Netzbetriebes ausgegangen werden kann.

Zusammenfassung
Im Labor wurde nachgewiesen, daß der Verwender von UTP-Kabeln bei hochwertigen Verkabelungen besser als Category 5 auch Wechselwirkungen zwischen benachbart liegenden Kabeln berücksichtigen muß, die u.U. das Nebensprechen innerhalb des Kabels übertreffen können. Auf dem Niveau Cat.5 ist dieser Effekt bislang nicht in Erscheinung getreten, da die Wechselwirkungen nicht größer werden als die im Kabel geltenden Cat.5-Grenzen. 
Bei Cat.6 wird er jedoch zum praxisrelevanten Problem, und zwar nicht nur bei bestimmten Szenarien bezüglich der Umgebungsbedingungen, sondern bei praktisch jeder Installation, die mehr als eine Handvoll Kabel umfaßt. Hier wird mit der Category 6 bis 200 (250) MHz ein Leistungsniveau definiert, das jenseits der Grenze der UTP-Technologie liegt. 
Die einfache Lösung: ein geschirmtes Kabel. Mit dem patentierten HighPerformance-FTP-Kabel UC400 S23/1 4P von NK Networks existiert ein Produkt, das auch bei extremer Packungsdichte in der Installation stabile elektrische Eigenschaften mindestens  auf dem Niveau Cat.6 sicherstellt, ohne die für die UTP-Technik in Anspruch genommene, einfache Montierbarkeit einzubüßen.  Der Anwender erhält damit ein Medium, das bei Betrachtung aller relevanten Gesichtspunkte - so auch durch Verzicht auf spätere Anpassungen bei der Nachinstallation - die kostengünstigste Verkabelungslösung darstellt. 

Dipl.-Ing. Carsten Fehr, Produktmanager Datenkabel bei NK Networks
Dr. Ing. Christian Pfeiler, Produktentwicklung bei NK Networks
Dipl.-Ing. Andreas Waßmuth, Leiter Produktentwicklung bei NK Networks, Mitglied bei UK 412.1