Warum sind die einzelnen Adernpaare in einem Ethernet-Kabel miteinander verdrillt?

Die Verdrillung der Adernpaare in einem Ethernet-Kabel (man nennt diese Kabel deshalb auch Twisted-Pair-Kabel) hat einen entscheidenden physikalischen Grund: Die Minimierung von elektromagnetischen Störungen.

Hier sind die drei Hauptaspekte, warum das so wichtig ist:

1. Schutz gegen äußere Störeinflüsse (Einstrahlung)

Ethernet-Kabel liegen oft in der Nähe von Stromleitungen, Motoren oder Leuchtstoffröhren, die elektromagnetische Felder aussenden. Diese Felder können in den Kupferadern unerwünschte Spannungen (Rauschen) induzieren.

• Wie die Verdrillung hilft: Durch das Verdrillen wechselt jede Ader eines Paares ständig ihre Position gegenüber der Störquelle. Ein Störsignal trifft dadurch auf beide Adern fast exakt gleich stark ein.
• Differenzielle Signalübertragung: Ethernet nutzt ein cleveres Verfahren: Auf einer Ader wird das Signal gesendet, auf der anderen das exakte Gegenteil (invertiert). Der Empfänger bildet die Differenz der beiden Spannungen. Da die Störung auf beide Adern gleich wirkt, hebt sie sich bei der Differenzbildung mathematisch fast vollständig auf.

2. Vermeidung von „Übersprechen“ (Crosstalk)

In einem Ethernet-Kabel befinden sich meist vier Adernpaare eng beieinander. Wenn Strom durch eine Ader fließt, erzeugt er ein Magnetfeld, das in die benachbarten Adern „hineinfunken“ kann. Das nennt man Übersprechen (Crosstalk).

• Wie die Verdrillung hilft: Die Magnetfelder der beiden entgegengesetzt fließenden Ströme innerhalb eines Paares heben sich gegenseitig auf. Je enger die Verdrillung, desto weniger strahlt das Paar nach außen ab und desto weniger empfindlich ist es für Signale der Nachbarpaare.

3. Unterschiedliche Verdrillungsraten (Pitch)

Wenn du ein Ethernet-Kabel aufschneidest, wirst du feststellen, dass die vier Paare unterschiedlich stark verdrillt sind (einige sind „enger“ gewickelt als andere).

• Der Grund: Würden alle Paare mit dem gleichen Abstand verdrillt sein, lägen die Adern über lange Strecken immer wieder parallel zueinander. Das würde dazu führen, dass sie sich gegenseitig stören. Durch die unterschiedlichen Wicklungsstärken (verschiedene Schlaglängen) wird sichergestellt, dass die Adern der verschiedenen Paare immer in unterschiedlichen Winkeln zueinander stehen, was die Kopplung minimiert.

Zusammenfassung

Ohne die Verdrillung könnten Daten über Kupferkabel nur über sehr kurze Distanzen und mit sehr geringen Geschwindigkeiten übertragen werden, da die Fehlerrate durch elektromagnetische Störungen viel zu hoch wäre. Die Verdrillung ermöglicht erst die heute üblichen Geschwindigkeiten von 1 Gbit/s oder 10 Gbit/s über Distanzen von bis zu 100 Metern.