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Wie entsteht ein 2 Mbit/s Signal?

Wird in den Telefonhörer gesprochen, entsteht im Mikrofon eine elektrische Welle.
Diese Welle ist ein *Analog-Signal.
Analog heißt, dass der Spannungswert proportional ist zu der Tonschwingung.
"Analog = entsprechend"

Das Bandbreiten-Spektrum, welches in der Telefonie benutzt wird,
erstreckt sich von 300-3400 Hz.
Es wird durch einen Bandpaß* in seinen Frequenzen begrenzt.
*(Ein Bandpaß läßt nur einen bestimmten Frequenz-Bereich hindurch,
und alles was davor oder dahinter liegt, wird heraus gefiltert und nicht Übertragen.)

PCM Fernsprechkanal - Abtastung nach ITU

Ausgangspunkt: Analoger ITU - Fernsprechkanal

fA = 8 kHz

Abtastperiode

TA= 1/fA = 1/8000 Hz = 125 µ Sekunden

Die gewählte Abtastfrequenz ist höher als nach dem Shannon Abtast-Theorem erforderlich.
(3400 Hz obere Bandgerenze ergibt 6800 Hz Abtastfrequenz).

Für die höhere Abtastfrequenz sprechen auch technische Gründe.
(Siehe auch die Info zur HiFi Technik!! - weiter unten)

 


Das Bild zeigt die Bandbreitenbegrenzung und die Pulsamplitudenmodulation.

Info: !! (Audio-Signale in der Hi-Fi Technik werden mit 44,8 kHz abgetastet,
da der menschliche Hörbereich sich je nach Lebensalter von ca. 50-20000 Hz erstreckt.!!)

 

Der Bereich zwischen jeder Linie entspricht einem Zeitraum von 125 µ-Sekunden,
in denen ein Meßwert ermittelt wird.

Also wird das Signal 8000 mal in der Sekunde abgetastet.

Die dadurch ermittelten Momentwerte (PAM Impulse) werden quantisiert und dann mit 8-Bit-codiert.

 

Quantisieren:

Der analoge Meßwert wird anhand einer 13 Segment-Kompanderkennlinie quantisiert.

Nichtlineares Quantisieren: Wenn ein kleines Signal auf lineare weise codiert und übertragen wird,
werden das Rauschen und all die anderen Störungen in gleichem Maße übertragen und das eigentliche Signal geht dabei unter.
Bei der nichtlinearen Quantisierung wird das Signal, egal welche Amplitudenhöhe es besitzt,
immer mit der gleichen Anzahl von Bits codiert, und somit ein genauerer Wert ermittelt.
Dazu wird das PAM Signal aufgrund seiner Höhe in die 13 Segment-Kompanderkennlinie eingepaßt.

Somit werden auch kleine Signalwerte mit der gleichen Menge an Bits codiert.

 

13 Segment-Kompanderkenlinie

Bei großen Amplitudenproben hat man große Intervalle,
bei kleinen Amplitudenproben kleine Intervalle und
bei kleinsten Amplitudenproben kleinste Intervalle.
Wegen der leichteren technischen Realisierung wurden die 256 Stufen nicht unterschiedlich groß gewählt,
sondern es werden Abschnitte definiert, innerhalb derer die Quantisierungsintervalle gleich groß sind.
Diese Abschnitte nennt man Segmente.
Der gesamte Amplitudenbereich besteht wiederum aus mehreren Segmenten innerhalb derer die Quantisierungsintervalle aber von Segment zu Segment unterschiedlich groß sind.

Dadurch wird das Signal, egal welchen Pegel es hat, immer mit der gleichen Qualität übertragen.

Danach wird das quantisierte Signal codiert.

Wenn das Signal nun pulsamplitudenmoduliert, quantisiert und codiert ist,
ergibt sich daraus ein Signal mit 64 k-Bit/s:

8 Bit x 8000 Werte in der Sekunde = 64000 Bit/s = 64 k bit / s

Dieses Signal wird mit 29-30 anderen Nutzkanälen in eine 2 Mega-Bit/s gemultiplext.

Hier eine Grafik Zum Zeitmultiplexen (TDM - Time Division Multiplexing):

In der Grafik sind nur 4 Kanäle/Bitströme gezeigt,
bei uns sind es aber 30-31 Nutz-Kanäle, die abgetastet werden !!

Aufbau der 2 Mb/s

Diese 2 MB/s Leitung hat eine Bitrate von 2048 k Bit / s,
teilt man die 2048kB durch die 64 k Bit (Pro Nutz-Kanal),
erhält man 32 Signale bzw. Zeitschlitze.

Die 2 MB ist wie folgt aufgeteilt:

Sie besteht aus 32 Timeslots (TS 0 - TS 31)   (Timeslot = Zeitlage, oder „Zeitschlitz“)

TS 0 Synchronisation (1 x 64 k)
TS 1 - 15Nutzkanäle (15 x 64 k)
TS 16Signalisierung (1 x 64 k)
TS 17- 31Nutzkanäle (15 x 64 k)

Die tatsächliche Nutzung der Timeslots kann national oder international variieren,

z.B.: TS 1 kann auch Signalisierung sein, und TS 16 ein Nutzkanal.

Multiplexen, oder:

Wie kommen die 64 k Bit / s Signale in die 2 Mb ?

Die 64 k Kanäle werden Bitweise abgetastet, das heißt:

30-31 Leitungen werden innerhalb von 3,9 µ Sekunden abgetastet,
und diese jeweiligen Bits (null oder eins) werden nacheinander auf die Leitung geschrieben.

Die Synchronisation und Signalisierungsinformationen werden ebenfalls hinzu gefügt.

Die ankommenden Signale haben eine Geschwindigkeit von 64 k, die abgehende Leitung muß immer das vielfache der eingehenden Leitungen haben.

Da wir 30 Nutzkanäle und je einen Kanal für Synchronisation und Signalisierung haben, kommen wir auf die 32-fache Geschwindigkeit der abgehenden Leitung.

32 Kanäle x 64 kBit/s = 2048 k Bit/s = 2 Mb/s

Diese 2 Mb wird dann in einen C-12 gemappt,
welcher dann nach Hinzufügen des Path Overhead zu einer VC-12 wird...

Zusammenfassung:

Abtasten --> quantisieren --> codieren --> multiplexen --> mappen --> übertragen

An dieser Stelle geht es demnächst weiter in der SDH Einführung

 

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