Steigender Bandbreitenbedarf und neue Dienste erfordern Highspeed-Kupfertechnik

80 Prozent Kupfer, 20 Prozent LWL. In diesem Verhältnis teilt sich die strukturierte Gebäudeverkabelung in Netzwerken derzeit auf. Vor allem im Tertiärbereich war Kupfer mit bis zu 96 Prozent Anteil im Jahr 2016 die erste Wahl und bleibt es aktuellen Studien zufolge auch: Um jährlich vier Prozent wird der weltweite Markt für die strukturierte Verkabelung von 6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2012 auf 8,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 wachsen. Die Verkabelung im LAN wird ebenfalls zunehmen: Sie steigt im selben Zeitraum auf 6,7 Milliarden US-Dollar. Angesichts bereits gelegter Strukturen innerhalb der Gebäude und der großen Zahl an Endgeräten mit Kupferschnittstellen ist dies nicht weiter verwunderlich: PCs, Laptops, Drucker, IP-basierte Telefone oder Kameras nutzen Kupferkabel für den Datentransfer und immer häufiger auch für die Stromversorgung (Power over Ethernet) – Tendenz steigend.

Die Kupferverkabelung spielt weiterhin eine wichtige Rolle. Sie macht auch künftig den Löwenanteil in Rechenzentren und Netzwerken aus. Aufgrund des ungebremsten Datenwachstums und neuer Entwicklungen, wie PoE, steigen die Anforderungen an die Kabeltechnologie hinsichtlich Geschwindigkeit, Kabelerwärmung, Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit. Eine zukunfts- und investitionssichere Kupferverkabelung muss vor allem die wachsenden Ansprüche von WLAN-Netzen und PoE abdecken und klassische Applikationen mit Übertragungsraten bis 25 Gbit/s ermöglichen.

Wachstumsfaktor WLAN

Noch nie haben User so viele Daten mobil verschickt. Untersuchungen gehen von Wachstumsraten von jährlich 60 Prozent aus. Streamingdienste, kostenloses WLAN in Hotels oder im öffentlichen Nahverkehr sowie unabsehbare Steigerungsraten im mobilen Datenverkehr befeuern den Wachstumsschub. Diese Entwicklung müssen Planer bei der Konzeption künftiger Netze berücksichtigen. Bereits heute liegen die Herausforderungen der WLAN-Netzwerke nicht mehr nur allein in der Abdeckung. Planer sollten deshalb bereits bei der Konzeption des Gebäudes Netzwerkverkehrs-Spitzen mit einplanen.

Durch die verstärkte Nutzung mobiler Endgeräte kann die WLAN-Kapazität schnell zu einem problematischen Engpass werden. Und diesen müssen Techniker erst einmal definieren und lokalisieren, um ihn mit entsprechenden Konfigurationen zu beheben und in Zukunft zu vermeiden. Eine Lösung bietet die Erstellung benutzerdefinierter WLAN-Clients und die Konfiguration von Anwendungen.

Thema der nächsten Seite: Optimale Abdeckung mit Waben-Topologie

Sowohl ISO/IEC TR 24 24704 als auch TIA TSB-162-A empfehlen eine engmaschige Funkzellenstruktur mit nicht mehr als zwölf Meter Reichweite und eine mehrfache 10GBit-taugliche Anbindung ans LAN. Jede Zelle sollte einen Betriebsradius von zwölf Meter haben und die Abstände zwischen den WLAN Access Points 20 m betragen. Um Unterbrechungen und lange Ladezeiten für Anwender zu vermeiden, rät die amerikanische Normungsorganisation TIA in ihrer 2014 veröffentlichten Norm TSB-162-A zu einer Cat.6_A-Verkabelung. Sie sieht als Übertragungsklasse E_A vor, die 10 GbE über Kupfer übertragen kann. Die derzeit genutzte Generation 5 WLAN 802.11 ac/ad ist die erste Volumenanwendung für 10GBase-T mit einer Netto-Datenrate von 6,7 Gbit.

Bestehende WLAN-Verkabelungen der Generation 5 802.11ac lassen sich derzeit noch mit Cat.7-Kabel abdecken. Dieser Standard wird jedoch bald an seine Grenzen stoßen. Neue WLAN-Generationen mit höherer Bandbreite werden bereits in wenigen Jahren Realität sein. Sie erfordern leistungsstarke Netze. Hier kommt nur eine Cat.7_A-Verkabelung in Frage.

Trend Power over Ethernet – Strom über Kupferleitung

Eine weitere technologische Entwicklung spielt bei der Planung künftiger Netze eine immer größere Rolle: Power over Ethernet (PoE). Die Stromversorgung von Netzwerkgeräten über ein vorhandenes Kupferdatenkabel ist seit 2003 unter IEEE 802.3af über zwei Paare standardisiert. 2009 kam mit der von der Arbeitsgruppe IEEE 802.3at standardisierten Version PoE+ eine leistungsstärkere Variante hinzu. Diese erhöhte die maximale Leistung zum Gerät von 12,95 auf 25,5 W. In Kürze wird die IEEE den PoE-Standard IEEE 802.3bt – auch 4PPoE genannt – verabschieden. Dieser basiert auf vier Aderpaaren und ermöglicht Powered Devices dann Leistungen von 60 und 90 W.

PoE-Wachstum: Haupttreiber Gebäudemanagement und Industrie-Automation

Der PoE-Markt zeigt, dass es längst Applikationen gibt, die Leistungen oberhalb der 25 W benötigen. Modernste IP-taugliche Fernsehgeräte etwa, die 60 W P_PD maximale Leistung zum Gerät benötigen, lassen sich nur mit der neuen Normgeneration 3bt und den Cat.-Klassen 7 oder 8 realisieren. Hinzu kommt: Der Markt für PoE-fähige Ports hat sich seit 2012 verdreifacht. Die Haupttreiber hierfür sind Anwendungen zum Gebäudemanagement. Und auch in Zukunft wird der PoE-Markt einer Studie des britischen Marktforschungsunternehmens BSRIA zufolge weiter wachsen: Bereits 50 Prozent aller Applikationen weltweit haben PoE im Einsatz oder planen, die Technologie einzusetzen. Ohne eine investitionssichere hochperformante Kupferverkabelung ist das nicht realisierbar.

Das Cat.7A-Kabel mit einem AWG-Wert von 22 gibt nur ein Viertel so viel Wärme ab wie etwa ein vergleichbares Cat.5e-AWG-24-Kabel und nur die Hälfte eines vergleichbaren Kategorie-7-AWG-23-Kabels. Prysmian Group

Faktor „Kabelerwärmung“

Um höhere Leistungen bis 90 W erreichen zu können, sieht IEC/PAS 611156-1-4 eine maximale Stromstärke pro Adernpaar von 800 mA vor. Da bei PoE die Datenkabel – die ursprünglich für die möglichst effiziente Übertragung digitaler Signale konzipiert waren – für die elektronische Leistungsübertragung genutzt werden, ist die Kabelerwärmung zu berücksichtigen. Das Ziel muss sein, die Wärme bei der PoE-Übertragung so gering wie möglich zu halten. Bei einer Erwärmung des Kabels auf mehr als 80° treten Deformationen auf. Diese wirken sich negativ auf die Symmetrie des Kabels aus. Infolgedessen gehen die Übertragungseigenschaften verloren. Die Verwendung von Kupferkabeln mit dickeren Leiterquerschnitten weist eine geringere Wärmeentwicklung auf. Um die elektronischen Parameter bei der Datenübertragung exakt und stets symmetrisch einhalten zu können, ist die thermische Isolierung entscheidend. Ein Kabel der Kategorie 7_A mit einem AWG-Wert von 22 gibt nur ein Viertel so viel Wärme ab wie etwa ein vergleichbares Cat.5e-AWG-24-Kabel und nur die Hälfte eines vergleichbaren Kategorie-7-AWG 23-Kabels.

Der Trend geht zu Cat.7_A

Seit 2015 geht die Entwicklung bei Verkabelungen in Deutschland, Österreich und der Schweiz verstärkt zu Cat.7_A. 2017 betrug sie 21 Prozent. 2016 hat das IEEE in seinem Ethernet-Standard 802.3bq die Parameter der vierpaarigen symmetrischen Kupferverkabelung für die Anwendung 25GBase-T festgelegt. Für den Betrieb einer 25 GBase-T-Applikation nach ISO/IEC TR 11801-9905 existieren in den technischen Regeln Mindestanforderungen an eine Verkabelung: Sie definiert Channel-Anforderungen mit bis zu 1250 MHz. Es gibt bereits erste Cat.7_A-Lösungen mit GHMT-zertifiziertem Channel nach DTR 1108-9905, die die im Normentwurf festgeschriebene Channel-Link-Länge von 30 m für 25GBase-T vollständig einhalten.

Da das Cat.7_A-Kupferdatenkabel von Cat.7 bis Cat.5e vollständig rückwärtskompatibel ist, erhalten Unternehmen Planungssicherheit, wenn sie erst später skalieren möchten. Ein weiteres Plus ist die um 20 Prozent höhere Packungsdichte: Statt den am Markt üblichen Durchmessern von 8,0 bis 8,5 mm für Cat.7_A beträgt der Durchmesser des UC1500 S22 S/FTP 25GbE nur 7,5 mm.

Cat.7_A ist mehr als die Summe einzelner Parameter

Im Vergleich der aktuell gängigen Kupfer-Technologien Cat.6_A, Cat.7 und Cat.7_A hinsichtlich der High-Speed-Anwendungen WLAN, PoE und 25GBase-T zeigt sich: Den aktuellen WLAN-Standard 802.11ac decken alle drei gleichermaßen gut ab. Für künftige Generationen mit höheren Bandbreiten als 6,7 Gb/s ist jedoch nur Cat.7_A die sinnvolle, weil zukunftssichere Konsequenz. Auch für den in Kürze verabschiedeten 4PPoE-Standard 802.3bt der PoE-Klassen 7 und 8 reichen Verkabelungen der Cat.6_A und 7 nicht mehr: Hier ist aufgrund der Wärmeentwicklung ein AWG-22-Cat.7_A-Kabel vorzuziehen, die nur etwa halb so hoch ist, wie bei einem Cat.7-AWG-23-Kabel.

(ah)