Lösungen Kommunikationstechnik (Juni 2016)

Unser Stromweltsponsor dieser Ausgabe:

Aufgabe 1

Die ersten beiden Bilder zeigen eine geführte Übertragung. Zwischen Sender und Empfänger befindet sich eine Leitung zur Übertragung von elektrischen oder optischen Signalen. Beim dritten Bild, einer ungeführten Übertragung, dient der freie Raum zur Übertragung elektromagnetischer Wellen.

Aufgabe 2

Aufgabe 3

  • Vorteile der Digitaltechnik: einfache Speicherung von Daten, gedämpfte Signale können verstärkt und regeneriert werden, günstige Herstellung digitaler Geräte, optimale Störsicherheit, hohe Integrationsdichte, leichtes Ablesen von digitalen Anzeigen usw.
  • Nachteile der Digitaltechnik: Anzahl benötigter Schaltungsbestandteile um ein Vielfaches höher als bei analogen Systemen, nur endlich viele Zustände sind unterscheidbar, Informationsverlust bei der Umwandlung in digitale Informationen, analoge Anzeigen sind anschaulicher usw.

Aufgabe 4

Aufgabe 5

BER bedeutet Bitfehlerrate resp. Bitfehlerhäufigkeit. Es ist ein Gütemerkmal von digitalen Übertragungssystemen und es sagt aus, pro wie viele empfangene Bits ein Bit fehlerhaft ist. Im vorliegenden Falle ist pro 1‘000‘000 empfangene Bits ein Bit fehlerhaft.

Aufgabe 6

Meistens sind die zu übertragenden Signale nicht für den Übertragungskanal geeignet. Sie müssen entsprechend angepasst werden, was man Modulieren nennt. Zugleich soll damit die verfügbare Bandbreite/Bitrate des Übertragungskanals besser genutzt werden. Auf der Empfängerseite werden die Signale wieder in ihre Ausgangsform gebracht, was als demodulieren bezeichnet wird. Grundsätzlich wird zwischen analogen und digitalen Modulationen unterschieden. Bei den analogen Modulationen sind es sinusförmige und bei den digitalen Modulationen pulsförmige Trägersignale.

analoge Modulationen → sinusförmige Träger

digitale Modulationen → pulsförmige Träger

Amplitudenmodulation (AM)

Pulsamplitudenmodulation (PAM)

Frequenzmodulation (FM)

Pulsdauermodulation (PDM)

Phasenmodulation (PM)

Pulsphasenmodulation (PPM)

 

Pulsfrequenzmodulation (PFM)

Aufgabe 7

ISO/OSI-Schicht

Bezeichnung

mögliche Aufgaben

Layer (Schicht) 7

Application Layer
Anwendungsschicht

Dateneingabe und Datenausgabe
Netzwerkapplikationen: z.B. E-Mail →Mailserver

Layer (Schicht) 6

Presentation Layer
Darstellungsschicht

Datenumwandlung in ein geeignetes Format
Datenkompression und Kryptographie

Layer (Schicht) 5

Session Layer
Sitzungsschicht

Organisiert Dialog zwischen den Endsystemen,
Übertragungsabstimmung zwischen Prozessen

Layer (Schicht) 4

Transport Layer
Transportschicht

Stellt Verbindung zwischen anwendungs- und transportorientierten Schichten her.
Daten zerlegen und zusammensetzen, Fehlerkontrolle

Layer (Schicht) 3

Network Layer
Vermittlungsschicht

Steuert Kommunikation zwischen den
verschiedenen Endgeräten

Layer (Schicht) 2

Data Link Layer
Sicherungsschicht

Fehlererkennung, teilweise Fehlerbehebung,
Zugriff zum Medium

Layer (Schicht) 1

Physical Layer
Bitübertragungsschicht

Schnittstelle zum Übertragungsmedium;
Kanalcodierung, Modulation

Schicht 1 – 4 = transportorientiert; Schicht 5 – 7 = anwendungsorientiert

Aufgabe 8

  • Header = Kopf → Kopfdaten / Jede Schicht ergänzt die erhaltene Nachricht mit einer eigenen zusätzlichen Kopfinformation.
  • Trailer ist ein «Anhänger» mit einer Prüfsumme zur Sicherung der Übertragung.
  • Overhead: Allgemeine Bezeichnung für Daten, die bei der Übermittlung von Informationen zusätzlich übertragen werden, aber keine Nutzdaten sind.
  • Protokolle dienen für den Austausch von Daten zwischen Prozessoren (PC), welche in einem Netzwerk miteinander verbunden sind. Jede Schicht verfügt über eigene Protokolle.
  • Protokollstapel = Protocolstack / Bei einer Datenübertragung sind mehrere Protokolle involviert. Die Summe der aufeinander aufbauenden Protokolle nennt man Protokollstapel.
  • Einkapselung = Encapsulation / Jede Schicht nimmt die Daten der darüber liegenden Schicht, verarbeitet sie gemäss Auftrag und ergänzt sie mit einem Protokollkopf (Header) und evt. Trailer. Die Daten werden dabei auf jeder Schicht «eingepackt».
  • Protokolldateneinheit = Protocol Data Unit / Die von den oberen Schichten erhaltenen Daten inkl. Header / Trailer bilden zusammen eine Protokolldateneinheit (PDU). Je nachdem von welchem Layer man ausgeht, bezeichnet man sie als Bit, Rahmen (Frame), Paket und Segment. Paket ist der allgemeine Begriff.

Aufgabe 9

In einem IP-Netzwerk besteht keine Verbindung zwischen Sender und Empfänger. Die IP-Datagramme, welche vorerst in diese Datenformate umgewandelt werden mussten, besitzen die Empfängeradresse und werden so von den Routern im Netz abschnittweise bis zum Empfänger weitergeleitet. Diese IP-Datagramme können zudem unterschiedliche Wege nutzen, was beim Empfänger Einfluss auf die Reihenfolge der Datagramme haben kann. Je nach Netzbelastung und Geschwindigkeit der Aktivkomponenten (Switch, Router, ...) werden diese Daten auch noch unterschiedlich lange zwischengespeichert.

Mit Delay wird die Ende-zu-Ende-Verzögerung der Sprachpakete beschrieben. Sie ist ein wichtiges Kriterium für die Sprachqualität und sollte möglichst klein sein (max. 150 ms).

Beim Sender werden alle Datagramme in gleichmässigen Abständen gesendet. Beim Empfänger kommen sie in unregelmässigen und evtl. in vertauschter Reihenfolge an. Diese Schwankungen in den Paketlaufzeiten bezeichnet man als Jitter (= Schwankungen der Verzögerung). Mit Hilfe eines Jitterbuffers beim Empfänger versucht man die Verzögerungsschwankungen auszugleichen.

Aufgabe 10

  • UTP: unshielded twisted pair ⇒ die einzelnen, verdrillten Paare sind ungeschirmt und das Kabel besitzt auch keinen Gesamtschirm
  • F/UTP: foiled unshielded twisted pair ⇒ die einzelnen, verdrillten Paare sind ungeschirmt, aber das Kabel besitzt einen Folienschirm (aluminiumkaschierte Kunststofffolie)
  • S/UTP: screened unshielded twisted pair ⇒ die einzelnen, verdrillten Paare sind ungeschirmt, aber das Kabel besitzt einen metallischen Schirm (Kupfergeflechtsschirm)
  • S/FTP: screened foiled twisted pair ⇒ die einzelnen, verdrillten Paare sind von einem Folienschirm umgeben (aluminiumkaschierte Kunststofffolie) und das Kabel besitzt einen metallischen Schirm (Kupfergeflechtsschirm)

Aufgabe 11

Die vom Installateur eingesetzten Komponenten (Netzwerkkabel, Patchkabel, Stecksysteme, Rangierfelder usw.) müssen bestimmten Qualitätsanforderungen entsprechen. Die Hersteller teilen ihre einzelnen Produkte einer bestimmten Kategorie (z.B. Cat. 6A) zu. Für die verschiedenen Kategorien gibt es wiederum Normen, so dass ein einheitlicher Qualitätsstandard sichergestellt wird. Je höher die Kategorie, desto besser sind ihre Eigenschaften und dadurch die Performance (Leistungsfähigkeit) der Produkte.

Die Kategorie beschreibt demnach die Eigenschaften der einzelnen Komponenten im Auslieferungszustand aus der Fabrik.

Ausfgabe 12

Channel Link ist die Strecke von der Kommunikationssteckdose zum Verteilfeld im Etagenverteiler einschliesslich Anschlusskabel des Endgerätes und Patchkabel. Der Channel Link entspricht somit der kompletten passiven Verkabelungsstrecke.

Aufgabe 13

  • GAN = Global Area Network (globales Netzwerk)
  • WAN = Wide Area Network (vernetzt Rechner / Netze über Länder und Kontinente)
  • MAN = Metropolitan Area Network (Netzwerk in der Grösse einer Stadt / Stadtgebiet)
  • LAN = Local Area Network (lokales Netzwerk, meist innerhalb eines Gebäudes)
  • WLAN = Wireless Local Area Network (kabelloses lokales Netzwerk)
  • PAN = Personal Area Network (durch Kleingeräte aufgebautes Netzwerk)
  • WPAN = Wireless Personal Area Network (kabelloses durch Kleingeräte aufgebautes Netzwerk)

Aufgabe 14

ACR (Attenuation to crosstalk ratio) ist ein für die Übertragungsqualität wichtiger Faktor und beschreibt den Abstand des Nutzsignals zum Störsignal. Ermittelt werden kann ACR indem von der Nahnebensprechdämpfung (NEXT) die Dämpfung der Verkabelungsstrecke (ATT) subtrahiert wird: ACR [dB] = NEXT [dB] – ATT [dB]

Aufgabe 15

Wie für Kupferkabel hat man auch für Glasfasertypen Kategorien eingeführt. Die Abkürzung OM steht dabei für optical Multimode und die Abkürzung OS für optical Singlemode.

Zur Übertragung optischer Signale werden in der Glasfasertechnik nur bestimmte Fenster (optische Fenster) verwendet. Die Angabe dieser Fenster erfolgt mit der Wellenlänge λ (Lambda). Bei allen OM-Klassen sind die Dämpfungswerte mit den Wellenlängen von 850nm und 1’310nm gleich, dafür sind die Bandbreitenlängenprodukte unterschiedlich. Die Tabelle soll das ganze etwas besser veranschaulichen:

Kategorie

Farbe

Fasertyp

Dämpfung in dB/km

Bandbereitenlängenprodukt

850 nm

1310 nm

850 nm

1310 nm

OM1

orange

G62.5/125

3.5

1.5

200 MHz ⋅ km

500 MHz ⋅ km

OM2

orange

G50/125

3.5

1.5

500 MHz ⋅ km

500 MHz ⋅ km

OM3

aqua

G50/125

3.5

1.5

1500 MHz ⋅ km

500 MHz ⋅ km

OM4

aqua oder
magenta

G50/125

3.5

1.5

3500 MHz ⋅ km

500 MHz ⋅ km

Kategorie

Farbe

Fasertyp

Dämpfung in dB/km

1310 nm

1550 nm

OS1

gelb

E9/125

1.0

1.0

OS2

gelb

E9/125

0.4

0.4

Aufgabe 16

Kategorie

max. Betriebsfrequenz

Stecksystem

Anwendungsbeispiele

5

100 MHz

RJ45

100Base-TX (Fast Ethernet)
1GBase-T (Gigabit Ethernet)

5e

100 MHz

RJ45

100Base-TX (Fast Ethernet)
1GBase-T (Gigabit Ethernet)
bessere Prüfnormen als Cat. 5

6

250 MHz

RJ45

10GBase-T
z.B. für Sprach-, Daten- und
Videoübertragung

6A

500 MHz

RJ45

10GBase-T
z.B. für High Speed Netze

7

600 MHz

GG45 oder TERA

1GBase-TX
10GBase-T
z.B. für Breitband TV (CATV)

7A

1 GHz

GG45 oder TERA

1GBase-TX
10GBase-T
z.B. für Multimedia – Netze

Aufgabe 17

Multimode

A = Primärummantelung, Faserbeschichtung (Coating)
B = Mantelglas (Cladding)
C = Kernglas (Core)

a = 50 μm / 62.5 μm
b = 125 μm
c = 250 μm

Singlemode

A = Primärummantelung, Faserbeschichtung (Coating)
B = Mantelglas (Cladding)
C = Kernglas (Core)

a = 9 μm
b = 125 μm
c = 250 μm

Aufgabe 18

Ein grüner Stecker (APC mit 8° Schrägschliff) darf nicht mit einem blauen Stecker (PC mit 0° Schliffwinkel) zusammengesteckt werden. Im schlimmsten Falle werden beide fiberoptischen Stecker beschädigt.

Aufgabe 19

a) Spleissdämpfung

b) Faserunterbruch oder Faserende

c) Steckerdämpfung

d) Leitungsdämpfung