4. Übertragungstechnik

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1 4. Übertragungstechnik Signale, Codierung, Multiplex, Mehrfachzugriff Aufgaben der Technikbereiche Übertragungstechnik: Transport von Signalen über Übertragungsmedien Vermittlungstechnik: Bereitstellung eines Übertragungswegs zwischen Endgeräten durch variable Kopplung übertragungstechnischer Einrichtungen Endgerätetechnik: technische Einrichtungen beim Telekommunikationsteilnehmer: Ein- und Ausgabe daten- und signaltechnische Aufbereitung zum Zwecke der Übertragung Senden und möglichst unverfälschtes Empfangen/Wiedergeben der eingegebenen Daten 138 Fachgebiet Kommunikationsnetze 1

2 Informationsquelle und -senke Quelle Information Senke 139 Grundmodell einer Übertragungsstrecke Q QC A A QDC S Übertragungskanal u e (t) Übertragungssystem u a (t) Q = Quelle QC = Quellencodierung A = Anpassung an den Übertragungskanal / Leitungscodierung QDC = Quellendecodierung S = Senke 140 Fachgebiet Kommunikationsnetze 2

3 wertkontinuierlich wertdiskret Signale zeitkontinuierlich zeitdiskret Wert u analog Wert u Zeit t Zeit t Wert u Wert u digital Zeit t Zeit t 141 Digitale Sprachübertragung Quelle Quellencodierung A/D Leitungscoder Quellendecodierung Netz D/A Leitungsdecoder Senke 142 Fachgebiet Kommunikationsnetze 3

4 Übermittlung digitaler Informationen Quelle Quellencodierung Digitale Signalwandlung Leitungscoder Dateitransfer Quellendecodierung Netz Senke Digitale Signalwandlung Leitungsdecoder 143 Übertragungssystem: physikalisches Medium Verwendung eines physikalischen Mediums zur Übertragung von Nachrichten. Quelle Nachricht Senke x(t) y(t) Umformer Rückformer x (t) y (t) Physiklalisches Medium z (t) Störquelle nachrichtentechnischer Kanal/Übertragungskanal Primärsignale x(t), y(t): quellen-/senkenbezogene physikalische Größen Signale x (t), y (t), z (t): leitungsbezogene physikalische Größen Physikalisches Medium: z.b. elektrische Leitung y (t) = F(x (t);z (t)) 144 Fachgebiet Kommunikationsnetze 4

5 Codierungsarten (I) Quellencodierung: Darstellung von Nutzinformationen in der Art, dass sie von dem verfügbaren Übertragungskanal (mit möglichst geringer Redundanz) übertragen und auf der Empfängerseite reproduziert werden können Kanalcodierung: Hinzufügen von Redundanz zu den gesendeten Daten zum Schutz gegen Fehler bei der Übertragung über gestörte Kanäle Leitungscodierung: Anpassung der Daten an einen bandbegrenzten Kanal zur Übertragung über eine möglichst große Entfernung mit einer genügend kleinen Fehlerrate 145 Codierungsarten (II) Codierung Quellencodierung Kanalcodierung Leitungscodierung Ziel: Redundanzreduktion Ziel: Erkennung und Korrektur von Fehlern Ziel: Anpassung der Codesymbole an den physikalischen Kanal 146 Fachgebiet Kommunikationsnetze 5

6 Beispiel Leitungscode: Non Return to Zero (NRZ) NRZ unipolar NRZ-Inverted (NRZI) bipolar 147 Beispiel Leitungscode: Alternate Mark Inversion (AMI) AMI-Code: (modifiziert, wie bei ISDN verwendet) +0 (+750 mv) 1 (0 mv) -0 (-750 mv) Coderegel-Verletzungen (CV): jeweils Gleichstromausgleich CV Auf dem Bus setzt sich eine 0 gegenüber einer 1 durch. CV 148 Fachgebiet Kommunikationsnetze 6

7 Beispiel Leitungscode: Manchester-Codierung +A Manchester 0 -A Codierung: 1 Signalübergang +A -A in der Bitmitte 0 Signalübergang -A +A in der Bitmitte eventuell Signalübergang zu Beginn des Bitintervalls notwendig 149 Multiplexübertragung physikalischer (analoger) Kanal Informationsübertragung mit Hilfe zeitlich veränderlicher physikalischer Signale Belegung von Bandbreite des Übertragungskanals während bestimmter Zeit (z. B. Verbindungszeit, Sprechzeit,...) keine Übereinstimmung der benötigten und der vorhandenen Bandbreite voraussetzbar benötigte Bandbreite < vorhandene Bandbreite vorhandene Bandbreite < benötigte Bandbreite ineffizient Anpassung notwendig 150 Fachgebiet Kommunikationsnetze 7

8 Benötigte = vorhandene Bandbreite benötigte Kapazität Informationsstrom Anwendung Übertragungskapazität physischer Kanal Die Anwendung nutzt den Übertragungskanal optimal. 151 Benötigte > vorhandene Bandbreite benötigte Kapazität Informationsstrom Anwendung Übertragungskapazität physischer Kanal Übertragungskapazität physischer Kanal Es werden mehrere Übertragungskanäle gebündelt, um die gesamte benötigte Übertragungskapazität bereitzustellen. 152 Fachgebiet Kommunikationsnetze 8

9 Benötigte < vorhandener Bandbreite Informationsstrom Anwendung Informationsstrom Anwendung Übertragungskapazität physischer Kanal Mehrere Anwendungen können den Übertragungskanal optimal ausnutzen Multiplexübertragung 153 Gemeinsame Übertragung von Informationsströmen Überlagerung von Informationsströmen gleichzeitig aktiver Anwendungen (Anwendungsinstanzen), die den gleichen Frequenzbereich nutzen beim Empfänger nicht zu trennen Zeit Anwendungsinstanz 1 und 1 Überlagerung aus 2 Bandbreite (Frequenz) 154 Fachgebiet Kommunikationsnetze 9

10 Definition Multiplexübertragung Unterteilung des Mediums in Raum Zeit Frequenz oder Code so dass verschiedene Teilnehmer kommunizieren, ohne sich gegenseitig zu stören 155 Raummultiplex Unterteilung des Raums in verschiedene Bereiche Zuteilung eines Raums zu jedem Teilnehmer keine gegenseitige Beeinflussung möglich Beispiele: Analoge Telefonie Funkzellen in der Mobiltelefonie 156 Fachgebiet Kommunikationsnetze 10

11 Frequenzmultiplex Unterteilung des gesamten Frequenzbereichs in Teilfrequenzbereiche Zuweisung eines exklusiven Frequenzbereichs an jeden Teilnehmer Gleichzeitiges Senden verschiedene Teilnehmer möglich Trennung der Signale durch Wahl des jeweiligen Teilfrequenzbereichs Zeit Anwendungsinstanz 1 Anwendungsinstanz 2 Bandbreite (Frequenz) 157 Zeitmultiplex Einführung von Zeitschlitzen Zuweisung von Zeitschlitzen zu Teilnehmer: exklusive Nutzung des Mediums mit der kompletten Bandbreite für einen gewissen Zeitabschnitt statische oder bedarfsgesteuerte Zuweisung Bandbreite (Frequenz) Zeit 158 Fachgebiet Kommunikationsnetze 11

12 Codemultiplex Trennung der Informationen unterschiedlicher Sender auf digitalen Kanälen mittels Codewörtern (Spreizcodes, Chipping Sequences) Gleichzeitiges Senden auf derselben Frequenz Trennen der einzelnen Sendungen beim Empfänger durch Wissen des Spreizcodes möglich Signalleistung Bandbreite (Frequenz) Codewort für binäre Codewort für binäre 0 Zeit 159 Beispiele für Zeit- und Frequenzmultiplex Frequenzmultiplextechnik khz f Zeitmultiplextechnik Frequenzband, unterteilt in 12 Teilbänder zu je 4kHz µs t Periode, unterteilt in 32 Zeitschlitze zu je ca. 3,9 µs 160 Fachgebiet Kommunikationsnetze 12

13 Zeitmultiplexer/Demultiplexer 8-bit-Codewort Multiplexen Übertragungsstrecke Demultiplexen S 1 S 1 S 2 S 2 S 1 Pulsrahmen S 1 S 2 S 2 A B S 3 S 3 S 3 S 4 S 4 S 3 S 4 t 4 t 3 t 2 t 1 t 4 t 3 t 2 t 1 t 4 t 3 t 2 t 1 Zeitschlitz S Mehrfachzugriffsverfahren Verfahren für den Mehrfachzugriff auf ein geteiltes Medium gemäß Multiplexverfahren Ziel: (weitestgehend) kollisionsfreier Zugriff mehrerer Teilnehmer auf ein Medium Unterscheidung: Raumvielfach, Space Division Multiple Access (SDMA) Zeitvielfach, Time Division Multiple Access (TDMA) Frequenzvielfach, Frequency Division Multiple Access (FDMA) Codevielfach, Code Division Multiple Access (CDMA) 162 Fachgebiet Kommunikationsnetze 13

14 Literatur Krüger, Gerhard ; Reschke, Dietrich: Lehr- und Übungsbuch Telematik. Netze Dienste Protokolle. 3., aktualisierte Auflage. München; Wien : Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser- Verlag, Proakis, John G. ; Salehi, Masoud: Grundlagen der Kommunikationstechnik. 2. Auflage. Pearson Studium: München, Roppel, Carsten: Grundlagen der digitalen Kommunikationstechnik, Übertragungstechnik Signalverarbeitung Netze. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag: München; Wien, Seitz, Jochen ; Debes, Maik: Kommunikationsnetze. Eine umfassende Einführung. Anwendungen Dienste Protokolle. Ilmenau : Unicopy Campus Edition, Siegmund, Gerd: Technik der Netze 1: Klassische Kommunikationstechnik: Grundlagen, Verkehrstheorie, ISDN/GSM/IN. VDE-Verlag: Berlin, Fachgebiet Kommunikationsnetze 14