Vorlesung NT Tl.1

Prof. Dr. Joachim Wiebe Datenübertragungsnetze/Übertragungstechnik 

FH OOW / Fachb. Technik / Studiengang Elektrotechnik u. Automatisierungstechnik Seite 1-1 

Datenübertragungsnetze / Übertragungstechnik 

1. Einführung und Grundbegriffe 

Inhalt 

1.1 Historische Entwicklung 

1.2 Abgrenzung der Übertragungstechnik innerhalb der Nachrichtentechnik 

1.3 Übertragungssysteme 

1.4 PCM-Technik: Pulse-Code-Modulation 

1.5 Multiplexbildung 

1.6 Beispiel zur Nachrichtenübertragung: Rundfunk 

1.7 Ausführliches Beispiel: Fernsprechnetz 

1.8 Ausführliches Beispiel: Mobilfunknetze ( GSM-Standard ) 

1.9 Wichtige Standardisierungsgremien 

2. Eigenschaften digitaler Nachrichtensignale 

2.1 Abgrenzung zu analogen Signalen 

2.2 Nachrichtensignale sind Zufallsfunktionen 

2.3 Autokorrelationsfunktion ( = AKF ) und Leistungsdichtespektrum 

2.4 Amplitudendichtespektren digitaler Signale 

2.5 Vor- und Nachteile digitaler Signale gegenüber analogen 

3. Systeme und ihr Übertragungsverhalten 

3.1 Systemtheorie 

3.2 Übertragungswege 

4. Störungen und Signal-Rausch-Abstand 

5. Modulationsverfahren


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1. Einführung und Grundbegriffe 

1.1 Historische Entwicklung 

Die elektrische Nachrichtentechnik begann mit der Telegrafie um 1870. 

Seitdem haben die Anwendungen immer schneller zugenommen: 

Telegafie 

Telefonie 

Fernschreiben 

Faksimile 

Telegrafie Datenübertragung 

Telefonie Rundfunk 

Telegrafie Fernschreiben Fernsehen 

Telegrafie Telefonie Faksimile UKW-Funk 

Telegrafie Telefonie Fernschreiben Datenübertragung Funkruf 

Faksimile Rundfunk Bildfernsprechen 

Fernsehen Teletex 

UKW-Funk Videotext 

Kabelfernsehen 

Konferenzfernsprechen 

Videokonferenz 

1870 1900 1925 1960 1980 

1.2 Abgrenzung der Übertragungstechnik innerhalb der Nachrichtentechnik 

Die Objekte der Nachrichtentechnik sind Informationen. 

Information = Nachricht = Bedeutung 

In der (elektrischen) Nachrichtentechnik werden Informationen durch Signale dargestellt. 

Ein Signal ist die physikalische Darstellung der Information durch eine geeignete physikalische 

Größe, z.Bsp. elektrische Spannung, elektrischer Strom, elektrische Ladung, elektrische Feldstär 

ke, magnetische Feldstärke, Amplitude/Phase/Frequenz einer elektromagnetischen Welle oder einer 

Schallwelle. 

Aufgabenbereiche der Nachrichtentechnik: 

1) Darstellung von Information durch Signale 

(a) für die Speicherung 

d.h. räumliche Anordnung von Information ( Halbleiterspeicher, Festplatte, DVD )



(b) für die Übertragung 

d.h. zeitliche und räumliche Anordnung von Information 

( Zweidraht-Leitung, Flachbandleitg. usw.) 

2) Transport von Information durch Signalübertragung 

3) Vermittlung 

Ein Verbund von (meist) vielen Nutzern ( Teilnehmern ) kann durch ein Nachrichtennetz hergestellt 

werden. Über das Netz besteht für einen Nutzer die Möglichkeit, mit einem frei gewählten 

anderen Nutzer in Verbindungzu treten. 

Bild 1-1 Telekommunikationsnetz mit Nachrichtenübertragung zwischen A und B / Wer, Netze / 

Bestandteile eines Netzes sind 

- Zugangspunkte 

- Netzknoten 

- Übertragungswege 

Das Netz vermittelt Verbindungswege zwischen zwei (oder mehr ) Nutzern. Die Verbindungswege 

sind den Nutzern für begrenzte Zeit zugeteilt; sie werden auf- und wieder abgebaut. Dadurch ergibt 

sich eine effektive Nutzung der Übertragungswege. 

Die Aufgabengebiete Übertragung und Vermittlung werden häufig zusammengefaßt 

zu Übermittlung.



4) Verarbeitung von Information 

(a) Analoge Signalverarbeitung auf dem Übertragungsweg: 

Verstärkung, Dämpfung, Filterung, Entzerren, Verzögern, 

Modulieren, Mischen = Frequenzverschiebung, Mischen = Addition von Signalen 

(b) Digitale Verarbeitung von übertragenen oder gespeicherten Signalen: 

· alle Operationen, die auch mit analoger Signalverarbeitung ausgeführt werden, 

mit den Vorteilen: keine Beeinflussung durch Alterung, Temperatur, Betriebsspannung; 

einfache Möglichkeit, die Parameter einer Verarbeitungsstufe (z.B. Filter) zu ändern. 

· Reduzieren von Störungen auf Signalen 

( z.Bsp. Knacken und Knistern von alten Schallplattenaufnahmen ) 

· Mustererkennung 

- Sprach- und Schrifterkennungssysteme 

- Bildverarbeitung in der Fertigung/Qualitätskontrolle, Medizintechnik 

- Alarmanlagen 

1.3 Übertragungssysteme 

Bild 1-2 Beispiel einer Nachrichtenübertragung / M. Werner, NT / 

Das Mikrofon wandelt das Schalldrucksignal in ein elektrisches Signal um und der Lautsprecher 

wandelt das elektrische Signal wieder zurück in ein Schalldrucksignal. 

Der Block „Nachrichtenübertragung“ zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher stellt den 

elektrischen Übertragungsweg, den Kanal dar.



Allgemeines Schema der Nachrichtenübertragung 

Bild 1-3 Schema der Nachrichtenübertragung nach Shannon (1948) 

Information Source = Informationsquelle 

analoge Quelle: menschliche Sprache, Frequenzbereich 300Hz ... 3400Hz 

Musiksignale guter Qualität, Frequenzbereich 30Hz ... 12000Hz 

Messsignale, Frequenzbereich 1mHz ... 10Hz 

Testsignale ... 

digitale Quelle: digitalisiertes analoges Quellensignal; Datensignal (Kommunikation zwi- 

schen Rechnern), digitales Steuersignal ... 

Message = Nachricht, Information, Bedeutung 

Transmitter = Sendeeinrichtung, codiert die Nachricht, erzeugt Sendesignal 

Signal = Sendesignal; das Nutzsignal, das übertragen werden soll 

Received Signal = Empfangssignal, das beim Empfänger eintrifft 

Noise Source = Störquelle; steht für Störsignalanteile, die auf dem Übertragungsweg zum 

Nutzsignal hinzukommen ( Leitungsverkopplung, Einstrahlung, Eigenrauschen, 

lineare und nichtlineare Verzerrungen ) 

Receiver = Empfangseinrichtung, entzerrt und verstärkt das Empfangssignal, reduziert Störanteile, 

decodiert die Nachricht 

Destination = Ziel der übertragenen Information, Informationsaufnehmer, Nachrichtensenke 

Zwischen Transmitter und Receiver liegt der Übertragungsweg. 

Der Übertragungsweg kann sehr verschieden lang und aus sehr verschiedenen Abschnitten zusammen 

gesetzt sein: 

* stromführende elektrische Leitungen von 1cm bis zu mehreren km Länge 

( Streifenleitung auf Platine, 2-Draht-Leitung, Koaxialkabel ...) 

* Wellenleiter ( Lichtwellenleiter, Hohlleiter ) 

* Funkstrecken ( Rundfunk, Richtfunk, Satellitenfunk, Mobilfunk ...)



* Antennen 

* Signalverstärker 

* Bandfilter 

* Frequenzumsetzer bzw. Modulatoren und Demodulatoren 

* Entzerrer 

* Regeneratoren 

* Multiplexer und Demultiplexer 

* Vermittlungsbaugruppen 

Wichtige Eigenschaften des Übertragungsweges sind: 

* einfache Nutzung durch einen Kanal ( für nur ein Signal ) oder 

mehrfache Nutzung durch mehrere Kanäle ( Multiplextechnik für mehrere Signale ) 

* Bandbreite 

* Dynamikbereich (Abstand vom kleinsten zum größten Pegel) 

* Verzerrungen ( Klirrfaktor bei Tonsignalen ) 

* Störungen ( Signal-Rausch-Abstand) 

* Intermodulation ( Übersprechen ) 

Diese Eigenschaften bestimmen schließlich bei Datensignalen 

* die maximale Übertragungsgeschwindigkeit ( in bps ) und 

* die Bitfehlerrate ( BER ) 

Allgemein lässt sich sagen: 

* Jeder Übertragungsweg ist irgendwie in der Bandbreite begrenzt, teils mit einer sehr scharfen 

Grenze durch Filter, teils mit einem sehr allmählichen Übergang zwischen nutzbarem und 

nicht mehr nutzbarem Frequenzbereich 

* Für jeden Übertragungsweg gibt es einen minimalen Signalpegel am Empfängereingang 

* Für jeden Übertragungsweg gibt es einen minimalen Signal-Rausch-Abstand am Empfängereingang 

* Für jeden Übertragungsweg gibt es einen maximalen Signalpegel am Empfängereingang, der 

entweder durch aktive Baugruppen auf dem Übertragungsweg oder durch den Empfänger 

selbst oder durch passive Abschnitte, z.B. Lichtwellenleiter, bestimmt ist. Bei Kabeln liegt 

dieser Wert gewöhnlich so hoch, dass er praktisch keine Bedeutung hat.



1.4 PCM-Technik: Pulse-Code-Modulation 

Zum Prinzip der Puls-Code-Modulation 

als grundlegendes Verfahren zur digitalen Darstellung von Signalen nach Analog/Digital-Wandlung



1.5 Multiplexbildung 

Multiplexbildung bedeutet Mehrfachausnutzung. Die meisten Übertragungswege können nämlich 

aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften für die Übertragung von Signalen mehrerer Quellen 

genutzt werden. Zum Beispiel ist ein Kupferkabel mit der Übertragung eines einzigen Ferngesprächs 

nur zu einem kleinen Bruchteil ausgenutzt. Die Multiplexbildung ermöglicht eine viel 

effektivere und damit wirtschaftlichere Nutzung von Übertragungswegen. 

Neben dem einfachen, aber teuren Vervielfachen von Leitungen, dem sog. Raumvielfach, sind heute 

drei Multiplexprinzipien von Bedeutung: Frequenz- , Zeit- und Codemultiplex. 

Raummultiplex 

Mehrere Einzelleitungen werden zu 

einem Kabelbündel zusammengefasst. 

Diese Möglichkeit wird auch auf 

Lichtwellenleiter angewendet. 

Anwendung: Weitverkehrsbereich in 

Fernsprech- und Datennetzen 

Frequenzmultiplex 

engl.: FDMA = Frequency Division Multiple Access 

Es gibt nur einen gemeinsamen räumlichen 

Übertragungsweg. Die einzelnen Signale 

werden im Frequenzbereich versetzt angeordnet 

durch Mischen und Filtern. Alle Signale 

werden kontinuierlich gleichzeitig übertragen. 

Anwendung: Rundfunk, Fernsehen, Mobilfunknetze



Zeitmultiplex 

engl.: TDMA = Time Division Multiple Access 


Übertragungsweg und alle Signale bleiben in 

ihrem ursprünglichen Frequenzbereich (Basisband). 

Die Übertragung erfolgt nicht mehr 

kontinuierlich gleichzeitig, sondern zeitlich 

nacheinander so, dass jedes Signal einem eigenen 

„Zeitschlitz“ zugeordnet ist. Dieses Prinzip 

wird nur auf digitale Signale angewendet. 

Anwendung: Weitverkehrsbereich in 

Fernsprech- und Datennetzen 

Codemultiplex 

engl.: Code Division Multiple Access 


Übertragungsweg und die Übertragung erfolgt 

kontinuierlich gleichzeitig und im gleichen 

Frequenzband. Jede Quelle erzeugt zunächst 

ein digitales periodisches pseudozufälliges 

Signal großer Bandbreite, das dann mit dem 

Nutzsignal der Quelle moduliert wird. 

Der Empfänger muss das pseudozufällige 

Signal kennen, um das Nutzsignal 

demodulieren zu können. 

Vorteile des Verfahrens: 

geringe Störanfälligkeit, Abhörsicherheit, 

Verschleiern des Übertragungsvorgangs 

Anwendung: Global Positioning System (GPS), 

Mobilfunknetz 3G (UMTS), militärische Nachrichtenverbindungen



1.6 Beispiel zur Nachrichtenübertragung: Rundfunk 

Bild 1.6-1 Rundfunkübertragungsweg / HeLö92 / 

Das obige Bild zeigt unten links das allgemeine Schema der Nachrichtenübertragung, siehe 

Kap. 1.3. Die Funktionsblöcke des allgemeinen Schemas bestehen zum Teil aus mehreren 

Bausteinen (Unterblöcken). 

So besteht die Quelle im Fall (a) allein aus dem Sprecher. Der Sender besteht aus Mikrofon und 

Verstärker. Der Übertragungskanal (oder einfach Kanal) setzt sich aus vielen Blöcken zusammen: 

Leitung + Aufsprechverstärker + Tonbandgerät + Wiedergabeverstärker + Leitung + Modulator + 

Sendeverstärker + Sendeantenne + Funkstrecke + Empfangsantenne + Empfangsverstärker + 

Demodulator. Als Empfänger funktioniert ein Verstärker mit Lautsprecher und die Senke ist der 

Zuhörer. 

Im Fall (b) ist die Zuordnung der Einzelblöcke des Runkfunkübertragungsweges zu den Blöcken 

des allgemeinen Schemas deutlich anders: als Quelle wird alles zusammengefasst, was vor dem 

Sendeverstärker liegt usw. Die Schnittstellen für die Zuordnung zum allgemeinen Schema sind frei 

wählbar.



1.7 Ausführliches Beispiel: Fernsprechnetz 

1.7.1) Strukturen von Netzen 

Sternnetz, Beispiel mit acht an den zentralen Knoten angeschlossenen Knoten /Haaß/ 

Knoten 

Maschennetz Beispiel mit acht Knoten /Haaß/ 

Liniennetz, Busnetz /Haaß/ 

Endgerät 

Vermittlungsstelle 

Verbindung = zentraler Knoten 

Anwendung in der unteren Ebene 

hierarchischer Netze, 

z.Bsp. Fernsprechnetz 

Maximale Anzahl der Verbindungen: 

n (n-1) 

2 

Anwendung in höheren Ebenen hierarchischer 

Netze, nicht immer vollständig 

( ) 

a) mit zentraler Bussteuerung, hier der Knoten 0, z.Bsp. IEC-Bus 

b) ohne zentrale Steuerung, Buszugriff im Wettbewerb, z.Bsp. LANs



Baumstruktur /Haaß/ 

Ringnetz /Haaß/ 

Knoten 0 = Wurzel 

hat Sendefunktion, alle anderen Knote haben 

Empfangs- oder Regenratorfunktion 

Anwendung in Verteilnetzen, 

z.Bsp. Kabelfernsehen, Rundfunk, Ansagedienste 

Bussteuerung erfolgt 

a) zentral gesteuert mit gemeinsamer Zeitbasis, 

die Informationen werden im vorgegebenen Zeitraster 

über den Bus versendet 

b) dezentral ohne gemeinsame Zeitbasis, der 

Buszugriff wird durch ein festgelegtes Zeichen, 

das Token, von einem Knoten zum nächsten 

weitergereicht



1.7.2) Hierarchische Struktur des Fernsprechnetzes 

(A) Die ehemalige Struktur des Netzes der Deutschen Telekom AG, wie sie in der Zeit des rein 

analogen Betriebes entstand, war eine hierarchische Baumstruktur. Die Verkehrslenkung erfolgte 

auf dem Kennzahlweg von der Ortsvermittlungsstelle des rufendenden Teilnehmers über Knotenund 

Hauptvermittlungsebene bis hoch in die Zentralvermittlungsebene und wieder hinab in die 

Ortsvermittlungsebene des gerufenen Teilnehmers. Bei hohem Bedarf wurden verkürzende Querverbindungen 

dauerhaft eingerichtet. 

Bild 1.7-1 Hierarchische Struktur von Fernsprechnetzen mit Kennzahlwegen nach /Wer, Netze/ 

Die Zentralvermittlungsstellen in der obersten Ebene waren in einem Maschennetz verbunden. 

Acht davon waren für Auslandsverbindungen eingerichtet. 

Die erste Wählziffer führte direkt in die zugeordnete Zentralvermittlung ( soweit keine Querverbindung 

genutzt wurde ). 

Ehemalige Zentralvermittlungsbereiche (ZVSt) der DTAG



(B) Entwicklung des Fernsprechnetzes nach Einführung der Digitalisierung und der Verbindung 

mit dem Netz der Neuen Bundesländer. 

Das Netz wurde erweitert und die beiden oberen Ebenen wurden zusammengeführt. Dies war erst 

möglich durch eine veränderte Verkehrslenkung ohne direkte Steuerung durch die Wählziffern. 

ADM: Optischer Multiplexer, um einen Einzelkanal abzunehmen oder hinzuzufügen 

Bild 1.7-2 Hierarchische Struktur des digitalen Fernsprechnetzes der DTAG 

Orte mit Vermittlungsstellen 

für den Weitverkehr



1.7.3) Funktionsblöcke eines Übertragungsweges 

Dieser Abschnitt behandelt einen Übertragungsweg von einem rufenden Teilnehmer A über das 

Fernsprechnetz bis zum gerufenen Teilnehmer B. Dabei wird die historische Entwicklung vom rein 

analogen Betrieb zum fast vollständig digitalen Betrieb betrachtet. 

Bild 1.7-3 Funktionsblockschaltbild einer Fernsprechübertragung bei rein analogem Betrieb 

Kennzeichen: 

• NF-Verbindung ( Basisband ) vom Teilnehmer zur OVSt und zwischen OVStn 

• raumgeteilte, i. Allg. elektromechanische Vermittlung mit Edelmetall-Motor-Drehwählern 

(EMD) oder Relais 

• NF-Durchschaltung in allen Vermittlungsstellen 

• TF-Übertragung ( Trägerfrequenz ) im Fernnetz = Frequenzvielfach zur mehrfachen Nutzung 

eines Kabels ( FDMA ) ; hoher Aufwand für Modulation/Demodulation und Filterung 

Etappen der Digitalisierung im Netz der Deutschen Telekom: 

__________________________________________________________________________ 

Jahr Digitales System 

1968 PCM30 für Ortsverbindungsleitungen 

1974 PCM120 und PCM480 TF- oder Spezialkabel regional 

1977 Lichtwellenleitersysteme (LWL) mit PCM-Übertragung im Nahverkehr 

1978 Lichtwellenleitersysteme regional 

1978 PCM30 bis PCM480 in der Fernebene 

1981 Digitales regionales Fernnetz 

1982 Digitale Fernvermittlung 

1984 Digitale Ortsvermittlung 

1984 Digitales überregionales Fernnetz 

1987 Landesweites LWL-Netz mit Monomoden-LWL 

1989 Beginn des ISDN ( Hannover-Messe mit 8000 Teilnehmern



PCM: Grundlegendes Verfahren zur digitalen Darstellung eines analogen Signals 

Beginn der Digitalisierung: Einsatz der PCM-Technik in einem analogen Netz 

Bild 1.7-4 Einsatz der PCM-Technik in einem analogen Netz 

Kennzeichen: 

• weiterhin NF-Übertragung vom Teilnehmer zur Vermittlungsstelle 

• raumgeteilte NF-Vermittlung, also weiterhin NF-Durchschaltung in den VSTn 

• PCM-Übertragung zwischen den VStn in größeren Ortsnetzen mit Mehrfachnutzung (TDMA) 

vorhandener NF-Kabel und zunehmend im Fernnetz ® PCM-Übertragung verdrängt TF- 

Übertragung 

• weiterhin TF-Übertragung in den oberen Ebenen des Fernnetzes 

Vollständig digitalisiertes Netz mit analogen Anschlußleitungen zu den Teilnehmern: 

Bild 1.7-5 Einsatz der PCM-Technik in einem digitalen Netz



Kennzeichen: 

• Alle Übertragungswege innerhalb des Netzes sind digital. 

• Analoge NF-Übertragung nur noch zu den Teilnehmern, A/D-Umsetzung in den OVStn 

• Durchschaltung des digitalen PCM-Signals in allen Vermittlungsstellen 

Das zuletzt dargestellte System ist eine Übergangslösung zu einem europaweiten ISDN unter Einbeziehung 

des Mobilfunks. 

Die Realisierung der digitalen Übertragung vom Teilnehmer zur Ortsvermittlungsstelle ist nicht trivial, 

wenn sie wirtschaftlich, allgemein anwendbar und kompatibel sein soll: in den Ortsnetzen einschließlich 

Teilnehmeranschlußleitungen stecken 47% des Wertes des Fernsprechnetzes. Problem: 

Nutzung der Zweidrahtleitungen für Vollduplexverkehr. 

1.7.4 Vermittlungstechnik 

Die Vermittlungsstellen bilden die Netzknoten in einem Nachrichtenvermittlungsnetz. An ihnen 

sind die Endeinrichtungen und/oder die Verbindungsleitungen zu anderen Netzknoten angeschlossen. 

Eine Vermittlungsstelle tauscht mit den Endeinrichtungen und anderen Vermittlungsstellen Signalisierungsinformationen 

aus, um Verbindungen zwischen den Teilnehmern oder zwischen Vermittlungsstellen 

zu steuern. 

Bild 1.7-6 Grundsätzlicher Aufbau einer Teilnehmer-Vermittlungsstelle /Siegmund/



In Bild 1.7-6 ist als Beispiel eine Teilnehmer-Vermittlungsstelle dargestellt, an der die Endeinrichtungen 

angeschlossen sind ( links ). Teilnehmer-Vermittlungsstelle hat zusätzlich Verbindungsleitungen 

(auf der rechten Seite) für den Anschluß an andere Vermittlungsstellen in der Ortsebene und 

in höheren Netzebenen. Gesteuert durch die Signalisierungsinformationen muß die Vermittlungsstelle 

die Nutzkanäle zusammenschalten ( = vermitteln ). 

Die technische Realisierung der Zusammenschaltung hängt von der Art der Nutzkanäle ab: 

einfache NF-Leitung oder mehrfach genutzte Leitung mit Frequenz- oder Zeitmultiplex (PCM- 

Kanal). 

Eine weitere Unterscheidung der Vermittlungsart ergibt sich nach der Art und Weise des 

Datentransportes: Leitungsvermittlung mit einer ständig durchgeschalteten Verbindung oder Paketvermittlung 

mit einem virtuellen Kanal, der nur dann in Anspruch genommen wird, wenn Daten tatsächlich 

transportiert werden sollen, siehe Abschn. Vermittlungsprinzipien. 

Die digitale Vermittlung erfordert einen gemeinsamen Takt. Von einer Taktzentrale werden die 

Taktsignale an alle Baugruppen der Vermittlungsstelle verteilt. Die Taktzentrale wird extern 

synchronisiert durch Bezugstaktgeber des nationalen Netzes, Frequenzabweichung < 10 -11 . 

Die eigentliche Hauptaufgabe einer Vermittlungsstelle erfüllt das Koppelnetz . 

Bild 1.7-7 Funktionsblöcke des Koppelnetzes



Durch das Koppelnetz werden die Anschlüsse der Endeinrichtungen oder der Verbindungsleitungen 

für die Dauer der Nachrichtenübertragung miteinander verbunden. Das Koppelnetz wird durch 

eine Steuerung in der Vermittlungsstelle eingestellt . Die Steuerung reagiert ihrerseits auf die Signalisierung, 

d.h. auf die Angabe des Zieles oder Teilzieles einer Verbindung. 

Art der Steuerung 

a) Direkte Wahl 

1.) Der Einstellvorgang beginnt, bevor das Ziel endgültig bekannt ist, z.Bsp. durch 

synchrones Einstellen mit der einlaufenden Zielinformation (Ziffern der Rufnummer). 

2.) Die Zielinformation wird in der ursprünglichen (elektrischen) Form verarbeitet (z.Bsp. 

die Stromschleifenunterbrechungen der Impulswahl steuern direkt den Wähler). 

b) Indirekte Steuerung 

1.) Die Einstellung beginnt erst dann, wenn die Zielinformation ganz oder teilweise bekannt 

ist. 

2.) Die Zielinformation wird ganz oder teilweise zwischengespeichert und evtl. umgewertet 

(Verarbeitungsvorgang im Steuerrechner). 

Verbindungsaufbau und -abbau mit Signalisierungsvorgängen 

Belegung = Verbindungswunsch wird dem Netz mitgeteilt 

Akzeptieren (Wählton) = Das Netz akzeptiert den Belegungswunsch, wenn es dazu in der 

Lage ist, und sendet als Belegungsquittung den Wählton 

Bild 1.7-8 Zeitlicher Ablauf einer Verbindung über das Fernsprechnetz



Vermittlungsprinzipien 

Grundsätzlich können zwei Vermittlungsprinzipien unterschieden werden: 

• die Durchschalte- oder Leitungsvermittlung = Circuit Switching 

• die Speicher- oder Paketvermittlung = Store And Forward Switching oder Packet Switching 

a) Durchschalte- oder Leitungsvermittlung 

Bild 1.7-9 Netz mit Durchschalte- oder Leitungsvermittlung 

Der A-Teilnehmer gibt Vermittlungswunsch und Ziel (B-Teiln.) an, die Anschlußleitungen des Aund 

des B-Telnehmers und die Verbindungsleitungen eines Bündels, die jeweils von den Steuerungen 

der Vermittlungsstellen festgelegt werden, werden durch das Durchschalten der Koppelnetze zu 

einer physikalischen Nachrichtenverbindung zusammengeschaltet. Das Netz verbindet die Nutzkanäle 

beider Teilnehmer fest miteinander, d.h. der Übertragungsweg steht den beiden Kommunikationspartnern 

für die Dauer der zur exklusiven Nutzung zur Verfügung. 

Durchschaltung im Raum- oder Wegemultiplex: 

Schließen von Schaltern zwischen ankommender und abgehender Leitung 

Durchschaltung im Zeitmultiplex: 

Ein Abschnitt des ankommenden Signals wird in der Koppeleinrichtung eingespeichert und auf den 

abgehenden Kanal zu einem dem Ziel entsprechenden ausgewählten Zeitpunkt ausgelesen. Der 

Ablauf ist für die Dauer der Verbindung fest eingestellt.



b) Speicher- oder Paketvermittlung 

Bild 1.7-10 Prinzip der Speicher-Vermittlung 

Eigentliche Paketvermittlung ( Packet Switching ) 

------------------------------------------------------------ 

Die zu übertragende Nachricht wird in der Nachrichtenquelle in Blöcke mit einer festgelegten maximalen 

Länge von 128kByte aufgeteilt. Jedem Block wird eine zusätzliche Steuerinformation vorangestellt; 

die Nutzinformation und die Steuerinformation bilden ein „Paket“. Jedes Paket beginnt 

mit dem Paketkopf, der die Steuerinformation enthält. Die Steuerinformation besteht aus: 

• einer Paketnummer 

• der logischen Kanalnummer = Kennzeichnung der zugehörigen Verbindung 

Bild 1.7-11 Aufteilung der Nachricht in Blöcke zu 128kByte bei der Paketvermittlung 

Ein physikalischer Übertragungsweg kann bei diesem Vermittlungsprinzip mehrfach genutzt werden: 

in den Pausen zwischen den Paketübertragungen einer Verbindung können Pakete anderer 

Verbindungen über den gleichen Weg übertragen werden. Hierfür ist die Kennzeichnung der Verbindung 

durch die logische Kanalnummer notwendig. 

Ein Verbindungsweg wird nur dann für die Übertragung genutzt, wenn auch Nachrichtenpakete vorhanden 

sind. Für den Benutzer existiert die Verbindung scheinbar immer, in Wirklichkeit wird sie 

aber n i c h t durchgeschaltet, sondern sie existiert nur während der Laufzeit der Pakete. Man 

spricht daher von einer virtuellen Verbindung.



Sendungsvermittlung ( Message Switching ) 

------------------------------------------------------ 

Bei dieser Variante der Paketvermittlung wird nur e i n Paket übertragen, das die gesamte 

Nachricht enthält. Der Paketkopf enthält auch die Verbindungsaufbau- und -abbauinformation. 

Werden nach diesem Verfahren mehrere Pakete ausgetauscht, so wird für jedes Paket der Weg durch 

Netz neu festgelegt. Die korrekte Reihenfolge muß dabei durch die Endgeräte sichergestellt werden. 

Bild 1.7-12 Sendungsvermittlung mit variablen Übertragungswegen 

In Paketvermittlungsnetzen wird dieser spezielle Dienst als „Datagramm“-Dienst bezeichnet. 

Cell-Switching 

------------------ 

Cell-Switching arbeitet ähnlich wie die Paketvermittlung, außer daß die übertragene Blocklänge 

nicht mit der Paketlänge übereinstimmt, es können kleinere Zellen (Paketteile) gebildet werden. 

Dies ist ideal für eine integrierte Umgebung wie ISDN und man findet es in Zellen basierten Netzen 

wie das ATM-Netz. Cell-Switching kann sowohl mit digitalen Sprachsignalen (VoIP) als auch mit 

Datensignalen umgehen.



1.8 Ausführliches Beispiel: Mobilfunknetze ( GSM-Standard ) 

Dieser Abschnitt soll eine kurze Einführung in Mobilfunknetze für den allgemeinen privaten 

Anwender geben. Sie werden in der Verwaltungssprache auch als „öffentlicher beweglicher Landfunk“ 

(öbL) bezeichnet. Mit öffentlich ist gemeint, dass jedermann ein entsprechendes Gerät benutzen 

darf, ohne dafür einen Bedarf nachweisen zu müssen, beweglich steht für Mobilfunk, und die 

Bezeichnung Landfunk unterscheidet diese Netze vom See- und Flugfunk sowie von Satelliten- 

Diensten. 

Ein Mobilfunknetz kann man als Erweiterung des digitalen Festnetzes betrachten durch die Fähigkeit, 

nicht ortsfeste, also mobile Endgeräte einzubinden. Die mobilen Endgeräte können nur durch 

eine drahtlose Verbindung eingebunden werden und das ist für Entfernungen bis zu einigen Kilometern 

nur über eine Funkverbindung möglich. Die Funkverbindung hat bestimmte technische Eigenschaften 

und Probleme, deren Erklärung Grundkenntnisse über Signale, Antennen und Wellenausbreitung 

erfordern, die hier noch nicht vorausgesetzt werden können. Daher beschränkt sich die folgende 

Darstellung auch auf eine sehr allgemeine Darstellung eines Mobilfunknetzes mit Hinweisen 

auf die erwähnten speziellen Eigenschaften und Probleme, ohne auf technische Lösungen einzugehen. 

1.8.1 Allgemeines über GSM = Global Standard For Mobile Communication 

In Deutschland wurden GSM-Mobilfunknetze ab 1992 als Nachfolger des am 31.12.2000 nach 15 

Jahren Betrieb abgeschalteten C-Netzes eingeführt. Sie sind seit 1995 halbwegs flächendeckend 

verfügbar. Im Gegensatz zu früheren nationalen analogen Netzen sind GSM-Geräte auch in vielen 

anderen Ländern benutzbar. 

Bild 1.8-1 Zellenstruktur eines Funknetzes



Das Mobilfunknetz besteht aus zwei Teilnetzen: 

- dem eigentlichen Funknetz und 

- dem Funkvermittlungsnetz 

Das eigentliche Funknetz bilden 

- die mobilen Telefone (engl.: MS = Mobile Station) und 

- die FuFSt = Funkfeststationen (engl.: BTS = Base Transceiver Station) 

Zu den FuFSt gehört jeweils eine Basissteuerungszentrale (engl.: BSC = Base Station Controller). 

Zum Funkvermittlungsnetz zählen 

- die Funkvermittlungsstelle (FuVE, engl.: MSC = Mobil Switching Centre) 

mit den zuordneten Datenbanken 

- HLR = Heimatregister (Home LocationRegister) mit Informationen über den Kunden 

- VLR = Besucherregister (Visiting Location Register) für den aktuellen Aufenthaltsort eines 

Kunden innerhalb einer Funkzelle 

- AuC = Autorisierungszentrale (Authentication Centre) 

- EIR = Geräteidentitätsregister (Equipment Identity Register) 

Nur zwischen dem Mobiltelefon (MS) und der Basisstation (FuFSt) existiert die Funkverbindung. 

GSM-Telefone benutzen den Frequenzbereich um 900 MHz (D1, D2) oder 1800 MHz (E+, E2) mit 

einem Kanalabstand von 200 kHz, um Sprache und Daten digital in GMSK-Modulation (Gaussian 

Minimum Shift Keying) mit der nächsten Basisstation auszutauschen. 

Wegen der relativ geringen Reichweite von nur wenigen km bis zu max. 35km sind für jedes einzelne 

Netz in Deutschland mehrere tausend Basisstationen erforderlich. Obwohl eine gemeinsame 

Nutzung technisch möglich ist, arbeiten die deutschen Netzbetreiber meist getrennt ausschließlich 

mit ihren eigenen Basisstationen. Die folgende Tabelle nennt die benutzten Frequenzbereiche von 

GSM-Netzen in Deutschland: 

Uplink (MHz) Downlink (MHz) Netz 

876-880 921-925 GSM-R (Eisenbahn-Betriebsfunk) 

890,1-914,9 935,1-959,9 D1 (T-Mobil), D2 (Vodafone) 

1730-1752,5 1825-1847,5 E2-Netz (O2) 

1758-1780,5 1853-1875,5 E1-Netz (E-Plus) 

Zur Versorgung schwieriger Gebiete benutzt man sogenannte Repeater, beispielsweise für Alpentäler, 

in S-Bahn-Tunneln oder in ICE-Zügen. Repeater verstärken lediglich die Funksignale und leiten 

sie von oder zur nächsten Basisstation weiter. Eine Kabelanbindung erfolgt nur zur Stromversorgung, 

falls diese nicht über Solarzellen realisiert ist.



Basisstation und Handy (ein deutsches Kunstwort; englisch cellular phone, cellphone oder handset) 

benutzen jeweils zwei Kanäle im Abstand von 45MHz (um 900MHz) oder 95 MHz (um 

1800MHz); das Handy sendet auf dem tieferen (Uplink) und empfängt auf dem höheren (Downlink). 

Jeweils ein Funkkanal-Paar kann im Zeitmultiplex-Verfahren, d.h. durch zeitliche Verschachtelung, 

für bis zu acht Sprach- oder Datenverbindungen gleichzeitig genutzt werden. Die Gesamt- 

Rohdatenrate auf einem Funkkanal beträgt 270,83 kBit/s, wovon ein erheblicher Teil allerdings der 

Fehlererkennung und -korrektur dient. 

890 ... 915MHz: von Mobiltelefon zu FuFSt, 935 ... 960MHz: von FuFSt zu Mobiltelefon 

Bild 1.8-2 Up- und Down-Link mit Duplex-Abstand in Zeit und Frequenz /Du-Pern/ 

Die GSM-Rufnummern beginnen in Deutschland mit 016 oder 017 und sind 11- oder 12stellig; zusätzlich 

können von GSM-Netzbetreibern, die über eine UMTS-Lizenz verfügen, auch 12stellige 

Nummern des 015-Blocks benutzt werden..



1.8.2 Anforderungen und Probleme 

Die Nutzer des Mobiltelefons verlangen eine möglichst einfache Handhabung und geringe Kosten. 

Daraus ergeben sich folgende Anforderungen an die Technik: 

• Kleine Abmessungen und geringes Gewicht des Handgerätes ( Handy ) 

• Geringer Stromverbrauch, d.h. möglichst lange Betriebsdauer. Geringe Kosten für Akkus oder 

Batterien. 

• Gute Übertragungsqualität 

• Hohe Verfügbarkeit des Netzes 

• Betriebssicherheit ® kein Ausfall der Verbindung, auch wenn der Teilnehmer sich schnell 

bewegt und während der Verbindung größere Strecken zurücklegt 

• Abhören nicht möglich 

• Kompatibilität mit dem vorhandenen Fernsprechnetz 

• Keine Gefährdung durch Funkwellen 

Auf der Grundlage dieser Forderungen wurde bei der Entwicklung der Funknetze versucht, ein optimales 

Verhältnis von Nutzungskapazität, Versorgungsbereich und Frequenzbedarf zu erzielen. 

Diese drei Parameter sind miteinander verknüpft, sie lassen sich nicht unabhängig optimieren. 

Am Ende der Entwicklung stand das zellulare Funksystem. Im folgenden sollen einige Probleme 

im Zusammenhang mit diesen drei Parametern besprochen werden. 

Frequenzbedarf 

Die Frage nach dem in Frage kommenden Frequenzbereich läßt sich sehr schnell beantworten. 

Hohe Frequenzen haben die Vorteile: 

- Nur bei Frequenzen oberhalb von UHF ab ca. 800MHz waren noch Bereiche mit ausreichender 

Bandbreite vorhanden. 

- Will man kleine Antennen verwenden, kommen nur höhere Frequenzen, d.h. kleine Wellenlängen 

in Frage, Antennen müssen für ein effektives Arbeiten an die Wellenlänge angepaßt sein. 

- Die Wellenausbreitung bei hohen Frequenzen ist quasi optisch, es gibt keine Bodenwelle, hinter 

dem (Radio-)Horizont ist sehr schnell kein Empfang mehr möglich. Durch diese Eigenschaft 

der räumlich begrenzten Ausbreitung kann eine bestimmte Betriebsfrequenz in einem 

Abstand von 60 bis 70km wieder verwendet werden. Wählt man eine entsprechend geringe 

Sendeleistung, so kann dieser Abstand noch deutlich geringer sein. 

Die Anzahl der Funkkanäle, die eingerichtet werden können, ist technisch begrenzt durch die Bandbreite, 

die im Empfänger realisiert werden kann. Für die D-Netze mit einer Kanalbandbreite von 

0,2MHz ergaben sich innerhalb der Gesamtbandbreite für Up- oder Downlink von 25MHz gerade 

124 Funkkanäle. Da die Bandbreite von 0,2MHz für eine Sprechverbindung viel zu groß ist, können 

mittels des Zeitvielfachverfahrens (TDMA = Time Division Multiple Access) acht Sprechverbindungen 

( = Nutzkanäle ) auf einem Funkkanal untergebracht werden, siehe Bild 2-19. Die maximale 

Anzahl der Sprechkanäle in einer Funkzelle ist damit 992.



Zellengröße 

Wenn eine wabenförmige Zelle sechs Nachbarzellen hat und in den Nachbarzellen nicht die gleichen 

Funkfrequenzen wieder benutzt werden dürfen, so sind pro Zelle 992:3 => 330 Nutzkanäle 

möglich. 

Diese Anzahl kann in dicht besiedeltem Gebiet 

aber leicht erreicht werden, wenn der Radius 

z.Bsp. 10km beträgt. Daher darf die Zelle nicht 

zu groß sein. Eventuell muß bei zu hoher 

Nutzerdichte eine Zelle in kleinere Teilzellen 

zerlegt werden. 

Die Zahl der Mobiltelefone in Deutschland 

liegt z.Zt. (2006) bei über 40Millionen; sie 

ist damit höher als die der Festnetzanschlüsse. 

Handover ( Wechsel der Funkzelle ) 

Aufgrund der Mobilität innerhalb der 

zellularen Struktur des Funknetzes muß das Mobiltelefon häufig die Funkfeststation (FuFSt) wechseln. 

Die reibungslose Gesprächsweitergabe von einer Funkfeststation zu einer benachbarten ist mit 

einem beträchtlichen Signalisierungsaufwand verbunden. Deshalb muß sichergestellt werden, daß 

die Anzahl der Handover nicht zu hoch wird, aber immer erfolgen kann, wenn es für die Fortführung 

eines Gespräches notwendig ist. 

Störungen durch Mehrwegeausbreitung 

Durch die Überlagerung des direkten 

Funkweges mit Umwegen infolge von 

Reflexionen kommt es leicht zu Verzerrungen 

der empfangenen Signale. 

Damit die Gesprächsqualität nicht 

leidet, müssen besondere Maßnahmen 

vorgesehen werden: 

Adaptive Entzerrer und Schutzintervalle 

im Empfänger, 

spezielle Kanalcodierung zur 

Fehlererkennung und Frequenzsprungverfahren 

beim Sender.



1.9 Wichtige Standardisierungsgremien 

Deutschland 

BAPT = Bundesamt für Post und Telekommunikation, Mainz 

DIN = Deutsches Institut für Normung, Berlin 

DKE = Deutsche elektrotechnische Kommission in DIN und VDE, Frankfurt/M. und Berlin 

VDE = Technisch-Wissenschaftlicher Verband der Elektrotechnik, Elektronik u. Informationstechnik 

e.V., Frankfurt/M. 

Europa 

CEPT = Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications, Bern 

ETSI = European Telecommunication Standards Institute, Sophia Antipolis /Frankreich 

Welt 

IEC = International Electrotechnical Commission, Genf 

ISO = International Organization for Standardization, Genf 

ITU = International Telecommunication Union, Genf 

mit den drei Bereichen 

- ITU-R (Radiocommunication, vormals CCIR) 

- ITU-T (Telecommunication, vormals CCITT) 

- ITU-D (Development, Förderung der Entwicklungsländer)

Vorlesung NT Tl.1

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