Fremdübersprechen (Alien Crosstalk)

Was ist Fremdübersprechen zwischen Datenleitungen — und warum wird eine Strecke im Bündel schlechter als dieselbe Strecke allein?

Fremdübersprechen ist die Einkopplung von einer Datenstrecke in eine andere: Nicht die Paare im eigenen Kabel stören sich, sondern das Nachbarkabel im selben Bündel, im selben Rohr, in derselben Reihe im Patchfeld. Die englische Bezeichnung „alien" trifft den Punkt besser als die deutsche — die Störung kommt von einem Sender, der zum eigenen System nicht dazugehört.

Wenn viele Netzwerkleitungen dicht nebeneinander liegen, hört jede ein bisschen von dem mit, was auf den Nachbarleitungen läuft. Innerhalb eines Kabels ist das kein großes Problem: Das Gerät am Ende kennt seine eigenen Signale und kann das Mitgehörte herausrechnen. Vom Nachbarkabel weiß es dagegen nichts, und deshalb bleibt diese Störung übrig. Ob sie stört, hängt weniger vom Kabel ab als davon, wie eng es verlegt wurde. Dieselbe Leitung, einmal einzeln im Rohr und einmal in einem dicken Bündel, ist am Ende nicht dieselbe Leitung.

Warum diese eine Störung nicht wegzurechnen ist

Ein moderner Ethernet-Baustein arbeitet auf allen vier Paaren gleichzeitig und in beide Richtungen. Dass er das kann, verdankt er Rechenarbeit: Er kennt das, was er selbst gerade sendet, und zieht dessen Anteil aus dem Empfangssignal wieder heraus. Das eigene Echo, das Übersprechen zwischen den eigenen Paaren am nahen Ende (NEXT) und am fernen Ende (FEXT) — alles drei sind Störungen mit bekannter Ursache, und alle drei werden im Empfänger zu einem guten Teil kompensiert.

Beim Fremdübersprechen bricht diese Kette. Was auf der Nachbarstrecke läuft, ist ein fremder Datenstrom aus einem fremden Gerät, in fremdem Takt. Der Empfänger hat keinerlei Kenntnis davon und kann ihn nur als Rauschen behandeln. Damit verschiebt sich die Zuständigkeit: Alles, was im Kabel und in der Verlegung nicht verhindert wird, landet unmittelbar im Störabstand der Strecke.

Genau daraus ist Cat 6A entstanden. Als 10 Gbit/s über Kupfer spezifiziert wurde, war das Übersprechen innerhalb des Kabels das kleinere Problem; die Grenze setzte die Nachbarstrecke im Bündel. Die Kabelkategorien führen die Reichweiten dazu — ungeschirmte Klasse-E-Strecken waren in der Vorbereitung des Standards nur mit Maßnahmen gegen Fremdübersprechen über die volle Länge vorgesehen, ohne solche Maßnahmen deutlich kürzer.

Die Kenngrößen und warum sie zusammengezählt werden

Gemessen wird immer von einem Opferkabel gegen ein Störkabel, am nahen Ende (ANEXT) und am fernen Ende (AFEXT). Praktisch verwertbar sind diese Einzelwerte aber nicht, denn ein Bündel hat nicht einen Nachbarn, sondern viele. Deshalb arbeiten die Verkabelungsnormen mit Power-Summen: PSANEXT und PSAACRF fassen die Beiträge aller Störer zusammen, die auf dasselbe Opferpaar wirken.

Das ist keine formale Feinheit, sondern der Kern der Sache. Jedes weitere Kabel im Bündel addiert Leistung, und die Summe entscheidet, nicht der schlimmste Einzelfall. Sechs sauber verlegte Nachbarn können in der Summe mehr ausmachen als ein einzelner schlechter.

Für die Messung folgt daraus ein Aufwand, der die Größe des Problems zeigt. Henriecus Koeman von Fluke Networks legte der IEEE-Arbeitsgruppe 2005 dar, dass der Rauschflur einer Power-Summen-Messung schon deshalb um 6 dB unter dem einer Einzelmessung liegt, weil vier Paar-zu-Paar-Werte zusammenfließen, und mit jeder Verdopplung der Störerzahl um weitere 3 dB sinkt. Sein Beispiel aus einer real installierten Verkabelung führt einen Opferkanal gegen 47 Störer. Dazu kommt, dass bei Prüffrequenzen bis 500 MHz jedes freiliegende Drahtstück als Antenne wirkt — die Messung misst sonst die eigene Prüfschnur.

Was dagegen hilft — im Kabel und auf der Baustelle

Es gibt zwei Wege, und sie unterscheiden sich darin, wer sie einlöst.

Der Gesamtschirm ist der direkte Weg. Er liegt genau dort, wo die Kopplung stattfindet, nämlich zwischen den Kabeln, und er macht das Bündel damit weitgehend unkritisch. Der Preis steht in der Schirmung: Ein Schirm wirkt nur, wenn er über die gesamte Strecke durchgeht und an beiden Enden niederimpedant aufliegt. Wer geschirmt gegen Fremdübersprechen plant, verschiebt das Problem also vom Kabel auf die Ausführungsqualität — bei geschirmten Komponenten und sauberem Potentialausgleich eine gute Verschiebung, sonst keine.

Der ungeschirmte Weg löst es über Geometrie. Ungeschirmte Cat-6A-Verlegekabel halten die Paare benachbarter Kabel weiter voneinander weg, üblicherweise über einen größeren Außendurchmesser und konstruktive Zusätze im Mantel. Das funktioniert, hat aber Folgen, die erst auf der Baustelle sichtbar werden: dickeres, steiferes Kabel, größerer Biegeradius, mehr Querschnitt im Leerrohr, weniger Adern im selben Kanal. Diese Rechnung gehört in die Rohrplanung und nicht in die Kabelbestellung.

Auf der Installationsseite kommen Maßnahmen dazu, die nichts kosten, solange sie vorher bekannt sind: Bündel nicht über die ganze Trasse parallel und stramm gebunden führen, Strecken einer Anwendung nicht zwingend auf benachbarte Patchfeldpositionen legen, Rangierkabel im Schrank getrennt führen statt zum Zopf zu binden. Das sind sinngemäß die Empfehlungen aus TSB-155 für die Ertüchtigung vorhandener Strecken — und sie sind billiger, wenn man sie von vornherein einhält.

Häufiges Missverständnis

„Übersprechen misst mein Techniker doch bei der Abnahme." Er misst Nebensprechen — die Paare gegeneinander innerhalb einer Strecke. Das ist Teil jeder Zertifizierungsmessung und sagt über das Fremdübersprechen nichts aus, weil dafür mindestens zwei Strecken gleichzeitig am Messgerät hängen müssen. Die Messung ist ein eigener, deutlich aufwendigerer Vorgang und in üblichen Abnahmen nicht enthalten. Wer sie will, muss sie ausschreiben.

Folgenreicher ist die zweite Verwechslung, die von Kabel und Strecke. Ein Datenblatt kann Fremdübersprechen nur unter definierten Prüfbedingungen ausweisen; in Deinem Haus entscheidet die Verlegung. Die gleiche Kabeltrommel liefert eine unkritische Strecke, wenn zwei Leitungen locker im Rohr liegen, und eine grenzwertige, wenn vierzig davon über zwanzig Meter stramm gebündelt parallel laufen. Es gibt keine Kabeleigenschaft, die diese Frage beantwortet.

Und der dritte betrifft die Schirmung: Auf einem Kabel mit Paarschirm steht nicht, dass es gegen Fremdübersprechen etwas ausrichtet. Paarschirme arbeiten gegen die Nachbarpaare im eigenen Kabel; zwischen den Kabeln wirkt der Gesamtschirm. U/FTP ist paargeschirmt und hat außen herum nichts.

Nicht zu verwechseln mit

Nebensprechen (NEXT und FEXT): dieselbe physikalische Kopplung, aber zwischen den Paaren einer Strecke. Der Empfänger kompensiert sie zu einem großen Teil, und die Zertifizierungsmessung erfasst sie.
Einkopplung aus der Energieverkabelung: kommt ebenfalls von außen, aber aus einem anderen Netz und in anderen Frequenzen. Dagegen helfen Trennungsabstände und die Verdrillung, nicht die Kategorie des Kabels.
Rückflussdämpfung: beschreibt Reflexionen an Stoßstellen der eigenen Leitung, also zurücklaufende Energie statt übergekoppelter. Beide verschlechtern den Störabstand, haben aber verschiedene Ursachen.
Schirmungsnotation: U/UTP bis S/FTP sagt, wo ein Schirm sitzt, und nicht, was er leistet — siehe Schirmungsnotation.

In der Planung

Ein Neubau mit Technikraum im Untergeschoss: Vom Verteiler laufen achtundzwanzig Datenleitungen sternförmig ins Haus, und auf den ersten sechs Metern teilen sie sich einen gemeinsamen Trassenweg über die Kellerdecke. Der Elektriker fragt, ob er sie „wie üblich" zu einem Strang bündeln soll, und die Leitungsliste sagt Cat 6A ungeschirmt.

Vor der Antwort steht eine Frage an die Leitungsliste: Welche dieser Strecken müssen später gleichzeitig etwas Anspruchsvolles übertragen? Fremdübersprechen wird erst dann zum Thema, wenn die Nachbarn wirklich hohe Frequenzen fahren — bei Gigabit-Ethernet ist der Störabstand komfortabel, bei 10 Gbit/s oder bei Bild über Kupfer nicht mehr. Wenn im Haus fünf Access Points und ein Speicherserver an einer Sammeltrasse hängen, ist die Antwort eine andere als bei zwölf Dosen für Fernseher und Steuergeräte.

Was daraus folgt, betrifft die Trasse und nicht das Kabel: die kritischen Strecken auf eigene Rohre oder wenigstens auf getrennte Lagen legen, das gemeinsame Stück so kurz wie möglich halten, Bündel locker binden statt zu pressen — was ohnehin dem Biegeradius und der Wärmeabfuhr bei Power over Ethernet entgegenkommt — und im Patchfeld die zusammengehörigen Strecken nicht in dieselbe Nachbarschaft legen. Wo die Anforderung wirklich hoch ist, ist die geschirmte Variante die robustere Antwort, aber nur zusammen mit geschirmten Komponenten und Potentialausgleich.

Erst danach die Auswahl. Sie fällt an dieser Stelle klein aus, weil die Entscheidung längst gefallen ist: Fremdübersprechen wird beim Verlegen gewonnen oder verloren, nicht beim Einkauf.

Verknüpfte Inhalte

Warum die Verdrillung Störungen in den Gleichtakt schiebt und der Empfänger sie erst dort loswird, steht bei Twisted Pair. Was ein Schirm leistet und woran geschirmte Installationen scheitern, bei der Schirmung; wo ein Schirm im Kabel sitzt, bei der Schirmungsnotation. Die Einordnung von Cat 6A in die Reihe der Kategorien und die Reichweiten je Verfahren liefern die Kabelkategorien. Die zweite Größe, die im selben Messprotokoll steht und oft mit dieser verwechselt wird, ist die Rückflussdämpfung.

Quellen

Dass Fremdübersprechen im Störabstandsbudget von 10GBASE-T als nicht kompensierbare Größe geführt wird, gehört zu IEEE 802.3an; die Reichweitenfolgen für Klasse-E-Strecken stammen aus einer Vorlage an dieselbe Arbeitsgruppe (Flatman, Juli 2005). Die Messgrößen und ihre Grenzwerte stehen in ISO/IEC 11801-1 und ANSI/TIA-568.2-D, die Ertüchtigung vorhandener Strecken in TSB-155 und ISO/IEC TR 24750. Die Angaben zum Messaufwand und zum Rauschflur der Power-Summen-Messung stammen aus Koemans Vorlage vom Mai 2005, die für diese Seite im Volltext gelesen wurde.