Multilevel-Codierung PAM5
Wegen des unwirtschaftlichen Bandbreitenverbrauchs kann die von Ethernet her bekannte Manchester-Codierung nicht genutzt werden, da sie bei jedem übertragenen Bit zweimal den Status wechselt und damit die doppelte Bandbreite belegt. Daher wurde eine andere Modulationsart, mit der auf einer Cat5-Verkabelung Gigabit übertragen werden konnte, notwendig. Über Cat5-Kabel lassen sich maximal 125MHz übertragen. Da der Bandbreitenbedarf von Gigabit-Ethernet jedoch bei 500MHz (1.000.000.000Bit/s) liegt, musste die Zahl der übertragenen Zeichen pro Symbol-Schritt erhöht werden. Hier eignet sich die PAM5-Modulation, da sie statt zwei Amplitudenstufen fünf Stufen pro Symboltakt überträgt. Beim Kodierungsverfahren PAM5 wird pro Takt ein Symbol übermittelt. Jedes Symbol stellt einen von fünf verschiedenen Zuständen dar. Mit jedem Symbol werden zwei Daten-Bits übertragen: genau 2,322 Bit pro Takt – 9,288 Bit auf allen Leitungspaaren. Da es vier verschiedene 2-Bit-Gruppen (00, 01, 10, 11) gibt, bleibt noch ein Bit übrig, das zur Fehlerbehandlung eingesetzt wird. Da 125MHz eine Periodendauer von acht Nanosekunden besitzen, können durch die gleichzeitige Verwendung der vier Doppeladern und die Übertragung der fünf Amplitudenstufen theoretisch 625 Zustände pro Takt übertragen werden. Da aber lediglich ein Byte (256 Zustände) pro Takt benötigt wird, kann der Rest zur Fehlererkennung und für andere Maßnahmen zur Erhöhung der Übertragungssicherheit genutzt werden (Bild 5). Vom Empfänger werden die empfangenen Codegruppen mit Hilfe der 8B1Q4-Kodierung (8Bit1PeriodeQuinary4Anzahl der Symbole) wieder in acht Datenbits zurückgewandelt.
Schrittweiser Übergang von Fast- auf Gigabit-Ethernet
Um das genutzte Frequenzspektrum zu kontrollieren und damit unnötige elektromagnetische Abstrahlung zu vermeiden, werden die zu sendenden Daten \’verwürfelt\‘ auf die Leitung gegeben. Ohne das Scrambling würden die für die Übertragung notwendigen Idle- und Extension-Kodeworte im ungünstigsten Fall Frequenzen von bis 625MHz erzeugen und damit die übertragungstechnischen Möglichkeiten einer Cat5-Leitung sprengen. Der Umstieg auf Gigabit-Ethernet kann mit den Switches von Phoenix Contact schrittweise erfolgen, da diese auf allen RJ45-Ports sowohl Gigabit als auch 10/100MBit/s unterstützen – auch im Mischbetrieb. Somit kann ohne großen Aufwand bei geringsten Unterbrechungen des Netzwerkbetriebs ein vorhandener Backbone in einen hoch performanten Gigabit-Backbone umgewandelt werden. Die vorhandenen Endgeräte können unverändert weiter betrieben werden. Somit bietet Gigabit-Ethernet auf Kupferkabeln die wirtschaftlichste Verkabelung bezogen auf Kosten pro MBit/s. Durch den steigenden Bedarf an Netzwerkbandbreite vollzieht sich der Wechsel zu höheren Übertragungsgeschwindigkeiten in folgenden Phasen: 1. Einsatz der neuen Gigabit-Switches für leistungsfähige Backbones 2. Zukünftige Einbeziehung von Übergabepunkten wie Router, Firewall oder Server in das Gigabit-Netzwerk 3. Umstellung der Endgeräte auf Gigabit-Ethernet
Cat5 oder Cat5e für Gigabit-Ethernet
Als die Category 5 für die Ethernet-Datenübertragung definiert wurde, war eine Übertragung von 1.000.000Bit/s nicht berücksichtigt worden, da sie zum damaligen Zeitpunkt nicht möglich war. Grundsätzlich reicht Cat5 für Gigabit aus, aber es sind nicht alle relevanten Werte für Gigabit-Ethernet spezifiziert. Nicht spezifiziert, aber entscheidend, sind die Grenzwerte für den Laufzeitunterschied zwischen den Paaren, und zwar für – PSNEXT (Leistungssummierte Nahnebensprechdämpfung) – ELFEXT (Ausgangsseitige Fernnebensprechdämpfung) – PS ELFEXT (Leistungssummiertes ELFEXT) – Return Loss (Rückflussdämpfung) Diese Grenzwerte sind später in der Category 5 enhanced (Cat5e) spezifiert worden. Für eine garantierte Gigabit-Übertragung muss ein Netzwerk der Category 5e, Klasse E, entsprechen – mit einer Übertragungsbandbreite von bis zu 300MHz.
