Ãœbertragungstechnik

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Die kommunikationstechnischen Verfahren, die innerhalb der physikalischen Schicht (Physical Layer) benutzt werden, werden als Übertragungstechnik genannt. Die Übertragungstechnik ist ein Teilgebiet der Nachrichtentechnik. Sie umfasst hauptsächlich die Verfahren, die die analogen Merkmalen von Übertragungsmedien berücksichtigen.

Ein übertragungstechnisches Netz liefert die Transportkapazität für Bitströme, die Anwendungen und Netze benötigen, die auf höheren Protokollschichten arbeiten. Zur Übertragungstechnik zählen auch spezifische Funktionen für Betrieb und Wartung (OAM ).

Die Übertragungstechnik stellt den übergeordneten Schichten, der Multiplextechnik beziehungsweise der Vermittlungstechnik, definierte Dienste zur Verfügung. Multiplextechnik und Vermittlungstechnik sind dafür konzipiert, die von der Übertragungstechnik bereitgestellte Transportkapazität (Bandbreite) effektiv und ökonomisch auszunutzen: Die Multiplextechnik nutzt die Übertragungskapazität für mehrere Kanäle gleichzeitig. Das kann statisches Multiplexen sein wie bei PDH und SDH, oder dynamisches Multiplexen wie bei dem Zellmultiplexen von ATM oder dem Packet-Multiplexen des Routings. Die Vermittlungstechnik folgt einem anderen Prinzip: sie nutzt die Transportkapazität nicht gleichzeitig, sondern nacheinander: kurzzeitig wird die gesamte Transportkapazität eines Kanals jeweils für eine andere Verbindung benutzt und damit für Effektivität gesorgt.

Die Physical Layer wird in einer schematischen Sicht in zwei verschiedene Sublayers aufgeteilt. Die unterste Sublayer ist die PMD-Subschicht: sie ist vom Übertragungsmedium abhängig (PMD= Physical Layer Dependent). Die zweite Layer ist die TC-Subschicht: (TC= Transmission Convergence). Sie stellt die Verfahren zur Verfügung, die von der nächsten Layer für ihre Multiplexaufgaben benötigt werden.

== Die PMD-Subschicht ==Die übertragungstechnischen Verfahren der PMD-Layer haben mit den physikalischen und elektrischen beziehungsweise optischen Merkmalen des Übertragungsmediums zu tun. Übertragungsmedium ist zu dem Beispiel Koaxialkabel, Twisted-Pair, Glasfaser, Funk. Dazu gehören jeweils typische elektrische beziehungsweise optische Parameter wie Sendepegel , Frequenz, Wellenlänge, etcetera. Außer den Merkmalen des Übertragungsmediums sind natürlich die jeweiligen Anforderungen zu berücksichtigen: welche Reichweite soll erzielt werden, welche Bitrate soll übertragen werden. So hängt beispielsweise bei der optischen Übertragung über Glasfaser die Reichweite vom Sendepegel des optischen Senders ab. Billige Leuchtdioden sind für kurze Strecken völlig ausreichend, während für Fernstrecken teure Hochleistungs-Laserdioden benutzt werden. Wird ein metallischer oder optischer Leiter benutzt, so kommt man meistens ohne Modulationsverfahren aus. Beim Funk ist es die Regel, dass Trägersignale digital moduliert werden. Frequenzumtastung (FSK), Quadraturphasenumtastung(QPSK), Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) sind gängige Übertragungstechniken für den Funk. Bei der Übertragungstechnik auf Kupferdoppeladern nutzt die relativ junge DSL-Technik Modulationsverfahren, um auf diesem kleinwertigen Medium hohe Bitraten zu übertragen.

Als nächste Aufgabe sind von der Übertragungstechnik die zu erzeugende Signalform beim Sender und die Signalentzerrung beim Empfänger zu berücksichtigen, wofür eine passende Filtertechnik, wie sie zu dem Beispiel ein Bandpass ermöglicht, erforderlich ist. Außerdem muss es möglich sein, durch ein geeignetes Gleichlaufverfahren Sender und Empfänger zu synchronisieren: Die unvermeidlichen Effekte wie Rauschen, Jitter und Wander müssen so bemessen sein, dass Bitfehler und Bitslips unter der gewünschten Grenze liegen. Diese Funktionen werden gewöhnlich von einem Scrambler , einer Kanalcodierung und einer Taktrückgewinnung wahrgenommen.

Ein Scrambler verwürfelt das Signal durch rückgekoppelte Schieberegister so, dass keine langen 0- oder 1-Folgen entstehen, die relativ störanfällig sind oder auch eine ungewünschte Gleichstromkomponente in dem Signal bewirken könnten.

Bei elektrischen Signalen werden häufig mehrstufige Leitungscodes benutzt: beispielsweise der in Deutschland in dem ISDN benutzte 4B3T-Code, bei dem jeweils vier Bits auf drei ternäre Signalelemente (= mit jeweils drei Spannungsstufen) abgebildet werden. Optische Signale benutzen ca. zweistufige (Licht an/aus) Leitungscodes. Zu dem Beispiel wandelt der 5B6B-Code fünf Eingangsbits in sechs Ausgangsbits. Handelt es sich um eine störanfällige Ãœbertragungsstrecke, kann dem Signal noch Redundanz hinzugefügt werden, die eine Fehlerkorrektur beim Empfänger erlaubt. Beim Funk werden hierfür gerne die leistungsfähigen Reed-Solomon-Codes benutzt.

Ein einfacher Weg, eine Taktrückgewinnung zu realisieren, ist eine PLL-Schaltung (Phase Locked Loop), die das gefilterte Empfangssignal benutzt. Erheblich schwieriger ist die Aufgabe, den Empfänger auch bei Ausfall des Empfangssignals über längere Zeit synchron zu dem Empfänger zu halten, wie es für die SDH-Technik erforderlich ist.

Funktionen für Betrieb und Wartung sind in der PMD-Sublayer ca. wenige definiert, und auch ca. für einzelne Übertragungstechniken: Ethernet beispielsweise kennt das Jabber-Signal, mit dem eine Fehlersituation signalisiert wird. Codes gehorchen einer bestimmten Bildungsregel. Gezielte Verletzungen dieser Bildungsregel können vom Sender benutzt werden, um dem Empfänger OAM -Informationen zu übermitteln. Dieses Verfahren wird zu dem Beispiel beim ISDN-Basisanschluss (UK0) benutzt. Wiederum eine andere Möglichkeit sind Hilfsträger: Wird die Kanalcodierung so gewählt, dass das Frequenzspektrum bei niedrigen Frequenzen klein ist, kann dort ein weiteres Trägersignal untergebracht werden, auf den die OAM-Funktionen aufmoduliert werden.

== Die TC-Subschicht ==Die TC-Subschicht stellt die Funktionen zur Verfügung, die die Multiplextechnik braucht. Vom Sender wird gewöhnlich ständig ein Signal gesendet, um den Empfänger bitsynchron zu halten, auch wenn es keine Nutzinformationen zu übertragen gibt. Aufgabe der TC-Subschicht ist es nun, Hilfsmittel zur Verfügung zu stellen, um dem Empfänger zu signalisieren, dass ein Block von Nutzinformation beginnt, und es sich nicht um Leerinformation handelt.

Sowohl in der PDH-Technik als auch in der SDH-Technik werden dazu so genannte Rahmen benutzt. Die Rahmen enthalten die Nutzinformation. Durch ein bestimmtes Rahmenkennungssignal wird dem Empfänger der Beginn des Rahmens signalisiert, der in dem festen Takt von 125 µs gesendet wird. Ethernet und ATM dagegen kennen keinen festen Rahmentakt und müssen daher andere Techniken benutzen, um dem Empfänger die Unterscheidung von Nutzinformation, die in Frames beziehungsweise Zellen übertragen wird, und von Leerinformation zu ermöglichen.

In der TC-Schicht sind wiederum Möglichkeiten vorgesehen, OAM-Informationen zur Gegenseite zu übertragen. Bei PDH und SDH gibt es hierfür den so genannten Rahmen-Overhead, das heißt eine Anzahl von Bits beziehungsweise Bytes an definierten Stellen des Rahmens, im sie übertragen werden. Ethernet überträgt einige Informationen an definierten Stellen des Frames, ATM kennt spezialisierte OAM-Zellen.