Seite 108. Datenübertragung: asynchron synchron. langsame Übertragung kurze Distanzen langsame Übertragung weite Distanzen

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Wilhelm Schuster
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1 7 Seite 8 Tabelle. Klassierung der Datenübertragungsverfahren Datenübertragung: asynchron synchron parallel seriell langsame Übertragung kurze Distanzen langsame Übertragung weite Distanzen schnelle Übertragung kurze Distanzen schnelle Übertragung weite Distanzen

2 7 Seite 9 / Strom kein Strom Startbit ( ms) Nutzbit ( ms) Stopbit (3 ms) Pause (beliebig) nächstes Datenwort Bild. Asynchrone Datenübertragung (Telexübertragung mit 5 Baud und Current-Loop) Teiler 6 : Oszillator f = 6 Bitfrequenz Abtaster Bild. Synchronisation bei asynchroner Übertragung. Während dem Datenwort ist der Schalter in der oberen Stellung. Während dem Stopbit und der Pause ist der Schalter in der unteren Stellung.

3 7 Seite f in PD Phasendetektor LF Loopfilter (Tiefpass) VCO Voltage Controlled Oscillator f out Bild.3 Blockschema eines PLL (phase locked loop)

4 73 Seite 3 Bitmuster: unipolarer NZ-Code bipolarer NZ-Code unipolarer Z-Code bipolarer Z-Code AMI-Code HDB-3-Code Manchester- Code differentieller Manchester- Code Bild.4 Verschiedene Leitungscodes (rklärungen im Text)

5 74 Seite 4 / 6 Tabelle. Codemodifikation beim HDB-3-Code Polarität des letzten + ±-Symbols: Polarität der + letzten Codeverletzung NZ-Code AMI-Code, HDB-3-Code Manchester-Code normierte Frequenz: f/ Bild.5 Betragsspektren verschiedener Codes, aufgetragen über der normierten Frequenzachse

6 75 Seite 7 + Kanal Bild.6 Schaltung eines Scramblers (links) und eines Descramblers (rechts) (IT V.7 / V.9)

7 76 Seite 7 Scrambler DC-gekoppelter BB-Kanäle ( = TP-Kanäle) HDB-3 Scrambler AMI AC-gekoppelter BB-Kanäle Manchester (für LAN) Scrambler Modulator BP-Kanäle Bild.7 Praktische Varianten der Leitungscodierung

8 77 Seite ingangssignal: Folge von Diracstössen Ausgangssignal: Überlagerung von sin(x)/x-funktionen Summe der sin(x)/x-funktionen normierte Zeit t/t = t S Bild.8 eaktion des idealen Tiefpasses auf eine Folge von Diracstössen

9 78 Seite idealer Tiefpass: Amplitudengang idealer Tiefpass: Impulsantwort für t> Nyquistfilter: Amplitudengang Nyquistfilter: Impulsantwort für t> normierte Frequenz f/s normierte Zeit t/t = t S Bild.9 Nyquistfilterung: Vergleich der Amplitudengänge und Impulsantworten Übertragungsbandbreite bei Pulsformung: B = B ( + r) ü N (.5)

10 79 Seite 3 / 4 Sendefilter Kanal (wirkt wie TPoder BP-Filter) mpfangsfilter ntzerrer Abtaster Nyquistfilter Bild. Die Nyquistfilterung wird auf mehrere Komponenten verteilt B Datenrate bei Basisbandübertragung: = log ( M ) + r ü (.6) Dabei bedeuten: Datenrate in Bit/s Bü Übertragungsbandbreite in Hz r roll-off-faktor des Nyquistfilters (Bereich.., Praxis:.5) M Wertigkeit des Signales

11 8 Seite 5 Sender Daten Takt Leitungscoder Sendefilter Basisband- Kanal mpfangsfilter, ntzerrer Abtaster, ntscheider Leitungsdecoder Daten Takt mpfänger Taktregenator Bild. Blockschema eines Systems zur Datenübertragung im Basisband

12 8 Seite 6 zulässige Störamplitude t t Bild. ntscheidungsschwellen und zulässige Störamplituden bei unipolarer binärer (links) und unipolarer quaternärer (rechts) Übertragung.

13 8 Seite 7 vom ntzerrer + Taktregenerator D Q D-Flip-Flop Clock Daten Bild.3 Abtastung mit Komparator, Bitsynchronisation mit D-Flip-Flop ADC vom ntzerrer Taktregenerator analoger ingang Clock digitaler Ausgang Prozessor Daten Bild.4 Abtastung und Bitsynchronisation mit einem Analog-Digital-Konverter

14 83 Seite 8 störungsfreies mpfangssignal durch auschen gestörtes mpfangssignal durch auschen und Jitter gestörtes mpfangssignal Bild.5 Verschiedene Augendiagramme eines AMI-Signales. Bei allen Teilbidern wurden 8 Zufallssignale übereinander gezeichnet.

15 84 Seite 9 störungsfreies mpfangssignal durch auschen gestörtes mpfangssignal Ausgang des eset-integrators Bild.6 Symboldetektion durch einen eset-integrator

16 85 Seite 3 T = Symbol s ( t) dt (.7) T = sempf ( t) serw ( t) dt y ( t) = x( t) h( t) = x( τ) h( t τ) dτ (.8) (.9) Sender mpfänger Korrelator Abtaster Symbol Symbol Kanal mpfangsfilter Synchronisation Max? Korrelator Abtaster Daten Daten Bild.7 Korrelationsempfänger für binäre Signale

17 86 Seite 3 epeater in mpfangsfilter, ntzerrer Abtaster, ntscheider Sendefilter out mpfänger Taktregenator Bild.8 Blockschaltbild eines epeaters (egenerators) Daten Takt TX ptr ptr X Daten Takt Bild.9 Weitdistanzverbindung mit epeatern (TX = Sender, X = mpfänger, ptr = epeater)

18 87 Seite 33 / 34 abgehende Daten Sender ankommende Daten mpfänger Zweidrahtleitung chocanceller Gabel Bild. Basisband-Transceiver (Sende-mpfänger) mit cho-nterdrückung 3 Kanal 4 DT A DC A DC B DT B Bild. Testschlaufen für Teilnehmer A nach IT-T - mpfehlung V.54

19 88 Seite 34 / 35 B = Anzahl falsch detektierter Bit Anzahl gesamthaft übertragener Bit (.) p( u ) = π e u (.) p( u ) e = p( u ) = π u π e u + (.4) Bild. Wahrscheinlichkeitsdichte eines durch weisses auschen gestörten bipolaren NZ-Signals

20 89 Seite 36 / 37 p u p u du p u du ( ) ( ) ( ) = = + + (.5) p u p u du ( ) ( ) > = + (.6) p e du Fehler u = 5. π (.7) erf x e dz z x ( ) = π (.8) = = u u du e u d e erf ) ( π π (.)

21 9 Seite 37 p Fehler =.5.5 erf =.5 π e =.5 erfc u du (.) p Fehler PS =. 5 erfc (.) P N S N db. 5 S = = K (.3) p Fehler. 5 =. 5 erfc S K (.4)

22 9 Seite 38 Auswertung der Gleichung (.4) - Bitfehlerwahrscheinlichkeit Signal-ausch-Abstand im Kanal in db Bild.3 Zusammenhang zwischen dem Signal-auschabstand im Kanal (gemessen vor dem Abtaster) und der Bitfehlerwahrscheinlichkeit bei einem binären NZ-Signal ohne Pulsformung. Die Kurve zeigt den theoretisch möglichen Grenzwert.

23 9 Seite 39 / 4 P P S N PS = = k T B N P S B (.5) mit P = : S Bit P P S N = N Bit B (.6) P P S N = N = S / N / = N Bit Bit Bit (.7) Bitfehlerwahrscheinlichkeit bei bipolarer und unipolarer ebertragung - unipolar Bitfehlerwahrscheinlichkeit mit Kanalcodierung a) b) c) bipolar normierte nergie pro Bit /No [db] Bild.4 Bitfehlerrate in Funktion von S K, normiert auf die mittlere Leistung und die Nyquist-Bandbreite

24 93 Seite 4 PBN- Generator Sender Kanal mpfänger Vergleich, Zähler Takt DT = device under test = Prüfling PBN- Generator Bild.5 Das Prinzip der B-Messung

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17 2 Digitale Übertragung im Basisband 2.1 Einführung Im Kapitel 1 haben wir gesehen, dass jede Information digital darstellbar ist, z.b. als Folge von Pulsen, vgl. Bild 1.46. Das Thema dieses Kapitels