Kommunikations technik

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1 Martin Meyer Kommunikations technik Konzepte der modernen Nachrichtenübertragung Mit 402 Abbildungen und 52 Tabellen Herausgegeben von Otto Mildenberger vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis 1 GRUNDLAGEN Einführung in die Nachrichtenübertragung Inhalt und Umfeld der Kommunikationstechnik Die grundlegenden Methoden der Kommunikationstechnik Die Vorzüge der digitalen Informationsübertragung Grundlagen der Informationstheorie Systems Engineering in der Nachrichtentechnik Pegel und Dämpfungen Der Übertragungskanal Die Kanalkapazität und der Nachrichtenquader Einführung in die Technik der Modulation Einführung in die Technik der Nachrichtennetze Das elektromagnetische Spektrum Nonnen und Normungsgremien Meilensteine der elektrischen Nachrichtentechnik Die wirtschaftliche und soziale Bedeutung der Telekommunikation Verzerrungen bei der Signalübertragung Definition der verzerrungsfreien Übertragung Lineare Verzerrungen Definition Messung mit dem Nyquistverfahren Gegenmassnahme: Lineare Entzerrung und Echokompensation Nichtlineare Verzerrungen Definition Klirrfaktormessung (Eintonmessung) Intermodulationsmessung (Zweitonmessung) Rauschklirrmessung ("Vieltonmessung") Gegenmassnahme: Nichtlineare Entzerrung Verbesserung des Störabstandes Lineare Methoden Filterung Preemphase Kompensation Nichtlineare Methoden Momentanwertkompander Silbenkompander 115

3 VIII 2 DIGITALE ÜBERTRAGUNG IM BASISBAND Einführung Asynchrone und synchrone Übertragung Zweiwertige (binäre) und mehrwertige Übertragung Leitungscodierung Die Übertragungsbandbreite Inter-Symbol-Interference (ISI) und Pulsformung Sender, Empfänger und Repeater Der Einfluss von Störungen: Bitfehler MODULATION Analoge Modulation eines harmonischen Trägers Einführung Die Mischung (lineare Modulation, LM, DSSC) Multiplikative Mischung Additive Mischung Demodulation Amplitudenmodulation (AM) Gewöhnliche AM Zweiseitenband-AM mit vermindertem Träger Einseitenbandmodulation (SSB) Restseitenbandmodulation (VSB) Independent Sideband (ISB) Quadratur-AM Winkelmodulation (FM und PM) Grosshub-Winkelmodulation Kleinhub-FM Modulatoren und Demodulatoren Das Störverhalten der analogen Modulationsverfahren Die Quadratur-Darstellung von modulierten Signalen Analoge Modulation eines Pulsträgers Digitale Modulation eines Pulsträgers Puls-Code-Modulation (PCM) Das Funktionsprinzip der PCM Quantisierungsrauschen Nichtlineare Quantisierung (Kompandierung) 204

4 3.3.2 Prädiktive Codierung ; Differentielle PCM (DPCM) Das Prinzip der prädiktiven Codierung Deltamodulation (DM), adaptive DM und Sigma-DM Die Übertragungsbandbreite bei PCM Der Einfluss von Bitfehlem bei PCM Der Modulationsgewinn der PCM Digitale Modulation eines harmonischen Trägers Einführung ^ Amplitudenumtastung (ASK) Frequenzumtastung (FSK) Phasenumtastung (PSK, DPSK, QPSK, OQPSK) Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) Orthogonaler Frequenzmultiplex (OFDM) Mehrfachmodulation Bezeichnung der Modulationsarten 244 IX 4 CODIERUNG Quellencodierung Redundanzreduktion (Algorithmische Kompression) Irrelevanzreduktion (Entropiereduktion) Kompression von Sprachsignalen Kompression von Audiosignalen nach MPEG Kompression von Bildsignalen nach JPEG Kompression von Videosignalen nach MPEG Chiffrierung Einführung Symmetrische Chiffrierverfahren Asymmetrische Chiffrierverfahren (Public Key - Systeme) Hash-Funktionen Kryptographische Protokolle Kanalcodierung Einfuhrung Blockcodes Faltungscodes Die Auswahl des Codierverfahrens Der Codierungsgewinn Die "sichere" Punkt-Punkt-Verbindung 309

5 X 5 ÜBERTRAGUNGSSYSTEME UND -MEDIEN Rundfunktechnik Hörrundfunk AM-Rundfünk FM-Rundfünk Digital Audio Broadcasting (DAB) Digitaler Lang-, Mittel-und Kurzwellenrundfunk 318 Fernsehen Schwarz-Weiss-Fernsehen Farbfernsehen Digitales Fernsehen (DVB) Empfängertechnik Geradeausempfänger, Einfach- und Doppelsuperhet Der digitale Empfänger Abtastung von Bandpass-Signalen Analytische Signale und Hilbert-Transformation Spread-Spectrum-Technik (Bandspreiztechnik) PLL und Frequenzsynthese Der Phase Locked Loop (PLL) Frequenzsynthese Drahtlose Übertragung Antennen Übersicht über die Ausbreitungseffekte Übertragung im Bereich unter 3 MHz Übertragung im Bereich 3 MHz bis 30 MHz (Kurzwellen) : Übertragung im Bereich 30 MHz bis 1 GHz Übertragung im Bereich über 1 GHz (Mikrowellen) Satellitentechnik Zusammenfassung Medien für die leitergebundene Übertragung Verdrillte Leitungen Koaxialkabel Lichtwellenleiter (LWL) Einführung Die optische Faser Elektrisch-optische Wandler Optische Strecken Modulation und Multiplexierung Zukunftsaussichten Neue Konzepte fürdenlocal Loop Zusammenfassung 419

6 XI 6 NACHRICHTENNETZE Das OSI-Modell Techniken für LAN und MAN Vielfachzugriff (MAC-Teilschicht) FDMA: Separierung auf der Frequenzachse TDMA: Separierung auf der Zeitachse CDMA: Separierung durch Codes CSMA/CD: Separierung durch Wettbewerb Polling / DAMA: Separierung durch Moderation Token-Passing: Separierung durch Reservation Logical Link Control (LLC) LAN-Segmentierung Systembeispiele Ethernet, Fast Ethernet und Giga-Ethernet Token-Bus, Token-Ring und FDDI (Fibre Distributed Data Interface) DQDB (Distributed Queue Dual Bus) Techniken für WAN Vermittlung Leitungsvermittlung Paketvermittlung (Datagram, Virtual Circuit) Multiplexierung Trägerfrequenznetze Plesiochrone digitale Hierarchie (PDH) Synchrone digitale Hierarchie (SDH) Routing Fluss-Steuerung Systembeispiele Frame Relay ATM (Asynchroner Transfer Mode) Protokolle und Architekturen TCP/IP-Protokolle.' ISDN und B-ISDN (Integrated Services Digital Network) Funknetze Betriebsfunknetze Zellular-Funknetze Bündelfunknetze Satellitennetze : Messtechnik an Datennetzen Netzmanagement 467

7 XII HINWEISE ZUR WEITERARBEIT 469 LITERATURVERZEICHNIS 471 VERZEICHNIS DER FORMELZEICHEN 475 VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN 479 SACHWORTVERZEICHNIS 485