Telematik Begriffe

Wichtige Begriffe im Bereich Telematik:

• Dämpfung (attenuation)
• Übersprechen (crosstalk)
• Nebensprechdämpfung (Nahnebensprechdämpfung, Fernnebensprechdämpfung)
• NEXT = Near end crosstalk
• ACR = attenuation to crosstalk ratio
• S/N = Signal to noise ratio

Glasfasern

Die Dichte eines optischen Mediums bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich das Licht im Medium ausbreiten kann. Das Mass für diese Dichte ist der Brechungsindex. Je höher der Brechungsindex, desto höher die optische Dichte des Stoffes.

Verluste bei Glasfasern:

• Streuung
• Absorption >>> Übertragungsfenster
• Dispersion

Glasfaserarten:

• Gradientenfaser (Multimodefaser) ? 850 und 1300 nm
• Einmodefaser (Monomode) ? 1310 und 1550 nm
• Hohlader gefüllt
• Bündelader
• Duplex LWL
• Multifaser LWL

n Base  k
z.B. 10Base

nn steht für die Übertragungsrate in MBit/s, Base steht für Basisband und k für die maximale Segmentlänge in 100m oder für die Kabelart.

Kodierung

Die Digitalisierung von analogen Signalen erfolgt durch periodisches Messen der Amplituden und anschliessendem Umwandeln dieser Messwerte von analogen System in das Dualsystem.  Bei ISDN wird die Messung z.B. im 8-kHz-Takt vorgenommen und wird im Binärsystem mit 8Bit dargestellt. Zum Schluss wird das erzeugte Bitmuster als elektrisches Signal codiert.

Varianten, wie Bitmuster als elektrische Signale dargestellt werden können (Codierung):

• Einfachstromverfahren (0 = 0 Volt, 1 = +5 Volt >>> störanfällig, weil dauernd eine Gleichspannung an der Datenleitung anliegen würde
• Doppelstromverfahren (0 = -5 Volt, 1 = +5 Volt) >>> Lange 0er oder 1er Folgen bewirken auch hier die störanfällige Gleichspannung
• Bipolar-AMI (Bipolar-Alternate Mark Inversion-Codierung) (0 = 0 Volt, 1 alternierend –5 Volt oder + 5 Volt)
• Manchester Code (Hier wird eine 0 immer in der Mitte des Taktsignals von High zu Low gesetzt und eine 1 von Low to High
• Differential Manchester Code (ein Vorhandensein eines Signalwechsels am Anfang des Taktsignals zeigt an, ob eine 0 oder eine 1 folgt. Wechselt das Signal von High to Low, folgt eine 0. Wechselt das Signal nicht, folgt eine 1
• HDB3-Code (High Definition Bipolar Code) (gleicht dem AMI-Code. Bei vier oder mehr aufeinanderfolgenden Nullen erfolgt nach drei Nullen absichtlich ein Signalwechsel in die gleiche Richtung wie bei der letzten 1 (Violation)
• 2B1Q-Code (2Binär/1Quarternär) >>> 2Bit pro Taktsignal mit 4 verschiedenen Spannungsniveaus
• 4B/3T-Code (4Binär/3Ternär) >>> 4Bit pro Taktsignal mit 3 verschiedenen Spannungsniveaus

Alle Codes haben schlussendlich den Sinn, eine sichere Übertragung der Signale zu gewährleisten, indem sie den Gleichstromanteil auf ein mögliches Minimum reduzieren (gleichstromfreie Übertragung und die Resynchronisation  in den elektrischen Endgeräten).

Bei der Datencodierung mit Modulation müssen die digitalen Daten zuerst in analoge Signale umgewandelt werden. Anschliessend werden die analogen Signale einem Dauerton von z.B. 1000 – 2000 Hz, dem sogenannten Sinuswellenträger, aufmoduliert. Es stehen die folgenden Verfahren zur Verfügung:

• Amplitudenmodulation
• Frequenzmodulation
• Phasenmodulation

Die analoge Übertragung mit den drei obigen Modulationstechniken hat gegenüber der digitalen Übertragung den grossen Vorteil der fehlenden DC-Komponente (Gleichstrom).

Bis zu einer Übertragung von 2400Bit/s könnte man mit den obigen Modulationsverfahren arbeiten. Um höhere Übertragungen zu ermöglichen, wird mit einer oder mehreren Amplituden und verschiedenen Phasenlagen gearbeitet.

Jedem Bitmuster wird eine Phasenlage zugeordnet. Der Empfänger muss somit nur die Phasenlage im Signal prüfen, um das Bitmuster zu erkennen. 1 Bit pro Signalwechsel nennt man ein Baud.

Beispiel:

Die Datenrate R definiert, wie viele Bit/s über eine Übertragungsleitung gesendet werden können. Die Modulationsrate D in Baud ist meistens durch die Übertragungsleitung gegeben. Bei einer Telefonleitung in der Regel 2400 Baud.

Die Anzahl n Bit pro Baud, die nun notwendigerweise moduliert werden müssen, um Datenraten zu übertragen, die grösser als die Modulationsrate sind, können mit der folgenden Formel berechnet werden

n = R / D

n = 9600 Bit/s */* 2400 Baud = 4

Bei 9600 Bit/s müssen also pro Baud 4 Bit übertragen werden. Dies entspricht einer 4Bit-Codierung und erfordert 16 verschiedene Zustände.

Multiplexen

Es werden Daten mehrerer Leitungen mit kleiner Bandbreite auf eine einzige Leitung mit grosser Bandbreite aufgeschaltet.

• Frequenzmultiplexen (Frequency Division Multiplexing) FDM >>> jedem Teilnehmer wird ein Teil der Bandbreite (ein Kanal) zur Verfügung gestellt, z.B. Kabelfernsehen. Die Übertragungsrate vor und hinter dem Multiplexer ist gleich gross
• Zeitmultiplexen (Time Division Multiplexing) TDM >>> Jeder Teilnehmer erhält einen Zeitschlitz, während dem er die ganze Bandbreite nutzen kann. Die Übertragungsrate hinter dem Multiplexer ist n mal grösser. Es können nur digitale Daten mit TDM übertragen werden

Es sind auch Kombinationen möglich, indem auf einem Breitbandnetz die Frequenzkanäle (FDM) nach einem TDM-Verfahren in Zeitschlitze eingeteilt werden, z.B. GSM-Telefonie.

• Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) >>> bei diesem Verfahren wird das FDM auf das Glasfaserkabel angewendet, indem jeder Kanal mit einer eigenen Licht-Wellenlänge in einer einzigen Glasfaser übertragen wird

Asynchrone Übertragung

Daten fallen nur zeitweise an. Das Byte muss mit einem Startbit und mindestens einem Stoppbit ausgestattet werden

Synchrone Übertragung

Eignet sich für grosse Dateien oder grössere Übertragungsraten. Es wird ein kontinuierlicher Datenstrom übertragen. Es muss eine Synchronisationsinformation mit übertragen werden. Dies kann mit einem separaten Leiter, speziellen Zeichen oder einzelnen speziellen Bits erreicht werden. Für die synchrone Übertragung wird der Bitstrom in Frames unterteilt. Fallen keine Daten an, werden die Frames mit Snyc-Zeichen aufgefüllt

Zeichenorientierte Übertragung

Nachrichten werden auf der Basis von einzelnen Zeichen übermittelt (Tastaturen, Terminals an Hosts). Die Zeichen werden anhand einer Codetabelle (z.B. ASCII) in Bit umcodiert. Die codierten Zeichen werden als Bitstrom übertragen und mit der gleichen Codetabelle wieder umgesetzt.

Der Anfang eines Texts wird mit dem Steuerzeichen STX codiert. Das Ende eines Texts wird mit dem Steuerzeichen ETX codiert.

Diese Steuerzeichen kommen aber auch in normalen Text vor. Deshalb werden vom Sender vor alle Steuerzeichen DLE (Data Link Escape) gesetzt. Weil aber auch DLE im Text vorkommen können, werden zusätzlich noch vor alle im Text vorkommenden DLE ein DLE gesetzt (DLE-Stopfen)

Bitorientierte Übertragung

Die Daten liegen beim Sender bereits als Bitstrom vor. Die Daten werden vor der Übertragung in Rahmen eingepackt oder in Zellen organisiert. Damit der Empfänger erkennen kann, wann ein Rahmen beginnt und der Rahmen endet, werden Erröffnungs- und Endmarken in den Bitstrom eingefügt. Das Bitmuster lautet: 01111110

Dieses Muster kann aber auch in den Nutzdaten vorkommen. Erkennt der Sender im Bitstrom ein Folge von mehr als 5 Einsern, fügt er, vor der Einteilung des Bitstroms in Frames, nach 5 Einsen ein 0 ein (Bit-Stuffing).

Die Schicht 1 wird in die Sublayer „Physical Medium Attachment“ und „Physical Layer Signaling“ unterteilt. In der ersten Teilschicht werden die Schnittstellen zu den verschiedenen Übertragungsmedien und in der zweiten Teilschicht wird die Signalerzeugung und Ankoppelung an die Schicht 2 sichergestellt. Auf keinen Fall sind die Übertragungsmedien selbst Gegenstand der Schicht 1.