Übersicht: Modulationsverfahren für Datenmodems

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1 Modemstandard - V.9 Quick Connect Verkürzung des Handshakes: Durch Verwendung gespeicherter Testdaten Verkürzung (30-40%) der Trainingssequenz beim Verbindungsaufbau, falls Verbindung zum gleichen Provider über gleiche Leitung erfolgt. PCM Upstream verbesserte Upstreamrate: max. 48 kbit/s Modem On-Hold Datenübertragung zwischen Modems kann zur Annahme bzw. Führen eines Telefongespräches kurzzeitig unterbrochen werden. Bessere Nutzung des Telefonanschlusses möglich Data Compression Der bisherige Kompressionsstandard V.4bis wird durch V.44 abgelöst (LZJH- Algorithmus, mehr als 5 Prozent höhere Kompressionsraten) V.59 Protocol Protokoll zur Fehlerkorrektur, Minimierung von Störungen während des Datenaustausches Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 41 Übersicht: Modulationsverfahren für Datenmodems Standard Modembeschreibung Modulationsverfahren V.1 Duplexmodem mit 300 bit/sec für Wählleitungen FSK V. Duplexmodem mit 100 bit/sec (600 bit/sec einstellbar) für Wählleitungen 4 PSK V.bis Duplexmodem mit 400 bit/sec (fall back auf 100 bit/sec) für Wählleitungen 16 QAM V.3 Duplexmodem mit 9600 bit/s (fall back auf 4800 bit/s) für Wählleitungen 3 QAM V.3bis Duplexmodem bis bit/s für Wählleitungen 18 QAM V.34 Duplexmodem bis bit/s für Wählleitungen und Mietleitungen 960 QAM V.90 V.9 Asymmetrisches Duplexmodem bis bit/s downstream und bit/s upstream Erweitert V.90 um Quick Connect, PCM Upstream, Modem On-Hold, V.44 Data Compression und V.59 Protocol 18 PAM 18 PAM Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 4

2 Digitale Übertragung auf Zweidrahtleitungen Richtungstrennverfahren Eigenschaften der Zweidrahtleitungen (last mile) Leitungswiderstand (unterschiedliche Drahtstärken 0.4, 0.6, 0.8 mm Durchmesser) Kapazitäten, Induktivitäten Nebensprechen Adern-Vierer Erreichbarkeit 100 % 80 % 60 % 40 % 0 % Mittlere Leitungslänge 1.8 km km 4 km 6 km 8 km Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 43 Digitale Übertragung auf Zweidrahtleitungen Ortsanschlussleitung (8 km Länge Widerstandsdämpfung Frequenzabh. Dämpfung Duplexbetrieb erforderlich (Richtungstrennverfahren, Zweidraht-Vierdraht- Umwandlung) Signal-Rauschabstand (SNR-Signal Noise Ratio) 5 db für Leitungen 10 km zur Erfüllung der Bitfehlerrate von 10-7 Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 44

3 Frequenzgetrenntlageverfahren Frequenzgabel Tiefpass Tiefpass S 1 Teilnehmer f 0 f 1 f 1 f 0 E Vermittlungsstelle Hochpass E 1 f 0 f f f 0 Hochpass S S( ) S 1 S Frequenzmultiplex analoge Technik hoher Aufwand störanfällig hohe Bandbreite Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 45 Zeitgetrenntlageverfahren Sender A Steuerung Empfänger A A B Zeitgabel, Ping-Pong-Verfahren A->B Periodenzeit T=50μs B->A Sender B Steuerung Empfänger B A->B Zeitmultiplex digitale Technik Wechselbetrieb auf Leitung, Taktsteuerung (Master, Slave) kostengünstig hohe Bandbreite begrenzte Reichweite nationaler Standard Up0 (Nebenstellenbereich) Signallaufzeit l Schützzeit τ Schützzeit τ Zeitreserve r Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 46

4 Rahmenaufbau und Zeitschema für Up0-Schnittstelle Rahmenaufbau LF B1 B 99 μs D B1 B M Bit M-Kanal-Überrahmen CV T S T nationaler Standard AMI-Code-Leitungscode LF: Flag B1: 1.ISDN-B-Kanal B:.ISDN-B-Kanal D: ISDN-D-Kanal M interner Steuerkanal CV Code Violation Transparent Channel Service Channel Periodenzeit T = 50 μs Laufzeit festgelegt auf maximal 0.8 μs Schützzeit τ = 5. μs Zeitreserve r > 0 Aufgabe: Wieso ist das Zeitgetrenntlageverfahren in der Reichweite begrenzt? Berechnen Sie die Reichweite (v k =00000 km/s), effektive Bitrate der Kanäle, und tatsächliche Bitrate auf der Leitung! Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 47 Gleichlageverfahren mit Echokompensation Übertragung in beide Richtungen, zur gleichen Zeit und in gleicher Frequenzlage Gabel trennt Sendedaten von Empfangsdaten (richtungsselektiv, Prinzip schon beim Analogtelefon verwendet) Beispiel: Analoge Gabel Draht-Leitung Leitungsnachbildung Probleme bereiten Echosignale (Mehrfachechos) Brückenschaltung Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 48

5 Gleichlageverfahren mit Echokompensation U K0 Nationaler Standard Uk0- Schnittstelle Keine Reichweitenbegrenzung vom Prinzip her (praktisch 8 km bei 0.8 mm ø) Bei Datenübertragung Echounterdrückung notwendig Gabeln Prinzip der Echokompensation Sender A Empfänger A S A Güte Genauigkeit Transversalfilter Zeitfenster für Kompensation Regler Transversalfilter -Echo(S A )* + S B +Echo(S A ) E A Synthetisiertes Echo S A Sendesignal E A Empfangssignal Reales Echo Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 49 Anforderungen an die digitale Echokompensation Sender A 0 db (1/10) S A = 4 V 40 db 3 db S B = 4 V Sender B Empfänger A 6 db (1/0) 5 db (1/18) 51 db (1/355) S A* = 400 mv S B* = 0 mv S A* = 1.1 mv 3 db 46 db (1/00) E B Empfänger B Notwendiger Signal-Rausch-Abstand von 5 db (1/18) für Bitfehlerrate 10-7 Nahecho um 51 db dämpfen!!!! Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 50

6 Gleichlageverfahren mit Echokompensation U K0 Koeffizientenadaption des Transversalfilters durch 1. Trainingsphasenverfahren (starr) oder. Gradientenverfahren (dynamisch) Echokompensation erfordert Einsatz von Scramblern (3 stufig, unterschiedliche Polynome in NT und LT)) Leitungscode MMS43 (Modified Monitoring State 4B/3T, ternärer Code)(Amerika B/1Q) Reduktion der Signalschrittrate (Bandbreite) RDS Überwachung (Running Digital Sum, Gleichstromfreiheit) -1<RDS<4 normal, ansonsten Ansprechen der Rahmenfehlererkennung +1 Formung des Spektrums Leistungsdichte Bitfolge A 1 A n A A n A 3 A n A 4 A n f*t +3 Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 51 Zustandsdiagramm des MMS43-Codes 0 0 A A A4 +1 A Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 5

7 Rahmenstruktur U K0 -Schnittstelle Primärmultiplexrahmen U k0 -Rahmen 10 kbaud Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 53 Blockschaltbild U K0 -Schnittstelle Binär: B+D-Kanal (144 kbit/s) Verwürfeler 4B/3T Meldewort (1 kbaud) Synchronwort (11 kbaud) (108 kbaud) MUX Ternär: (10 kbaud) Sendefilter D/A Echolöcher Synchronwort (11 kbaud) 4B/3T DE MUX Entzerrer Empffilter RDS-Überwachung Meldewort(1 kbaud) B+D-Kanal (144 kbit/s) Entwürfeler Korrelationsfilter (Taktrückgewinnung) + D/A Rahmensynchronisation senderseitig nicht verwürfeltes Synchronwort in ternären Datenstrom eingefügt Synchronwort: 11 stelliges Barker-Codewort (1x pro ms) Zur Dekorrelation Synchronworte in beiden Richtungen zeitlich versetzt (um 60 Ternärsymbole) Dekodiert durch Korrelationsfilter (Ähnlichkeitsberechnung) Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 54

8 Datenübertragung über Telefonleitungen: xdsl DSL = Digital Subscriber Line ( Digitale Teilnehmeranschlussleitung ) Eigenschaften und Ziele: Hochratige, digitale Datenübertragung zwischen Teilnehmern und Vermittlungsstellen über installierte Kupferadern des Telefonnetzes (-adrig, Twisted Pair) Übertragungsraten im Bereich von Mbit/s (Multimedia) Koexistenz von DSL und bestehendem Telefonsystem (Analoges Telefonnetz (Plain Old Telephone System, POTS) und ISDN) Grundidee: Ausnutzung der der gesamten Bandbreite des Übertragungsmediums (ca. 1,1 Mhz) anstatt des künstlich beschränkten Telefonkanals (3100 Hz beim POTS) Über Anschlussleitungen nur ca. 80% der Telefonteilnehmer erreichbar xdsl = Realisierungen der DSL-Technik Unterschiedliche DSL-Varianten für verschiedenste Einsatzgebiete z.b. ADSL, HDSL, VDSL, RADSL,... Übertragungsraten der DSL-Verfahren anwendungsspezifisch geprägt nach Zitterbart Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 55 Datenübertragung über Telefonleitungen xdsl Anwendungen und ihre Anforderungen an Zugangsnetzwerke Anwendung typische Dateigröße/ Datenrate Modem 8,8 ISDN 18 xdsl 384 0,63 sec. xdsl 768 0,31 sec. xdsl 1544 xdsl Kbytes 8,3 sec. 1,9 sec. 0,16 sec. 0,04 sec. Digitale 15 Kbytes 34,7 7,8,6 sec. 1,3 sec. 0,6 sec. 0, sec. Fotographie sec. sec. Text 50 Kbytes 69,4 15,6 5, sec.,6 sec. 1,3 sec. 0,3 sec. sec. sec. Videokonferenz 384 Nein Nein Ja Ja Ja Ja Telemedizin 5 Mbytes 3,1 5, 1,7 min. 5,1 5,9 sec. 6,5 sec. min. min. sec. Entfernter LAN- 0 Mbytes 1,5 h 0 6,9 min. 3,5 min. 1,7 min. 6 sec. Zugang min. Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 56

9 Datenübertragung über Telefonleitungen xdsl Anwendungsgebiete Privater Netzzugang Telecommuting (Verteilte Büroumgebung, einzelne Mitarbeiter) Entfernter LAN-Zugriff (Außenstellen von Mitarbeitern) Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 57 Die drei xdsl-familien HDSL (High Bitrate DSL) ADSL (Asymmetrical DSL) VDSL (Very High Bitrate DSL) Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 58

10 Überblick über xdsl-techniken HDSL (High Bitrate DSL) SDSL (Symmetric DSL) RADSL (Rate Adaptive DSL), Mbit/s Vorwärtskanal (downstream) 1,1 Mbit/s Rückkanal (upstream) ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) VDSL (Very High Bit Rate DSL) Technologie HDSL SDSL ADSL VDSL Theoret. max. 1,544 Mbit/s 1,544 Mbit/s bis 8 Mbit/s bis 51,84 Mbit/s Datenrate (Downstream),048 Mbit/s,048 Mbit/s Theoret. max. 1,544 Mbit/s 1,544 Mbit/s bis 1 Mbit/s bis,3 Mbit/s Datenrate (Upstream),048 Mbit/s,048 Mbit/s max. Leitungslänge bis 4 km bis 3 km bis 5,5 km etwa 1 km benötigte Adernpaare bei 1, Mbit/s 3 bei,048 Mbit/s Frequenzbereich bis ca. 40 khz bis ca. 40 khz bis ca. 1 MHz bis ca. 30 MHz POTS im Basisband nein nein ja ja möglich ISDN im Basisband möglich nein nein nein ja Anwendungen Verfügbarkeit in Deutschland Ersatz für T1/E1- Leitungen WAN/LAN, Ersatz für T1/E1- und HDSL- Leitungen Internet, Intranet WAN/LAN, Multimedia, HDTV Verfügbar Verfügbar Verfügbar Testphase Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 59 xdsl Datenübertragung über Telefonleitungen Bitrate zum Dienstnehmer (Vorwärtskanal, downstream) Öffentliche Netze (SS 010) W.H. 60