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Forschungszentrum KarlsruheTechnik und Umwelt
Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.0 (01/03/08)
K744.03 K744.03 ——
„„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““
Kapitel 3: Nachrichtentechnische GrundlagenKapitel 3: Nachrichtentechnische Grundlagen
ÜÜbertragungstechnikbertragungstechnikSignalbegriffSignalbegriffÜÜbertragungssysteme und ihre Eigenschaftenbertragungssysteme und ihre EigenschaftenÜÜbertragungsmedienbertragungsmedienDigitale SignalDigitale SignalüübertragungbertragungLeitungscodierungLeitungscodierungModulationModulationMultiplexMultiplex
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.1 (01/03/08)
ÜÜbertragungstechnikbertragungstechnik
Die Übertragungstechnik von Signalenbildet den Schwerpunkt der klassischen Nachrichtentechnik. Keine Verarbeitungs- oder Speicherprozesse im Übertragungssystem. Ziel in vielen Fällen:Möglichst formgetreuer (unverzerrter) Transport der Signale von der Signalquelle zum Signalempfänger trotz technischer Unvollkommenheiten und Störungen auf dem Übertragungsweg.In bestimmten Anwendungsgebieten der Nachrichtentechnik wird der Begriff
ÜÜbertragungstechnikbertragungstechnikzusätzlich in engerer Bedeutung gebraucht.
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.2 (01/03/08)
Klassifizierung der traditionellen NachrichtenKlassifizierung der traditionellen Nachrichtenüübertragungstechnikbertragungstechnik1. 1. FernmeldetechnikFernmeldetechnik
1.1 Fernsprechtechnik (1.1 Fernsprechtechnik (TelefonieTelefonie))1.2 Fernschreibtechnik (Telegrafie)1.2 Fernschreibtechnik (Telegrafie)1.3 Daten1.3 Datenüübertragungstechnikbertragungstechnik1.4 Integrierte Fernmeldenetze1.4 Integrierte Fernmeldenetze
2. 2. TonrundfunkTonrundfunk3. 3. FernsehrundfunkFernsehrundfunk
3.1 Schwarz/Wei3.1 Schwarz/Weißß--FernsehenFernsehen3.2 Farbfernsehen3.2 Farbfernsehen
4. 4. SatellitenfunkSatellitenfunk5. 5. Ortung und Navigation (z.B. Radar)Ortung und Navigation (z.B. Radar)6. 6. Spezielle FunkdiensteSpezielle Funkdienste
6.1 Beweglicher Seefunk, Flugfunk6.1 Beweglicher Seefunk, Flugfunk6.2 Beweglicher Landfunk, Autotelefon, Zugfunk, CB6.2 Beweglicher Landfunk, Autotelefon, Zugfunk, CB--Funk Funk
7. 7. FernwirktechnikFernwirktechnik8. 8. VerkehrssignaltechnikVerkehrssignaltechnik
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.3 (01/03/08)
Technologieorientiertes Modell eines Kommunikationssystems Technologieorientiertes Modell eines Kommunikationssystems
vermittelter Übertragungsweg
Endgerätetechnik Übertragungstechnik Vermittlungstechnik
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Aufgaben der TechnikbereicheAufgaben der Technikbereiche
ÜÜbertragungstechnikbertragungstechnik:Transport von Signalen über Übertragungsmedien.
VermittlungstechnikVermittlungstechnik: Bereitstellung eines Übertragungsweges zwischen Endgeräten durch variable Kopplung übertragungstechnischer Einrichtungen.
EndgerEndgeräätetechniktetechnik:Technische Einrichtungen beim Telekommunikations-
Teilnehmer: Eingabe, daten-
und signaltechnische Aufbereitung zum Zwecke der Übertragung und Vermittlung und -möglichst unverfälschter-
Wiedergabe der
eingegebenen Daten.
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Netzstruktur: Beispiel Netzstruktur: Beispiel ÖÖffentliches Netzffentliches Netz
ÖffentlichesVermittlungsnetz
Basis-station
Basis-station
Neben-stellen-anlage
Neben-stellen-anlage
Endsystem
Rechnermit
Komm.-subsystem
Rechnermit
Komm.-subsystem
PeripherieKommunikations-subsystem (HW/SW)
Schnittstellenstandard
Multimedia-Endgerät
Funkzelle
End-systemEnd-
system
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Wiederholung: Der Begriff "Signal"Wiederholung: Der Begriff "Signal"
SignalSignal
Ein Signal ist die physikalische Darstellung (Repräsentation) von Daten durch charakteristische räumliche und/oder zeitliche Veränderungen der Werte physikalischer Größen.
Signale sind somit die reale physikalische Repräsentation abstrakter Darstellungen:der Daten.
Gegenstände unseres DenkensGegenstände unseres Denkens
Daten als formalisierte DarstellungDaten als formalisierte Darstellung
Signale als reale Darstellung von DatenSignale als reale Darstellung von Daten
abstrakteWelt
physikalischeWelt
Konventionen zurDarstellung vonDenkinhalten
Konventionen zurDarstellung vonDaten
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OrtsabhOrtsabhäängige vs. zeitabhngige vs. zeitabhäängige Signalengige SignaleSignalausprSignalauspräägungen:gungen:
OrtsabhOrtsabhäängige, rngige, rääumliche Signaleumliche Signalebevorzugt für Speichern von Daten.Speichern von Daten.
Optischer Speicher: beschriebenes/bedrucktes PapierOptische Platten, z.B. CD-R, DVDMagnetischer Speicher
ZeitabhZeitabhäängige Signalengige Signalebevorzugt für Verarbeiten und Verarbeiten und ÜÜbertragen von Signalen. bertragen von Signalen.
GrundsatzGrundsatz::Jedes ortsabhJedes ortsabhäängige Signal ist ngige Signal ist in ein zeitabhin ein zeitabhäängiges Signal ngiges Signal üüberfberfüührbar ("Lesen", Abtasten) hrbar ("Lesen", Abtasten) und umgekehrt ("Schreiben", Aufzeichnen).und umgekehrt ("Schreiben", Aufzeichnen).Vorlesung behandelt ausschließlich zeitabhängige Signale.
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Signale und ihre ParameterSignale und ihre Parameter
Signalparameter:diejenigen physikalischen Kenngrößen eines Signals, deren Wert oder Werteverlauf die Daten repräsentieren.
Bei räumlichen Signalen sind Werte des Signalparameters Funktion des Ortes.Bei zeitabhängigen Signalen sind Werte des Signalparameters S Funktion der Zeit S=S(t).
Generische Einteilung zeitabhängiger Signale in Klassen:zeitkontinuierliche, signalwertkontinuierliche Signalezeitdiskrete, signalwertkontinuierliche Signalezeitkontinuierliche, signalwertdiskrete Signalezeitdiskrete, signalwertdiskrete Signale
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Signale: kontinuierlich vs. diskretSignale: kontinuierlich vs. diskretZeitZeit--
kontinuierlichkontinuierlich diskretdiskretSi
gnal
wer
tSi
gnal
wer
t -- kont
inui
erlic
hko
ntin
uier
lich
disk
ret
disk
ret
s
t
s
t
s
t
s
t
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Periodische SignalePeriodische Signale
Kenngrößen periodischer Signale: Periode T, Frequenz 1/T, Amplitude S(t), Phase ϕ
S(t)
Τ
Sinus-Schwingung (zeitkontinuierlich) Beispiel von Phasendifferenz ϕ
S(t)
t
Rechteck-Schwingung (zeitdiskret „idealisiert“)
S(t)
t
2π
ϕt
Τ
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Zusammengesetzte SignaleZusammengesetzte Signale
Zeit
Zeit
Zeit
Komponente mitniedriger Frequenz(feste Amplitude)
Komponente mithoher Frequenz(feste Amplitude)
ZusammengesetztesSprachsignal mit ge-mischten Frequenzenund Amplituden
T = Periodef = Frequenz = 1/T
T1
Tn
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Periodische Signale: Periodische Signale: FourierFourier
AnalyseAnalyse
Jede periodische Funktion kann durch die Summe von SinusJede periodische Funktion kann durch die Summe von Sinus-- und und Kosinusfunktionen dargestellt werden (Kosinusfunktionen dargestellt werden (FourierFourier--ReiheReihe).).
mit f Grundfrequenz, an und bn Amplituden von Sinus bzw. Kosinus der n-ten Harmonischenalle Signale kann man sich so zerlegt in der Übertragung vorstellen
)2cos()2sin(21)(
11
nftbnftactgn
nn
n ππ ∑∑∞
=
∞
=
++=
1
0
1
0t t
ideales Signal reale Zerlegung
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.13 (01/03/08)
Frequenzspektrum eines SignalsFrequenzspektrum eines SignalsBandbegrenztes SignalBandbegrenztes Signal: : Signale kSignale köönnen ein "natnnen ein "natüürlich" begrenztes rlich" begrenztes —— meist kontinuierliches meist kontinuierliches ——Frequenzspektrum umfassen oder durch technische Mittel auf einenFrequenzspektrum umfassen oder durch technische Mittel auf einenAusschnitt ihres Spektrums begrenzt werden (Bandbreite).Ausschnitt ihres Spektrums begrenzt werden (Bandbreite).
Kontinuierliches — akustisches — Frequenzspektrum der menschlichen Stimme und Brandbreite des analogen ITU-Standardtelefonkanals
Energie (dB)
Frequenz (Hz)
40
30
20
10
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
300 Hz 3400 Hz3100 Hz ITU-Standard-Telefonkanal
dB: Dezibel
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Signalumformung akustisch Signalumformung akustisch --
elektrisch: Beispiel Telefonelektrisch: Beispiel Telefon
Signal : physikalische GrSignal : physikalische Größöße, zeitlicher Verlaufe, zeitlicher Verlauf
MediumUmformer Rückformer
Modell des Übertragungssystems Telefon
analoges akustisches Signal analoges elektrisches Signal analoges akustisches Signal
LautsprecherMikrofon
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Einsatz technischer Mittel Einsatz technischer Mittel --
TelekommunikationTelekommunikationDie klassische NachrichtenDie klassische Nachrichten--/Telekommunikationstechnik ist von der /Telekommunikationstechnik ist von der Sprachkommunikation (Telefon) geprSprachkommunikation (Telefon) gepräägt (technisch und wirtschaftlich).gt (technisch und wirtschaftlich).Menschen als Kommunikationspartner:Menschen als Kommunikationspartner:
MenschMensch MenschMensch
akus
tisch
e Sch
nitts
telle
akus
tisch
e Sch
nitts
telle
Kom
m.-
Schn
ittst
elle
Kom
m.-
Schn
ittst
elle
eingefügtes technisches System
Telefon-apparat
Telefon-apparat TelefonnetzTelefonnetz Telefon-
apparatTelefon-apparat
Modell einer Telekommunikation
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ÜÜbertragungssystem: Grundlagen, Begriffebertragungssystem: Grundlagen, Begriffe
Grundlage jeder Kommunikation:Grundlage jeder Kommunikation:SignalSignalüübertragung:bertragung:
Transport von Signalen Transport von Signalen üüber ein geeignetes Medium, ber ein geeignetes Medium, das diese Signale das diese Signale üüber eine rber eine rääumliche Distanz weiterleitet.umliche Distanz weiterleitet.
Verkürzender Sprachgebrauch:Übertragungssignal = SignalSignaltransportmedium/Übertragungsmedium = (physikalisches) MediumSignalgeber, Signalquelle = SenderSignalempfänger, Signalsenke = Empfängerphysikalisch-technisches Transportsystem für Signale = Übertragungsweg
Signalübertragung wird in der Nachrichtentechnik meist alsNachrichtenübertragung bezeichnet.
Signal-geber
Signal-geber
Signalübergabe Signalannahme
Übertragungssignale
Signaltransportmedium Signal-empfängerSignal-
empfänger
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ÜÜbertragungskanal und Medium bertragungskanal und Medium
Sender Empfänger
Medium
Übertragungskanal
ZugangspunktZugangspunkt
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ÜÜbertragungssystem: physikalisches Mediumbertragungssystem: physikalisches MediumVerwendung eines physikalischen Mediums zur Verwendung eines physikalischen Mediums zur ÜÜbertragung von bertragung von Nachrichten.Nachrichten.
Quelle Senke
UmformerUmformer
Medium
~~
nachrichtentechnischer Kanal / Übertragungskanal
Nachricht
x(t) y(t)
x´(t) y´(t)
z´(t)
PrimPrimäärsignale x(t), y(t):rsignale x(t), y(t):quellen-/senkenbezogenephysikalische Größen.
Signale xSignale x´́(t), y(t), y´́(t), z(t), z´́(t):(t):leitungsbezogene physikalische Größen.
Physikalisches Medium,Physikalisches Medium,z.B. elektrische Leitung:y´(t) = F(x´(t);z´(t))
Störquelle
RückformerRückformer
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.19 (01/03/08)
VOIP VOIP ——
GrundlagenGrundlagen
Prinzip der digitalen SprachkommunikationPrinzip der digitalen Sprachkommunikation
GeneratorDiskretisierung
nach PCM
SegmentiererPaketgenerierung (A-SDU)
Kom-pression
AusgangspufferLeaky
Bucket: Isochronität!
UDPIP
Coder
ParserDiskretisierung
nach PCM
ReassembliererPaketgenerierung (A-SDU)
Dekom-pression
UDPIP
Decoder
L A N
EingangspufferLeaky
Bucket: Isochronität!
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.20 (01/03/08)
Bandbegrenztes MediumBandbegrenztes Medium
Bandbreite eines Mediums:Bandbreite eines Mediums:Signaltransportmedien bzw. Signaltransportmedien bzw. ÜÜbertragungssysteme bertragungssysteme üübertragen stets bertragen stets nur ein endliches Frequenzband.nur ein endliches Frequenzband.
Dämpfung (dB)
Frequenz (kHz)1,2 2,4 3,60
1
0
-1
-2
-3
-4
-5Bandbreite
Abschneidefrequenzen
Bandbreite von Bandbreite von ÜÜbertragungswegen:bertragungswegen:Bandbreite in Hz: Frequenzbereich, derBandbreite in Hz: Frequenzbereich, derüüber ein Medium (einschlieber ein Medium (einschließßlich der im lich der im ÜÜbertragungssystem enthaltenen Filter,bertragungssystem enthaltenen Filter,VerstVerstäärker usw.) rker usw.) üübertragen werden kann.bertragen werden kann.
Bandbreite ergibt sich aus der Differenz derhöchsten und niedrigsten übertragbarenFrequenzen.
Wegen nicht-idealer BandbegrenzungenFestlegung von Abschneidefrequenzen.
Signale müssen an die Übertragungs-charakteristik des Mediums angepaßtwerden.
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.21 (01/03/08)
EinfluEinflußß: Bandbreite eines : Bandbreite eines ÜÜbertragungssystems auf digitales Signalbertragungssystems auf digitales Signal00 11 00 00 00 00 11 00 00 00
t
Bandbreite 500 Hz
Bandbreite 900 Hz
Bandbreite 1300 Hz
Bandbreite 1700 Hz
Bandbreite 2500 Hz
Bandbreite 4000 Hz
Signalrate 2000 Sig./s
Bitcode:Ideal, würde aberunendliche Band-breite benötigen!nur 1. Harmonische
1.+2. Harmonische
1.-3. Harmonische
1.-4. Harmonische
1.-5. Harmonische
1.-6. Harmonische
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.22 (01/03/08)
Fortpflanzungsgeschwindigkeit von SignalenFortpflanzungsgeschwindigkeit von SignalenOptimum: Lichtgeschwindigkeit (c = 3•108m/s) im VakuumAusbreitungsgeschwindigkeit auf Leitungen < LichtgeschwindigkeitNäherungsweise 0,6•cDurch die begrenzte Fortpflanzungsgeschwindigkeit hat das Medium eine Speicherkapazität.Beispiel: DatenBeispiel: Datenüübertragung von MIT nach Berkeley:bertragung von MIT nach Berkeley:
Strecke: 5000 km; Signallaufzeit: ca. 25 ms (5000 km / 2Strecke: 5000 km; Signallaufzeit: ca. 25 ms (5000 km / 2••101088m/s)m/s)Bei Bei ÜÜbertragungsrate von 64 bertragungsrate von 64 kbit/skbit/s: : 1600 1600 bitbit SpeicherkapazitSpeicherkapazitäättBei Bei ÜÜbertragungsrate von 2 bertragungsrate von 2 Mbit/sMbit/s: : 50000 50000 bitbit SpeicherkapazitSpeicherkapazitäätt
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.23 (01/03/08)
ÜÜbertragungssystem: Dbertragungssystem: Däämpfung/Verzerrungmpfung/Verzerrung
Dämpfung
Laufzeit
Dämpfungnutzbares
Frequenzband
FrequenzBandbreite Dämpfungsverzerrung (Lauf-)Zeitverzerrung
x’(t) x’(t)
y’(t)t t
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Digitale SignalDigitale SignalüübertragungbertragungSchrittSchritt::
Charakteristisch für zeitdiskrete Signale ist die Existenz eines minimalen Zeitintervalls TMin zwischen aufeinanderfolgenden -möglichen - Änderungen der Signalkoordinate (Schrittdauer, kurz: Schritt als Signal definierter Dauer)Wichtig: Digitales Signal mit fester Schrittdauer T (Schritt-Takt)
Isochrones (Isochrones (isochronousisochronous) Digitalsignal:) Digitalsignal:Ein Digitalsignal ist isochron, wenn seine Kennzeitpunkte, d.h. die Zeitpunkte des Übergangs von einem Signalelement zum nächsten, in einem festen Zeitraster liegen.
AnisochronesAnisochrones ((anisochronousanisochronous) Digitalsignal:) Digitalsignal:Ein nicht-isochrones Digitalsignal
SchrittgeschwindigkeitSchrittgeschwindigkeitbei isochronen Digitalsignalen: Kehrwert der Schrittdauer: 1/TEinheit: baud = 1/s
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.25 (01/03/08)
Schrittgeschwindigkeit Schrittgeschwindigkeit --
BeispielBeispiel
S(t)
t
1 2 3 4 5 6 7 8
Schrittfolge:
TTakt
Beispiel:1s
Schrittgeschwindigkeit 5 baud
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ZweiZwei--
und mehrwertige Digitalsignaleund mehrwertige Digitalsignale
BinBinäärsignal:rsignal:Digitales Signal mit nur zwei Werten des Signalparameters.
Zweiwertiges Digitalsignal:Zweiwertiges Digitalsignal:Digitales Signal, bei dem die Signalelemente binär sind.
Mehrwertige (mehrstufige) Digitalsignal:Mehrwertige (mehrstufige) Digitalsignal:Die (diskrete) Signalkoordinate kann mehr als zwei Werte annehmen; Beispiel: DIBIT = zwei Bit pro Koordinatenwert (quaternäres Signalelement)Die Anzahl n der diskreten Werte (Kennwerte, Stufen), die ein Signalelement annehmen kann, wird wie folgt gekennzeichnet:n = 2 binär (binary)n = 3 ternär (ternary)n = 4 quaternär (quarternary)...n = 8 oktonär (octonary)n = 10 denär (denary)
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.27 (01/03/08)
Mehrwertiges Digitalsignal Mehrwertiges Digitalsignal --
BeispielBeispiel
t
1111
1010
0101
0000
11 1010 01010101 00 0000000000
+2
+1
-1
-2
zugeordnetesquaternäresCodeelement Signalstufen (Amplitudenwerte)
SchrittquaternäreCodefolge
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.28 (01/03/08)
SchrittSchritt--
versus versus ÜÜbertragungsgeschwindigkeitbertragungsgeschwindigkeitSchrittgeschwindigkeit Schrittgeschwindigkeit vvSS ((symbolsymbol rate, rate, modulationmodulation rate, rate, digitdigit rate)rate)
Gibt - anschaulich - die Zahl der ggf. nur potentiellen Signalparameter-Zustandswechsel an (Schrittumschläge).Für isochrone Digitalsignale gilt: vS = 1/T Einheit: 1/s baud (Abk. bd)
ÜÜbertragungsgeschwindigkeitbertragungsgeschwindigkeitFür zweiwertige Signale (binäre Signale)Jeder Schrittumschlag codiert ein Bit. Deshalb gilt in diesem Fall: Schrittgeschwindigkeit in baud = Übertragungsgeschwindigkeit in bit/sDie Übertragungsgeschwindigkeit wird in diesem Fall als Bitrate (bit rate) bezeichnet.Für mehrstufige Signale (mit n möglichen Wertestufen)Übertragungsgeschwindigkeit Φ (in bit/s): Φ = vS • ld(n)Bei DIBITBei DIBIT--Codierung: Codierung: 1 1 baudbaud = 2 = 2 bit/sbit/s (quatern(quaternääres Signal)res Signal)Bei TRIBITBei TRIBIT--Codierung: Codierung: 1 1 baudbaud = 3 = 3 bit/sbit/s ((oktonoktonääresres Signal)Signal)Bei mehrstufigen Bei mehrstufigen nn--nnäärenren Signalen: Signalen: ääquivalente quivalente Bitrate Bitrate vvBB = = ld(nld(n) ) •• vvSS
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.29 (01/03/08)
Synchronisation bzgl. AbtastzeitpunktenSynchronisation bzgl. AbtastzeitpunktenBestimmung der Abtastzeitpunkte Bestimmung der Abtastzeitpunkte
Zeitpunkte, an denen die Senke den Signalverlauf y’(t) für das aktuelle Zeitintervall zur Ermittlung des Signalwertes abtastet.Verfahren zur Erzielung von Gleichlauf (Synchronisation)
Sende- und Empfangstakt unterliegen gemeinsam Konventionen und werden diesen folgend von Quelle und Senke unabhängig voneinander bestimmt.⇒ äußerst stabile Taktgeneratoren erforderlichÜbertragung des Taktrasters auf eigenem parallelen Kanal. ⇒ beschränkt auf Nahbereich Übertragung des Taktrasters mit dem Signal. ⇒ Ableitung des Taktrasters aus dem SignalverlaufPunktuelle Synchronisation eines weitgehend unabhängigen Taktgenerators bei der Senke durch das Signal. ⇒ nur beschränkte Frequenzkonstanz erforderlich, Synchronisation
bei Schrittgruppen oder Blöcken
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.30 (01/03/08)
Zeichenweiser Start/StopZeichenweiser Start/Stop--Betrieb (Asynchronbetrieb)Betrieb (Asynchronbetrieb)
Synchronisation durch TaktrasterSynchronisation durch Taktrasterüübertragungbertragung
Voraussetzung:Ruhepegelfeste Zahl von NutzschritteNachteil:3-aus-11 Overhead(8 Nutzbits bei 11 zu übertragenden Bits)
Voraussetzung:Blockstart-/-endemuster eindeutigMaßnahme:Modifikation / Rückgängig-machen entsprechenderMuster im Block (Bitstopfen)
Nutzschritte
Stoppschritte
Zeichenrahmen
Startschritt
nächstesZeichen
Block-ende-muster
Block-start-
musterZeichen
n. 2. 1.......
Zeichen des BlocksBlock
Blocksynchronisation (Synchronbetrieb)Blocksynchronisation (Synchronbetrieb)
Pause
Zeit
Übertragungs-richtung
Über-tragungs-richtung
Zeit
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.31 (01/03/08)
Beispiel: Bitfehler durch fehlerhafte SynchronisationBeispiel: Bitfehler durch fehlerhafte Synchronisation
Signalausbreitung
01 1 1 1 10 0 0 0 1 01 1 1 0 1 0
SignalTaktraster
Abtastzeitpunkt
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.32 (01/03/08)
ÜÜbertragungsstbertragungsstöörung durch Rauschenrung durch RauschenNeben der systematischen Beeinflussung des Signals durchNeben der systematischen Beeinflussung des Signals durch
DämpfungLaufzeitverzerrungen
kköönnen Signalstnnen Signalstöörungen durch rungen durch transiente, stochastische Prozesseweißes RauschenImpulsstörungen
auftreten.auftreten.
Lange anhaltende StLange anhaltende Stöörungen: Brungen: BüündelfehlerndelfehlerEchobildung, Nebensprechen,(thermisches) Rauschen, Anschalten von induktiven Lasten (Motor), 50 Hz Netzbrummen stets auf einer Leitung, ...
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.33 (01/03/08)
Beispiel: Bitfehler durch Beispiel: Bitfehler durch transientetransiente
StStöörungenrungen
Fehler
Daten
Originaldaten
empfangeneDaten
Abtastzeit-punkt
Signal mit Störung
Störung
Signal
00 11 00 11 11 00 00 11 11 00 00 11 00 11 00
01
00 11 00 11 11 00 11 11 11 00 00 00 00 11 0000 11 00 11 11 00 00 11 11 00 00 11 00 11 00
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NyquistNyquist--
und Shannonund Shannon--TheoremTheorem
1924, H. 1924, H. NyquistNyquist::maximale Datenrate fmaximale Datenrate füür einen rauschfreien r einen rauschfreien Kanal mit eingeschrKanal mit eingeschräänkter Bandbreite.nkter Bandbreite.maximale Datenrate = 2 maximale Datenrate = 2 BB ldld nn bit/sbit/smit mit BB = Bandbreite des Kanals= Bandbreite des Kanals
nn = diskrete Signalstufen= diskrete SignalstufenBeispiel:Beispiel:gegeben:gegeben: Kanal mit 3.000 Hz, Kanal mit 3.000 Hz,
binbinääres Signalres Signal max. Datenrate:max. Datenrate: 6.000 6.000 bit/sbit/s
1948, C. Shannon:1948, C. Shannon:Erweiterung auf Kanal mit zufErweiterung auf Kanal mit zufäälligemlligem(thermischen) Rauschen.(thermischen) Rauschen.
max. Anzahl von max. Anzahl von bit/sbit/s = B = B ldld (1+S/N)(1+S/N)mitmit B B = Bandbreite des Kanals = Bandbreite des Kanals
S/N = SignalS/N = Signal--RauschabstandRauschabstand
Beispiel:Beispiel:gegeben:gegeben: Kanal mit 3.000 Hz,Kanal mit 3.000 Hz,
SignalSignal--Rauschabstand von Rauschabstand von 30 dB = 10 log30 dB = 10 log1010 (S/N) dB(S/N) dB
max. max. ÜÜbertragungsrate:bertragungsrate:30.000 30.000 bit/sbit/s
Achtung: Bei der Berechnung muß
anschließend stets das Minimum der beiden Ergebnisse genommen werden!
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Medien: KlassifikationMedien: Klassifikation
geschirmt(shielded)
ungeschirmt(unshielded)
verdrillte Kupfer-Doppelader(symmetrische)
Koaxial-/Twinaxialkabel(asymmetrische)
Stromleiter
Hohlleiter
MultimodeStufenprofil
MultimodeGradientenprofil
Singlemode/Monomode
Lichtwellenleiter (LWL)Glasfaser
Wellenleiter
leitungsgebunden
Laser-Strecke
Richtfunk
Satelliten-Direktfunk
gerichtet
MobilfunkZellfunk
terrestrischer Rundfunk
Satelliten-Rundfunk
ungerichtet
nicht leitungsgebunden
Medien
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Nutzung des elektromagnetischen Spektrums fNutzung des elektromagnetischen Spektrums füür Signaltransport r Signaltransport
Hz
103 105 107 109 1011 1013 1015
leitungsgebundene Übertragungstechniken
verdrillte Drähte Koaxialkabel Hohlleiter optischeFasern
sichtbaresLicht
InfrarotMikrowellenFernsehen
KurzwelleMittelwellen
-Radio
Langwellen-Radio
nicht-leitungsgebundene Übertragungstechniken
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KupferKupfer--DoppeladernDoppeladernKupferKupfer--Doppeladern (DA)Doppeladern (DA)
Verwendung z.B. im Teilnehmer-Anschlußnetz (Ortsnetz) des öffentlichen Telefonnetzes.Leiterdurchmesser: 0,4 - 0,9 mmBandbreite: einige 100 kHz bis derzeit 600 MHzinternationaler Begriff: Unshielded Twisted Pair (UTP)verschiedene Qualitätsklassen, z. B. UTP 3, 4, 5, 6, 7 bis zu 1Gbit/s vollduplex
Kupferader
IsolationSchlagzahl!
•
Konnektoren: SUB-D-9 und RJ45•
Pinbelegung und Paarbelegung für Ethernet, ATM, TR und ISDN!
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KoaxialkabelKoaxialkabelKoaxialkabel (englisch auch Koaxialkabel (englisch auch tubetube))
Gehören zur Kupferkabeltechnik, da Innenleiter aus Kupfer besteht. Außenleiter umschließt Innenleiter zylindrisch. Dazwischen befindet sich ein Dielektrikum aus Kunststoffen oder Gasen.Die Signalausbreitung erfolgt im Dielektrikum zwischen den beiden Leitern.Unterscheidung durch Angabe des Verhältnisses Innenleiter zu Außenleiter, z.B.
ITU 2,6/9,5 mmBandbreite: bis 800 MHz
Kupferader (Innenleiter)
Isolation Abschirmung(Außenleiter)
Isolation undmechanischeSchutzhülle
•• 10Base5 10Base5 —— „„YellowCableYellowCable““ —— 50 50 ΩΩ•• 10Base2 10Base2 —— „„CheapernetCheapernet““ —— RG58 RG58 —— 50 50 ΩΩ•• A/VA/V--Kabel Kabel —— RG59 RG59 —— 75 75 ΩΩ
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HohlleiterHohlleiter
HohlleiterHohlleiter sindsindmit Luft gefüllte, gestreckte metallische Hohlkörpermit runden, elliptischen oder rechteckigen Querschnitten.Sie bewirken eine geführte Ausbreitung höchstfrequenterelektromagnetischer Wellen (Mikrowellen) im Inneren des Hohlkörpers durch fortlaufende Reflexion.Sie sind allerdings heutzutage teilweise von Lichtwellenleitern abgelöst.Einsatzorte noch in der Richtfunktechnik.
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.40 (01/03/08)
Lichtwellenleiter (Glasfaser)Lichtwellenleiter (Glasfaser)
LaserLaserEingangs-signal
Ausgangs-signal
elektrischesSignal
elektrischesSignal
optischesSignal
optischesSignal
Lichtwellenleiter
ca. 100 μm Ø.
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Glasfaser Glasfaser --
TypenTypen
(iii) Monomode-Faser
(ii) Multimode-Faser mit Gradientenindex
(i) Multimode-Faser mit Stufenindex
Elek
trisc
hes
Elek
trisc
hes
Eing
abes
ignal
Eing
abes
ignal
Optischer Sender Optischer Empfänger
ElektrischesElektrisches
AusgabesignalAusgabesignal
Single core Multicore
Ummantelung des KernsPlastikaußenhülle
Glaskern
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Kostentrend bei der GlasfaserKostentrend bei der Glasfaserüübertragungbertragung
10.000
1.000
100
10
1
0,1
Übertragungskosten je Mbit/s x km (relativ)
1975
1980
1985
1990
1995
2000Jahr
45 Mbit/s90/135 Mbit/s
400 Mbit/s1,2/1,7 Gbit/s
2,5 Gbit/s10 Gbit/s
40 Gbit/s
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DDäämpfungsvergleich unterschiedlicher physikalischer Medienmpfungsvergleich unterschiedlicher physikalischer MedienDämpfung(dB/km)
Frequenz(MHz)
102
10
10 102 103 1040
Cu 0,9 symmetrisch
Cu 1,2/4,4 koaxial
Cu 2,6/9,5 koaxial
Stufenindex(Multimode)
Lichtwellenleiter
Gradientenindex(Multimode)
Stufenindex(Monomode)
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FunkFunk--
und Satellitentechnikund Satellitentechnik
Up link Down link
Erdstationen
Satellit
Basisstation (BS)Festnetz
Medium: Elektromagnetische Welle (104 - 108 Hz)Daten werden aufmoduliertEingeschränkte Reichweite, je nach Ausgangsleistung der BS und örtlichen GegebenheitenDatenrate: Einige 10 kbit/s pro Benutzer
Medium: Elektromagnetische Welle (109 - 1011 Hz)Transponder im Satellit empfängt auf einem Kanal, sendet auf einem anderen.Mehrere Transponder pro SatellitHohe Bandbreite (500MHz) pro Kanal
Funkreichweite
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ÜÜbertragungssystem: bertragungssystem: Begriff 'digital'Begriff 'digital'Digitale Daten (Beispiele)Digitale Daten (Beispiele)
Zahlen, Schriftzeichenalphabet, Binärcodes usw.
Digitale SignaleDigitale SignaleZeit- und wertdiskrete Signale
Digitale Digitale ÜÜbertragungssystemebertragungssystemeÜbertragungssysteme, die nur für digitale Daten geeignet sind. Sie verstärken nicht — wie im Analogfall — Signalverläufe (einschließlich Störungen), sondern detektieren die den Signalstrom bildenden Digitaldaten (in der Regel Folgen von ‚0‘ und ‚1‘) und regenerieren die ursprünglichen Daten in neu erzeugte "perfekte" Signalformen.Rauscheinflüsse und Störungen werden eliminiert.
Im folgenden: Betrachtung Im folgenden: Betrachtung digitalerdigitaler ÜÜbertragungssystemebertragungssysteme..
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Digitale Regeneration Digitale Regeneration üüber abstrakte Datenreprber abstrakte Datenreprääsentationsentation
Daten Daten
Signal SignalÜbertragung Übertragung
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BasisbandBasisbandüübertragungsverfahrenbertragungsverfahren
BasisbandBasisbandunterschiedlicher Wortgebrauch in der Nachrichtentechnik:z.B. Bandbereich eines primären Signals in der "ursprünglichen"Frequenzlage. Hier: Frequenzband mit Tiefpass-Charakter, d.h. auch sehr niedrige Frequenzen bis zum Gleichstrom sind über ein Basisband-Übertragungssystem übertragbar.Übertragung digitaler Signale mit „rechteckförmigem“Signalverlauf erfordert die Übertragung sehr niedriger Frequenzen!(und theoretisch unendlich hoher Frequenzen nach Fourier, daher kann Rechteckform nie erreicht werden!)Bei Gleichstromanteil (z.B. Einfachstromsignale) Übertragung ab Frequenz 0.Älteste und einfachste Verfahren aus der Telegrafentechnik (z.B. Morsetelegrafie).
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Einfachstrom/DoppelstromEinfachstrom/Doppelstrom--VerfahrenVerfahren
1 0 1 1 0 0 1 1Daten:Strom
kein Stromt
t
Doppelstrom
+A
0-A
Doppelstromkein Strom
positive Polarität negative PolaritätEinfachstrom
Binärzeichen
Strom1 0
Einfachstrom
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Moderne BasisbandverfahrenModerne Basisbandverfahren
Moderne digitale Moderne digitale ÜÜbertragungstechnik verwendet Basisbandverfahren bertragungstechnik verwendet Basisbandverfahren bis zu sehr hohen Bitraten im bis zu sehr hohen Bitraten im MultiMulti--MegaMega--bit/sbit/s--BereichBereich(PCM(PCM--Technik, lokale Netze LAN, ISDN usw.).Technik, lokale Netze LAN, ISDN usw.).Dabei erwDabei erwüünscht bzw. erforderlich:nscht bzw. erforderlich:
kein GleichstromanteilWiedergewinnung des Takts aus ankommender Signalfolge (selbsttaktende Signalcodes)Erkennung von Signalfehlern auf Signalebene
Leitungscodes, Leitungscodes, ÜÜbertragungscodes:bertragungscodes:Die Zuordnungsvorschrift 'digitales Datenelement 'digitales Datenelement ⇔⇔ digitales Signalelement' digitales Signalelement' wird als Signal- oder Leitungscodierung bezeichnet.Die sich ergebenden zeit- und wertdiskreten Signalverläufe heißen:Leitungscodes oder Übertragungscodes
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Wiederholung: Wiederholung: Der Begriff "Signal"Der Begriff "Signal"
SignalSignal
Ein Signal ist die physikalische Darstellung (Repräsentation) von Daten durch charakteristische räumliche und/oder zeitliche Veränderungen der Werte physikalischer Größen.
Signale sind somit die reale physikalische Repräsentation abstrakter Darstellungen:der Daten.
Gegenstände unseres DenkensGegenstände unseres Denkens
Daten als formalisierte DarstellungDaten als formalisierte Darstellung
Signale als reale Darstellung von DatenSignale als reale Darstellung von Daten
abstrakteWelt
physikalischeWelt
Konventionen zurDarstellung vonDenkinhalten
Konventionen zurDarstellung vonDaten
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11 00 11 11 00 00 00 11 11 00 11
Moderne Basisbandverfahren Moderne Basisbandverfahren --
BeispieleBeispieleDaten:
NRZ-L
NRZ-M
NRZ-S
RZ
Biphase-L(Manchester)
Biphase-M
Biphase-S
DifferentialManchester
Bipolar
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ÜÜbertragungsverfahren mit Trbertragungsverfahren mit Trääger: Begriffeger: Begriffe
TrTräägerfrequenzgerfrequenz--ÜÜbertragungsverfahren:bertragungsverfahren:Modulation digitaler Daten auf analoge Signalträger
Modulation allgemeinModulation allgemeinÜbertragung eines Signals in seiner "ursprünglichen" Signalform und Frequenzlage aus technischen und wirtschaftlichen Gründen oft nicht sinnvoll.Als Modulation allgemein wird Verschiebung der Frequenzlage, Anpassung an Übertragungscharakteristik des Übertragungsmediums (auch Übertragungskanal) usw. bezeichnet.
Modulation (engere Bedeutung)Modulation (engere Bedeutung)Modulation ist die planmäßige Beeinflussung eines Trägersignals durch das modulierende Signal (Modulationssignal)
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Schwingungsmodulation: PrinzipSchwingungsmodulation: Prinzip
zu modulierendes(Digital-)Signal
ModulatorModulator
Modulationssignal
S(t) = A sin
(ω
t + ϕ0
)S(t) = A S(t) = A sinsin
((ωω
t t + ϕ+ ϕ
00
))
PhaseFrequenzAmplitude
moduliertes Signal
SchwingungsmodulationSchwingungsmodulation: analoger Signalträger ist Sinusschwingung
Trägerschwingung(Trägerfrequenz)
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Arten der SchwingungsmodulationArten der Schwingungsmodulation
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0Daten
NRZ-L
AmplitudenAmplituden--modulationmodulation
FrequenzFrequenz--modulationmodulation
PhasenPhasen--modulationmodulation
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AmplitudenmodulationAmplitudenmodulation
Amplitudenmodulation (ASK: Amplitudenmodulation (ASK: AmplitudeAmplitude--ShiftShift
KeyingKeying))
Nachteil: Sehr störanfällig
OszillatorTrägerfrequenz (TF)
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FrequenzmodulationFrequenzmodulationFrequenzmodulation (FSK: Frequenzmodulation (FSK: FrequencyFrequency--ShiftShift
KeyingKeying))
Oszillator 1 Oszillator 2
Trägerfrequenz 1 Trägerfrequenz 2
üblich für Übertragung über Telefonleitung
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.59 (01/03/08)
PhasenmodulationPhasenmodulationPhasenmodulation (PSK: Phasenmodulation (PSK: PhasePhase--ShiftShift
KeyingKeying))
Oszillator
Verzögerung
Trägerfrequenz
Bestes, aber auch aufwendigstes Verfahren
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ÄÄquivalenzliste nach ITU V.1quivalenzliste nach ITU V.1
Binärzeichen 0 Binärzeichen 1„Anlauf“-Schritt
im Start-Stop-Code
Start-Bit
„Sperr“-Schrittim Start-Stop-
CodeStopp-Bit
„Zeichenschritt“(Space)
„Trennschritt“(Mark)
Zustand A Zustand ZDoppelstrom negativ positivEinfachstrom kein Strom StromAmplituden-modulation
kein Ton Ton
Frequenz-modulation
hohe Frequenz tiefe Frequenz
Phasendifferenz-modulation
keinePhasendrehung
Phasendrehungum 180º
Phasenmodulationmit Bezugsphase
Gegenphase Bezugsphase
Gleichstrom-betrieb
Wechsel-strom-betrieb
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.61 (01/03/08)
Zeichenweiser Start/StopZeichenweiser Start/Stop--Betrieb (Asynchronbetrieb)Betrieb (Asynchronbetrieb)
Wiederholung: Wiederholung: Synchronisation durch TaktrasterSynchronisation durch Taktrasterüübertragungbertragung
Voraussetzung:Ruhepegelfeste Zahl von NutzschritteNachteil:3-aus-11 Overhead(8 Nutzbits bei 11 zu übertragenden Bits)
Voraussetzung:Blockstart-/-endemuster
eindeutigMaßnahme:Modifikation / Rückgängig-machen entsprechenderMuster im Block (Bitstopfen)
Nutzschritte
Stoppschritte
Zeichenrahmen
Startschritt
nächstesZeichen
Block-ende-muster
Block-start-
muster
Zeichen
n. 2. 1....
Zeichen des Blocks
Block
Blocksynchronisation (Synchronbetrieb)Blocksynchronisation (Synchronbetrieb)
Pause
Zeit
Übertragungs-richtung
Über-tragungs-richtung
Zeit
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.62 (01/03/08)
Mehrfachnutzung von Mehrfachnutzung von ÜÜbertragungswegen:bertragungswegen:
MultiplexMultiplex
ÜÜbertragungswegbertragungsweg::physikalisch-technisches Transportsystem für Signale
ÜÜbertragungskanalbertragungskanal::Abstraktion eines Übertragungsweges für einen SignalstromAuf einem Übertragungsweg können oft mehrere (viele) Über-tragungskanäle parallel unterhalten werden, so ist beispiels-weise eine Aufspaltung der totalen Übertragungskapazität eines Übertragungsweges auf verschiedene Sender-Empfänger-Paaremöglich.Die Zusammenfassung von Die Zusammenfassung von ÜÜbertragungskanbertragungskanäälen auf einemlen auf einemÜÜbertragungsweg heibertragungsweg heißßtt
BBüündelung oder Multiplex, auch Verschachtelungndelung oder Multiplex, auch VerschachtelungNutzung des Übertragungskanals in beide Richtungen: Richtungsmultiplex
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.63 (01/03/08)
Medium
ÜÜbertragungskanal und Mediumbertragungskanal und Medium
Sender Empfänger EmpfängerEmpfänger
. . .
Übertragungskanal
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ÜÜbertragungskapazitbertragungskapazitäät eines Nachrichtent eines Nachrichtenüübertragungssystemsbertragungssystems
Zeitgesetz der NachrichtenZeitgesetz der Nachrichten--ÜÜbertragungstechnik:bertragungstechnik:integrale Übertragungskapazität eines Systems = Produkt der Bandbreite (Frequenzbereich) und der
zur Verfügung stehenden Zeit.Nachrichtenquader (idealer Fall ohne Störungen):
Frequenz
Zeit
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RaummultiplexRaummultiplexBBüündelung vieler Einzelndelung vieler Einzelüübertragungswege heibertragungswege heißßt:t:
RaummultiplexRaummultiplexööffentliche Telekom. Leitungsnetze, mehrspurige Autobahnffentliche Telekom. Leitungsnetze, mehrspurige AutobahnBeispiel: parallele Schnittstelle eines RechnersBeispiel: parallele Schnittstelle eines Rechners
Teilnehmeranschlußleitung: Kupfer-Doppelader (DA) mit exklusiver Nutzung durch den Teilnehmer übertragungstechnisch im Duplexbetrieb (zweidrahtige Verbindung)Verbindungsleitung (zwischen Vermittlungsstellen): Gebündelte DA für viele parallele Übertragungen zwischen zwei Vermittlungsstellen.
Jede DA Jede DA üübertrberträägt einen gt einen ÜÜbertragungskanal in einer bertragungskanal in einer ÜÜbertragungsrichtung.bertragungsrichtung.FFüür eine Dialogkommunikation sind auf Verbindungsleitungsebene zwer eine Dialogkommunikation sind auf Verbindungsleitungsebene zwei DA i DA erforderlich (vierdrahtige Verbindung).erforderlich (vierdrahtige Verbindung).Achtung: Die Verwendung einer Doppelader ist aus elektrischen GrAchtung: Die Verwendung einer Doppelader ist aus elektrischen Grüünden nden notwendig. Hinnotwendig. Hin-- und Rund Rüückleiter im elektrischen Stromkreis!ckleiter im elektrischen Stromkreis!
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FrequenzmultiplexFrequenzmultiplexBreitbandigeBreitbandige ÜÜbertragungswege ermbertragungswege ermööglichen glichen die Unterbringung vieler die Unterbringung vieler ÜÜbertragungskanbertragungskanääle in unterschiedlichen le in unterschiedlichen Frequenzbereichen (FrequenzbFrequenzbereichen (Frequenzbäänder), nder), d.h. man teilt die verfd.h. man teilt die verfüügbare Bandbreite gbare Bandbreite in eine Reihe von in eine Reihe von -- nicht notwendig gleichbreite nicht notwendig gleichbreite -- FrequenzbFrequenzbäändernderund ordnet jedem Frequenzband einen und ordnet jedem Frequenzband einen ÜÜbertragungskanal zu.bertragungskanal zu.
Nutzung der Übertragungskapazität eines Übertragungsweges im Frequenzmultiplex
Frequenz
ZeitÜbertragungskanal 1
Übertragungskanal 2
Übertragungskanal 3
Übertragungskanal 4
Übertragungskanal 5
Schutzbänder
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.67 (01/03/08)
Eignung des FrequenzmultiplexEignung des Frequenzmultiplex
Modulatoren Demodulatoren
Frequenzgemisch
Modulationen von f1, f2, f3
BST1
BST2
BST3
Träger f1
Träger f2
Träger f3
Filter f2
Filter f3
Filter f1 BST1
BST2
BST3
Schema der technischen Realisierung eines Frequenz-MultiplexsystemsBSTx = Bitstrom x
Das FrequenzmultiplexverfahrenFrequenzmultiplexverfahren (FDM= (FDM= FrequencyFrequency
Division Division MultiplexingMultiplexing)) ist für analoge Daten und schwingungsmodulierte digitale Daten geeignet.
Anwendung z. B. Funk-/Satellitentechnik
(überlagert)
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Über
tragu
ngsk
anal
1
Über
tragu
ngsk
anal
2
Über
tragu
ngsk
anal
3
Über
tragu
ngsk
anal
4
Über
tragu
ngsk
anal
1
Starres ZeitmultiplexStarres ZeitmultiplexDie gesamte Die gesamte ÜÜbertragungskapazitbertragungskapazitäät (die ganze verft (die ganze verfüügbare Bandbreite) gbare Bandbreite) wird kurzzeitig (Zeitschlitz, Zeitscheibe) einer Senderwird kurzzeitig (Zeitschlitz, Zeitscheibe) einer Sender--EmpfEmpfäängernger--Kombination zur VerfKombination zur Verfüügung gestellt.gung gestellt.Nach einer Schutzzeit wird dann die KapazitNach einer Schutzzeit wird dann die Kapazitäät des t des ÜÜbertragungsweges bertragungsweges dem ndem näächsten Kanal zugeteilt.chsten Kanal zugeteilt.Diese zeitlich gestaffelte Diese zeitlich gestaffelte ÜÜbertragung mehrerer Signalstrbertragung mehrerer Signalströömemewird als Zeitmultiplex (TDM = wird als Zeitmultiplex (TDM = TTime ime DDivision ivision MMultiplexingultiplexing) bezeichnet.) bezeichnet.
Nutzung der Übertragungskapazität im Zeitmultiplex
Frequenz
Zeit
Schutzzeiten
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Zeitmultiplex nur fZeitmultiplex nur füür zeitdiskrete Signale einsetzbar r zeitdiskrete Signale einsetzbar (bevorzugt zeit(bevorzugt zeit-- und wertdiskrete Signale = Digitalsignale)und wertdiskrete Signale = Digitalsignale)
Festes Zeitmultiplex mit starrer Zeitscheibenzuteilung. Festes Zeitmultiplex mit starrer Zeitscheibenzuteilung. ÜÜbertragungseinheit z. B. ein Bit, ein Byte (Oktett).bertragungseinheit z. B. ein Bit, ein Byte (Oktett).Jedem Sender wird periodisch eine Jedem Sender wird periodisch eine Zeitscheibe (time Zeitscheibe (time slotslot, time , time sliceslice))TC1, TC2....TCn zugeteilt. TC1, TC2....TCn zugeteilt. Sender, Abtaster und Sender, Abtaster und DetektionsmechanismusDetektionsmechanismus beim Empfbeim Empfäänger laufen im nger laufen im gleichen Takt: synchrone Zeittaktgleichen Takt: synchrone Zeittakt--StabilitStabilitäät wichtig!t wichtig!
Eignung des starren ZeitmultiplexEignung des starren Zeitmultiplex
Sender Empfänger
Bitstrom 1
Bitstrom 2
Bitstrom 3
1
2
3
t 2
Bitstrom 1
Bitstrom 2
Bitstrom 3
t 2TCTC11 TCTC33 TCTC22 TCTC11 2
3
1
Zeitgleich (synchron) laufende Abtaster
t 1
t 3
t 1
t 3
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Anforderungsgesteuertes ZeitmultiplexAnforderungsgesteuertes Zeitmultiplex
Zeitscheiben werden nicht fest, sondern bei Bedarf dem Sender zuZeitscheiben werden nicht fest, sondern bei Bedarf dem Sender zugeteilt.geteilt.EmpfEmpfäänger kann nicht mehr aus der Zeitlage der Zeitscheiben die Herkunger kann nicht mehr aus der Zeitlage der Zeitscheiben die Herkunft nft (Zuordnung zu unterschiedlichen Sendern) identifizieren!(Zuordnung zu unterschiedlichen Sendern) identifizieren!Somit wird eine Kennung erforderlich (Adresse, Kennzahl, usw.).Somit wird eine Kennung erforderlich (Adresse, Kennzahl, usw.).
Schematischer Aufbau eines Schematischer Aufbau eines ÜÜbertragungsblocks mit Kennungbertragungsblocks mit Kennung
Das anforderungsgesteuerte Zeitmultiplex (Das anforderungsgesteuerte Zeitmultiplex (demanddemand multiplexingmultiplexing) wird ) wird auch als auch als statistisches Zeitmultiplex (STDM = statistisches Zeitmultiplex (STDM = SStatisticaltatistical TTime ime DDivision ivision MMultiplexingultiplexing) ) bezeichnet.bezeichnet.Durch die Notwendigkeit der Kennung wird STDM als (Durch die Notwendigkeit der Kennung wird STDM als (ÜÜbertragungsbertragungs--) ) Blockmultiplexverfahren eingesetzt.Blockmultiplexverfahren eingesetzt.
ÜbertragungAdresseAdresseInhaltInhalt
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Schema des anforderungsgesteuerten ZeitmultiplexSchema des anforderungsgesteuerten Zeitmultiplex
Schema der technischen Realisierung des statistischen BlockmultiplexSehr unterschiedliche Zuteilungsstrategien für den gemeinsam genutzten Übertragungsweg
Bitstrom 1
Bitstrom 2
Pufferxxxxx
Ü-Block an
Ü-Block bn
Pufferxxxxx
Pufferxxxxx
Pufferxxxxx
Bitstrom 1
Bitstrom 2
Ü-Block a2
Ü-Block a1
Ü-Block b1
Übertragungskanal (Bus)
SenderA
EmpfängerC
B DD C C
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CDMA CDMA --
Code Division Multiple Access Code Division Multiple Access --
PrinzipPrinzipPrinzipPrinzip::
alle Sender nutzen das gleiche Frequenzband und senden gleichzeitig;Signal wird auf der Senderseite mit einer für den Sender eindeutigen Pseudozufallszahl verknüpft (XOR);Empfänger kann mittels bekannter Sender-Pseudozufallsfolge und einerKorrelationsfunktion das Originalsignal restaurieren.
NachteilNachteil: : höhere Komplexität der Implementierung wg. Signalregenerierung
VorteileVorteile: : ☺
alle können auf der gleichen Frequenz senden
☺
keine Frequenz-/Zeitscheibenplanung nötig
☺
sehr großer Coderaum (z.B. 232) im Vergleich zum Frequenzraum
☺
Störungen (weißes Rauschen) nicht kodiert
☺
Vorwärtsfehlerkorrektur und Verschlüsselung leicht integrierbar
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CDMA CDMA --
Code Division Multiple AccessCode Division Multiple Access
A/D x HF-Modulator
Pseudozufalls-zahlengeneratorpersönliche,
eindeutige Kennung
(rückgekoppeltesSchieberegister)
Analog-Digital-Wandler
HF-Demodulator A/D x
Pseudozufalls-zahlengenerator
D/AAnalog-Digital-Wandler
Digital-Analog-Wandler
Sender
Empfänger
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Digitale Digitale ÜÜbertragung analoger Datenbertragung analoger DatenÜÜbertragung analoger Daten (dargestellt durch analoge Signale)bertragung analoger Daten (dargestellt durch analoge Signale)üüber digitale ber digitale ÜÜbertragungssysteme erfordert:bertragungssysteme erfordert:
Digitalisierung der analogen Daten/SignaleDigitalisierung der analogen Daten/Signale
A/DA/D--
und D/Aund D/A--Umsetzungen zur Umsetzungen zur ÜÜbertragung analoger Signalebertragung analoger Signaleauf digitalen auf digitalen ÜÜbertragungssystemenbertragungssystemen
analog analog digitaldigitalwertkontinuierlich wertkontinuierlich →→
wertdiskretwertdiskret
==
QuantisierungQuantisierung
zeitkontinuierlich zeitkontinuierlich →→
zeitdiskretzeitdiskret
==
Abtastung Abtastung
Sender Empfängerdigitales Übertragungssystem
Analog-signal Digitalsignal
Analog-signalAnalog-
Digital-Umsetzung
Digital-Analog-
Umsetzung
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QuantisierungQuantisierung
Der gesamte Wertebereich des Analogsignals wird in eine endlicheDer gesamte Wertebereich des Analogsignals wird in eine endliche
Anzahl Anzahl von Intervallen (von Intervallen (QuantisierungsintervallenQuantisierungsintervallen) eingeteilt, denen jeweils ein ) eingeteilt, denen jeweils ein fester diskreter Wert zugeordnet wird.fester diskreter Wert zugeordnet wird.
QuantisierungsfehlerQuantisierungsfehler: : Da alle in ein Da alle in ein QuantisierungsintervallQuantisierungsintervall
fallenden fallenden Analogwerte nur Analogwerte nur einemeinem
diskreten Wert zugeordnet werden, entsteht ein diskreten Wert zugeordnet werden, entsteht ein
QuantisierungsfehlerQuantisierungsfehler..
QuantisierungsintervallQuantisierungsintervall
ffüür die Zuordnung eines diskreten Wertes zu allen r die Zuordnung eines diskreten Wertes zu allen z.B. zwischen + a/2 und z.B. zwischen + a/2 und --
a/2 liegenden Werten einer a/2 liegenden Werten einer
Analogdarstellung (andere Zuordnungen denkbar)Analogdarstellung (andere Zuordnungen denkbar)RRüückwandlung: Beim Empfckwandlung: Beim Empfäänger wird ein Analogwert rnger wird ein Analogwert rüückgewandelt ckgewandelt
(Digital(Digital--Analog Umsetzung), der dem in der Mitte des Analog Umsetzung), der dem in der Mitte des QuantisierungsintervallsQuantisierungsintervalls
liegenden Analogwert entspricht (maximaler liegenden Analogwert entspricht (maximaler
QuantisierungsfehlerQuantisierungsfehler
==
a/2a/2))
obere Entscheidungsgrenze
untere Entscheidungsgrenze
Quantisierungs-intervallgröße a
a/2
a/2a
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CodierungCodierungDie Die QuantisierungsintervalleQuantisierungsintervalle
werden durch die Zuordnung eineswerden durch die Zuordnung eines
--
im Prinzip frei wim Prinzip frei wäählbaren hlbaren --
(Bin(Binäärr--) Codes gekennzeichnet) Codes gekennzeichnetund unterschieden.und unterschieden.
GrundideeGrundidee: : Anstelle des ursprAnstelle des ursprüünglichen Analogsignals wirdnglichen Analogsignals wirddie die --
mit dem mit dem QuantisierungsfehlerQuantisierungsfehler
behaftete behaftete --
digitale Dardigitale Dar--
stellungstellung
üübertragen.bertragen.
Beim PCM (siehe weiter hinten) wird ein reiner BinBeim PCM (siehe weiter hinten) wird ein reiner Binäärcode (Darstellung rcode (Darstellung als Binals Binäärzahl) als Codierung des Digitalwertes gewrzahl) als Codierung des Digitalwertes gewäählt.hlt.
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AbtastungAbtastung
FFüür die r die ZeitdiskretisierungZeitdiskretisierung mumußß eine Abtastung der eine Abtastung der AnalogverlAnalogverlääufe erfolgen. Praktisch wichtig ist die periodische ufe erfolgen. Praktisch wichtig ist die periodische Abtastung. Der zum Abtastzeitpunkt vorliegende MomentanAbtastung. Der zum Abtastzeitpunkt vorliegende Momentan--Wert des Analogsignals wird der AnalogWert des Analogsignals wird der Analog--DigitalDigital--Umsetzung Umsetzung unterworfen.unterworfen.
Abtastung und Abtastung und QuantisierungQuantisierung sind voneinander unabhsind voneinander unabhäängig ngig zu betrachten. Eine exakte Rekonstruktion des Zeitverlaufs zu betrachten. Eine exakte Rekonstruktion des Zeitverlaufs (bzw. des Frequenzspektrums) sagt nichts (bzw. des Frequenzspektrums) sagt nichts üüber den ber den Fehlergrad bei der Fehlergrad bei der SignalwertdiskretisierungSignalwertdiskretisierung. .
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AbtasttheoremAbtasttheorem
Abtasttheorem von Shannon und Raabe (1939)Abtasttheorem von Shannon und Raabe (1939)
Zur fehlerfreien Rekonstruktion des Signalverlaufs der abgetasteten Analogsignale ist eine Mindestabtasthäufigkeit (Abtastfrequenz fA
) erforderlich (bei periodischem Abtastzyklus).
Abtasttheorem: Eine Signalfunktion, die nur Frequenzen im Frequenzband B (bandbegrenztes Signal) enthält, wobei B gleichzeitig die höchste Signalfrequenz ist, wird durch ihre diskreten Amplitudenwerte im Zeitabstand t0 = B/2 vollständig bestimmt.
Andere Formulierung: Die Abtastfrequenz fA
muß
mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste im abzutastenden Signal vorkommende Frequenz fS
.
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PulsePulse--CodeCode--ModulationsModulations--TechnikTechnikDie Zusammenfassung der SchritteDie Zusammenfassung der Schritte
Abtastung Abtastung --
QuantisierungQuantisierung
--
CodierungCodierungund die Darstellung der gewonnenen Codewund die Darstellung der gewonnenen Codewöörter als digitale rter als digitale Basisbandsignale am Ausgang des PCMBasisbandsignale am Ausgang des PCM--A/DA/D--Umsetzers und Umsetzers und CodierersCodierers
ist Grundlage der im groist Grundlage der im großßen Umfang eingesetzten en Umfang eingesetzten
digitalendigitalenPCMPCM--Technik.Technik.
Die A/DDie A/D--Umsetzung (Umsetzung (Abtastung/QuantisierungAbtastung/Quantisierung) und Codierung ) und Codierung sowie die Rsowie die Rüückkonvertierung erfolgt im sogenanntenckkonvertierung erfolgt im sogenannten
CODEC (CODEC (CoCodierer/dierer/DecDecodiererodierer).).
Umsetzung von Analogsignalen in PCMUmsetzung von Analogsignalen in PCM--Signale und RSignale und Rüückkonvertierung durch CODECckkonvertierung durch CODEC´́s.s.
Analog-signale PCM-Signale Analog-
signaleCODEC CODEC
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PCMPCM--Fernsprechkanal Fernsprechkanal --
AbtastungAbtastung
AusgangspunktAusgangspunktAnaloger ITU-Fernsprechkanal, Frequenzlage 300 –
3400 Hz,
Bandbreite 3100 Hz, höchste vorkommende Frequenz 3400 HzAbtastfrequenzAbtastfrequenz
ITU-empfohlene Abtastfrequenz für PCM-Fernsprech-DigitalisierungffAA
= 8 kHz= 8 kHzAbtastperiodeAbtastperiode
TA = 1/fA
= 1/8000Hz = 125 μs
Die ITU gewählte Abtastfrequenz ist höher als nach Shannon-Abtasttheorem erforderlich (3400 Hz obere Bandgrenze ergibt 6800 Hz Abtastfrequenz).Für die höhere Abtastfrequenz sprechen technische Gründe (Filtereinfluß, Kanaltrennung usw.).
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Wiederholung: Frequenzspektrum eines SignalsWiederholung: Frequenzspektrum eines SignalsBandbegrenztes SignalBandbegrenztes Signal: Signale k: Signale köönnen ein "natnnen ein "natüürlich" begrenztes rlich" begrenztes -- meist meist kontinuierlicheskontinuierliches-- Frequenzspektrum umfassen oder durch technische Frequenzspektrum umfassen oder durch technische Mittel auf einen Ausschnitt ihres Spektrums begrenzt werden (BanMittel auf einen Ausschnitt ihres Spektrums begrenzt werden (Bandbreite).dbreite).
Kontinuierliches - akustisches - Frequenzspektrum der menschlichen Stimme und Brandbreite des analogen ITU-Standardtelefonkanals
Energie (dB)
Frequenz (Hz)
40
30
20
10
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
300 Hz 3400 Hz3100 Hz ITU-Standard-Telefonkanal
dB: Dezibel
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PCMPCM--Fernsprechkanal Fernsprechkanal --
QuantisierungQuantisierung
AmplitudenquantisierungAmplitudenquantisierungZahl der benötigten Quantisierungsintervalle wird bei der akustischen Sprachkommunikation (Fernsprechen) durch den Grad der Silben-verständlichkeit beim Empfänger bestimmt.Mit "Sicherheitszuschlag" wurden 256 Quantisierungsintervallegenormt.Bei binärer Codierung reichen dafür 8 Bit Codwortlänge aus:
2288
= 256= 256Die Übertragungsgeschwindigkeit (Bitrate) für einen digitalisierten Fernsprechkanal ergibt sich somit wie folgt
BitrateBitrate
==
AbtastfrequenzAbtastfrequenz
••
CodewortlCodewortläänge nge kbit/skbit/s
==
8000/s8000/s
••
8 8 bitbit
64kbit/s64kbit/sk(kilok(kilo) = 1000 !) = 1000 !
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.83 (01/03/08)
UngleichfUngleichföörmige rmige QuantisierungQuantisierungBei gleichfBei gleichföörmiger rmiger QuantisierungQuantisierung sind alle Intervalle gleich grosind alle Intervalle gleich großß und von und von der Grder Größöße des Momentanwerts des Signals unabhe des Momentanwerts des Signals unabhäängig.ngig.QuantisierungsfehlerQuantisierungsfehler machen sich bei gleichfmachen sich bei gleichföörmiger rmiger QuantisierungQuantisierung bei bei kleinen Signalwerten sehr stark bemerkbar (kleinen Signalwerten sehr stark bemerkbar (QuantisierungsrauschenQuantisierungsrauschen). ). Bei ungleichfBei ungleichföörmiger rmiger QuantisierungQuantisierung sind die sind die QuantisierungsintervalleQuantisierungsintervalle bei bei grogroßßer Signalamplitude grer Signalamplitude größößer und bei kleiner Amplitude kleiner als im er und bei kleiner Amplitude kleiner als im gleichfgleichföörmigen Fall.rmigen Fall.
Kompressor: Die ungleichförmige Intervallgröße wird durch einen dem Quantisierer vorgeschalteten (Signal-) Kompressor erzielt.Expander: Auf der Empfangsseite wird in inverser Funktion ein Expander eingesetzt. Wiederherstellung der ursprünglichen Größenverteilung der Signale (Dynamik der Signale).Kompander: Kombination von Kompressor und Expander.
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.84 (01/03/08)
13 Segment13 Segment--KompressorkennlinieKompressorkennlinie
11/2-1 -1/2
17…32
33…48
49…64
65…80
113…128
1
16
…
Nummer des Quantisierungs-
intervalls
1/41/81/161/32
Normierte Amplitude des Eingangssignals
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Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.85 (01/03/08)
Normierte Amplitude des Eingangssignals
Normierte Amplitude des AusgangssignalsKompressorkennlinie
1 -1
1
-1
Kompressorkennlinie Kompressorkennlinie --
PrinzipPrinzip
1101110Kompre
ssor
0
0
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Zusammenhang Zusammenhang zwischen zwischen Abtastung, nicht Abtastung, nicht gleichfgleichföörmiger rmiger AmplitudenAmplituden--
quantisierungquantisierung und und
BinBinäärcodierung rcodierung der der QuantisierungsQuantisierungs--
intervalleintervalle
Zusammenhang bei der PCMZusammenhang bei der PCM--TechnikTechnik
U
4096
2048
1024
5122560512
1024
2048
4095
t1 t2t3
t
Probenentnahme(Zeitquantisierung)
Codierung
27 26 25 24 23 22 21 20
0 1 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 1 1 1 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
Amplituden-quantisierung
0 1 1 1 0 0 0 0
P S Q
1 1 1 1 0 0 0 0
P: PolaritätS: SegmentcodeQ: Quantisierungscode
Rahmen = 125 µs Rahmen = 125 µs
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PCMPCM--SystemeSysteme
Die praktische Gestaltung technischer PCM-Systeme wird durch das Fernsprechen bestimmt (obwohl grundsätzlich jede Art analoger - nach Digitalisierung - und digitaler Daten unter Verwendung digitaler PCM Übertragungssysteme übertragbar ist).
Praktisch eingesetzte PCM-Systeme bauen im Übertragungsbereich auf der Mehrfachnutzung der Übertragungswege durch Zeitmultiplexverfahren auf.
Doppelbedeutung von PCM:
Spezielles Umsetzverfahren für analoge Signale
Starres Zeitmultiplexverfahren für Fernübertragung
Aus historischen Gründen hat ITU zwei PCM-Übertragungssysteme genormt.
Behandelt wird das für die deutsche Telekom AG verbindliche CEPT-System.
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PCMPCM--Multiplexsysteme Multiplexsysteme --
ParameterParameterFFüür jedes System sind Systemparameter festzulegen, z.B.:r jedes System sind Systemparameter festzulegen, z.B.:kleinste Übertragungseinheit pro Zeitabschnitt (Bit, Byte, n-bit-Wort, Block)Häufigkeit der Zeitscheibenzuteilung an einen ÜbertragungskanalSynchronisierhilfenMelde- und Signalisierdaten
Struktur des genormten PCMStruktur des genormten PCM--30 Kanalgrundsystems der Deutschen 30 Kanalgrundsystems der Deutschen Telekom AG:Telekom AG:pro Zeitscheibe: 8 bitÜbertragungszeit pro Kanal: ca. 3,9µsVerschachtelungsgrad ( die Periode ): 32 Kanäle
Als Als ÜÜbertragungseinheit der Multiplexstruktur ist die 32 Kanalstruktubertragungseinheit der Multiplexstruktur ist die 32 Kanalstruktur r aufzufassen, sie wird aufzufassen, sie wird Pulsrahmen (pulse Pulsrahmen (pulse frameframe, , frameframe) ) genannt.genannt.
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PCMPCM--Multiplexsysteme Multiplexsysteme --
RahmenstrukturRahmenstruktur
Die 32 Zeitabschnitte sind mit 0 bis 31 numeriert. Ein Abschnitt ist ca. 3,9 μs lang. Die gesamte Rahmendauer ist bei PCM30 mit 125 Mikrosekunden genormt.Im Zeitabschnitt 0 werden abwechselnd Rahmenkennworte (u.a. zur Rahmenidentifizierung, Synchronisierung) und Meldeworte (u.a. zur Überwachung der Digitalsignalleitung) übertragen.Der Kennzeichenabschnitt 16 dient zur Übertragung vermittlungstechnischer Daten, wie Wählzeichen usw.Die 30 übrigen Zeitabschnitte nehmen jeweils 8 bit (einen Abtastwert) eines 64kbit/s digitalen Fernsprechsignals auf; daher der Name PCM30.Feste Zuordnung des Platzes im Rahmen für eine 64kbit/s Fernsprechverbindung. Reservierung beim Verbindungsaufbau (“Wählverbindung”).
HinweisHinweis: Anstelle von Fernsprechsignalen k: Anstelle von Fernsprechsignalen köönnen beliebige andere nnen beliebige andere digitalisierte analoge und digitale Daten in Einheiten von 8 digitalisierte analoge und digitale Daten in Einheiten von 8 bitbit üüber ein ber ein digitales PCMdigitales PCM--System System üübertragen werden! bertragen werden!
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Pulsrahmen des Systems PCM 30Pulsrahmen des Systems PCM 30
ZeitabschnittNummer
0 1 2 15 16 17 30 31
X 0 0 1 1 0 1 1
X 1 D N Y Y Y Y
0,49µs
Rahmenkennungswortin den Rahmen Nr. 1, 3, 5, ...
Meldewortin den Rahmen Nr. 2, 4, 6, ...
D Meldebit für dringenden AlarmN Meldebit für nicht dringenden AlarmX für internationale Verwendung reservierte BitsY für nationale Verwendung reservierte Bits
Kennzeichenübertragung
8 Bit
Codierte Fernsprech-signale 1 bis 15
Codierte Fernsprech-signale 16 bis 30
3,9µs
125µs
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ÜÜber PCM 30 hinausfber PCM 30 hinausfüührende Systemehrende SystemeZeitmultiplex wie in PCM 30 kann auch für mehr Kanäle genutzt werden (z.B. PCM 120)Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH)
hierarchisches ZeitmultiplexSchwankungen der Rate werden durch Stopfbits kompensiert
Synchrone Digitale Hierarchie (SDH)synchrone 125µs RahmenGrundrate von 155,52 Mbit/s, Vielfache hiervon werden unterstützt
MUX MUX MUX32x64 kbit/s= 2,048 Mbit/s
8,448 Mbit/s 34,368 Mbit/s 139,264 Mbit/s
MUX = Multiplexer
Forschungszentrum KarlsruheTechnik und Umwelt
Fortbildungszentrum Technik u. UmweltDipl.-Inform. Torsten NeckK744: K744: „„BBüüroautomation, Datenkommunikation, Netzeroautomation, Datenkommunikation, Netze““ – WS-1999/2000 — K03.92 (01/03/08)
Zusammenfassung: SignalkonversionenZusammenfassung: SignalkonversionenAnalog Analog Analog:Analog:
“Dampf”-Telefon ( englisch: POT = Plain Old Telephone )Heutiger (analoger) Rundfunk
Analog Analog Digital:Digital:PCM-KonversionDigitale Telefonie
Digital Digital Analog:Analog:Digitaldatenübertragung über analoges Fernsprechnetz (MODEM-Technik)Übertragung digitaler Daten mittels Funk-/Satellitentechnik
Digital Digital Digital:Digital:Leitungscodierung im Basisbandverfahren
Mehrere Signalkonversionen kMehrere Signalkonversionen köönnen hintereinander ausgefnnen hintereinander ausgefüührt werdenhrt werden(wobei Analog(wobei Analog Analog und AnalogAnalog und Analog Digital nie verlustfrei ist).Digital nie verlustfrei ist).
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