Definition Was ist 802.3bp (1000Base-T1)?

802.3bp ist ein Standard zur Ethernet-Datenübertragung über einpaarige Twisted-Pair-Kupferkabel mit einer Geschwindigkeit von 1000 Mbit/s. Gegenüber LAN-Kabeln mit vier Doppeladern sind 1000Base-T1-Kabel leichter, dünner, günstiger und aufgrund kleinerer möglicher Biegeradien einfacher zu verlegen. 802.3bp kommt beispielsweise im Automotive-Bereich oder in der Industrieautomation zum Einsatz.

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Bei IEEE 802.3bp handelt es sich um einen Standard des Institutes of Electrical and Electronics Engineers. Er spezifiziert die 1000Base-T1-Ethernet-Schnittstelle, die die Datenübertragung mit einer Geschwindigkeit von 1000 Megabit pro Sekunde über einpaarige Twisted-Pair-Kupferkabel ermöglicht. Im Gegensatz zu dem im LAN-Umfeld üblichen 1000Base-T-Standard werden zur Datenübertragung nicht vier, sondern nur eine Kupferdoppelader benötigt.

802.3bp ist einer von mehreren Single-Pair-Ethernet-Standards, die speziell für den Automotive-Bereich und die Industrieautomation entwickelt wurden. Im Vergleich zu herkömmlichen LAN-Kabeln wie Cat-5-, Cat-6- oder Cat-7-Kabeln sind die 1000Base-T1-Kabel leichter, dünner, kostengünstiger und aufgrund kleinerer möglicher Biegeradien einfacher zu verlegen.

1000Base-T1 arbeitet vollduplex. Die Sende- und Empfangssignale werden gleichzeitig über ein Adernpaar in gegensätzlicher Richtung übertragen. Es kommt das Prinzip der Echokompensation zum Einsatz, mit dem eine Station das eigene Sendesignal aus dem überlagerten Gesamtsignal entfernen und das Empfangssignal isolieren kann. Die weiteren Merkmale von 1000Base-T1 entsprechen dem klassischen Ethernet. Die Frame-Formate des MAC-Levels und alle Protokolle höherer Ebenen bleiben unverändert.

802.3bp arbeitet mit Pulsamplitudenmodulation (PAM-3) und verwendet Twisted-Pair-Kabel mit 600 MHz Bandbreite und einem Wellenwiderstand von 100 Ohm. Die maximal überbrückbare Entfernung beträgt abhängig von der Schirmung der Kabel 15 oder 40 Meter. Zur Energieversorgung von Geräten über die Ethernet-Verbindung ist Power over Data Line (PoDL, 802.3bu) vorgesehen. Power over Data Line erlaubt Leistungen auf Endgeräteseite von bis zu 50 Watt.

Typische Anwendung von 1000Base-T1 sind der Automotive-Bereich und die Industrieautomation. Dort werden beispielsweise Audio- und Videodaten, Steuerdaten oder Connected-Car-Informationen über Single Pair Ethernet übertragen oder Sensoren, Aktoren und die Steuerlogik per SPE miteinander vernetzt.

Grundsätzliches zu Single Pair Ethernet (SPE)

Die Abkürzung SPE steht für Single Pair Ethernet. Es handelt sich um verschiedene Standards wie 802.3bp (1000Base-T1), 802.3bw (100Base-T1), 802.3cg (10Base-T1) oder 802.3ch (Multi-Gig Automotive Ethernet), mit denen sich Ethernet-Verbindungen über Kabel mit nur einem Adernpaar herstellen lassen. Es existieren Standards für Geschwindigkeiten von 10, 100 und 1000 Megabit sowie mehreren Gigabit pro Sekunde.

Die maximal überbrückbaren Entfernungen variieren zwischen 15, 40 und bis zu 1000 Metern. Die SPE-Standards sind Alternativen zu den im LAN-Bereich gängigen Standards wie 100Base-TX oder 1000Base-T, die zwei oder vier verdrillte Adernpaare eines Kabels zur Datenübertragung benötigen. Die für die LAN-Verkabelung genutzten Kabeltypen wie Cat-5-, Cat-6- oder Cat-7-Kabel mit ihren RJ-45-Steckern sind im Vergleich zu den SPE-Kabeln dicker, schwerer, teurerer und aufwendiger zu verlegen.

Speziell für SPE existieren genormte Steckverbinder, die die Nachteile der RJ45-Steckverbinder wie die unzuverlässige Verriegelung oder den schlechten Schutz gegen Schmutz und Feuchtigkeit beseitigen. Neben der Verwendung einpaariger Kupferkabel ermöglicht Single Pair Ethernet das so genannte Cable Sharing. Hierbei wird eine vierpaarige Verkabelung genutzt, um vier voneinander unabhängige SPE-Verbindungen über ein einziges Kabel zu realisieren. Neben dem Automotive-Bereich sind die Prozessautomatisierung der Industrie 4.0, die Robotik oder die Gebäudeautomation typische Anwendungsbereiche für SPE. In diesen Anwendungen hat die SPE-Technik das Potenzial, Kommunikations- oder Feldbussysteme wie den LIN-Bus, CAN-Bus, FlexRay oder Profibus abzulösen. Im Single-Pair-Ethernet-Umfeld sind mehrere Standardisierungsgremien wie das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) oder die IEC (International Electrotechnical Commission) aktiv.

Die wichtigsten technischen Merkmale von 1000Base-T1

• Übertragungsrate 1000 Mbit/s

• vollduplex über ein einziges Adernpaar

• Kabel mit 600 MHz Bandbreite und 100 Ohm Wellenwiderstand

• Pulsamplitudenmodulation (PAM-3)

• maximal überbrückbare Entfernung bis zu 15 Meter mit einem UTP-Kabel (Typ A, ungeschirmt) oder bis zu 40 Meter mit einem STP-Kabel (Typ B, geschirmt)

• Energieversorgung per Power over Data Line (PoDL) mit 0,5 bis 50 Watt auf Endgeräteseite

Die anderen SPE-Standards im Überblick

Neben 1000Base-T1 (802.3bp) existieren weitere SPE-Standards. Hier ein kurzer Überblick über die bereits standardisierten oder sich noch in der Standardisierung befindlichen SPE-Standards:

• 10Base-T1 – 802.3cg: Single Pair Ethernet mit zehn Megabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 1000 Metern (Finalisierung der Standardisierung 2019/2020 vorgesehen)

• 100Base-T1 – 802.3bw: Single Pair Ethernet mit 100 Megabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 15 Metern

• 1000Base-T1 – 802.3bp: Single Pair Ethernet mit 1000 Megabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 15 oder 40 Metern

• Multi-Gig Automotive Ethernet (MultiGigBase-T1) – 802.3ch: Single Pair Ethernet mit 2,5, 5 und 10 Gigabit pro Sekunde und überbrückbaren Entfernungen von bis zu 15 Metern (aktuell noch in der Standardisierung)

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