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Telekommunikationssysteme 1 Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, München Lehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen Erste Schritte hin zu digitalen Netzen 1) Digitalisierte Kommunikation zwischen zentralen Vermittlungseinheiten mittels digitaler Mikrowellenlinks und Glasfaser 2) Digitale Vermittlungszentren ersetzen zentrale Vermittlungseinheiten 3) Digitalisierte Kommunikation zwischen Hauptaustauschpunkten und digitalen Vermittlungseinheiten mittels digitaler Mikrowellenlinks und Glasfaser 4) Mehr und mehr digitale Vermittlungszentren ersetzen Hauptaustauschpunkte 5) Reduzierte Hierarchie durch Kombination von Hauptaustauschpunkten und regionalen Vermittlungsknoten 6) Ersatz von lokalen Austauschpunkten durch digitale Vermittlungseinheiten 1969 - 1976 1976 - 1980 1978 - 1986 1980 - 1994 1993 - 1996 1993 - 1997 Analoge Sprache Digitale Signale t X(t) t 0 1 Integrated Services Digital Network (ISDN)

Erste Schritte hin zu digitalen Netzen€¦ · Plesiochronous Digital Hierarchy PCM-30 PCM-30 PCM-30 PCM-30 seit 1990. Telekommunikationssysteme 22 Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universit

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Telekommunikationssysteme1

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

Erste Schritte hin zudigitalen Netzen

1) Digitalisierte Kommunikation zwischen zentralen Vermittlungseinheiten mittels digitaler Mikrowellenlinks und Glasfaser

2) Digitale Vermittlungszentren ersetzen zentrale Vermittlungseinheiten

3) Digitalisierte Kommunikation zwischen Hauptaustauschpunkten und digitalen Vermittlungseinheiten mittels digitaler Mikrowellenlinks und Glasfaser

4) Mehr und mehr digitale Vermittlungszentren ersetzen Hauptaustauschpunkte

5) Reduzierte Hierarchie durch Kombination von Hauptaustauschpunkten und regionalen Vermittlungsknoten

6) Ersatz von lokalen Austauschpunkten durch digitale Vermittlungseinheiten

1969 - 1976

1976 - 1980

1978 - 1986

1980 - 1994

1993 - 1996

1993 - 1997

Analoge Sprache Digitale Signale

t

X(t)

t0

1

Integrated Services Digital Network

(ISDN)

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Telekommunikationssysteme2

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

t

X(t)

t0

1

LP

Vorfiltern(Low Pass Filter)

Abtasten Quantisieren

01101

Kodieren

EntscheidenAbtasten Dekodieren

01101 LP

Shaping

t

X(t)

Serielle Bit-Übertragung

Pulse Code Modulation

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Telekommunikationssysteme3

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

Arbeitsmethode

Zweck

• exakte Beschreibung des Signals

• Transport des Signals durch Übertragungskanal ohne Änderungen• Reproduktion durch Empfänger möglichst ohne Verluste

• Zuordnen von Zeichen eines limitierten Alphabets ⇒ Signal ist unvollständig• Diese Zeichen werden durch band-limitierten Kanal übertragen

• Empfänger rekonstruiert Signal mittels limitiertem Alphabet• auftretende Fehler durch unvollständiges Signal sollten klein sein

• Redundanzen im Signal werden entfernt

t

X(t)

t0

1

LP 01101

Vorfiltern(low pass)

Abtasten Quantisieren Kodieren

Quellenkodierung

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Telekommunikationssysteme4

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

Wenn ein band-limitiertes Signal in regelmäßigen Zeitabständen mit einer Rate gleich

oder zweimal größer als die höchste auftretende Frequenz abgetastet wird, dann

enthält die Abtastung die Information des Originalsignals. (Shannon et al., 1948)

• TV Kanal (~15kHz Bandbreite) ⇒ Abtastrate 30,000 pro Sekunde (30kHz)• analoger Radarkanal (~56kHz) ⇒ Abtastrate 112,000 pro Sekunde (112kHz) • Sprachkanal (~4kHz Bandbreite) ⇒ Abtastrate 8,000 pro Sekunde (8kHz)

Beispiele

Abtastenmit 2T ≤ 1/fg

t

X(t)

Frequenz fg

nT

t

Abtasttheorem von Nyquist

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Telekommunikationssysteme5

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gs ff ⋅≥ 2

T=125 µs

0

1

t

kHzT

fs 81 ==

nT

t

f(t)

nT

• in TK-Systemen werden die nominalen 4kHz Kanäle 8000-mal pro Sekunde abgetastet• durch einfache Division ergibt sich, daß eine Abtastung alle 125 µs stattfindet

Pulse Amplituden Modulation

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Telekommunikationssysteme6

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• transformiert analoges Signal in diskrete Werte• dividiert Signal in diskrete Schritte mit unterer und oberer Grenze

Quantisierungslinie Abgetastetes Signal

(nT)fq

nT

U

+1V

-1V

f(nT)

Quantisierung

Abtasten Quantisierung

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Telekommunikationssysteme7

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(nT)fq

nT

U

+1V

-1V

f(nT)

•nicht-lineare Quantisierungslinie (komprimiert für niedrige, erweitert für höhere Stufen)

• feinere/geringere Granularität für Signale niedriger/höherer Stufe

•reduzierter Quantisierungsfehler aufgrund niedrigeren Signal-Rausch-Verhältnisses vonSignalen niedriger Stufe im Vergleich zu Signalen höherer Stufe

•Quantisierungslinie hat pseudo-logarithmischen Charakter, resultiert in A-Kurve

Quantisierung inTelekommunikationssystemen

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Telekommunikationssysteme8

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1Segment Code

6 1111XXXX

1001XXXX

4 1101XXXX

3 1100XXXX

2 1011XXXX

1 1010XXXX

1000XXXX

5 1110XXXX

0

112

96

80

64

48

32

(V)43

(V)1

(V)42

(V)41

(V)42

(V)43

(V)41

1 |x| A1

for ln(A) 1

|)x| ln(A 1 sgn(x) (x)FA ≤≤

+⋅+⋅=

A1

|x| 0 for ln(A) 1

|x| A sgn(x) (x)FA ≤≤

+⋅⋅=

A-Law-Kurve (Europäisches E1-System):

• Kurve mit 13 linearen stückweisen Segmenten mit sieben Gradienten über und sieben unter dem Ursprung (ersten beiden Gradienten in Segment 0 sind gleich)

• Segmente werden mittels 8-bit PCM kodiert, bestehend aus 16 äquidistanten Spannungsschritten

• 112 positive und 112 negative Schritte kodieren das quantisierte, diskrete Signal

• “A” in Formel gleich 87,6 (Bereich, wo Signal-Störabstand vergleichsweise konstant)

Kodierung in Telekommunikationssystemen

Quantisierung

01101

Kodierung

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Telekommunikationssysteme9

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• das erste signifikante Bit kodiert die Polarität der Spannung (1=positiv 0=negativ)

• Bits 2 - 4 identifizieren Segment, z.B. 1012 für fünftes Segment

• Bits 5 - 8 zeigen exakte Spannung im linearen Segment (13 Schritte),

z.B. 01002 für viertes Segment

11010000

11010100

11011111

Segm

ent 4

(pos

itiv)

Segment Spannung inSegment (linear)

Polarität 1 = +, 0 = -

1 2 5 6 7 83 4

1 01 1 10 0 0

Kodierung vonSpannungspegeln

Quantisierung

01101

Kodierung

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Telekommunikationssysteme10

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µ-Law Kurve (Nordamerikanisches DS1 (T1) System):

µ) ln(1

|)x| µ ln(1 (x)Fµ

+⋅+=

• Nordamerikanischer Standard, annähernd gleich zum Europäischen bis auf:

• Approximation durch 15-Segment Kurve (Europäisches System: 13 Segmente)

• Signal-Rausch-Verhältnis 37,5 dB (Europäisches System: 37 dB)

• µ = 100 für ältere Nordamerikanische T1 Systeme

• µ = 255 für aktuelle Nordamerikanische DS1 Systeme

A-Law vs. µ-Law

Quantisierung

01101

Kodierung

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Telekommunikationssysteme11

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Methodik

Zweck

Kanalkodierung

•Signalbreitenbegrenzte Übertragung über große Distanz durch band-limitierten Kanal

•kleine Fehlerrate

•z.B. Hinzufügen von Redundanz zur Reduktion der Fehlerrate

•Redundanzen am Empfänger zur Korrektheits-prüfung nutzen

• im Fehlerfall fordert Empfänger Signal neu an

pb

10 -6

10 -5

10 -4

10 -3

10 -2

(Eb/N0) / dB

3 4 5 6 7 8

Kodierungsgewinn

Bitfehlerwahrschein-lichkeit ohne Kodierung

Bitfehlerwahrschein-lichkeit mit Kodierungpb: Bitfehlerrate

Eb: Energie pro InformationsbitN0: Weisses Gauss-Rauschen

Mehr Aufwand undKosten

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Telekommunikationssysteme12

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Kanalkapazität nach Shannon (1948)

• Bandbreite analoger (Sprach-)Kanäle : B = 3,4kHz

• reale Übertragungskanäle haben zusätzlich ein Signal-Rausch-Verhältnis (S/N)aufgrund von Verlusten und Übersprechen

dBNS

log 10

HzB

31

bit/sC

⋅⋅≈

Gesetz von Shannon

• Durchschnittliches Signal-Rausch-Verhältnis von verdrillten Kupferadern (0,4 -0,6mm², unshielded): 10 · log (S/N) = 40 dB

• Kapazität eines analogen Kanals C = 45,3 kbit/s (Beweis durch Shannon mittelsFourier-Transformation)

• Feldtests mit analogen Modems (V:34+) erreichen Maximalrate von 33,6 kbit/s

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Telekommunikationssysteme13

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Empfänger

EntscheidenAbtasten Dekodieren

01101 LP

Shaping

Empfänger

• Beim Empfang des digitalen Signals muss der Empfänger entscheiden, ob dasempfangene Signal “0” oder “1” ist

• dekodieren und umwandeln des Signals in diskrete Werte

t0

1

t0

1

t

X(t)

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Telekommunikationssysteme14

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PCM-30Übertragungssystemen

Kanal 1Kanal 2

Kanal 30 Kanal 30Kanal 31

Übertragungs-medium

MultiplexDigitalisierung und Signalisierung

AnalogeTerminals

Sprachkanäle mitInband-Signalisierung

(analog)

64KBit/s digitale Kanälemit Outband- Signalisierung

• ITU-T Standardisierung für 30 Sprachkanäle

• Mehrfachnutzung des Übertragungsmediums (z.B. Kupfer Twisted Pair, Koaxialkabel)

• zwei zusätzliche 64Kbit/s digitale Kanäle:- Synchronisation (Kanal 0)- Signalisierung (Kanal 16)

Kanal 0Kanal 1

• 2 Twisted Pair Kabel

• 2 Koaxialkabel

• 2 Mikrowellenstrecken

Separate Übertragungvon Hin- und Rückkanal

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Telekommunikationssysteme15

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PCM-30 Rahmen

Kanal 0 Kanal 1 Kanal 2 Kanal 31

125 µs / 256 Bit

Synchronisation (Kanal 0)• Rahmenmarkierung in ungeraden Rahmen (10011011)• Fehleranzeige in geraden Rahmen

Kanal 16

Signalisierung (Kanal 16)

• z.B. Switchinginformation, Abrechnung • Channel Associated Signaling (CAS)• 4 Bit pro Sprachkanal• Signalisierungsinformation von zwei Kanälen pro Rahmen

3.9 µs 3.9 µs

8 Bits

30 Sprachkanäle

• 8 Bit / 3.9 µs• 488ns/Bit ⇒ 2.048MBit/s

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Telekommunikationssysteme16

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Platzsparend:Digitale Vermittlungsstellen

63m

18m

Elektro-mechanischeVermittlungs-

stelle

DigitaleVermittlungs-

stelle

Größemax. Verkehr

RaumanforderungEinschubzeilen

max. GewichtStrombedarf in Spitzenzeiten

Digitale Vermittlungsstelle

Edelmetall-Motor-DrehwählerVermittlungsstelle

10620 Verbindungen4400 Erlang185m2

3.5300kg/m2

670A

3 Gruppen mit jew. 200ZIG+FEW2700 Erlang1130m2

501000kg/m2

1800A

27 Reihen mit jeweils3300 Relais (EdelmetallMotor Drehwähler, EMD)

1 Reihe mit Tausendenvon Transistoren

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Telekommunikationssysteme17

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Reduzierte Hierarchie:heutige Netzstruktur

Weitverkehrsnetzwerk:

• 23 Zentren in Deutschland

• keine Nutzeranbindung

• vollständig vermascht

Regionale Netzwerke:

• verbunden mit Zugangsnetz

• ca. 500 Vermittlungszentren

• Kundenanbindung möglich

Zugangsnetze:

• Hohe Investitionen, geringeEinnahmen

• stärkster Verkehr auf dieserEbene

Weitverkehrs-Netze

RegionaleNetze

Zugangsnetze

z.B. Düsseldorf, München

z.B. Aachen, Ulm

z.B. Erkelenz, Rosenheim

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Telekommunikationssysteme18

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Kernnetze

(Backbone-Netze, Weitverkehrs- und Regionalnetze)

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Telekommunikationssysteme19

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

Verbindungen zwischendigitalen Vermittlungszentren

Glasfaser oderRichtfunkstrecken

140 - 565Mbit/s

Glasfaser oderRichtfunkstrecken8 - 140Mbit/s

DA

DA

Glasfaser2 - 34 Mbit/s

DA

AD

Kupferkabel64 kbit/s - 2 Mbit/s

64 kbit/s - 2 Mbit/s

Glasfaser64kbit/s - 2Mbit/s

Modem

Plesio

chro

no

us D

igital H

ierarchy (P

DH

)

Weitverkehrs-Netz

RegionaleNetze

Zugangsnetze

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Telekommunikationssysteme20

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Plesiochronous DigitalHierarchy (PDH)

PCM-30

PCM-30

PCM-30

PCM-30

2.048Mbit/sTwisted Pair,

Koax

8.448Mbit/sKoax,

Glasfaser

34.368Mbit/sGlasfaser,Richtfunk

139.264Mbit/sGlasfaser,Richtfunk

564.992Mbit/sGlasfaser,Richtfunk

256KBit/s+ zusätzlicheSignalisierung

576KBit/s+ zusätzlicheSignalisierung

1.792MBit/s+ zusätzlicheSignalisierung

7.936MBit/s+ zusätzlicheSignalisierung

SecondaryMultiplexSystem

34Mbit/sSystem

140Mbit/sSystem

565Mbit/sSystem

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Telekommunikationssysteme21

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

Von PDH nach SDH

• Synchronisation mit Rahmenkennung

• kein gemeinsamer Trigger

• bitweises Multiplexing

• bitweises Stopfen

• unterschiedliche Multiplex-Schemata (US, Europa)

• Signale müssen schrittweise demultiplexed und identifiziert werden über alle Schichten• Keine Reserve für z.B. Netzmanagement, Dienstkontrolle und zusätzliche Leitungen

• weltweit unterschiedliche und nicht-standardisierte Bitraten

• unflexibel durch gebündelte Kapazitäten (oft ungenutzt in Zeiten geringen Verkehrs)

Probleme

Europa: Synchronous Digital Hierarchy (SDH)USA: Synchronous Optical Network (SONET)

Plesiochronous Digital Hierarchy

PCM-30

PCM-30

PCM-30

PCM-30

seit 1990

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Telekommunikationssysteme22

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Synchronous Digital Hierarchy

• weltweit standardisierte Bitraten

• byteweises Multiplexen

• direkter Zugriff auf Signale ohne mehrfaches Demultiplexen

• zusätzliche Bytes für Netzmanagement, Dienst- und Qualitätskontrolle, zusätzliche Leitungen

• vereinfachtes Schema

• synchronisiertes, zentral getriggertes Netzwerk

• kurze Verzögerungen bei Launching und Decoupling (add/drop) Signalen

155Mbit/s

622Mbit/s

34Mbit/s

622Mbit/s

2Mbit/s2Mbit/s

SDH Cross Connect

Vermittlungsstelle

Vermittlungs-stelle

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Telekommunikationssysteme23

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

Erste Schritte hin zu SDH

SDH-Overlay Network

FMUX

2.5Gbit/s

SDH-Cross Connect

Vermittlungsstellen für regionale und lokale Netze

SDH - Add/Drop-Multiplex

• add / drop Signale• Hochgeschwindigkeits-SDH• hohe Kapazität

• add / drop Signale• niedrigere Kapazität

SDH - Flexible Multiplex• verteilt Bandbreite direkt an Kunden oder Vermittlungsstellen

Kunden mit hohen Bandbreitenanforderungen

155Mbit/s

155Mbit/s 2Mbit/s

2Mbit/s

PDH

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Telekommunikationssysteme24

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SDH vs. SONET

SDH SONET

Europäische/CCITT Entwicklung

Grundrate: SDH Level 1 — 155.52 Mbit/s

Digitale Basisrate:2.048, 34 or 139 Mbit/s

Nordamerikanische Entwicklung

Grundrate : STS-1/OC-1 — 51.84 Mbit/s

Digitale Basisrate :DS1 or DS3 Raten

SDH Stufe SDH Bit Rate (kbit/s) SONET Äquivalente Rate

14

16

155,520622,080

2,488,320

STS-3/OC-3 ( 3 x 51.84Mbit/s)STS-12/OC-12 (12 x 51.84Mbit/s)STS-48/OC-48 (48 x 51.84Mbit/s)

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Telekommunikationssysteme25

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

SDH Rahmenstruktur

Payload

9 Spalten (Bytes) 261 Spalten (Bytes)

Regenerator SectionOverhead (RSOH)

Administrative Unit Pointers

Multiplex SectionOverhead (MSOH)

9Zeilen

1

345

9

Administrative Unit Pointers

• erlauben den direkten Zugriff aufBestandteile vom Payload

Section Overhead:

• RSOH: Enthält Informationen bezüglich der Route zwischen zwei Repeatern odereinem Repeater und einem Multiplexer

• MSOH: Enthält Informationen bezüglich der Route zwischen zwei Multiplexern ohneBerücksichtigung der zwischenliegenden Repeater.

Payload:

• Enthält Nutzdaten in Form von Containern (C-n),Tributary Units (TU-n) oder Gruppen von TributaryUnits (TUG-n, Transportgruppen).

Struktur:

• 9 Zeilen mit jeweils270 Bytes.

• Rahmendauer 125 µs(8 kHz).

• Basisrate 155.520 Mbit/s.

Synchronous TransportModul (STM)

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Telekommunikationssysteme26

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SDH Hierarchie

STM-1 STM-4 STM-16

155 Mbit/s 622 Mbit/s 2,5 Gbit/s

Höhere Hierarchiestufen werden durchZusammenfassen von STM-1 Modulen erreicht.

4 x STM-44 x STM-1

4 x STM-1

Basistransportmodul für155Mbit/s, enthält z.B.:

• einen kontinuierlichen ATM-Zellenstrom (C-4 Container),

• eine Transportgruppe (TUG-3) fürdrei 34Mbit/s PCM-Systeme oder

• eine Transportgruppe (TUG-3) fürdrei Container, die wiederum TUGenthält

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Telekommunikationssysteme27

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SDH Containertypen

H4

VC-4 Path Overhead (POH)

C-4VC-4

Payload

23

TUG-3

1

VC-3oder

Container, C-n (n=1 bis 4)

• definierte Einheit für Payload-Kapazität

• überträgt alle SDH-Bitraten

• kann Kapazität bereitstellen fürTransport von noch nicht spezifiziertenBreitbandsignalen

Virtual Container, VC-n (n=1 bis 4)• unterstützt Path Layer Connections in SDH• besteht aus Payload und POH

• niedriger VC (n=1,2): einzelner C-n plus BasisVirtual Container Path Overhead (POH)

• höherer VC (n=3,4): einzelner C-n, Zusammenschlußvon TUG-2s /TU-3s, plus Basis Virtual Container POH

C-n Container n

VC-n Virtual Container n

TU-n Tributary Unit n

TUG-n Tributary Unit Group n

Tributary Unit, TU-n (n=1 bis 3)

• Anpassung zwischen higher andlower path layern

• enthält VC-n und Tributary UnitPointer

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Telekommunikationssysteme28

Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, MünchenLehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen

SDH Containertypen

VC-3

1

23

45

67

12

3

TUG-2

VC-12

TUG-12

2048 Mbit/s

C-12

VC-2

oder

TU-3

C-334 Mbit/s

Administrative Unit-n (AU-n)

• stellt Adaptierung zwischen Higher-order Path Layer und Multiplex Einheit bereit

• besteht aus Payload undAdministrative Unit Pointern

• Administrative Unit Group (AUG): AUs belegenfixe, definierte Positionen in STM Payload

C-n Container-n

VC-n Virtual Container-n

TU-n Tributary Unit-n

TUG-n Tributary Unit Group-n

AU-n Administrative Unit-n

AUG Administrative Unit Group

STM-N SynchronousTransport Module-N

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Telekommunikationssysteme29

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SDH Multiplexstruktur

STM-N AUG AU-4 VC-4 C-4

TUG-3 TU-3

AU-3 VC-3

VC-3

C-3

TUG-2 TU-2 VC-2 C-2

TU-12 VC-12 C-12

TU-11 VC-11 C-11

x N

x 3

x 7

x 7

x 3

x 3

x 4

139 264 kbit/s

44 736 kbit/s34 368 kbit/s

6312 kbit/s

2048 kbit/s

1544 kbit/s

Zeigerverarbeitung

Multiplexen, Abbilden

C-n Container-n

VC-n Virtual Container-n

TU-n Tributary Unit-n

TUG-n Tributary Unit Group-n

AU-n Administrative Unit-n

AUG Administrative Unit Group

STM-N Synchronous Transport Module-N

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Telekommunikationssysteme30

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SDH Multiplexverfahren

Container-1

Container-1VC-1 POH VC-1

VC-1

VC-1

TUG-2

VC-3

VC-3VC-3

AUG

TU-1TU-1 PTR

VC-1 TUG-2TU-1 PTRTU-1 PTR

TUG-2VC-3 POH

AU-3 PTR

AU-3 PTRAU-3 PTR

AUGSOH

VC-3

AU-3

AUG

STM-N

Logische Assoziation

Physikalische Assoziation

PTR Zeiger

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Telekommunikationssysteme31

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SDH Synchronisation

AUG AUG AUG

OffsetVC-n VC-n VC-n

AUG AUG AUG

VC-n VC-n VC-n

AUG

• Zeigerwert inkrementiert/dekrementiert

• Anpassung der Container durch positivenoder negativen Offset zur weltweitenSynchronisation.

• Aufeinanderfolgende Zeigeroperationenaufgeteilt in wenigstens 3 Rahmen,während Zeigerwerte konstant bleiben

• VC-n Ausrichtung wird periodisch neuberechnet und eingestellt

• Zeigerwert wird um 1 dekrementiert

• Invertiert Bits 7,9,11,13,15 (l-Bits) desZeigerwortes

• 3 positive Anpassungsoktets mit invertiertenl-Bits werden an letzten AU-4 Rahmen angehangen

• Folgende Zeiger enthalten neuen Offset

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Telekommunikationssysteme32

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SDH Übertragungsnetzwerk

Syn

chro

no

us D

igital H

ierarchy (S

DH

)

ÜberregionalesSwitching

RegionaleSwitchingCenter

LokaleNetzwerke

Cross Connect Node

Add/Drop Multiplex (ADM)

Digital Switching Center

• Sternförmiges Netz

• Baum-basiertes Netz

• keine spezielle Topologie

• nicht-hierarchisches Netz

• Flexible Bandbreiten-nutzung

• hohe Skalierbarkeit

• hohe Zuverlässigkeit

SDH Local Loop

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Telekommunikationssysteme33

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Zugangsnetze

Verbindung zwischen Endvermittlungstellenund Endgeräten

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Problem der “letzten Meile”

“letzte Meile” ( 1 - 2 km)

Hauptstrecken(Glasfaser, Richtfunk)

mehr als 70% der Kosten einerkompletten Abdeckung

return-on-investment sehr schwer erreichbar

• hohe Nutzerfluktuation

• sehr unterschiedliche Nutzeranforderungen

• sinkende Einführungszeit für neue Dienste

• sinkende Nutzungszeit für Dienste

• sinkender Grundpreis

Ortsvermittlungs-stelle

Kabelverteiler

150 - 2000 (Ø 400) Paare 6 - 600 (Ø 36) Paare

Hauptkabel1-8 (Ø 1.7) km

Verteilungskabel20-1000 (Ø 300) m

Abonnentenleitung5-50 m, 2-8 Paare

Kabelmuffen

“dirty mile”

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Telekommunikationssysteme35

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~230V

Zugriffstechnologien

LC

LC

LC

SDH

V5.2 (Konzentrator)

V5.1 (Multiplex)

a/b Interface / ISDN

1 Kupferpaar

2 Paare / 2 Fasern

2 Paare / 2 Fasern

2 Paare / 2 Fasern

Wireless Local Loop (WLL)

Bis zu 50m

30 Teilnehmer

>30 Teiln.

Line Circuit

Vermittlungsstelle

1 Kupferpaar

1 Kupferpaar

V5.2

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Telekommunikationssysteme36

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Glasfaser im Ortsbereich

Kabelverteiler

Fiber to the curb (FTTC)• billig• nutzt existierende Struktur• geringe Bandbreite

Fiber to the home (FTTH)• höchste Kosten• Neuverkabelung notwendig• höchste Bandbreite

Vermittlungs-stelle

Kabelverteiler(optischer Verteiler)

Fiber to the building (FTTB)

ONU

ONU

ONU

OpticalNetwork

Unit(ONU) Glasfaser

bis zu 15km

Glasfaser

~230V

Kupfer20 - 2000m

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Telekommunikationssysteme37

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Alternative Anbindungen

Nutzung von Funktechnik

• spart nur 50m Erdarbeiten

• limitierte Bandbreite

• Interferenzen • Wasserrohre

• Gasleitungen

• Kanalisation

Kabelverlegung durch

um Erdarbeiten zu vermeiden

• z.B. Verkehrsampelleitungen

• Breitbandkabel (TV)

• Stromkabel

Nutzung existierenderKabelinfrastruktur

bis zu 50m

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Modu-lator

Modu-lator

Kommunikation überStromleitungen

Modu-lator

230V / 400V~

10-20kV~

Stromkabel

UmwandlerStation

Sicherung

FrequencyLockingDevices

Modulation

Stromkabel

•Parallel angeschlossene Abonnenten

•große Durchmesser (10 bis 200 mm²)•nur 2 bis 4 Kabel für bis zu 200 Abonnenten

•Störungen durch elektrische Effekte (Strom-schwankungen, Spannungsspitzen)

•Nachbarschaft hoher Stromstärken (<1000A)und Spannungen (230V - 110kV)

bis zu 2000m

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Telekommunikationssysteme39

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Kommunikation überStromleitungen

Feldtests:

Probleme:

• Bursthafter Verkehr• limitierte Bandbreite (1,3 Mbit/s)• Busverbindungen der Abonnenten• Existierende Regulierungen (Nutzung des 1 - 30MHz Band)

Vorteile:

• Heimautomation (Vernetzung von Haushaltsgeräten über die “Steckdose”)• zentralisierte Fernsteuerung des elektrischen Verbrauchs (Vermeidung von Spitzenlast) • Entfernte Verbrauchsablesung (⇒ Wettbewerb von Energieanbietern)

• RWE (Leichlingen bei Düsseldorf)• Siemens • BEWAG (Berlin) DÜNE-System (Datenübertragung über Niederspannungs-Energienetze)• Nortel Dasa (GB, Sweden)