Nachrichtentechnik: Übertragung, Vermittlung, Verarbeitung
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München [u.a.]
Hanser
2000
|
| Ausgabe: | 8., völlig neu bearb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 532 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3446214054 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung....................................................................................21
1.1 Nachrichtentechnik - von den Anfängen bis zum heutigen Stand...............21
1.2 Was bringt das 21. Jahrhundert?......................................................................24
1.2.1 Einführung...............................................................................................................................24
1.2.2 Technologische Überraschungen............................................................................................24
1.2.3 Technischer Fortschritt kostet Arbeitsplätze...........................................................................25
1.2.3.1 Warum brauchen wir Arbeitsplätze?.......................................................................................25
1.2.3.2 Fax ersetzt Briefzustellung.....................................................................................................25
1.2.3.3 Universelles Wohn-, Verkehrs- und Kommunikationssystem ................................................26
1.2.4 Konjunktur und Ingenieurnachwuchs......................................................................................27
1.2.5 Zukunft der Nachrichtentechnik..............................................................................................27
1.2.5.1 Aufgaben und Lösungswege..................................................................................................27
1.2.5.2 Computer - Diener oder Herr?...............................................................................................28
1.2.5.3 Vom Fernsprechen zum Ferndenken.....................................................................................30
1.3 Konsequenzen für die Ausbildung....................................................................32
1.4 Konzeption des vorliegenden Buches..............................................................33
2 Signale und Systeme..................................................................35
2.1 Einführung............................................................................................................35
2.1.1 Aufgaben der Systemtheorie..................................................................................................35
2.1.2 Einteilung der Signale.............................................................................................................35
2.1.3 Einteilung der Netzwerke........................................................................................................36
2.2 Wiederholung einiger Grundlagen.....................................................................38
2.2.1 Logarithmische Verhältnisgrößen: Pegel und Dämpfung.......................................................38
2.2.2 Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung....................................................................40
2.2.3 Grundbegriffe der Informationstheorie....................................................................................43
2.2.3.1 Informationsgehalt...................................................................................................................43
2.2.3.2 Entropie...................................................................................................................................44
2.2.3.3 Redundanz..............................................................................................................................45
2.2.3.4 Informationsfluß.......................................................................................................................45
2.2.3.5 Kanal kapazität.........................................................................................................................46
2.2.3.6 Nachrichtenquader..................................................................................................................46
2.3 Signalbeschreibung.............................................................................................47
2.3.1 Übersicht.................................................................................................................................47
8___________
__^_____
__________________________________Inhaltsverzeichnis
2.3.2 Sinusförmige Signale..............................................................................................................47
2.3.2.1 Komplexe Kreisfrequenz.........................................................................................................47
2.3.2.2 Einführung negativer Frequenzen...........................................................................................49
2.3.31
Beschreibung beliebiger periodischer Signale.......................................................................50
2.3.3.1 Fourierreihe.............................................................................................................................50
2.3.3.2 Klirrfaktor.................................................................................................................................51
2.3.3.3 Komplexe Fourierreihe............................................................................................................51
2.3.4 Beschreibung nichtperiodischer Signale.................................................................................53
2.3.4.1 Fouriertransformation..............................................................................................................53
2.3.4.2 Einheitsimpuls, Diracimpuls....................................................................................................54
2.3.4.3 Einheitssprung.........................................................................................................................55
2.3.4.4 Aussagen und Gebrauch der Fouriertransformation..............................................................56
2.3.4.5 Laplacetransformation.............................................................................................................58
2.3.5 Zeitfunktion und Spektrum......................................................................................................60
2.4 Abtastsysteme.....................................................................................................62
2.4.1 Einführung...............................................................................................................................62
2.4.2 Abtasttheorem.........................................................................................................................63
2.4.3 z-Transformation ...........................................................
й
.........................................................65
2.4.4 Diskrete Fouriertransformation (DFT) und Schnelle Fouriertransformation (FFT)................65
2.5 Theorie der Netzwerke........................................................................................66
2.5.1 Einführung...............................................................................................................................66
2.5.1.1 Ursache und Wirkung..............................................................................................................66
2.5.1.2 LTI-Typ oder nicht? .................................................................................................................66
2.5.1.3 Einige praktisch verwendete Mehrtore...................................................................................67
2.5.1.4 Weiteres Vorgehen..................................................................................................................68
2.5.2 Komplexe Frequenz und Eigenschwingungen.......................................................................68
2.5.3 Zweipole..................................................................................................................................70
2.5.3.1 Zweipolfunktion........................................................................................................................70
2.5.3.2 Reaktanzzweipolfunktion.........................................................................................................72
2.5.4 Vierpole....................................................................................................................................74
2.5.4.1 Einführung...............................................................................................................................74
2.5.4.2 Grundgleichungen linearer Vierpole .......................................................................................74
2.5.4.3 Vierpolparameter.....................................................................................................................75
2.5.4.4 Zusammenschaltung von Vierpolen .......................................................................................77
2.5.4.5 Betriebsverhalten des Vierpols...............................................................................................78
2.5.4.6 Ersatzschaltungen und Vierpolklassen...................................................................................81
2.5.4.7 Spezielle Vierpole....................................................................................................................83
2.5.5 Grundbegriffe der Siebschaltungen........................................................................................83
2.5.5.1 Einführung...............................................................................................................................83
2.5.5.2 Darstellung der Übertragungsfunktion....................................................................................84
2.5.5.3 PN-Diagramm und Eigenschaften der Übertragungsfunktion................................................85
2.5.5.4 Bode-Diagramm......................................................................................................................85
2.5.5.5 Wellenparameterfilter...............................................................................................................87
2.5.5.6 Übergang zur Betriebsparametertheorie.................................................................................90
2.5.6 Grundlagen der Verstärkung...................................................................................................91
2.5.6.1 Einführung...............................................................................................................................91
2.5.6.2 Grundlagen der Rückkopplung...............................................................................................91
Inhaltsverzeichnis
2.5.6.3 Auswirkungen der Gegenkopplung.........................................................................................92
2.5.6.4 Stabilität...................................................................................................................................93
2.5.6.5 Ein Versuch: Verstärkung
durch
Relais..................................................................................94
2.5.6.6 Verstärkervierpole....................................................................................................................95
2.5.6.7 Kennlinienfelder und Aussteuerung........................................................................................96
2.5.6.8 Operationsverstärker...............................................................................................................98
2.5.6.9 Netzwerkanalyseprogramm
SPICE
........................................................................................99
2.5.7 Grundlagen der Schwingungserzeugung .............................................................................100
2.5.7.1 Einführung .............................................................................................................................100
2.5.7.2 Einige Oszillatorschaltungen.................................................................................................102
2.5.7.3 Phasenregelkreis
(Phase-Locked Loop,
PLL)
......................................................................103
2.5.8 Verstärkung und Schwingungserzeugung bei hohen Frequenzen......................................106
2.6 Übertragung durch lineare Systeme...............................................................106
2.6.1 Einführung .............................................................................................................................106
2.6.1.1 Lineares Systeme und Übertragungsfunktion......................................................................106
2.6.1.2 Impulsantwort und Sprungantwort........................................................................................106
2.6.1.3 Berechnungsmethoden für das Übertragungsverhalten linearer Netzwerke.......................107
2.6.1.4 Weiteres Vorgehen................................................................................................................108
2.6.2 Übertragungsverhalten spezieller linearer Systeme.............................................................108
2.6.2.1 Ideaie Übertragung................................................................................................................108
2.6.2.2 Tiefpaß................................................................................................................................... 109
2.6.2.3 Hochpaß................................................................................................................................ 110
2.6.2.4 Bandpaß.................................................................................................................................111
2.6.3 Systemanalyse im Zeitbereich.............................................................................................. 112
2.6.4 Berechnung von Einschwingvorgängen mit der Laplacetransformation.............................. 112
2.6.5 Gruppenlaufzeit und verzerrungsfreie Übertragung............................................................. 115
2.6.6 Einfluß von Verzerrungen auf die Übertragung.................................................................... 117
2.7 Zufällige Signale................................................................................................117
2.7.1 Einführung............................................................................................................................. 117
2.7.2 Zeitmittelwerte....................................................................................................................... 117
2.7.3 Korrelationsfunktionen........................................................................................................... 118
2.7.4 Leistungsdichtespektrum, Wiener-Khintchine-Theorem.......................................................120
2.7.5 Rauschen ..............................................................................................................................121
2.8 Übertragungskanäle mit Störungen durch Rauschen..................................123
2.8.1 Einführung.............................................................................................................................123
2.8.2 Bitfehlerwahrscheinlichkeit eines Binärkanals......................................................................123
2.8.3 Prinzipien des Signalempfangs bei starken Störungen.......................................................124
2.8.3.1 Übersicht...............................................................................................................................124
2.8.3.2 Herleitung des signalangepaßten Filters
(Matched
Filter)...................................................125
2.8.3.3 Korrelationsempfang ............................................................................................................. 126
2.8.3.4 Radar-Zielextraktoren............................................................................................................127
2.9 Hinweise für die Weiterarbeit...........................................................................128
2.9.1 Vorbemerkung.......................................................................................................................128
10 Inhaltsverzeichnis
2.9.2 Digitale Signalverarbeitung (DSV)........................................................................................128
2.9.3 Netzwerkanalyse................................................................................................................... 128
3 Wellenausbreitung.....................................................................129
3.1 Beispiele für die Wellenausbreitung...............................................................129
3.1.1
Einführende*Überlegungen
...................................................................................................129
3.1.2 Weiteres Vorgehen................................................................................................................130
3.2 Einführung in die Maxwellschen Gleichungen..............................................130
3.2.1 Erinnerung an einige Grundlagen der Elektrotechnik und mathematische Hilfsmittel........130
3.2.2 Formen der Maxwellschen Gleichungen..............................................................................133
3.3 Leitungsgleichungen für TEM-Leitungen.......................................................134
3.3.1 Einführung.............................................................................................................................134
3.3.2 Differentialgleichungen der Leitung.......................................................................................136
3.3.3 Leitungsgleichungen bei sinusförmiger Erregung................................................................137
3.4 Ausbreitungsvorgänge bei TEM-Leitungen...................................... r.............139
3.4.1 Anschauliche Beschreibung..................................................................................................139
3.4.2 Rechnerischer Beweis der Wellenausbreitung auf einer verlustlosen Leitung...................140
3.4.3 Ausbreitung bei Sinuserregung.............................................................................................141
3.4.4 Vorgänge an einer Stoßstelle des Wellenwiderstandes.......................................................143
3.4.5 Gleichspannungs-Schaltvorgänge bei Stoßstellen an beiden Leitungsenden.....................144
3.5 TEM-Leitung mit Sinuserregung......................................................................147
3.5.1 Einführung .............................................................................................................................147
3.5.2 Vorüberlegungen...................................................................................................................147
3.5.2.1 Leitung als Vierpol.................................................................................................................147
3-5.2.2 Eingangswiderstand.............................................................................................................. 148
3.5.2.3 Leitungsgleichungen für verlustfreie Leitungen....................................................................148
3.5.3 Transformationseigenschaften verlustfreier Leitungen bei sinusförmiger Erregung............149
3.5.3.1 Einführung.............................................................................................................................149
3.5.3.2 Eingangswiderstand der verlustfreien Leitung......................................................................149
3.5.3.3 Reflexionsfaktor und
StromVSpannungsverteilung
..............................................................150
3.5.3.4 Reflexionsfaktorkarte und Smith-Diagramm.........................................................................153
3.5.3.5 Meßleitung.............................................................................................................................155
3.5.4 Übertragung auf verlustbehafteten Leitungen ......................................................................155
3.5.4.1 Einführung..................................................................................................................... .......155
3.5.4.2 Kenngrößen der Leitung bei verschiedener Frequenz.........................................................156
3.5.4.3 Leitungen der Übertragungstechnik......................................................................................158
3.5.4.4 Supraleitende Koaxialkabel...................................................................................................158
3.6 Gekoppelte Leitungen.......................................................................................159
3.6.1 Kopplungen zwischen Nachrichtenleitungen........................................................................159
Inhaltsverzeichnis 11
3.6.1.1 Nebensprechen.....................................................................................................................159
3.6.1.2 Richtkoppler...........................................................................................................................161
3.6.2 Beeinflussung von Nachrichtenleitungen durch energiereiche Systeme.............................161
3.6.2.1 Verursacher der Störungen und Gegenmaßnahmen...........................................................161
3.6.2.2 Ersatzschaltbild einer induktiv beeinflußten Fernmeldeleitung............................................163
3.7 Leitungen, die nicht vom TEM-Typ sind.........................................................164
3.7.1 Einführung.............................................................................................................................164
3.7.2 Hohlleiter ...............................................................................................................................165
3.7.3 Lichtwellenleiter.....................................................................................................................166
3.7.4 Streifenleiter..........................................................................................................................168
3.8 Ausbreitung im freien Raum............................................................................169
3.8.1 Einführung.............................................................................................................................169
3.8.2 Strahlung...............................................................................................................................169
3.8.3 Funkfeld mit ungestörter Ausbreitung...................................................................................171
3.8.4 Einflüsse auf die Ausbreitung in verschiedenen Wellenbereichen......................................172
3.8.5 Funktion der Antenne............................................................................................................173
3.8.5.1 Nahfeld..................................................................................................................................173
3.8.5.2 Doppelkegelleitung................................................................................................................174
3.8.5.3 Hertzscher Dipol....................................................................................................................175
3.8.6 Glossar: Antennenbegriffe.....................................................................................................176
3.9 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).....................................................177
3.9.1 Einführung.............................................................................................................................177
3.9.2 Einige Begriffsbestimmungen ...............................................................................................178
3.9.3 Beispiele für EMV-Probleme.................................................................................................179
3.9.4 Hinweise für die Weiterarbeit................................................................................................180
4 Nachrichtenverarbeitung...........................................................181
4.1 Einführung..........................................................................................................181
4.1.1 Bedeutung nachrichtenverarbeitender Systeme...................................................................181
4.1.2 Beispiel zur Nachrichtenverarbeitung: Taschenrechner.......................................................183
4.1.2.1 Bedienungselemente des Taschenrechners.........................................................................183
4.1.2.2 Anforderungen an einen Taschenrechner.............................................................................184
4.1.2.3 Blockschaltbild des Taschenrechners...................................................................................185
4.1.2.4 Ablauf einer Multiplikation.....................................................................................................185
4.1.2.5 Weitere Verarbeitungsabläufe...............................................................................................186
4.1.2.6 Erkenntnisse aus dem Beispiel............................................................................................187
4.1.3 Entwicklungslinien.................................................................................................................187
4.1.4 Überblick................................................................................................................................187
4.2 Codierung...........................................................................................................187
4.2.1 Einführung............................................................................................................................. 187
12 Inhaltsverzeichnis
4.2.2 Beispiel technisch wichtiger Codes....................................................................................188
4.2.2.1 Dualcode ...............................................................................................................................188
4.2.2.2 Graycode...............................................................................................................................189
4.2.2.3 Fehlersicherung durch Paritätsbit.........................................................................................189
4.2.2.4 Codes mit konstantem Gewicht („w aus
rV -Codes)
.............................................................191
4.2.2.5 Codes zur Darstellung von Dezimalziffern
(BCD-Codes)
....................................................191
4.2.2.6 Alphanumerische Codes.......................................................................................................192
4.2.3 Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzer........................................................................192
4.3 Digitaltechnik.....................................................................................................195
4.3.1 Algebra der Logik..................................................................................................................195
4.3.1.1 Grundoperationen..................................................................................................................195
4.3.1.2 Rechenregeln........................................................................................................................196
4.3.1.3 Funktionen zweier Veränderlicher.........................................................................................196
4.3.1.4 Funktionen von drei und mehr Veränderlichen....................................................................198
4.3.2 Schaltnetze............................................................................................................................ 199
4.3.2.1 Allgemeines...........................................................................................................................199
4.3.2.2 Disjunktive und
konjunktive
Normalform..............................................................................200
4.3.2.3 Vereinfachung von Schaltfunktionen.....................................................................................201
4.3.2.4 Schaltnetze mit mehreren Ausgängen..................,................................................................204
4.3.2.5 Programmierbare Logikbausteine.........................................................................................205
4.3.3 Schaltkreistechnologien........................................................................................ .................207
4.3.3.1 Diodenschaltkreise................................................................................................·................208
4.3.3.2
TTL-fTransistor-Transistor-Logik-JSchaltkreise
.....................................................................208
4.3.3.3 CMOS-Schaltkreise...............................................................................................................210
4.3.3.4 Kenndaten der Schaltkreisfamilien.......................................................................................211
4.3.3.5 Logische - reale Schaltung..................................................................................................212
4.3.4 Kippschaltungen und Flipflops..............................................................................................213
4.3.4.1 Einspeicher-RS-Kippglied......................................................................................................213
4.3.4.2 Mehrspeicher-RS-Kippglieder...............................................................................................216
4.3.4.3 Flipflop-Typen........................................................................................................................217
4.3.5 Schaltwerke...........................................................................................................................219
4.3.5.1 Grundbegriffe der Automatentheorie.....................................................................................219
4.3.5.2 Mealy-Automat......................................................................................................................220
4.3.5.3 Moore-Automat......................................................................................................................222
4.3.5.4 Schaltwerk-Synthese.............................................................................................................222
4.3.6 Zähler ....................................................................................................................................225
4.3.6.1 Synchrone Zähler..................................................................................................................225
4.3.6.2 Asynchrone Zähler................................................................................................................227
4.3.7 Registerblock.........................................................................................................................228
4.3.8 Prüfen und Testen digitaler Schaltungen..............................................................................229
4.4 Elemente eines Rechners.................................................................................232
4.4.1 Hardware-Baugruppen..........................................................................................................232
4.4.2 Informationsdarstellung.........................................................................................................234
4.4.2.1 Daten.....................................................................................................................................235
4.4.2.2 Befehle ..................................................................................................................................237
4.5 Prozessor............................................................................................................240
Inhaltsverzeichnis 13
4.5.1 Arithmetische und logische Verknüpfungen.........................................................................240
4.5.1.1 Addition und Addierwerk.......................................................................................................240
4.5.1.2 Rechenwerk für Addition und Subtraktion............................................................................243
4.5.1.3 Logische Verknüpfungseinheit..............................................................................................245
4.5.1.4 Arithmetisch-Logische Verknüpfungseinheit.........................................................................245
4.5.1.5 Schiebeoperationen...............................................................................................................246
4.5.1.6 Vergleichsoperationen...........................................................................................................247
4.5.2 Zusammenschalten von Registerblock und ALU.................................................................247
4.5.3 Rechenwerke.........................................................................................................................248
4.5.3.1 Statusregister........................................................................................................................248
4.5.3.2 Multiplikation..........................................................................................................................249
4.5.3.3 Division..................................................................................................................................251
4.5.3.4 Weitere Operationen des Rechenwerks...............................................................................252
4.5.3.5 Gleitpunkt-Rechenwerk.........................................................................................................252
4.5.4 Leitwerk.................................................................................................................................253
4.5.4.1 CISC
(Complex
Instruction
Set Computer)..........................................................................254
4.5.4.2 RISC
(Reduced Instruction Set Computer)
..........................................................................254
4.5.4.3 Der Ablauf von Befehlen.......................................................................................................255
4.5.4.4 Mikroprogramm-Steuerung...................................................................................................256
4.5.4.5 Befehlsablauf mit Mikroprogramm-Steuerung......................................................................258
4.5.4.6 Adressierung.........................................................................................................................260
4.5.4.7 Fließbandverarbeitung...........................................................................................................261
4.5.5 Verbindungsnetz....................................................................................................................263
4.5.5.1 Allgemeines...........................................................................................................................263
4.5.5.2 Bus-Systeme.........................................................................................................................263
4.5.6 Unterbrechung, Unterbrechungswerk...................................................................................266
4.5.6.1 Anwendungen........................................................................................................................266
4.5.6.2 Unterbrechung.......................................................................................................................267
4.5.6.3 Unterbrechungswerk.............................................................................................................267
4.5.7 Weiterentwicklungen .............................................................................................................268
4.5.7.1 Methoden...............................................................................................................................268
4.5.7.2 Beispiele................................................................................................................................270
4.5.7.3 Klassifizierung .......................................................................................................................271
4.6 Speicher..............................................................................................................273
4.6.1 Einleitung...............................................................................................................................273
4.6.2 Selektion................................................................................................................................274
4.6.3 Schreib-Lese-Speicher..........................................................................................................276
4.6.3.1 Speicherelement....................................................................................................................277
4.6.3.2 Speicherbaustein...................................................................................................................277
4.6.3.3 Aufbau des Speichers...........................................................................................................278
4.6.4 Festwertspeicher...................................................................................................................278
4.6.5 Sonderformen........................................................................................................................279
4.7 Programmierung................................................................................................281
4.7.1 Sprachebenen.......................................................................................................................281
4.7.1.1 Maschinensprache................................................................................................................281
4.7.1.2 Assemblersprache.................................................................................................................282
4.7.1.3 Problemorientierte Sprachen ................................................................................................282
14 ƒ Inhaltsverzeichnis
4.7.1.4 Maschinenunabhängige Zwischensprachen.........................................................................284
4.7.2 Programmiermethoden..........................................................................................................285
4.7.2.1 Strukturierte Programmierung...............................................................................................285
4.7.2.2 Modulare Programmierung ...................................................................................................287
4.7.2.3 Objektorientierte Programmierung........................................................................................287
4.7.3 ■ Datenstrukturen.....................................................................................................................288
4.7.3.1 Statische Strukturen..............................................................................................................288
4.7.3.2 Dynamische Strukturen.........................................................................................................289
4.7.3.3 Implementierungen................................................................................................................289
4.7.4 Softwaretechnik.....................................................................................................................291
4.8 Betrieb von Rechnern.......................................................................................293
4.8.1 Betriebssysteme....................................................................................................................293
4.8.2 Betriebsarten .........................................................................................................................294
4.8.3 Aufgaben eines Betriebssystems.........................................................................................295
4.8.3.1 Betriebsmittelverwaltung .......................................................................................................296
4.8.3.2 Speicherverwaltung...............................................................................................................296
4.8.3.3 Prozessorvergabe.................................................................................................................298
4.8.3.4 EinVAusgabe.........................................................................................................................299
4.8.3.5 Dateisystem...........................................................................................................................299
4.8.3.6 Schutz, Schutzkonzepte, Störer.........................................................................».................300
4.8.3.7 Bedienerschnittstelle ............................................................................................,................302
4.8.3.8 Beispiel für Weiterentwicklung..............................................................................................302
4.8.4 Systemprogramme................................................................................................................303
4.8.4.1 Editor................................................................!....................................................................303
4.8.4.2 Übersetzer.............................................................................................................................303
4.8.4.3 Binder und Lader..................................................................................................................306
4.8.4.4 Interpreter..............................................................................................................................307
4.8.4.5 Debugger...............................................................................................................................307
4.8.4.6 Browser.................................................................................................................................308
4.8.5 Datenbanken.........................................................................................................................308
4.9 Echtzeitverarbeitung.........................................................................................310
4.9.1 Prozeßrechner.......................................................................................................................310
4.9.1.1 Einsatzbeispiele von Prozeßrechnern..................................................................................310
4.9.1.2 Sicherheitskritische Anwendungen .......................................................................................311
4.9.1.3 Architektur .............................................................................................................................311
4.9.1.4 Bussysteme...........................................................................................................................312
4.9.1.5 Multitasking............................................................................................................................312
4.9.1.6 Echtzeit-Betriebssysteme......................................................................................................313
4.9.1.7 Prozeßperipherie...................................................................................................................313
4.9.2 Einchip-Mikrocontroller..........................................................................................................313
4.10 Anwendungen....................................................................................................314
4.10.1 Grafische Datenverarbeitung................................................................................................314
4.10.2 Künstliche Intelligenz ............................................................................................................315
4.10.3 Multimedia.............................................................................................................................315
4.10.4 Virtuelle Realität....................................................................................................................316
Inhaltsverzeichnis 15
4.11 Eigenschaften nachrichtenverarbeitender Systeme......................................316
4.11.1 Leistung.................................................................................................................................316
4.11.2 Sicherheit...............................................................................................................................317
4.11.3 Zuverlässigkeit.......................................................................................................................318
5 Nachrichtenübertragung...........................................................319
5.1 Einführung..........................................................................................................319
5.2 Modulation..........................................................................................................319
5.2.1 Einführung.............................................................................................................................319
5.2.1.1 Grundbegriffe der Modulation...............................................................................................319
5.2.12 Einführendes Beispiel: Lineare Modulation..........................................................................319
5.2.2 Übersicht über die Modulationsverfahren.............................................................................323
5.2.3 Amplitudenmodulation (AM)..................................................................................................323
5.2.4 Einseitenband-Verfahren.......................................................................................................327
5.2.4.1 Einseitenbandmodulation ohne Träger.................................................................................327
5.2.4.2 Restseitenbandmodulation....................................................................................................329
5.2.5 Winkelmodulation..................................................................................................................329
5.2.5.1 Grundlagen der Frequenz- und Phasenmodulation.............................................................329
5.2.5.2 Schaltungsbeispiele zur Winkelmodulation ..........................................................................332
5.2.6 Modulation eines Sinusträgers durch digitale modulierende Signale
(ASK,
FSK, PSK) .... 336
5.2.6.1 Grundlagen des PSK-Verfahren...........................................................................................336
5.2.6.2 Realisierung von PSK-Modems............................................................................................337
5.2.7 Wertkontinuierliche Pulsmodulationsverfahren.....................................................................340
5.2.7.1 Übersicht...............................................................................................................................340
5.2.7.2 Pulsamplitudenmodulation
(РАМ)
.........................................................................................340
5.2.8 Wertdiskrete Pulsmodulationsverfahren ...............................................................................340
5.2.8.1 Pulscodemodulation (PCM) ..................................................................................................340
5.2.8.2 DPCM, Deltamodulation und verwandte Verfahren.............................................................341
5.2.8.3 Vergleich der verschiedenen Verfahren................................................................................343
5.3 Übertragungsstrecke.........................................................................................343
5.3.1 Einführung.............................................................................................................................343
5.3.1.1 Was ist „gute Übertragungsqualität ?...................................................................................343
5.3.1.2 Allgemeine Definitionen zur Nachrichtenübertragung..........................................................344
5.3.2 Richtungstrennung ................................................................................................................346
5.3.2.1 Aufgaben und Lösungswege................................................................................................346
5.3.2.2 Echos und deren Bekämpfung.............................................................................................347
5.3.3 Analoge Übertragung............................................................................................................349
5.3.3.1 Übertragungsstrecken mit Verstärkern.................................................................................349
5.3.3.2 Einfluß von Verzerrungen und Störungen............................................................................350
5.3.3.3 Störabstandsgewinn durch Modulation.................................................................................351
5.3.4 Digitale Übertragung.............................................................................................................353
5.3.4.1 Digitale Übertragungsstrecke................................................................................................353
5.3.4.2 Spektrum des Digitalsignals und benötigte Kanalbandbreite...............................................354
5.3.4.3 Störeinflüsse..........................................................................................................................355
16 Inhaltsverzeichnis
5.3.4.4 Empfang und Regenerierung................................................................................................356
5.3.4.5 Jitterprobleme........................................................................................................................357
5.3.4.6
Adaptive
Systeme.................................................................................................................358
5.3.5 Verzerrungen durch Mehrwegeausbreitung..........................................................................358
5.4 Nachrichten- und Signalaufbereitung.............................................................359
5.4.1 Einführung.............................................................................................................................359
5.4.2 Quellencodierung..................................................................................................................361
5.4.3 Kanalcodierung......................................................................................................................363
5.4.3.1 Einführung.............................................................................................................................363
5.4.3.2 Grundideen der Kanalcodierung anhand einfacher Beispiele..............................................364
5.4.3.3 Moderne Kanalcodierungsverfahren.....................................................................................366
5.4.4 Kryptologie.............................................................................................................................367
5.5 Multiplexbildung................................................................................................367
5.5.1 Einführung.............................................................................................................................367
5.5.2 Trägerfrequenztechnik (TF-Technik).....................................................................................367
5.5.3 PCM-Grundsystem................................................................................................................368
5.5.4 Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH)............................................................... ...............369
5.5.5 Synchrone Digitale Hierarchie (SDH)...................................................................................371
5.5.6
Asynchronous
Transfer Mode (ATM)....................................................................................372
5.5.6.1 Grundprinzip..........................................................................................................................372
5.5.6.2 ATM als Grundlage des B-ISDN..........................................................................................373
5.5.6.3 ATM-Vermittlung....................................................................................................................374
5.6 Übertragung auf Kupferleitungen....................................................................375
5.6.1 Einführung.............................................................................................................................375
5.6.2 PCM-Übertragungsstrecke....................................................................................................375
5.6.3 Power
Une Carrier (PLC)
.....................................................................................................375
5.6.4 ADSL und
HDSL...................................................................................................................
376
5.7 Übertragung auf Funkwegen............................................................................376
5.7.1 Einführung.............................................................................................................................376
5.7.2 Richtfunk................................................................................................................................376
5.7.2.1 Einfluß der Ausbreitungsbedingungen auf die Systemkonzeption.......................................376
5.7.2.2 Richtfunksysteme..................................................................................................................379
5.7.3 Scattersysteme......................................................................................................................380
5.7.4 Nachrichtensatelliten.............................................................................................................380
5.7.4.1 Grundlagen............................................................................................................................380
5.7.4.2 Entwicklungstendenzen.........................................................................................................383
5.8 Optische Nachrichtenübertragung..................................................................383
5.8.1 Einführung.............................................................................................................................383
5.8.2 Von der elektrischen zur optoelektrischen Übertragung......................................................383
Inhaltsverzeichnis 17
5.8.3 Optische Freiraumübertragung.............................................................................................387
5.8.4 Bausteine der Lichtwellenleiterübertragung..........................................................................387
5.8.4.1 Einführung.............................................................................................................................387
5.8.4.2 Fasereigenschaften...............................................................................................................387
5.8.4.3 Sender...................................................................................................................................389
5.8.4.4 Empfänger {optoelektrische Wandler)..................................................................................392
5.8.4.5 Verbindungstechniken...........................................................................................................395
5.8.4.6 Einige spezielle Komponenten..............................................................................................397
5.8.5 Lichtwellenleiter-Übertragungssysteme................................................................................398
5.8.5.1 Einführung.............................................................................................................................398
5.8.5.2 Systemeigenschaften............................................................................................................399
5.8.5.3 Meßtechnik............................................................................................................................401
5.8.5.4 Optische Multiplexbildung und Richtungstrennung..............................................................404
5.8.5.5 Solitonen................................................................................................................................404
5.8.6 Kohärente Systeme...............................................................................................................405
5.8.6.1 Einführung.............................................................................................................................405
5.8.6.2 Begriffsbestimmungen anhand „elektrischer Übertragungsverfahren................................405
5.8.6.3 Probleme und Lösungswege bei kohärenten optischen Übertragungsverfahren................407
5.8.6.4 Systembeispiele....................................................................................................................409
5.8.7 Optische Verstärker...............................................................................................................409
5.8.7.1 Einführung.............................................................................................................................409
5.8.7.2 Halbleiterverstärker...............................................................................................................410
5.8.7.3 Faserverstärker.....................................................................................................................411
5.8.7.4 Vergleich: Halbleiter- und Faserverstärker...........................................................................412
5.8.8 Optoelektronische Integration (OEIC)...................................................................................413
5.8.8.1 Ein einführendes Beispiel .....................................................................................................413
5.8.8.2 Motivationen für OEIC...........................................................................................................413
6 Nachrichtenvermittlung.............................................................415
6.1 Einführung..........................................................................................................415
6.2 Entwicklung der Durchschaltevermittlung.....................................................415
6.2.1 Direktwahlsysteme im Ortsnetz............................................................................................415
6.2.2 Klassische Ortsvermittlungssysteme mit indirekter Steuerung............................................418
6.2.3 Klassisches Landesfernwahlnetz..........................................................................................418
6.2.4 Zeichengabe..........................................................................................................................420
6.2.5 Rechnergesteuerte digitale Vermittlung................................................................................422
6.3 Nachrichtenverkehrstheorie.............................................................................423
6.3.1 Einführung.............................................................................................................................423
6.3.2 Eigenschaften des Fernsprechverkehrs...............................................................................424
6.3.3 Verlustsysteme......................................................................................................................426
6.3.3.1 Charakteristische Verkehrsgrößen........................................................................................426
6.3.3.2 Herleitung der Erlangschen Verlustformel............................................................................427
6.6.3.3 Berechnung von Verlustsystemen........................................................................................429
6.3.4 Wartesysteme........................................................................................................................432
18 Inhaltsverzeichnis
6.3.4.1 Beschreibung und charakteristische Größen.......................................................................432
6.3.4.2 Komplexere Wartesysteme...................................................................................................435
.6.3.5 Simulation von Nachrichtensystemen...................................................................................436
6.4 Einführung in die Paketvermittlung................................................................436
6.4.1 Vermittlungsprinzipien für Rechnerkommunikation...............................................................436
6.4.2 Kommunikationsbeziehungen ...............................................................................................438
6.5 Das ISO-Referenzmodell...................................................................................439
6.5.1 Grundgedanken.....................................................................................................................439
6.5.2 7-Schichten-Modell................................................................................................................440
6.6 Verteilte Systeme...............................................................................................441
6.6.1 Einführung.............................................................................................................................441
6.6.2 Vielfachzugriff........................................................................................................................441
6.6.2.1 Verteilte Vermittlung beim Satelliten-Vielfachzugriff.............................................................441
6.6.2.2 Beispiel CDMA: SSMA-System............................................................................................443
6.6.3 Lokale Netze .........................................................................................................................443
6.6.3.1 Zugriffsverfahren ...................................................................................................................443
6.6.3.2 FDDI .....................................................................................................................:................446
6.6.3.3 DQDB....................................................................................................................:...............448
6.7 ISDN....................................................................................................................449
6.7.1 Einführung.............................................................................................................................449
6.7.2 ISDN-Basisanschluß.............................................................................................................449
6.7.3 Zeichengabe..........................................................................................................................451
6.8 Internet................................................................................................................451
6.8.1 Einführung.............................................................................................................................451
6.8.2 Zugang zum Internet.............................................................................................................453
6.8.3 Internet-Dienste.....................................................................................................................453
6.8.4 World Wide Web (WWW).....................................................................................................453
6.8.5 Entwicklungstendenzen.........................................................................................................454
6.9 Netzmanagement...............................................................................................455
6.9.1 Einführung.............................................................................................................................455
6.9.2 Einführung in die ASN.1 - Kommunikationsplattform...........................................................456
6.9.3 Netzstruktur...........................................................................................................................456
6.9.4 Entwicklungstendenzen.........................................................................................................456
7 Teilnehmeranschluss.................................................................457
7.1 Einführung..........................................................................................................457
Inhaltsverzeichnis 19
7.2 Klassischer Fernsprechanschluss..................................................................457
7.2.1 Leitungen im Teilnehmeranschlussbereich...........................................................................457
7.2.2 Datenübertragung im Sprachkanal.......................................................................................458
7.2.3 Möglichkeiten zur Mehrfachnutzung.....................................................................................458
7.2.4 Alternativen zur klassischen Fernsprechleitung...................................................................460
7.3
ISDN (Integrated
Services Digital Network)....................................................460
7.4 Mobilkommunikation.........................................................................................461
7.4.1 Einführung.............................................................................................................................461
7.4.2 Probleme und Lösungswege................................................................................................461
7.4.2.1 Zellulare Strukturen...............................................................................................................461
7.4.2.2 Basisstationen: Terrestrisch oder Satellit?............................................................................462
7.4.2.3 Mehrwegeausbreitung...........................................................................................................463
7.4.2.4 Modulation und Codierung....................................................................................................463
7.4.2.5 Muttiplexbildung und Vielfachzugriff......................................................................................464
7.4.2.6 Weitere Probleme und Lösungswege...................................................................................465
7.4.3 Mobilfunkstandard GSM........................................................................................................465
7.4.3.1 Einführung.............................................................................................................................465
7.4.3.2 Kanäle für Zeichengabe und Steuerung...............................................................................466
7.4.3.3 Verbindungsaufbau................................................................................................................466
7.4.3.4 Betrieb der Mobilstation ........................................................................................................468
7.5 Persönliche Kommunikation............................................................................469
7.6 Zukünftiges Mobilnetz für Kommunikation, Ortung und Navigation..........469
7.6.1 Einführung.............................................................................................................................469
7.6.2 Funkkonzentrator...................................................................................................................470
7.6.3 Vorhandene Fernsprechleitungen als ideale Basis für ein Mobilnetz..................................472
7.6.4 Vermittlungstechnik...............................................................................................................472
7.6.5 Beispiel für die Systemorganisation .....................................................................................473
7.6.6 Eigenschaften des vorgeschlagenen Netzes.......................................................................474
7.6.6.1 Flächendeckende Installation von NTR................................................................................474
7.6.6.2 Vorteile des Übermittlungssystem........................................................................................475
7.6.6.3 Integrierte Ortung und Navigation.........................................................................................475
8 Ortung und Navigation.............................................................477
8.1 Einführung..........................................................................................................477
8.2 Radar...................................................................................................................478
8.3 Global
Positioning
System (GPS)....................................................................479
8.3.1 Aufgaben und Lösungswege................................................................................................479
20 Inhaltsverzeichnis
8.3.2 Wesentliche Systemeigenschaften.......................................................................................480
8.3.3 Ergänzungen und Anwendungen..........................................................................................481
8.3.3.1 Differential-GPS.....................................................................................................................481
8.3.3.2 Pseudolit................................................................................................................................481
8.3.3.3 Integritätsprütung...................................................................................................................482
8.3.3.4 v Synchronisation weltweiter Nachrichtennetze......................................................................482
9 Nachrichtentechnik im Menschen...........................................483
/
9.1 Einführung..........................................................................................................483
9.2 Nervenzelle.........................................................................................................483
9.3 Vermutungen zur Arbeitsweise des Gehirns.......,..........................................487
Literatur.....................................................................................................488
Sachwortverzeichnis...............................................................................513
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| author | Herter, Eberhard 1934- Lörcher, Wolfgang |
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| discipline | Elektrotechnik Elektrotechnik / Elektronik / Nachrichtentechnik |
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