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1 DEPARTMENT FÜR INFORMATIK - ABTEILUNG RECHNERNETZE UND TELEKOMMUNIKATION Klassische Telekommunikationsanwendungen und deren Mehrwertdienste im Internet VON STEFAN BRUNHORN APRIL 2008

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3 Abstract Das Internet Protokoll dringt in Anwendungsgebiete vor, die zuvor durch leitungsvermittelnde Verfahren oder Rundfunk dominiert wurden. Dazu zählt die Telefonie, Telefax, Radio sowie das Fernsehen. Für eine Umsetzung mit IP benötigen diese Anwendungen spezielle Protokolle, mit denen audiovisuelle Medien transportiert und das Verhalten von Endgeräten gesteuert werden kann. Die Protokolle müssen zudem dafür sorgen, dass etablierte Mehrwertdienste erhalten bleiben. Um eine angemessene Dienstqualität zu erreichen, sind Störungen durch andere Dienste zu unterbinden. Darüber hinaus ist für die Telefonie eine Anbindung an herkömmliche Netze in der Übergangszeit unerlässlich.

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5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Einleitung Wechsel zu IP Ein anwendungsübergreifender Datenübertragungsstandard Leitungsvermittlung vs. Paketvermittlung Infrastruktur IP-Dienste im Jahr Entwicklung in Deutschland Bewertung Entwicklung von Telekommunikationsdiensten Analoge Telefonie ISDN Mobiltelefonie Telefax Radio Fernsehen Digitaler Rundfunk Bildtelefonie Network Voice Protocol Mehrwertdienste in der "klassischen Telekommunikation" ISDN-Dienste ISDN-Basisdienste ISDN-Dienstmerkmale GSM-Dienste GSM-Basisdienste GSM-Zusatzdienste Open Mobile Alliance Andere Mehrwertdienste für die Telefonie Radio Data System Mehrwertdienste für DAB und DRM Teletext Digital Audio Video Council DAVIC TV Anytime and TV Anywhere IP-Technik Datendienste Voice over IP H.323 Geräte und Adressierung H.225 Anrufsignalisierung H.245 Steuerung multimedialer Kommunikation H.323 Verbindungsaufbau H.323 Zusatzdienste

6 Inhaltsverzeichnis SIP Anrufsignalisierung SDP Sitzungsbeschreibung Ankündigung einer Sitzung mit dem SAP RTP Medientransport Sicherheit Sprachqualität Quality of Service Reservierung von Ressourcen mit dem RSVP Differentiated Services Fax over IP T T Streaming Media IPTV Gateways Gateway Control Protocol SS7 over IP SIP-T, SIP-I Interoperabilität Telearbeit T.120 Protokolle zur Datenübertragung in Konferenzen Multipoint Communication Service Generic Conference Control Generic Application Template Anwendungen H.239 Präsentationsvideos Ausblick...65 Anhang A - ISDN...67 A.1 Schnittstellen des ISDN-Basisanschlusses...67 A.2 Primary Service...69 A.3 Q.931 Verbindungsaufbau im ISDN...70 A.4 SS A.5 ISDN User Part...72 A.6 Breitband ISDN...73 A.7 ATM...73 A.8 PDH/SDH...74 A.9 PPP...75 A.10 PPPoE...75 A.11 ADSL...75 Anhang B - H.323 Signalisierungsnachrichten...77 B.1 H.225 Nachrichten des RAS-Kanals...77 B.2 Q.931 Signalisierungsnachrichten...78 B.3 Q.932 Signalisierungsnachrichten...79 B.4 H.225 Informationselemente

7 Inhaltsverzeichnis B.5 H.245 Nachrichten zur Steuerung multimedialer Kommunikation...81 B.6 T.125 Nachrichten des Multipoint Communication Service...83 B.7 T.124 Nachrichten der Generic Conference Control...84 B.8 H.239 Nachrichten zum Aufbau eines privilegierten Videokanals...85 Anhang C - SIP-Signalisierungsnachrichten...87 C.1 Adressierung...87 C.2 URI-Parameter...88 C.3 Header-Felder...88 C.4 Methoden...89 C.5 Status-Codes...90 C.6 Beispiele...91 Anhang D - Sitzungsbeschreibung mit dem SDP...93 D.1 Beispiel...94 Anhang E - Ankündigen einer Sitzung mit dem SAP...95 Anhang F - RTP/RTCP-Header-Informationen...97 F.1 Nutzdatentypen Anhang G - Megaco G.1 Befehle G.2 Deskriptoren G.3 Beispiel Anhang H - SCTP Anhang I - RSVP Anhang J - Vergleich von Sprachcodecs Anhang K - Telefax K.1 Ablauf einer T.30-Telefaxverbindung K.2 Wichtige Fax-Nachrichten Anhang L - RTSP Anhang M - Multicast Glossar und Abkürzungsverzeichnis Begriffe Abkürzungen ISDN-Dienstmerkmale RDS Teletext H.323 Zusatzdienste Weitere Abkürzungen Literatur Digital Audio Video Council European Telecommunications Standards Institute International Telecommunication Union Open Mobile Alliance Request for Comments Weitere Standards Weitere Literatur

8 Inhaltsverzeichnis 8

9 1. Einleitung Der vorliegende Text betrachtet Telekommunikationsanwendungen, ihre Mehrwertdienste sowie Techniken, mit denen diese im Internet Protokoll umgesetzt werden können. Kapitel 3 stellt zunächst einige "klassische Telekommunikationsdienste" vor, die bis heute weit verbreitet sind. Dazu zählen im Wesentlichen die Telefonie, Telefax, Radio sowie das Fernsehen. Im Laufe der Zeit wurden außerdem eine Reihe von Mehrwertdiensten entwickelt, mit denen diese Hauptanwendungen erweitert oder komfortabler gestaltet wurden. So ist z.b. für die Telefonie innerhalb eines Call Centers das Halten eines Telefongesprächs notwendig, um Telefongespräche weiterleiten zu können. Für das Fernsehen ist der Teletext zwar mittlerweile etwas in die Jahre gekommen, er wird aber immer noch für Hinweise und Untertitel zum laufenden Programm, für Werbezwecke und sogar für Chat-Anwendungen genutzt. Die zugrunde liegenden Spezifikationen solcher Mehrwertdienste werden in Kapitel 4 informell dargelegt. Mittlerweile wird daran gearbeitet die genannten Dienste mit Hilfe einer einheitlichen Infrastruktur anzubieten. Die Wahl fiel dabei auf das Internet Protokoll, das seit seiner Entstehung heterogene Anwendungen ermöglicht. Die zur Steuerung und Übertragung von Audio- und Videoströmen spezifizierten Protokolle werden in den Kapiteln 5 bis 7 vorgestellt. Dazu gehören u.a. die H.323-Protokolle, das SIP und das RTP. Es werden zudem Protokolle beschrieben, die eine Zusammenarbeit von VoIP und herkömmlichen Netzen sicherstellen sollen. Einige weitere Protokolle unterstützen Telearbeit, die als Mehrwertdienst von IPbasierter Telekommunikation gesehen werden kann. Das nun folgende Kapitel 2 geht auf den Wechsel von der "klassischen Telekommunikation" zu IP-Diensten ein. 9

10 1. Einleitung 10

11 2. Wechsel zu IP In diesem Kapitel wird der Einsatz des Internet Protokolls in der "klassischen Telekommunikation" beleuchtet. 2.1 Ein anwendungsübergreifender Datenübertragungsstandard Seit den 1990er Jahren findet das Vermittlungsprotokoll IP mit der Verbreitung des Internet immer häufiger Anwendung. Es kommt in Bereichen zum Einsatz, in denen man bislang auf analoge Techniken oder aber eigene Protokollstapel gesetzt hat (siehe Einleitung). Als ein wesentlicher Grund für diese Entwicklung wird häufig die Reduzierung von Kosten durch eine homogene Infrastruktur beworben. So wurde Hard- und Software bislang häufig für jeden Anwendungsbereich gesondert entwickelt. Daher ist speziell geschultes Personal notwendig, um Netzwerke aufzubauen und zu verwalten. Produkte, wie z.b. Telefon-Switches können außerdem nur in begrenzter Stückzahl verkauft werden. Anwendungsübergreifende Datenübertragungsstandards, wie Ethernet und IP bietet hier Vorteile. Hardware für allgemeinere Anwendungen ist zum einen günstiger, da sie in großen Mengen produziert werden kann. Zum anderen ist es einfacher Personal zu finden, das mit standardisierter Hard- und Software vertraut ist. Auf diese Weise können Schulungs- und Personalkosten verringert werden. Das schließt insbesondere die Kosten für Wartungsarbeiten ein, die z.b. bei "traditionellen Telefonanlagen" von externen Technikern durchgeführt werden. 2.2 Leitungsvermittlung vs. Paketvermittlung IPv4 wurde 1981 im RFC 791 spezifiziert und stellt einen unzuverlässigen, paketbasierten Datenübertragungsdienst zur Verfügung. Schaut man sich das analoge Telefonsystem oder auch ISDN an, stellt man fest, dass diese im Gegensatz zu IP die benötigten Ressourcen zwischen den Kommunikationspartnern reservieren. Das Prinzip wird auch als Leitungsvermittlung (Circuit Switching) bezeichnet. Natürlich stellt sich die Frage, warum ausgerechnet ein Protokoll wie IP die bisherigen Techniken ablösen soll. Dies kann im Kontext des Inter-Networking, der internationalen Verbindung unterschiedlicher Netze verstanden werden. Hier ist IP schon seit geraumer Zeit das etablierte Protokoll. Hinzu kommt der Umstand, dass das durch Datendienste verursachte Volumen gegen Ende der 1990er Jahre stark anstieg und das Sprachvolumen überholte. Da paketbasierte Protokolle die verfügbare Bandbreite bei Datendiensten wesentlich besser ausnutzen können, ist es für Telekommunikationsanbieter natürlich reizvoll diese zu verwenden. Die Wahl des Internet Protokolls kann daher auch mit der steigenden Relevanz von Datendiensten durch die Verbreitung des Internet begründet werden. [RÖSSEL S.22] 2.3 Infrastruktur Um das Internet Protokoll sinnvoll für den Transport kontinuierlicher Echtzeitmedien einsetzen zu können, ist ggf. eine Infrastruktur nötig, welche solche Dienste gegenüber anderen 11

12 2. Wechsel zu IP Datendiensten priorisiert. Dies leisten spezielle Router und Switches mit Hilfe entsprechender Warteschlangen. Die dafür notwendige Kennzeichnung von Datagrammen wird im RFC 2474 beschrieben und ermöglicht sogenannte Differential Services (siehe 5.3.2). Eine Alternative zur Priorisierung stellt die Reservierung von Bandbreite mittels RSVP dar (siehe 5.3.1). Aufgrund der recht komplexen Sicherheitsmechanismen und vor allem weil sämtliche Vermittlungsknoten entlang einer Verbindung das Verfahren unterstützen müssen, scheint es aber eher selten verwendet zu werden (siehe [M 5.136]). So wurden keine Berichte über einen produktiven Einsatz gefunden, obgleich entsprechende Hardware verfügbar ist. Für die Übertragung von Echtzeitmedien in herkömmlichen IP-Netzwerken können keine Garantien für die Dienstqualität (QoS) gegeben werden. Weil keine Investitionen in neue Verteiler notwendig sind, gibt es aber viele Fälle, in denen z.b. VoIP auch in einer solchen Umgebung erfolgreich angewendet wird (siehe z.b. [HEIDELBERG]). Eine zufriedenstellende Qualität kann hier jedoch nur erreicht werden, solange ausreichend Bandbreite zur Verfügung steht. Dazu gilt es die Kollisionsbereiche möglichst klein zuhalten. Mit Techniken wie Traffic Shaping kann zudem die maximale Bandbreite für reine Datendienste begrenzt werden. Insbesondere Telekommunikationsanbieter setzen für den Transport von VoIP auf eine Überdimensionierung der Bandbreite. QoS-Mechanismen kommen hier bestenfalls beim Endkunden zum Einsatz. Sie können jedoch im betrieblichen Umfeld eine wichtige Rolle spielen, wenn Telefon- und Computernetze zusammengelegt werden. 2.4 IP-Dienste im Jahr 2007 Viele Internet Service Provider (ISP) gehen zur Zeit dazu über, so genannte Tripple-Play- Lösungen anzubieten. Konventionelle Internetdienste, wie das WWW oder sowie die neuen Dienste IPTV und VoIP werden dabei über eine DSL-Leitung oder via Fernsehkabel angeboten. Auf diese Weise kann der ursprüngliche Telefon-, Fernsehkabel- oder Internetanbieter seine Produktpalette um neue Dienste erweitern. Für den Kunden bedeutet das meist günstigere Tarife und eine bessere Rechnungsübersicht. Ein Ausfall des Netzwerks wirkt sich aber gleich auf mehrere, zuvor unabhängige Dienste aus. Hatten Stromausfälle bislang keine direkten Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit eines analogen Telefons, so muss sich bei bei VoIP noch zeigen, in wie weit spezielle Maßnahmen den Dienst aufrecht erhalten können. Vorstellbar ist z.b. eine Notstromversorgung mit Akkumulatoren in Kombination mit Power over Ethernet (PoE). Ein weiteres Problem stellt die geografische Lokalisierung eines Anschlusses anhand der Rufnummer oder die Vermittlung von Notrufnummern zur nächstgelegenen Zentrale dar. Dies ist jedoch nur relevant, sofern ein VoIP-Zugang von verschiedenen Endpunkten aus genutzt werden soll. [KNAUER S.33,40-41] 2.5 Entwicklung in Deutschland Bis zum 1. Januar 1998 wurde das Telefonnetz in Deutschland von der Deutschen Bundespost und später von der Deutschen Telekom AG betrieben und ausgebaut. Mit der Liberalisierung des Telefonmarktes musste das Netz dann auch anderen Unternehmen zur Verfügung gestellt werden. Die neue Konkurrenzsituation sorgte recht bald für einen starken Preisverfall (siehe 12

13 2. Wechsel zu IP [RÖSSEL S.21]). Da sich die Anbieter von IP-Technik u.a. langfristige Kosteneinsparungen erhoffen, kann dieser Umstand den Wechsel zur IP-Technik in Deutschland beschleunigt haben. 2.6 Bewertung Es gibt zur Zeit Bestrebungen möglichst viele Dienste über ein Netz und mit einheitlicher Technik anzubieten. Dies bezeichnet man auch als Konvergenz der Netze. Der Wechsel von "klassischen Telekommunikationsmedien" zu IP-Diensten bringt dabei sowohl für Kunden als auch für Anbieter finanzielle Vorteile. Im betrieblichen Umfeld können allerdings QoS- Mechanismen nötig sein, um eine zufriedenstellende Dienstqualität zu gewährleisten. Dafür müssen Investitionen getätigt werden, die z.b. einer Einführung von VoIP zunächst im Weg stehen können. 13

14 2. Wechsel zu IP 14

15 3. Entwicklung von Telekommunikationsdiensten Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Entwicklung der Telekommunikation für einige ausgewählte Anwendungen. Dies soll helfen deren aktuelle Bedeutung und ggf. spezifische Anforderungen zu erfassen. 3.1 Analoge Telefonie Nach am dem Ende des 19. Jahrhunderts Patentstreitigkeiten zwischen Alexander Graham Bell und der Western Union Telegraph Company zu Gunsten von Bell entschieden wurden, verbreitete sich das analoge Telefon weltweit. Die Vermittlung von Telefongesprächen wurde zunächst per Hand vom sogenannten Fräulein vom Amt durchgeführt und brachte gerade bei Verbindungen ins Ausland lange Wartezeiten mit sich. Einen weiteren Nachteil stellte die manuelle Vermittlung von Geschäftsgesprächen dar, weil das Mithören leicht möglich und die Vertrauenswürdigkeit des Personals nicht immer gegeben war. Erst nach und nach wurden die Stellen durch automatische Telefonvermittlungen ersetzt. Dazu kamen erst mechanische Hebdrehwähler und mit den 1970er Jahren auch elektrische Telefon-Switches (Crossbarwähler) zum Einsatz. [WIESEL] Da das Telefon im wirtschaftlichen Bereich immer wichtiger wurde, gingen größere Unternehmen dazu über, eigene unternehmensweite Telefonnetze zu betreiben. Für die Vermittlung interner Gespräche und die Anbindung an das öffentliche Telefonnetz (PSTN) wurden kleinere Telefon-Switches, sogenannte Public Branch Exchanges (PBX) entwickelt. Diese erlaubten die gemeinsame Nutzung von wenigen externen Leitungen durch eine Vielzahl interner Telefone. Die PBXs ermöglichten darüber hinaus erstmals Dienste, welche die Telefonie vereinfachten. Da die notwendige Funktionalität im Switch positioniert wurde, waren die Dienste direkt, ohne Anschaffung neuer Telefone anwendbar. Ein auf diese Weise angebotener Dienst war z.b. das Halten eines Gesprächs, während ein neu eingehender Anruf beantwortet werden konnte. Die Signalisierung eines Anrufs während eines laufenden Telefonats wird auch als Anklopfen (Call Waiting) bezeichnet (siehe 4.1.2). Für Unternehmen, die nicht in der Lage waren einen PBX zu finanzieren, konnten die Leistungen auch im Rahmen sogenannter Centrex-Dienste (Central Office Exchange) genutzt werden. Diese wurden von Telekommunikationsunternehmen kostenpflichtig zur Verfügung gestellt. [WALLINGFORD S.4-7,68] 3.2 ISDN ISDN wurde in den 1970er Jahren auf Konferenzen der CCITT sowie der europäischen Telefonverwaltung (CEPT) entwickelt und in den 1980er und 1990er Jahren in vielen Ländern aufgebaut. Das Hauptziel bestand darin, alle bis dahin angebotenen und zukünftigen Dienste mit einer einheitlichen Technik umzusetzen (siehe [WIESEL]). Die selben Beweggründe sprechen heute für den Einsatz von IP. Die mit ISDN einhergehende digitale Übertragung von Sprache bietet aber auch eine bessere Klangqualität: Jedes Signal, welches über eine größere Distanz versendet wird, unterliegt einer Dämpfung und äußeren Einflüssen, die das Signal stören. Kommt bei einer 15

16 3. Entwicklung von Telekommunikationsdiensten analogen Übertragung nur die direkte Verstärkung und ggf. Filterung des Signals in Frage, kann ein digitales Signal aufgrund der bekannten möglichen Zustände rekonstruiert werden. Die digitale Abbildung eines analogen Audiopegels wird in der Empfehlung G.711 "Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies" der International Telecommunication Union (ITU-T), ehemals CCITT beschrieben. Für ISDN wurden viele sogenannte Dienstmerkmale standardisiert, von denen einige, wie das Halten eines Gesprächs bereits für die analoge Telefonie verfügbar waren. Andere Dienste, wie die Rufnummernanzeige konnten erst durch eine digitale Datenübertragung im analogen Telefonnetz umgesetzt werden (siehe [EN ]). In Punkt werden die ISDN- Zusatzdienste zusammengefasst. Eine Beschreibung zum ISDN ist im Anhang A zu finden. 3.3 Mobiltelefonie Ab 1952 war es in Deutschland möglich über städtische Systeme mit einem Autotelefon Gespräche ins Festnetz zu führen. Um lokale Inkompatibilitäten zu beseitigen, wurde 1958 das sogenannte A-Netz eingerichtet, in dem die Vermittlung von Gesprächen per Hand durchgeführt wurde. Im Jahr 1972 folgte dann das B-Netz, das Roaming mit einigen Nachbarländern Deutschlands ermöglichte und Gespräche automatisch vermitteln konnte. Ein aktuelles Mobilfunknetz benötigt eine Reihe festinstallierter Basisstationen, deren jeweiliger Abdeckungsbereich als Zelle definiert ist. Bewegt sich ein Teilnehmer von einer Zelle in eine andere, so ist es wünschenswert, das Gespräch zwischen den Stationen übergeben zu können. Diese Fähigkeit wird auch als Handover bezeichnet und wurde erst 1986 mit Hilfe einer digitalen Signalisierung im C-Netz eingeführt. Zudem wurde so eine automatische Lokalisierung der Teilnehmer möglich rief die CEPT eine Studiengruppe, die Groupe Spéciale Mobile (GSM) ins Leben, um ein Konzept für ein einheitliches europäisches Mobilfunksystem zu erarbeiten. Dieses wurde 1988 durch das European Telecommunications Standards Institute (ETSI) spezifiziert und in Deutschland unter den Namen D1, D2, E-Plus und E2 (bzw. O2) in Betrieb genommen. Mit der Verbreitung des Standards wurde die Abkürzung GSM dann als Global System for Mobile Communications neu besetzt. Das GSM-Netz überträgt sowohl Signalisierungsdaten als auch Sprache in digitaler Form. Es arbeitet leitungsvermittelt und ist für den Datentransfer nur bedingt geeignet. Seit Mitte der 1990er Jahre liegt daher das Hauptinteresse in der Spezifikation mobiler, paketbasierter Datenübertragungsstandards, wie GPRS, UMTS, usw. Aufgrund des leichten physikalischen Zugangs muss ein Funknetzwerk geschützt werden. GSM-Netze verwenden dazu eindeutige Gerätekennungen mit denen die Zugangsberechtigung über ein Challenge-Response-Verfahren geprüft wird. Die übertragenen Daten werden außerdem verschlüsselt und die Anonymität der Nutzer durch zufällig generierte Teilnehmerkennungen gewährleistet. [SCHNABEL] 3.4 Telefax Das Wort Telefax wird von dem lateinischen Wort Faksimile abgeleitet und beschreibt den Dienst eines Fernkopierers. Im Gegensatz zum Telegrafiedienst werden keine Zeichen sondern 16

17 3. Entwicklung von Telekommunikationsdiensten eingelesene Bildelemente des Originaldokuments übermittelt. Alexander Bain stellte 1843 ein entsprechendes System vor, das im Laufe der Zeit von verschiedenen Personen weiterentwickelt wurde. (Die Telegrafie wird in diesem Text nicht näher betrachtet, da sie mittlerweile für die Telekommunikation keine Relevanz mehr besitzt.) Im Gegensatz zur Telegrafie oder dem Telefon verbreitete sich das Telefax lange Zeit nur in besonderen Anwendungsbereichen. Die erste kommerzielle Anwendung war die Übermittlung von Informationen zum Aktienhandel im Jahr 1870 in Frankreich. Durch die Reproduzierbarkeit einer Unterschrift und einer geringeren Relevanz von Übertragungsfehlern bot das Telefax eine höhere Vertrauenswürdigkeit als die Telegrafie. In den 1920er Jahren kam dann die Übertragung von Bildern für die Veröffentlichung in Zeitungen als Einsatzgebiet hinzu. Das Versenden von Wetterkarten an Schiffe, Flugzeuge oder Zeitungen ist als ein weiterer wichtiger Anwendungsfall zu nennen. Militärisch wurde das Telefax zum Austausch von Kartenmaterial und darauf verzeichneten Feindpositionen genutzt. In den USA wurden auch noch speziellere Einsatzszenarien getestet. So installierte man mobile Empfänger in Polizeifahrzeugen, um Fingerabdrücke und Fotos gesuchter Personen von einer Polizeidienststelle aus zu versenden. Für kurze Zeit wurde das Telefax auch als Rundfunkdienst angeboten. Mit der Verbreitung des Fernsehens wurde dieser Dienst aber wieder eingestellt. Ende der 1940er Jahre wurde zudem ein System entwickelt, das neben Dokumenten und Ton auch Filme versenden konnte. Das sogenannte Ultrafax kann als eine Art früher Vorläufer des Internet angesehen werden. Aus wirtschaftlichen Gründen blieb es jedoch lediglich bei einem Demonstrationsbetrieb. Mit den fallenden Kosten für Endgeräte und für die Übermittlung von Dokumenten wurde das Telefax auch für Privatpersonen und kleinere Unternehmen interessant. Insbesondere für die Bearbeitung von Kundenaufträgen besitzt der Dienst noch heute einen hohen Stellenwert. In Deutschland kann dies mit der häufigen rechtlichen Anerkennung von Empfangsbestätigungen begründet werden. Die Empfehlungen der ITU-T (siehe Anhang K) ermöglichen zudem einen internationalen Austausch von Dokumenten. Zum Sicherstellen der Kompatibilität folgen die Hersteller bis heute der ITU-T Empfehlung T.30, welche die Datenübertragung mit akustischen Signalen via Modem festlegt. Mittlerweile sind Faxe in schwarz-weiß, in Graustufen oder in Farbe sowie in unterschiedlichen, vordefinierten Auflösungen möglich. Neben dem aktiven Versand von Faxen können diese über einen Faxabruf auch aktiv empfangen werden. [RENSEN][LIGHT S ] 3.5 Radio Die Voraussetzungen für eine drahtlose Kommunikation wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts von bedeutenden Physikern, wie Alexander Stepanowitsch Popow, James Clerk Maxwell und Heinrich Rudolf Hertz geschaffen. Als erste Anwendung kann die Telegrafie genannt werden, mit der Guglielmo Marchese Marconi 1901 die erste transatlantische Funkübertragung durchführte. Da es vor 1912 keine gesetzlichen Regulierungen für Funkübertragungen in den USA gab, bauten hier viele Amateure in den frühen 1900er Jahren eigene Funkgeräte. Mit diesen konnte zunächst nur Telegrafie, später aber auch Sprache übertragen werden. 1918, während des 17

18 3. Entwicklung von Telekommunikationsdiensten ersten Weltkriegs sendete dann das amerikanische Militär ein erstes Unterhaltungsprogramm für verwundete Soldaten. Mit Kriegsende gewannen schließlich Rundfunkübertragungen von Musik und gesprochenen Nachrichten an Popularität. Große Elektronikhersteller sahen darin eine Möglichkeit um ihre Geräte zu vermarkten. Bis Ende 1922 entstanden außerdem über 500 kleine regionale Radiostationen, die durch Unternehmen, Organisationen oder Einzelpersonen finanziert wurden. [EARLYRADIOHISTORY] In Deutschland wurde der Rundfunk von Anfang an staatlich betrieben und nach dem zweiten Weltkrieg von den Besatzungsmächten kontrolliert. So wurde ab 1950 der Kopenhagener Wellenplan wirksam, der in jeder Besatzungszone die Nutzung von genau einer Mittelwellenfrequenz erlaubte. Man entschied daher die Übertragung von Radiosendungen in den UKW-Bereich zu verlegen, der aufgrund seiner geringeren Reichweite zunächst unbeliebt war. Entfernte Sender können im UKW-Bereich jedoch die selben Frequenzen nutzen, wodurch lokal eine höhere Bandbreite zur Verfügung steht. Auf diese Weise konnten bald mehrere Programme in einem Gebiet gesendet und eine bessere Tonqualität erreicht werden. Ab 1986 wurde das staatliche Monopol aufgehoben und private Rundfunkanbieter zugelassen. [CHOWANETZ] 3.6 Fernsehen Neben der Übertragung von Dokumenten wurde Ende des 19. Jahrhunderts auch an der Übertragung von bewegten Bildern gearbeitet. In diesem Zusammenhang wird häufig Paul Julius Gottlieb Nipkow genannt, der mit einer Spirallochscheibe sowohl eine Bildabtastung als auch eine Wiedergabe realisierte. Die Ausmaße einer solchen Scheibe schränkten jedoch die Bildgröße, Auflösung und Bildwiederholfrequenz stark ein. Daher konnte sich auf der Empfängerseite recht bald die von Karl Ferdinand Braun entwickelte Kathodenstrahlröhre durchsetzen. Die Abtastung konnte erst ab 1933 durch ein von Vladimir Kosma Zworykin patentierten elektronischen Bildabtaster übernommen werden. Der erste regelmäßige Fernsehprogrammdienst wurde 1935 in Deutschland gestartet. Die Übertragungen wurden zunächst mit Bildwiederholraten von bis zu 25Hz durchgeführt, so dass ein deutliches Flimmern wahrgenommen werden konnte. Aus diesem Grund ging 1937 das Zeilensprungverfahren in die deutsche Fernsehnorm ein. Dabei werden abwechselnd die geraden und ungeraden Zeilen eines Bildes als Halbbild dargestellt, wodurch sich die Bildwiederholrate verdoppelt. Nach dem Ende des zweiten Weltkriegs wurde in den USA die Gerber-Norm mit 525 Zeilen bei 30 ganzen Bildern pro Sekunde eingeführt. Dieses wurde 1954 durch das NTSC-Verfahren abgelöst, um Übertragungen in Farbe zu ermöglichen. In Deutschland wurde die Gerber-Norm mit 625 Zeilen und 25 ganzen Bildern pro Sekunde umgesetzt. Hier wurde das Farbfernsehen erst 1967 mit dem PAL-System eingeführt, welches im Vergleich mit NTSC aber eine bessere Bildqualität erreicht. [BUCHHOLZ][NALDINI] Seit der Einführung des Fernsehens wurden die Empfangsgeräte als auch die Übertragungstechniken stetig weiterentwickelt kamen so zunächst die ersten kabelgebundenen und ab 1956 auch kabellose Fernbedienung auf den Markt. Weitere wichtige Entwicklungen sind der Videorekorder sowie der Teletext: 18

19 3. Entwicklung von Telekommunikationsdiensten Da die Aufzeichnung von Sendungen gerade für Fernsehsender eine wichtige Rolle spielt, wurden bereits vor dem zweiten Weltkrieg experimentelle Aufnahmegeräte konstruiert. Aber erst 1956 stellte die Firma Ampex einen kommerziellen Rekorder vor, der das volle Signal gemäß Gerber-Norm sichern konnte. Die ersten Geräte für den Heimgebrauch wurden dann 1964 eingeführt. [TVHISTORY] Anfang der 1970er Jahre verwendeten Techniker der BBC zum ersten Mal die freien Zeilen des Fernsehsignals, um zusätzliche Informationen zu übertragen. Ab 1976 boten die Fernsehsender BBC und IBA dann ein regelmäßiges Teletextprogramm an. Neben kostenlosen Informationen wurden hier auch gebührenpflichtige Dienste für Handelsketten und Wettbüros angeboten. Mit dem Feldversuch von ARD und ZDF im Jahr 1980 hat sich dann der Teletext auch in Deutschland etabliert. [BOETTLERCERNKO] 3.7 Digitaler Rundfunk Mit den 1990er Jahren hatten Politik und Wirtschaft entschieden, den analogen Rundfunk durch digitale Techniken abzulösen. Auf diese Weise sollte eine bessere Dienstqualität und eine größere Programmvielfalt realisiert werden startete in den USA das erste digitale Fernsehprogramm, dass mit zwei Satelliten bis zu 150 NTSC-Programme ausstrahlte. Einige Radiostationen begannen zudem Ihr Programm über das Internet zu versenden. Im gleichen Jahr wurde auch die Übertragungstechnik ADSL erstmals produktiv eingesetzt, um einen Video-on-Demand-Dienst anzubieten. Bei diesem wählt der Zuschauer zunächst einen Film aus und kann ihn dann unabhängig von Sendezeiten anschauen wurde der Digital Audio Broadcast (DAB) Standard eingeführt, mit dem ein digitales Audioprogramm mit terrestrischer Funktechnik übertragen wird folgte das Digital Radio Mondial (DRM), das im Kurz-, Mittel- und Langwellenspektrum sendet und somit vor allem große Empfangsbereiche abdeckt. Das terrestrische digitale Fernsehen (DVB-T) wurde in Deutschland ab 2002 flächendeckend eingeführt. Neben der terrestrischen Variante existieren außerdem Varianten für das digitale Satelliten- (DVB-S) und Kabelfernsehen (DVB-C) sowie eine weitere terrestrische Variante für kleine mobile Geräte (DVB-H). Die einzelnen Varianten unterscheiden sich im Wesentlichen durch das Empfangsteil und die zur Verfügung stehende Datenrate. Zur Kompression wird bei allen Varianten der MPEG2-Standard eingesetzt. [BLANK S.5-8,11,13-14,17-18] 3.8 Bildtelefonie Bei der Bildtelefonie werden neben dem Ton auch die visuellen Informationen der Gesprächspartner übertragen. Da hierfür eine große Bandbreite notwendig ist, wurde diese Kommunikationsform zunächst nur selten genutzt. Als frühes Anwendungsbeispiel kann der Fernseh-Sprechdienst genannt werden, der 1936 während der Berliner Olympiade in 25 Fernsehstuben angeboten wurde. Verbindungen waren jedoch nur zwischen den Städten Berlin und Leipzig möglich. [BUCHHOLZ] 19

20 3. Entwicklung von Telekommunikationsdiensten In den 1960er Jahren brachte AT&T verschiedene Modelle des Picturephones auf den Markt, die allerdings wenig Verbreitung fanden. In den 1970er und 1980er Jahren wurden dann Videokonferenzstudios zum Standard. Die Kommunikation zwischen den Geräten wurde jedoch erst 1990 mit der CCITT-Empfehlung H.320 vereinheitlicht. [WALTER][GARTVIHS] Mit der Verbreitung des Internet wurde Mitte der 1990er Jahre der PC als Plattform für die Bildtelefonie entdeckt. Spezielle Kameras und Software zum Führen von Videokonferenzen wurden zu geringen Preisen angeboten. Sie erbrachten durch Kompressionstechniken brauchbare und dennoch kostengünstige Ergebnisse. Mittlerweile kann die Bildtelefonie über das Internet als Standardanwendung gesehen werden. Im Mobiltelefonbereich wurden ab dem Jahr 2000 erste Geräte mit integrierter Kamera verkauft. Mit der Einführung von UMTS kamen dann Geräte auf den Markt, mit denen auch ein mobiler Bildtelefondienst möglich ist. 3.9 Network Voice Protocol Das NVP kann als Vorläufer der heutigen VoIP Protokolle gesehen werden. Es wurde 1976 im [RFC 741] spezifiziert und sollte zeigen, dass eine Zweiwegekommunikation über paketbasierte Netzwerke in Echtzeit realisierbar ist. Dabei galt es, eine gute Sprachqualität bei einer geringen Bandbreite zu erreichen. Das NVP wurde erstmals 1973 implementiert und im ARPANET getestet. Das Protokoll lässt sich in ein Steuerungs- und ein Datenprotokoll unterteilen. Mit dem Steuerungsprotokoll kann u.a. ein Anruf, die Bereitschaft einen Anruf entgegenzunehmen, das Klingeln oder das Ende eines Gesprächs signalisiert werden. Das Datenprotokoll transportiert dann die Sprachdaten in einzelnen durchnummerierten Paketen, deren Größe während des Verbindungsaufbaus ausgehandelt wird. Mehrere Pakete können zu einer Nachricht zusammengefasst werden, die zur Synchronisation wiederum mit einem Zeitstempel versehen werden. 20

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