Kabelprobleme

Elektromagnetische Signalübertragung mittels Kabeln hat so ihre eigenen Probleme die ihre Maximallänge begrenzen. Dies sind 

die Dämpfung und der Widerstand

Lässt man Supraleiter mal außen vor (die sowieso nur nahe dem absoluten Nullpunkt funktionieren), so hat jeder elektrische Leiter auch einen elektrische Widerstand, der vom Material, der Länge des Leiters und dessen Querschnitt abhängt. Je länger und dünner der Leiter, umso höher ist sein Widerstand, und um so schlechter taugt er für die Signalübertragung.

Das wäre  für Gleichstrom das einzige Problem. Signale im Netzwerk werden aber durch elektromagnetische Schwingungen im Megahertzbereich übertragen. Die Berechnungen dafür sind ziemlich kompliziert, und da ich hier niemanden mit 3 Stunden Elektrotechnik langweilen möchte, die ich überdies selbst erst nachschlagen müsste, spare ich mir diesen Teil und verkünde gleich das unschöne Ergebnis.

Mit steigender Frequenz der Übertragung wird das Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung schlechter und damit das Nutzsignal am Ende schwächer. Das Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung nennt man Dämpfung und gibt es in Dezibel (dB) an.

Ab einer gewissen Frequenz ist gar keine sinnvolle Übertragung über das Netz mehr möglich. Man spricht dabei von der Grenzfrequenz. Die Leitung wirkt dabei wie ein Tiefpassfilter. Sie lässt niedrige Frequenzen durch und filtert hohe Frequenzen heraus.

Repeater

Die oben genannte Eigenschaft von Leitern zwingt dazu nach einer gewissen Leitungslänge Signalverstärker einzubauen, die das Signal regenerieren. Der Netzwerker sagt zu diesen Dingern Repeater, und mit ihrer Hilfe lässt sich der Netzwerkstrang schon bedeutend verlängern.

Repeater sind allerdings auch nicht die ultimative Lösung des Längenproblems. Auf jeder Leitung werden von der Umwelt die verschiedensten Störeinflüsse induziert. Dabei handelt es sich um Signale mit einem zufällig verteilten Frequenzspektrum. Man nennt diese Signale Rauschen.

Hier ist das Verhältnis von Signalstärke S und Stärke des Rauschens R bei einer bestimmten Frequenz wichtig. Man spricht hier vom Rauschabstand S/T.

Da der Repeater normalerweise nicht in der Lage ist das Rauschen vom Signal zu unterscheiden, verstärkt er es mit. Damit ist zwar hinter dem Repeater das Signal wieder stärker, der Störabstand hat sich aber nicht verbessert. Auf den nächsten Leitungsstück wird das Signal dann wieder gedämpft und neues Rauschen kommt hinzu. Das sieht dann etwa so aus:

Nach ein paar Repeatern und Leitungsstücken ist das Rauschen stärker als das Nutzsignal und keine Empfangseinheit kann sie mehr trennen.

Das beste Mittel um diesen Effekt zu minimieren ist der Einsatz möglichst gut abgeschirmter Leitungen.

Warum außerdem noch die Arbeitsfrequenz und die Laufzeit der Signale die maximale Länge von Teilnetzen begrenzt behandeln wir im Kapitel über reale Netzwerke.