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Trickkiste

10GBASE-T nutzt wie Gigabit-Ethernet alle vier Aderpaare eines Twisted-Pair-Kabels. Die Datenrate pro Aderpaar – jedes ein eigener Übertragungskanal – reduziert sich damit zwar auf ein Viertel (2,5 GBit/s), doch das ist immer noch das Zehnfache gegenüber 1000BASE-T. Die Maximalfrequenz des Kabels begrenzt die Übertragungsbandbreite, sodass man die Kanalkapazität durch verbesserte Kodierverfahren hochtreiben muss.

Anstelle einfacher binärer Verfahren bieten sich welche mit vielen Signalniveaus an, die mehrere Bit pro Übertragungsschritt (Zustandswechsel auf der Leitung) transportieren. Doch auch solches Vorgehen hat technische Grenzen, weil mit zunehmender Zahl der Signalniveaus deren Abstand schrumpft und das Signal anfälliger gegen Störungen wird: Mit jedem zusätzlichem Bit pro Schritt verdoppelt sich nämlich die Zahl der nötigen Signalniveaus. Um drei Bit zu kodieren, braucht man acht Zustände, für vier Bit aber schon 16.

Parallel muss die Qualität des analogen Übertragungskanals – Transceiver und Aderpaar – steigen. Doch die lässt sich nicht beliebig hochtreiben, denn Sendepegel und Empfängerempfindlichkeit sind begrenzt. Die 802.3an-Arbeitsgruppe entschied sich nach langen Beratungen für PAM16 (Pulse Amplitude Modulation mit 16 Stufen). Sie bildet vier Bit in einen Übertragungsschritt ab.

Umgeformt

10GBASE-T stützt sich verstärkt auf digitale Signalverarbeitung (DSP, Digital Signal Processing) in den PHY-Chips. Der PHY-Datenpfad besteht aus fünf Stufen: einem selbst synchronisierenden Scrambler, einer 128-DSQ-Kodierung, einem LDPC-Block-Kodierer, dem Tomlinson-Harashima-Precoding und der PAM16-Modulation. Die Daten durchlaufen diese Stufen der Reihe nach in Senderichtung, ihre Gegenstücke umgekehrt beim Empfang.

Am Anfang der Kette erhält der PCS über sein 32-Bit-Interface acht Datenbyte in zwei aufeinander folgenden Transfers. Vor die 64 Datenbits setzt er noch ein Kontrollbit, bevor der Block an den Scrambler geht. Der mindert unerwünschte Abstrahlung und Gleichanteile auf der Leitung. Dazu verwürfelt der Scrambler die Datenblöcke mit einer verabredeten, pseudozufälligen Sequenz, sodass das Signal rauschähnlich wird: Seine Energie verteilt sich übers ganze Spektrum, Spitzen bei einzelnen Frequenzen unterbleiben. Außerdem erscheinen so bei längeren Eins- oder Nullfolgen in den Nutzdaten keine anhaltenden Plus- oder Minuspegel auf dem Kabel, die die Übertrager am Kartenanschluss sättigen könnten. Schließlich treten keine gleichen Symbole auf den Aderpaaren auf und ein- und ausgehender Datenstrom unterscheiden sich. Dadurch funktionieren Echo- und Crosstalk-Unterdrückung besser.

Hinter dem Scrambler sammelt der PHY zunächst 50 65-Bit-Blöcke, die den Nutzdatenteil eines 10GBASE-T-Frames bilden. Davor setzt er ein Auxiliary Channel Bit, dahinter eine acht Bit lange Prüfsumme (CRC-Feld, Cyclic Redundancy Check), sodass insgesamt 3259 Bit im Frame stecken. Die müssen nun durch Symbole kodiert und auf die vier Aderpaare verteilt werden.