Gigabit-Ethernet ist hundertmal schneller als Standard-Ethernet (10MBit/s) und zehnmal schneller als Fast Ethernet (100MBit/s). Durch die Vollduplex-Fähigkeit wird das gleichzeitige Senden und Empfangen von Daten-Telegrammen möglich. Weil die höhere Übertragungsbandbreite eine bessere Netzwerk-Performance ermöglicht, werden Engpässe im Netzwerk beseitigt und Produktionsvorteile erzielt. Durch die Verwendung der bestehenden Verkabelung sind die Anschaffungs- und Betriebskosten in Relation zum Performance-Gewinn niedrig. Vorhandene Endgeräte mit Ethernet oder Fast Ethernet können genauso wie die Verkabelung ohne Einschränkungen genutzt werden. Durch die skalierbare Infrastruktur ist ein schrittweiser Umstieg möglich, der vorhandene Geräte integriert und dabei gleichzeitig die steigenden Anforderungen an den Backbone berücksichtigt. Durch die Interoperabiliät, die auf internationalen Normen basiert, werden typische Installationsfehler vermieden. So ist z.B. eine Unterscheidung zwischen Crossover- und 1:1-Leitungen nicht länger notwendig. Gigabit-Ethernet-Lösungen von Phoenix Contact ermöglichen es, die Netzwerkleistung deutlich zu verbessern und einen maximalen Nutzen aus den bisherigen Investitionen zu ziehen. Zur Steigerung der Netzwerksicherheit kann sowohl der unberechtigte Zugriff als auch das Abziehen wichtiger Leitungen mittels Layer 1-Security-Elementen verhindert werden (siehe Bild 3).
Gigabit auf Cat5-Leitungen
Mit Cat5-Verkabelungssystemen, die nach EN50173/TIA 568 installiert wurden, sollte es nach IEEE 802.3ab möglich sein, 1000 BASE-T zu betreiben, ohne die existierende Cat5-Verkabelung zu ändern. Dieses technisch anspruchsvolle Ziel wurde durch fünf Verfahren erreicht: – Parallel-Übertragung über alle acht Adern – Multilevel-Codierung (PAM5 – 5-Level Pulse Amplitude Modulation) mit mehr als zwei logischen Niveaus – Trellis- und Viterbi-Decodierung, um die Bitfehlerraten auf akzeptable Größen zu senken – Scrambling zur Verteilung der Daten auf verschiedene Aderpaare – Echo-Kompensation, da auf jedem der vier Adernpaare gleichzeitig gesendet und empfangen wird Zu den weiteren Verfahren, die mit zum Teil hochkomplexen Maßnahmen die Datenübertragung ermöglichen, zählen Adaptive Equalization, Baseline-Wander-Korrektur sowie Next-Cancelation. Die Übertragung des Nutzsignals von 1.000MHz mit einer niedrigen Fehlerquote bei gleichzeitiger Cat5-geeigneter Schrittgeschwindigkeit ist eine technisch anspruchsvolle Aufgabe. Nachfolgend sind die wichtigsten Maßnahmen vereinfacht dargestellt.
Übertragungsgeschwindigkeit wird schrittweise reduziert
Eine deutliche Reduzierung der Schrittgeschwindigkeit von 1.000MHz (vollduplex) bringt die Aufteilung auf die erforderlichen vier parallelen Adernpaare bei gleichzeitigem Senden und Empfangen. Allerdings erfordert diese Aufteilung eine komplexe Technologie der Echo-Kompensation. Ohne Echo-Kompensation könnte an einem Port auf den Paaren das ankommende Signal nicht vom gesendeten Signal unterschieden werden. Beim Prinzip der Echo-Kompensation (siehe Bild 4) werden die Signale über Widerstandsnetzwerke aufgeteilt und auf Differenzverstärker geführt. Dabei werden die Eingangssignale des Empfängers so überlagert, dass das Sendesignal in gleicher Höhe an beiden Eingängen anliegt und das Empfangssignal nur an einem. So wird das Sendesignal kompensiert und das Empfangssignal verstärkt (siehe Bild 4).
Trellis-Codierung oder 4B5B-Code
Bei der Trellis-Codierung werden zur Erhöhung der Übertragungssicherheit je vier Daten-Bits (Nibble oder Quadbit) mit einem Redundanz-Bit codiert und übertragen. Die erforderliche Kodier-Tabelle ist so aufgebaut, dass unabhängig von den Eingangsdaten nie Ausgangsdaten mit mehr als drei Nullen in Folge auftreten. Dadurch ist sichergestellt, dass Taktrückgewinnung und Synchronisierung unabhängig vom Eingangssignal aufrechterhalten werden können. Mit Hilfe des Redundanz-Bits können fehlerbehaftete Bit-Folgen ausgefiltert werden. Von den möglichen 32 Signalen werden nur 16 genutzt. Die Trellis-Codierung bietet weitere für den Anwender nachvollziehbare Vorteile: – Zusätzliche Bit-Gruppen zur Übertragung von Zusatzinformationen – Bessere Fehlererkennung, da es sich bei nicht definierten Codes um Fehler handelt (Violation) – aus deren Häufigkeit lassen sich Aussagen zur Qualität der Datenübertragung ableiten – Bessere Taktrückgewinnung, da die maximale Anzahl von \’0\‘ oder \’1\‘ bei beliebigem Code begrenzt ist – Der Gleichspannungsanteil beträgt maximal 10% (Baseline-Wander) – Deutlich höherer Signal-Rausch-Abstand (SNR)
