ISDN bedeutet Integrated Service Digital Network, universelles diensteintegriertes digitales Nachrichtennetz.
Mit der Einführung von ISDN im Jahre 1989 durch die Deutsche Telekom ist es gelungen, Sprache, Text, Bilder und Daten digital über das bestehende Fernsprechnetz zu versenden.
Das Protokoll bzw.
die technische Richtlinie, mit dem das ISDN zuerst arbeitete heißt 1TR6.
4 Jahre später, also 1993 wurde die europäische ISDN-Norm DSS1 eingeführt
und auch von der Telekom übernommen.
Neuanschlüsse arbeiten heutzutage nur noch nach DSS1. Das 1TR6-Protokoll findet man nur noch vereinzelnd in Ausnahmefällen vor. Die Protokolle sind untereinander nicht kompatibel und müssen durch Umwandler miteinander verbunden werden.
2. Struktur eines Teilnehmeranschlusses
In der digitalen Vermittlungsstelle für Ferngespräche (DIVF) ist der Anfang eines ISDN-Teilnehmeranschlusses. Die Exchange Termination (ET) ist der Anfang des Busses. Die Exchange Termination bzw. die Digitale Vermittlungsstelle übernimmt die Vermittlungsfunktion, die Zeichengabe des Teilnehmernetzes auf der Netzseite (Rufnummernzuordnung) sowie die Bearbeitung der Ebenen 2 und 3 des OSI-Referenzmodells.
Nachdem die DIVF ihre Aufgaben erledigt hat, werden die Daten (z.B. Sprache) zur Digitalen Vermittlungsstelle für Ortsgespräche (DIVO) weitergeleitet. Dort befindet sich die Line Termination (Leitungsabschluss), der eigentliche Anfangspunkt für den Endkunden. Er ist der übertragungstechnische Abschluss der Strecke von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmeranschluss auf der Netzseite. Die DIVO übernimmt auch die vermittlungsseitige Bearbeitung der Ebene 1 des OSI-Modells, d.h. unter anderem auch die Leitungscodierung, die Übertragungssteuerung, die Fernspeisung sowie die Testfunktionen und Überwachungseinrichtungen. Der LT wird manchmal als Teil der ET betrachtet und dann nicht gesondert dargestellt. Heutzutage befinden sich ET und LT meist zusammen in der DIVO (Digitale Vermittlungsstelle Ort).
Von der Vermittlungsstelle geht eine Leitung zum Endkunden. Gebraucht werden 2 Kupferdoppeladern. Sie enden in einer TAE-Dose, der sog. Amtsdose. Hier endet die Zuständigkeit des Netzbetreibers und die Verantwortung für den weiteren Leitungsweg wird an den Endkunden übertragen.
Nach der Amtsdose
wird ein NT installiert. NT steht für Network Termination. Es ist der übertragungstechnische
Abschluss der Strecke von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmeranschluss auf
der Teilnehmerseite.
Er kann auch so eingerichtet sein, dass er vom Netzbetreiber steuerbar ist.
So kann z.B. auch eine Schleifenschaltung zu Testzwecken geschaltet werden.
Weiterhin ist der NT für die Isolation des Endsystemanschlusses von der
Übertragungstechnik auf der Teilnehmeranschlussleitung zuständig.
Der NT bearbeitet die Ebene 1 des OSI-Referenzmodells.
Er macht bei Kupferdoppeladern
aus dem UK0 den S0-Bus.
2M-Verbindungen aus Kupfer (UK2M) oder Glasfaser (UG2M) werden zu dem S2M- Bus
umgewandelt.
Nach dem NT können die Teilnehmerendgeräte (TE) angeschlossen werden. Dies können direkt angeschlossene Endgeräte entsprechend der ISDN-Schnittstellennorm sein oder über einen Terminaladapter (TA) herkömmliche POTS (Plain Old Telephone Service) Endgeräte. Weiterhin können auch Telefonanlagen oder PCs über ISDN-Karten angeschlossen werden
Einige Beispiele für mögliche Zusammenfassungen und Realisierungen von ISDN-Teilnehmeranschlüssen sind in der ITU-Empfehlung I.411 gezeigt.
ISDN verwendet
zwei Kanaltypen. Das sind der D-Kanal und der B-Kanal.
Die eigentliche Verbindung bzw. Nutzdatenübertragung wird über den
B-Kanal abgewickelt.
Dieser Kanal kann beim Euro-ISDN maximal 64KBit/Sekunde (480Kbyte/Min) übertragen.
Bei Kanalbündelung ist entsprechend die doppelte Übertragungsrate
möglich, wobei aber auch doppelte Verbindungskosten anfallen.
Der D-Kanal ist
für die Steuerung der Verbindungen der B-Kanäle zuständig. Unter
anderem wird vor dem Verbinden eines B-Kanals über diesen Weg geprüft,
ob der Anschluss frei ist und ein Endgerät den geforderten Dienst entgegennehmen
kann. Ist z. B. der Computer gerade abgeschaltet und ein Anruf mit der Diensterkennung
"Daten" geht ein, so wird keine Verbindung hergestellt. Der Anrufer
bekommt ein "Besetzt-Zeichen".
Der D-Kanal kann auch für Datenübertragung (16KBit/Sekunde) genutzt
werden. Das ist eigentlich nur für Anwendungen mit geringem Datenaufkommen
bei ständiger Verfügbarkeit interessant (z. B. Überwachungsanlagen
oder Online-Buchungssysteme). Da zusätzliche Konfigurationen erforderlich
sind, muss dieser Dienst gesondert beantragt und bezahlt werden. Üblicherweise
wird hierzu das X.31-Protokoll (ISDN -> X.25 Übergang) genutzt. Für
den Kunden hat die Deutsche Telekom Mitte 2000 einen Feldversuch gestartet,
der einen pauschalen 24-Stunden-IP-Zugang über den D-Kanal ermöglicht
hat. Bei Bedarf konnte ein B-Kanal zugeschaltet werden. Leider wurde daraus
kein Produkt.
Der NTBA (Netzterminator Basisanschluß) wandelt den 2-adrigen Uk0-Bus von der Vermittlungsstelle kommend in den 4 adrigen S0-Bus um. Er stellt die Grenze zwischen TK-Netzbetreibernetz und dem Kundennetz dar. Außerdem übernimmt er die Spannungsversorgung von 40V auf dem S0-Bus für die angeschlossenen Endgeräte.
Der Anschluss des NTBA an das Netzbetreibernetz erfolgt entweder mit einer Anschlussschnur über TAE-Stecker an die TAE-Dose oder als Festanschluss an die Klemmen Uk0 a/b. Der S0-Bus für die Teilnehmerseite kann auch mittels fest verlegter Leitung von den Anschlussklemmen a1/b1 (Senden) und a2/b2 (Empfangen) abgegriffen werden oder über 2RJ-45 Anschlussbuchsen mittels Stecker.
Der Aufbau des NTBA und die Endgerätespeisung
A | Am LT wird der Uk0-Bus angeschlossen. |
B | Zwischen den beiden ersten Übertragungen liegt ein Kondensator, worüber bei Netzausfall die Speisung über die Vermittlungsstelle erfolgt |
C | Umwandlung uk0 -S0 |
D | S0-Anschluss Senden a1/b1 Empfangen a2/b2 |
E | Speisung über Phantomschaltung U=40V |
l | 1 Polarität im Normalbetrieb |
Der NTBA wird über
den 220V-Anschluss mit Netzspannung versorgt. Am LT (Line Terminator
Linienabschluss) erfolgt der Anschluss an den Uk0-Bus.
Zwischen dem Eingangsübertrager liegt ein Kondensator, von dem bei Netzausfall
die Speisung über die Vermittlungsstelle erfolgt.
Pkt. 3 übernimmt die Stromversorgungskopplung und Pkt. 4 die Umschaltung
der Polarität bei Netzausfall.
Am S0-Anschluss liegen die 100 Ohm Abschlusswiderstände, die auch in der letzten TE-Dose vorhanden sein müssen und den Abschluss der Adernpaare bilden und somit Reflektionen und damit Störungen auf dem S0-Bus verhindern. Die Widerstände müssen zwischen a1 und b1 sowie zwischen a2 und b2 liegen. Dort liegt die Signalspannung von 750mV an.
Die IAE/UAE-Anschluss-Einheit
Schaltbild IAE 8(4) |
IAE 2x8(4) UP |
ISDN-Anschluss-Einheiten (IAE) werden mit einer oder zwei Buchsen hergestellt. Die Buchsen sind RJ45-Buchsen von deren 8 Kontakten nur die mittleren 4 belegt sind. Sie sind mit einem Anschlussblock über eine Platine verbunden. Die Anschlussbezeichnungen:
1a und 1b für
die Empfangsader
und 2a und 2b für die Sendeadern haben.
Alternativ können auch UAE-Anschlusseinheiten verwendet werden, die es
mit den unterschiedlichsten Beschaltungen gibt.
Hier zwei Beispiele:
Schaltbild UAE 2x8(8) |
Schaltbild UAE 2x8(4) |
Es gibt mehrere Varianten, wie man seinen ISDN Anschluss konfigurieren kann. Die nachfolgenden Beschreibungen beziehen sich auf den Basisanschluss, also mit einem NTBA. Des Weiteren sind die Angaben zu den Zeichnungen, Richtwerte, bei denen eine zuverlässige Funktion gegeben ist. Abweichungen bzw. Ausnahmen sind jedoch möglich.
Die Punkt zu Punkt Konfiguration
Die Konfiguration
beschreibt die Anschlussvariante NTBA mit einem Endgerät (ISDN-Telefon)
Die Kabellänge zwischen NTBA und der Anschlussdose darf in diesem Fall
die 1000m nicht überschreiten. Von der Dose bis zum Endgerät darf
das Anschlusskabel die 10m nicht überschreiten.
Maximale Anzahl
der Anschlussdosen: 1
Maximale Anzahl der Endgeräte: 1
Vorraussetzungen:
Die Dämpfung
der Leitung darf die 6 dB nicht überschreiten! Die im NTBA befindlichen
Abschluss-Widerstände mit einem Wert von 100 Ohm müssen angeschaltet,
sowie in der Dose vorhanden sein.
Diese Konfiguration wird selten genutzt. Verwendung findet sie an Orten, an
denen der Anschluss beispielsweise ausschließlich für einen Internet
Verbindung genutzt werden soll. Hierbei können dann die beiden Kanäle
gleichzeitig genutzt werden. Es ergibt sich rein rechnerisch eine Bandbreite
von 128 Kbit/s.
Der kurze passive
Bus
Im kurzen passiven
Bus können die Anschlussdosen an beliebigen Stellen verteilt aufgeschaltet
werden. Auch der Abstand zwischen den Dosen ist frei wählbar. Zu beachten
ist jedoch, dass die Gesamtlänge des Busses nicht über 200m betragen
darf. Auch hier gilt, die 10m Leitungslänge von der Dose bis zum Endgerät
nicht zu überschreiten.
Der kurze passive Bus wird meist in Familienhäusern benutzt, er bietet
ausreichend Kapazität um bis zu 8 Endgeräte zu versorgen.
Maximale Anzahl
der Anschlussdosen: 12
Maximale Anzahl der Endgeräte: 8
Voraussetzungen:
Von den 8 Endgeräten
dürfen nur maximal 4 vom NTBA gespeist, also mit Spannung versorgt werden,
die übrigen 4 benötigen eine separate Spannungsversorgung. Bei dieser
Konfiguration muss der NTBA ebenfalls mit Spannung, 230 V Wechselspannung, versorgt
werden!
Auf Grund der Dämpfungsverhältnisse dürfen sich maximal 12 Dosen
im Bus befinden, ansonsten könnte es zu Datenverlust kommen. Im NTBA sowie
in der letzten Dose müssen die Abschlusswiderstände aktiviert sein.
WICHTIG: Die Polarität der 4 Adern im S0-Bus darf im ganzen Bus nicht verändert werden.
Der erweiterte passive Bus
Der erweiterte passive Bus findet im wesentlichen Einsatz an Orten an denen der Telefonanschluss in Form der 1. TAE, weit entfernt vom eigentlichen Platz der Endgeräte ist. Das heißt im Klartext zwischen NTBA und der ersten Anschlussdose können bis zu 450 m Leitung liegen. Innerhalb der letzten 50 m müssen sich alle Anschlussdosen befinden. Damit ergibt sich eine Gesamtlänge von 500 m für den gesamten Bus, plus die 10 m Anschlussleitung für das Endgerät.
Maximale Anzahl
der Anschlussdosen: 12
Maximale Anzahl der Endgeräte: 4
Voraussetzungen:
Der NTBA muss mit
Spannung, 230 V Wechselspannung, versorgt werden!
Auf Grund der Dämpfungsverhältnisse dürfen sich maximal 12 Dosen
im Bus befinden, ansonsten könnte es zu Datenverlust kommen. Die letzte
Dose im Bus muss wieder über die 100 Ohm Abschlusswiderstände verfügen
und im NTBA müssen sie aktiviert sein.
WICHTIG: Die Polarität der 4 Adern im S0-Bus darf im ganzen Bus nicht verändert
werden.
Die Y-Konfiguration
Die Y-Konfiguration
macht Sinn, wenn man vom Standort des NTBA in zwei Richtungen den S0-Bus verlegen
möchte.
Zu beachten ist hierbei das die "Schenkel" zusammengerechnet eine
Gesamtlänge von 200 m nicht überschreiten. Pro Endgerät gilt,
gemessen von der Anschlussdose aus, 10m Anschlussleitung nicht zu überschreiten.
Maximale Anzahl
der Anschlussdosen: 12
Maximale Anzahl der Endgeräte: 8
Voraussetzungen:
Der NTBA muss mit
Spannung, 230 V Wechselspannung, versorgt werden!
Auf Grund der Dämpfungsverhältnisse dürfen sich maximal 12 Dosen
im Bus befinden, ansonsten könnte es zu Datenverlust kommen.
Als besonderes Merkmal ist hier zu beachten, dass die Abschlusswiderstände
im NTBA abgeschaltet werden, aber in den jeweils letzten Anschlussdosen der
beiden "Schenkel" vorhanden sein müssen. Auch hier dürfen
wieder nur 8 Endgeräte gleichzeitig betrieben werden.
Angewandt wird diese Form des Anschlusses an Orten, an denen der Standort des
NTBA so gelegen ist, dass der Bus in beide Richtungen verlegt werden muss. Es
sind alle Varianten möglich.
6. Belegung einer Anschlussdose
Grundsätzlich Unterscheidet man zwischen Auf- und Unterputzdosen. Dies bezieht sich allerdings nur auf das Gehäuse und die Montageart der jeweiligen Dose. Entweder wird die Dose auf der Wand angebracht (Aufputz), oder in der Wand (Unterputz). Die Funktion der Dosen ist aber identisch.
Die Abbildung zeigt eine Aufputzdose.
Die folgende Zeichnung verdeutlicht die Belegung der Kontakte in einer Anschlussdose. Dieses Schema ist unabhängig von der herstellerspezifischen Angabe einer IAE (ISDN Anschlusseinheit) bzw. UAE (Universal Anschlusseinheit).
S0-Bus UK0-Bus |
ntba10 | Schraubklemmen
bzw. Kontakte Analog-Anschluss |
Grundsätzlich liegt an den Kontakten 4 und 5 einer solchen Dose mit einem so genannten RJ45 Steckplatz die "A" und "B" Ader des analogen Anschlusses. Auf 3 und 6 werden (heute nur noch selten vorhanden) die "E" und "W" Ader. Sollte der UK0 Bus an einer solchen Dose aufgelegt werden, wird er ebenfalls auf 4 und 5 gelegt. Der 4-adrige S0-Bus liegt wie in der Tabelle beschrieben auf 4 und 5 bzw. 3 und 6.
Betrachtungsweise einer ISDN Anschlusskonfiguration:
Der ISDN-Basisanschluss ist der Standardanschluss für kleinere und mittlere Telekommu-nikationskunden. Er wird sowohl als Mehrgerätesanschluss als auch als Anlagenanschluss ausgeführt. Bei beiden Anschlussmöglichkeiten stehen 2 B-Kanäle zur Verfügung, so dass 2 Gespräche gleichzeitig geführt werden können. Generell bekommt man 3 MSN zuge-wiesen.
Am Mehrgeräteanschluss können mehrere ISDN-Geräte z. B. ISDN-Telefone, ISDN-TK-Anlagen, ISDN-Fax-Geräte etc. angeschlossen werden. Hier kann auch ein So-Bus ange-schlossen werden.
Am Anlagenanschluss
kann nur eine ISDN-TK-Anlage angeschlossen werden.
Von der D1VO (Digitale Ortsvermittlungsstelle) zum Teilnehmer ist das Übertragungsverfahren
auf das vorhandene Leitungsnetz zugeschnitten. D. h., dass von der analogen
Telekommunikation her vorhandene Adernpaar a/b wird für das ISDN weiter
genutzt. Der Netzbetreiber schaltet auf diese Leitung den so genannten UKO-Bus.
Vom NTBA zu den TE's (Teilnehmerendgeräten) muss eine 4-adrige Leitung mit zwei Adernpaaren verlegt werden. Auf dieser Leitung liegt der S0-Bus.
Der UKo-Bus
Der UKO-Bus liegt zwischen der DIVO und dem NTBA. Häufig liegt dazwischen noch die bekannte TAE-Dose als Übergabepunkt, an die der NTBA mit einer steckbaren Anschluss-schnur angeschlossen ist.
Die Bezeichnung UKO hat folgende Bedeutung: U vom Referenzpunkt U, K vom Übertra-gungsmedium Kupfer und die 0 vom Basisanschluss.
Die Spannung auf dem UKO-Bus beträgt 90 - 100 V.
Der UKO-Bus dient zur Übertragung der digitalen Signale auf 2 Adern. Dazu wird in Europa das Zeitgleichlageverfahren (Vollduplex-Betrieb) mit Echokompensation verwendet. Das bedeutet, dass die Signale zeitgleich in beide Richtungen und im selben Frequenzband übertragen werden.
Als Leitungscode auf dem UKO-Bus wird Euro-ISDN der 2B1Q-Code verwendet.
Beim 2B1Q-Code werden 2 binäre Signale in ein quaternäres Signal umgewandelt. Dieses kann 4 verschiedene Zustände haben (00, 01, 10, 11). Die Schrittgeschwindigkeit vs be-trägt nur 50% der Übertragungsgeschwindigkeit Vü. Durch die Verwendung des 2B1Q-Leitungscodes verringert sich das zur Übertragung notwendige Frequenzspektrum. Durch die Nutzung des unteren Teils des Frequenzspektrums fällt die Dämpfung äußerst gering aus. Auch die Störung benachbarter Adern durch die Übertragung ist niedrig.
Innerhalb eines Schrittes (1 Signal) werden 2 Bit (Kennzustände) übertragen.
Schrittgeschwindigkeit Vs: Sie ist die Anzahl der Übertragungsschritte pro Sekunde.
Vs = 1/T und wird in Baud angegeben. (T Dauer eines Schrittes)
Übertragungsgeschwindigkeit Vü: Sie ist die Anzahl der Bit pro Sekunde.
Vü = Vs * n (Anzahl der Kennzustände)
Im nationalen ISDN in Deutschland wird als Leitungscode der 4B3T-Code verwendet.
Der 4B3T-Code fasst
jeweils 4 Bit(4B) eines Binären Signals zu einem Block zusammen,
und codiert sie in drei ternäre Signalelemente(3T). Die Zuordnung der 4B-Werte
in 3T-Elemente erfolgt nach einer Codetabelle. Wie ein 4B-Wort jeweils codiert
wird, hängt von der Codierung des vorherigen 4B-Wortes ab. Auf diese Weise
wird die Gleichstromfreiheit realisiert.
Durch die Umcodierung
von 4 Bit auf 3 Bit, beträgt die Schrittgeschwindigkeit nur noch 75% gegenüber
der Übertragungsgeschwindigkeit.
Für die Taktrückgewinnung ist ein Scrambler nötig.
Schrittdauer Ts = 1666,67 µs
Schrittgeschwindigkeit vs = 6 kBaud
Übertragungsgeschwindigkeit VD = 8 kBit
Der S0-Bus
Von der DIVO betrachtet liegt der S0-Bus hinter dem NTBA. Er wird 4-adrig ausgeführt
und hat somit ein Sendepaar und ein Empfangspaar.
Über eine Phantomschaltung wird dem S0-Bus im NTBA die Versorgungsspannung von 40V zugeführt. Sie ist zwischen der Sende- und der Empfangsleitung messbar.
Die Signalspannung der digitalen Signale beträt 750 mV.
Der S0-Bus muss an der letzten Dose und im NTBA mit Abschlusswiderständen von je 100 ? terminiert werden.
Der Leitungscode auf der S0-Schnittstelle ist der modifizierte AMI-Code
AMI-Code
Der AMI (Alternate Mark Inversion) - Code verwendet zur Übertragung der logischen 1 ab-wechselnd eine positive und eine negative Spannung (AMI-Regel). Auf diese Weise wird die Gleichspannungsfreiheit hergestellt. Der AMI-Code verhindert jedoch keine langen 0-Folgen.
Er wird als pseudoternärer Code bezeichnet, weil zur Übertragung von 2 logischen Zuständen, insgesamt 3 Spannungszustände zur Verfügung stehen.
Schrittdauer Ts = 125 µs
Schrittgeschwindigkeit vs = 8 kBaud
Spannung im ISDN +/- 750mV
Der modifizierte AMI-Code
Der modifizierte
AMI-Code unterscheidet sich vom AMI-Code nur dadurch, dass die logische 0 abwechselnd
eine positive und eine negative Spannung führt.
Der modifizierte AMI-Code wird als Leitungscode auf dem S0-Bus verwendet.
Der modifizierte AMI-Code wird als Leitungscode auf dem S0-Bus verwendet.
Aus der Bruttoübertragungsgeschwindigkeit von 192 kBit/s ergibt sich die nominelle Impulsbreite:
1/19200 bit/s = 5,21 µs.
Die Amplitude beträgt: +/-750mV
Der Primär-Multiplex-Anschluss
ist ein Anschluss für Großkunden.
Es stehen 30 B-Kanäle zur Verfügung, so dass 30 Gespräche gleichzeitig
geführt werden können. Den Primär-Multiplex-Anschluss gibt es
nur als Anlagenanschluss, d. h. es kann nur eine Anlage direkt an den NTPM (Netzterminator
Primär Multiplex) angeschlossen werden.
Durchwahlschaltung
Als MSN erhält der Primär-Multiplex-Anschluss eine Anschlussnummer mit anschließen-dem Rufnummernblock. Dieser Rufnummernblock wird von der Anlage verwaltet und den TE zugeordnet und dient auch der internen Kommunikation.
In Europa hat der Primär-Multiplex-Anschluss 30 B Kanäle und 1 D Kanal. Dies wurde vom "Internationales Standardisierungsgremium im Fernmeldebereich (CCITT = Comité Consultarif International Télégrafique et Téléfonique)" so festgelegt.
Die max. Übertragungsrater eines Primär-Multiplex-Anschlusses beträgt 2.048Mbit/s, die sich wie folgt zusammensetzt:
30 B-Kanäle á 64kbit/s = | 1.92 kbit/s |
1 D-Kanal mit 64kbit/s = | 64 kbit/s |
Service- und Synchronisierzeichen= | rest |
Multiplexverfahren
(Mehrfachausnutzung von Leitungen)
Multiplexverfahren dienen zur Mehrfachausnutzung von bestehenden Leitungen.
Dabei werden zwei Verfahren unterschieden:
Frequenzmultiplex
Übertragung
mehrerer Gespräche gleichzeitig auf verschiede-nen Frequenzebenen. Anwendung:
In der Funktechnik.
Zeitmultiplex
Übertragung mehrerer Gespräche nacheinander in so genannten Zeitschlitzen.
Anwendung: In der digitalen Nachrichtenübertragung.
Das Zeitmultiplexverfahren (TDM time division multiplexing) wird in der digitalen
Nachrichtentechnik und somit auch im ISDN eingesetzt.
Beim Zeitmultiplexverfahren werden Daten zeitlich nacheinander in so genannten
Nachrichtenkanälen oder Zeitschlitzen ohne gegenseitige Beeinflussung übertragen.
Da die Sprache ein analoges Signal ist, muss sie vorher in digitale PCM-Signale
(Pulscodemodulation) umgewandelt werden, um dann im Zeitmultiplexverfahren übertragen
zu werden.
Abtastung
Nach dem Abtasttheorem
von Shannon, ist ein Signal dann eindeutig bestimmbar, wenn es mit mehr als
der doppelten Frequenz abgetastet wird (d.h., zwei Abtastungen in einer Periode
des Modulationssignals).
Ist diese Abtastung nicht gegeben, so entstehen Fehlabgetastete Signale. Diesen
Effekt bezeichnet man als Aliasing. Das bedeutet wiederum für das Modulationssignal,
dass seine Bandbreite begrenzt sein muss. Dieses ist in der Regel gegeben, wobei
als Beispiel aus der Telefonie, die zu übermittelnde Bandbreite 300 Hz
- 3,4 kHz beträgt. Die Abtastfrequenz muss entsprechend doppelt so groß
sein, also 6,8kHz. In der Realisierung wird die Abtastfrequenz aber durch eine
entsprechende Norm auf 8kHz festgesetzt.
Erzeugung eines PCM-Signals
Für die Umwandlung
analoger Signale in digitale Signale können verschiedene Verfahren angewendet
werden. Beim ISDN werden die analogen Sprachsignale erst in ein PAM Signal (puls-amplitudenmoduliertes
Signal) und anschließend in ein PCM-Signal umge-wandelt.
Pulsmodulation
Um das Modulationssignal
in ein PCM-Signal umsetzen zu können, ist es notwendig, dass die Modulationsfrequenz
(Spg.=Ue) kleiner als die Abtastfrequenz ist. Um dieses zu erreichen, wird das
Modulationssignal als erstes über einen Tiefpassfilter gegeben und damit
in seiner Bandbreite begrenzt. Dieser Filter wird oft als Anti-Aliasing-Filter
bezeichnet. Meisten wird zusätzlich auch eine Begrenzung der Amplitude
(Amplitudenbegrenzer) des Modulationssignals vorgenommen, um eine Übersteuerung
der folgenden Schaltungs-teile zu vermeiden.
Mittels eines Taktgenerators und einer "Sample and Hold" - Schaltung
werden nun aus dem Modulationssignal Amplituden-"Proben" entnommen.
Damit entsteht ein pulsamplitudenmoduliertes Signal (PAM). Dieses Signal ist
zeitdiskret und wertkontinuierlich. Ein Signal wird wertkontinuierlich genannt,
wenn es beliebige Werte annehmen kann. Wertdiskret bedeutet, dass das Signal
nur bestimmte Werte (z.B. binäre Werte) besitzen darf. In diesem Fall also
nur 0 oder 1. Ein Signal wird zeitkontinuierlich genannt, wenn die Kenntnis
seines Wertes zu jedem beliebigen Zeitpunkt erforderlich ist, dagegen ist bei
einem zeitdiskreten Signal dieses Wissen nur zu bestimmten Zeitpunkten notwendig.
Die Umwandlung eines zeitkontinuierlichen in ein zeitdiskretes Signal erfolgt
durch die Ab-tastung.
Im nachfolgenden Bild ist die Abtastung bei verschiedenen Frequenzen aufgezeigt. Deutlich zu erkennen ist die Fehlabtastung bei fe = 10kHz. Es entsteht eine neue überlagerte Frequenz durch den Aliasing-Effekt, die sich aus der Differenz der Abtastfrequenz zur Signalfrequenz ergibt.
Das PAM-Signal
ist jedoch nur eine Zwischenstufe auf dem Weg zum PCM-Signal. Die PAM wird nicht
zur Datenübertragung genutzt, da Störungen auf der Leitung in voller
Höhe in das Signal eingehen, ebenso, wie man es von der einfachen Amplitudenmodula-tion
kennt.
Der Vorteil einer Pulsmodulation, gegenüber z.B. eines Frequenzmultiplexbetriebes,
liegt darin, dass kein Übersprechen infolge von Kreuzmodulation (nichtlineare
Verstärkerkennlinien u. ä.) auftreten kann.
Der Nachteil der PAM liegt in der benötigten Bandbreite. Für die Übertragung
des PAM-Signals wird die u.U. 10-fache Bandbreite wie beim Frequenzmultiplexbetrieb
benötigt, wobei jedoch in jedem Seitenband immer der gleiche Informationsgehalt
zu finden ist.
Quantisierung / Kodierung
Über einen
Quantisierer wird das PAM-Signal analog-digital gewandelt. Dazu teilt man den
Amplitudenbereich des Modulationssignals in Intervalle, die als Quantisierungsstufen
bezeichnet werden. Die ermittelten Amplitudenwerte des PAM-Signals werden damit
exakten Quantisierungsstufen zugeordnet. Erfolgt die Zuordnung in gleichgroße
Quantisie-rungsintervalle, so spricht man von einer linearen Quantisierung,
andernfalls spricht man von einer nichtlinearen Quantisierung.
Damit haben wir ein analoges Modulationssignal in eine digitale Datenfolge umgewandelt.
Im Bild ist die Quantisierung beispielhaft durchgeführt.
Den einzelnen Quantisierungsintervalien kann jetzt ein Binärwort zugeordnet erden. Für die Wandlung mit 14 Stufen werden demzufolge 4 Bit für die digitale Kodierung benötigt.
In dem Beispiel ist eine Unterteilung in +/- 7 Intervalle vorgenommen worden. Das erste Bit gibt dabei die Polarität des Modulationssignals an, während die folgenden 3 Bit die Amplitudengröße kodieren.
Die gewonnenen
Codeworte werden als PCM-Wörter bezeichnet und repräsentieren in der
zeitlichen Reihenfolge das ursprüngliche Modulationssignal.
Die Übertragung dieser Code-Worte ist im Lehrgangsteil ISDN - Basisanschluss
beschrieben.
Rückwandlung eines PCM - Signals
Nach der Übertragung
der PCM-Signale muss am Ende eine Umwandlung des digitalen PCM-Wortes in ein
analoges Signal stehen. Man spricht von einer Digital/Analog-Wandlung!
Mit 4-Bit lassen sich 16 Amplitudenwerte unterscheiden. Wie in Bild 1 aufgezeigt
ist, kann jedem 4-Bit-Wort eine Amplitudengröße zugewiesen werden.
Damit lässt sich das analoge Signal stufenartig zurückgewinnen. Da die Stufung jedoch nicht erwünscht ist, wird das entstandene Signal über einen Filter (Tiefpass) geglättet.
Als wichtiges Prinzip eines A/D-Wandlers, gilt das R/2R-Netzwerk, dessen prinzipieller Aufbau in Bild 2 angegeben ist. Die Schalter in der Zeichnung repräsentieren die Daten-bits. Die Reihenfolge gibt ihre Wertigkeit an, d.h. ihren Einfluss auf die analoge Span-nungsänderung. In der integrierten Schaltungstechnik sind die Schalter als Transistorstu-fen ausgelegt.