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multiplextechnik

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Multiplextechnik

Die Multiplextechnik ist eine Teilgebiet der Nachrichtentechnik, das darauf ausgerichtet ist, viele einzelne Nachrichtenkanäle zu bündeln und zusammen über einen gemeinsamen Übertragungsweg zu übertragen. Das wichtigste Anwendungsgebiet für die Multiplextechnik ist das Verbindungsnetz des Telefonnetzes (manchmal auch als Verbindungsleitungsnetz bezeichnet). Als Verbindungsnetz bezeichnet man das Netz zwischen den Teilnehmervermittlungsstellen. An die Teilnehmervermittlungsstellen in den einzelnen Ortschaften sind die Telefone angeschlossen. Ein Gespräche von einem Telefon, das kein Ortsgespräch ist, wird über eine dieser Verbindungsleitungen zu der Teilnehmervermittlungsstelle vermittelt, an der das angewählte Telefon hängt. Damit man nun nicht für jedes Telefongespräch über eine Verbindungsleitung eine eigene Leitung gebraucht wird, wurden dafür hochbitratige Übertragungswege installiert, die sehr viele Nachrichtenkanäle gleichzeitig übertragen können. Aber auch im Zugangsnetz, das aus den Teilnehmeranschlußleitungen besteht, mit denen die Telefone an die Teilnehmervermittlungsstellen angeschlossen werden, wird Multiplextechnik eingesetzt.

Entwicklung der Multiplextechnik

Frequenzmultiplex

Die Multiplextechnik hat sich im Laufe der Zeit der Fortschritte in der Übertragungstechnik bedient. Bis zu Beginn der Digitalisierung in den 80er Jahren des 20ten Jahrhunderts hat man das Verbindungsnetz fast ausschließlich als Richtfunknetz realisiert. Als Alternative hätten damals nur hochwertige Kupferkabel zur Verfügung gestanden. Bei Kupferkabeln nimmt aber die Dämpfung proportional zur Entfernung zu, während die Funkfeldstärke nur logarithmisch abfällt. Daher kann man mit einer terrestrischen Richtfunkstrecke wesentlich größere Strecken ohne Verstärkung überbrücken als mit Kupferkabeln. Das bedeutet einen erheblichen Kostenvorteil. Allerdings werden Funksignale bei Regen stärker gedämpft, sodass die überbrückbare Entfernung in der Praxis doch stärker begrenzt ist. Seit dieser Zeit ist Deutschland mit einem Netz von Richtfunktürmen im Abstand von 30 bis 70 km überzogen. Die Multiplextechnik dieser Zeit ist dadurch fast ausschließlich analoge Trägerfrequenztechnik, das Multiplexverfahren wird Frequenzmultiplex genannt.

Zeitmultiplex

Die analoge Trägerfrequenztechnik ist aus heutiger Sicht sehr teuer, da sie viele diskrete Bauelemente benötigt. Ein erster wichtiger Schritt zur Digitalisierung war , nicht mehr einzelne analoge Signale auf eine in viele Bänder aufgeteilte Trägerfrequenz zu modulieren, sondern die analogen Sprachsignale erst zu digitalisieren, mehrere dann zu einem gemeinsamen digitalen Signal zu bündeln, und dieses eine digitale Signal dann über eine Richtfunkstrecke zu senden. Diese digitalen Multiplexverfahren wurden von CEPT standardisiert, um zu international einsetzbaren Verfahren zu kommen: es wurde eine Grundbitrate für ein Telefongespräch festgelegt, und eine Hierarchie von Multiplexstufen:

Als Technik, ein Sprachsignal zu digitalisieren, wurde in Europa 8-Bit-PCM festgelegt. Der Grundtakt, mit dem das analoge Signal abgetastet wird, hat eine Frequenz von 8 KHz. Somit ergibt sich eine Bitrate von 64 kB/s (8 kHz x 8 Bit) für die Übertragung eines Telefongesprächs. Das ist die Grundbitrate, auch als DS0 (DS von Digital Signal) oder B-Kanal bezeichnet. Das erste, so genannte Primär-Multiplexsignal besteht aus 30 Kanälen für jeweils ein digital codiertes Sprachsignal. Es wird abgekürzt als DS1 bezeichnet, bzw. E1 ( E für Europe). Die Deutsche Bundespost hat es sogar als D1 bezeichnet, (D für Deutschland). Jeweils 4 von diesen Primär-Multiplexsignalen werden dann wiederum zu einem Signal mit 120 Kanälen gebündelt. Das ist dann die zweite Hierarchiestufe DS2 bzw E2. Davon können wiederum 4 zu einem Signal mit 480 Kanälen gemultiplext werden, usw. In Nordamerika und im von Japan domierten asiatisch-pazifischen Raum ist man denselben Weg gegangen, allerdings mit technischen Abweichungen . DS0 hat 56 Kbit/s und die Multiplexfaktoren sind anders.

Dieses erste System einer Multiplexhierachie wurde wegen des verwendeten Gleichlaufverfahrens Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH) genannt. Die standardisierte Toleranz des Gleichlaufverfahrens dabei ist maximal 50 ppm, sodass eine ausreichende Sprachqualität gewährleistet ist. Das Multiplexverfahren ist ein relativ einfaches Zeitmultiplexverfahren.

Die PDH hat einen großen Nachteil: will man in ein Multiplexsignal, das noch freie Kanäle hat, ein weiteres Signal einfügen, muß man es wieder in alle einzelnen Signale aufteilen, den neuen hinzufügen, jedes einzelne Signal dann durch Stopfbits wieder neu auf einen gemeinsamem Takt synchronisieren, und diese danach wieder zur ursprünglichen Bitrate zusammenmultiplexen. Dieses Verfahren ist aufwendig und teuer. Es wurde also ein Nachfolger festgelegt, der ihn vermeidet: die Synchrone Digitale Hierarchie (SDH). Außerdem ist es gelungen, die europäische, nordamerikanische und japanische Multiplexhierarchie in den Bitraten zu vereinheitlichen: ab 155 MBit/s und höher sind sie gleich. Die Verfahren, wie die einzelnen Signale aber gebündelt werden, unterscheiden sich noch immer.

Wellenlängenmultiplex

In den 90er Jahren wurde auch die Glasfasertechnologie langsam kostengünstig, sodass begonnen wurde, das Verbindungsnetz vom Richtfunk weg auf Glasfaser umzustellen. Zunächst war dies nur eine neue Übertragungstechnologie: es wurden Single-Mode-Glasfasern vergraben und dasselbe digitale Multiplexsignal, das vorher über Richtfunk übertragen wurde, wurde nun in ein optisches Signal gewandelt und dieses mit einer einzigen Wellenlänge übertragen. Zu Beginn dieses Jahrhunderts wurden nun Technologien entwickelt, die es erlauben, auf einer Glasfaser mehrere optische Signale gleichzeitig zu übertragen, und vor allem mehrere optische Signale zu bündeln bzw. zu entbündeln, ohne sie vorher in elektrische Signale zu wandeln. Diese Verfahren werden mit Wellenlängenmultiplex bezeichnet. Die erreichbaren Bitraten sind dadurch um ein Vielfaches gestiegen, und die internationale Standardisierung hat nun nach PDH und SDH für den Weitverkehrsbereich das OTN (Optical Transport Network) mit Bitraten bis 40 Gigabit/s definiert.

Multiplextechnik für Datenkommunikation

Die Sprachkommunikation macht im Verbindungsnetz immer noch den weit überwiegenden Verkehrsanteil aus. Der IP-Verkehr des Internet und weitere Datenkommunikationsverfahren benutzen gewöhnlich dieselben Verbindungsleitungen und dieselben Multiplexverfahren: das Paketmultiplexen eines Routers, der seinen IP-Verkehr über einen 150 Mbit/s- Anschluß sendet bzw. empfängt, kommt sozusagen zur Multiplextechnik, die in diesem Anschluß steckt, noch hinzu.

Geräte der Multiplextechnik

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