Taschenbuch der Telekom Praxis 1999 3794906322

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taschenhuch der telekom praxis Bernd Seiler

1999

Evolution des Zugangsnetzes

Mit STM-1

und ATM

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taschenbuch der telekom praxis 1999 36. Jahrgang

Herausgeber:

Dipl.-Ing. Bernd Seiler

Schiele & Schön - Berlin

Herausgeber: Dipl.-Ing. Bernd Seiler. Eschenweg 6, 64397 Modautal, Tel. 06254/9423 16 Verantwortlich für die Redaktion: Dipl.-Ing. Bernd Seiler. Für die sachliche Richtigkeit der Beiträge sind namentlich genannte Autoren

verantwortlich, die auch spezielle Fragen

nach Möglichkeit

beantworten.

der Deutschen Telekom AG müssen nicht mit deren Ansichten übereinstimmen.

Mitarbeiter des laschenbuch der telekom praxis

Die Beiträge aus dem

Bereich

1999

Dr. Ing. Wulf Bauerfeld, Kirchstr. 2. 14163 Berlin Dipl.-Ing. Heinz-Jürgen Bothe, Oberwiese 9, 63329 Egelsbach Dipl.-Ing. Jörg Ehrhardt, Skutaristr. 15, 12109 Berlin Andreas Fischer. Mozartstr. 16, 91320 Ebermannstadt Dipl.-Ing. (FH) Oliver Fischer. Rotstr. 3. 71263 Weil der Stadt Dr.-Ing. Andreas Gladisch, Jungbornsıir. 44 a, 13129 Berlin Dipl.-Ing. (FH) Walter Haas, Lindenstr.

10, 91356 Kirchehrenbach

Dr.-Ing. Bernhard Hein. Röderstr. 39, 64367 Mühltal Dipl.-Ing. (FH) Klaus Holzer. Am Schiedsberg 32. 53757 St. Augustin Dr. rer. nat. Bodo Jacobs, Traubenweg 16, 64342 Secheim Dipl.-Ing. (FH) Karlheinz Lammer, Rosenweg 4. 68542 Heddesheim Dipl.-Ing. Matthias Lochner, Grasiger Weg 8, 91320 Ebermannstadt

Dr.-Ing. Reiner Nitsch. Alter Darmstädter Weg 57, 64380 Roßdorf Dipl.-Ing. Erhard Peter, Grenzstr. 20, 64807 Dieburg Dipl.-Ing. Jörg Pischker, Ringstr. 31, 64823 Groß Umstadı Ing. (grad.) Günter Rexroth, Pupinweg 3, 64295 Darmstadt Dip!.-Ing. Christoph Schaaf. Römerstr. 46. 64291 Darmstadı Dipl.-Ing. Jürgen Schröder. Warener Sir. 26. 31832 Springe Dipl.-Ing. Volkmar Westdorf, Lückerrather Weg 77. 51429 Bergisch Gladbach Dr.-Ing. Werner Würtenberger, Bismarckstr. 16, 64853 Otzberg

Für die in diesem Buch enthaltenen Angaben wird keine Gewähr hinsichtlich der Freiheit von gewerblichen Schutzrechten (Patente, Gebrauchsmuster. Warenzeichen) übernommen. Auch in diesem Buch wiedergegebene Gebrauchsnamen, Handelsnamen und Warenbezeichnungen dürfen nicht als frei zur allgemeinen Benutzung im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung betrachtet werden. Die Verletzung dieser Rechte im Rahmen der geltenden Gesetze ist strafbar und verpflichtet zu Schadenersatz.

ISBN 3 7949 0632 2, ISSN 0082-1764 © 1999 Fachverlag Schiele & Schön GmbH, Markgrafenstr. 11. 10969 Berlin. Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus in irgendeiner Form zu vervielfältigen. Printed in Germany.

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Vorwort zum 36. Jahrgang Die Verschmelzung von

Informations- und Telekommunikationstechnik,

allem aber bisher nicht gekannte Verkehrssteigerungsraten

vor

im Internet-Be-

reich erschweren kurz vor Ende des Jahrhunderts die Orientierung der etablierten Telekommunikationshersteller und Netzbetreiber. Die Verschiebung der Wertschöpfungspotentiale vom Transport hin zu Service und Anwendung

erfordert angesichts des sich mit ähnlicher Dramatik vollziehenden Technologiewandels neue Strategien, Strukturen und Elemente.

Unsere diesjährige Ausgabe des „taschenbuches der telekom praxis“ greift diese Problematik auf. Zwei hochaktuelle Beiträge zum Thema „Entwicklungsmöglichkeiten der Transportplattform“ informieren über die Konkurrenzsituation zwischen höchstbitratigen Zeitmultiplexsystemen und der erst in der Anfangsphase befindlichen Wellenlängenmultiplextechnik. Mit neuen, meist dem Internet- Bereich zuzurechnenden Diensten setzen sich gleich vier der nachfolgenden Autoren auseinander. Die hieraus resultierenden Quell- und Senkensignale breitbandiger Kundenanschlüsse werden voraussichtlich in wenigen Jahren den weitaus geringer wachsenden Voice-Verkehr übertreffen. In der weiteren Betrachtung steht deshalb erneut das zentrale Thema des wirtschaftlichen Teilnehmerzugangs, das wir mit einem umfassenden Überblick über die verschiedenen Funk-Anschlußtechniken einleiten. Hinweise zum Stand des digitalen Fernsehens sowie zur Weiterentwicklung der Bildtelefonie ergänzen diesen dritten Schwerpunkt unserer Ausgabe. Da uns die Leser immer wieder auf vermittlungstechnische Inhalte ansprechen, können wir mit der Vorstellung der Centrex-Plattform und der

V5.1/V5.2-Schnittstelle hoffentlich auch den Wünschen dieses Interessentenkreises nachkommen. Den

Abschluß

bilden

betrieblich

geprägte

Abhandlungen

zu einem

immer

stärker in den Vordergrund rückenden Thema, der Service- Qualität. Hier geht es zunächst um Definitionen und die theoretischen Zusammenhänge zwischen der Zuverlässigkeit von Netzelementen und der Verfügbarkeit von Übertragungswegen. Ein Beitrag zur meßtechnischen Erfassung der „Quality

of Service“ setzt die Betrachtungen fort. VII

Vorwort Wir hoffen, daß auch diese Ausgabe mit ihrer bunten Palette von Beiträgen ein weiteres Mal auf breite Zustimmung bei unserer Leserschaft stößt und bedanken uns bei den Autoren sowie den Mitarbeitern des Verlags. Bernd Seiler Modautal, November

vn

1998

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Wellenlängenmultiplex - Entwicklungsstand und Entwicklungstendenzen ...................20220200420esnennenennnenennneenenesnenneneennenenannenn (Andreas Gladisch) Einführung ................uuseesseesseesssesnennnnnnnnensennennsnnnnnnnnnnnennnensannnnensanennnnnennnenne Randbedingungen der Entwicklung ....................eeeeeeenessnen Grundprinzip der WDM-Systeme .........neneennsnsensnnennenennennenensnne onen Vorteile und ungelöste Probleme von WDM-Systemen ........neneenen Grenzen von WDM-Systemen.............nennennnsennenersnemnsnenton Entwicklungsstand der Punkt-zu-Punkt-Systeme ...................cne Entwicklungsstand der WDM-Netze ..........nnnnnennnnennnenn Feldversuche und internationale Forschungsprojekte zu WDM-Netzen................neneenenenmensnenenemmmersnannen Ausblick ............... Schrifttum Höchstbitratige optische Übertragungssysteme ............................000.000... (Bernhard Hein) Einführung .....................ouneenesnesnnnuenensenensonsnnonsonntnnsnnnsenennn

Motivation für höchstbitratige Systeme

.........

Physikalische Effekte bei der Übertragung Problemlösungen für die chromatische Dispersion... Solitonenübertragung .......uneeneeneeeseeeeneennennenneennneneenennnnnneennnnennensnnsnnnnannnn Optische Zeitmultiplextechnik ...................cesenennseneneneseenennenennen

Stand der Forschung ................2mnnnnennnennennnsnnenensnsnnnnennsaneensnnnnene nennen

Übertragungs-Experimente mit 40 Gbit/Ss .......eeseenenenenneennenneenennn Wellenlängenmultiplextechnik für höchstbitratige Systeme .....uueaeeesneeseseneensseneenesenensnnnnnenssnnnnnnsensannnensnnenennen Ausblick .........neeenenen Schrifttum Verwendete Abkürzungen........ueesssssesenessnenensnnenenannnenenennnnennnensnnenenenene Sprachkommunikationsmöglichkeiten über innovative Technologien .......................uenensesensnennnen (Werner Würtenberger) Einleitung ............ceeeseeeseneseeeneesesnnneennnnnnnnnnennnnsnnnnnnsennnnnnnennannenennonnnnnnnennennnnn Allgemeine Netzwerklösungen ........uu.uceeseeseeeeessenssessennnensennnnnnesennnnnnennnnnn Sprachkommunikation über verschiedene Netztransportplattformen .................nuesnsennsennsersnnensnensnnennansennnn Sprachkommunikation über Passport Voice Networking Ausblick ......eesesseesnseensnssennnennnnneneneenennnnnennensernennonnennnn nennen Schrifttum.......uueseeeenssesrsnsesnsnsnsennsntnmnenensnensennannnnnennenennnnnnennnnnnatanan

Inhaltsverzeichnis Applikationsplattform für Internet-Dienste..............................ne:

58-68

Überblick ........uuensseseessesrsensensensennonennonnennonsensonsensnsensnnsennsnnnnsnnsensenann Was ist Ericsson-I@-Service......n.cnnsnssesensensensensensensensnennennnenenennenenan Das Ericsson-IP-Service-Informationsmodell.........................nnneee: Systemarchitektur .......ucunesnsssseeseessenunensnnnnnnnnnnnnnnnennannnnnnnannnnnnnnnnnnnnannnannenn

58 59 6l 64

High Speed Internet-Lösungen für breitbandige Access-Netzwerke ......... (Oliver Fischer) Einführung... Nutzer ...uaceeennennenenensensennnnannnn Breitbandige Acces-Netzwerke ..... Terminals ..............enenesne Dienste und neue Möglichkeiten ...........neeeeeeseeesnneneennseenensenennennn en Ausblick .......uueseeensenssessenseesensensenensenenennensnneseesennnnnnnennennenanssensensnsansanene Verwendeten Abkürzungen .... Schrifttum........nencessnsesensnnsnsnnonsenennensonsensnsnnsnnssnnsensnnsnesensenann

69-80

Das BK-Netz als Multimediaplattform .............................eneenne (Wulf Bauerfeld) Einführung .........ueeeeenseessesensnesnesnannnensnnnnunnennennansnnnennennennnnnennnennenenneenennen Technische Implikationen ...........nee... Video on Demand vs. Internet-Anschluß... Implementierung des Rückkanals .......... nn... Flächendeckung oder Einzellösungen .................nennnenenne Kabelmodemsysteme - Zusammenfassung Schrifttum ........caeeenesennenensenensnnnnannnnnennnnnnnnsensnsnsnesnaneneennnentenenn

81-92

(Volkmar Westdorf)

Zwischen ADSL und UMTS - Ein Überblick über den Entwicklungsstand bei Wireless Local Loop ............cess0ss0sssonnseonen 00 (Jörg Pischker) Einleitung ........uueeeseeseeeseneeseensnennensnnennennsnnnensonnnensnnsnennnnnnnnneensnennsnnsnnsnnnnen WLL - Eine Begriffsbestimmung ................uueenenenenseenenen nenne Grundsätzlicher Systemaufbau, Leistungsmerkmale und Einsatzschwerpunkte .....ueessersessensensensensensensnsonannnnennenennneneneeserserennen Frequenzbereiche .......nseesnseesnesesesneneneennennnenannn Zugriffsverfahren ...............enssnensnsnnsensenennneeenannnann Technologien .............00022222sseseeseseessneenesnnnnneeeennnsnnnnnnnn Marktaufteilung ..........unseseseneseeneneensneseaennenseeneeneeneennennennn Netzeinsatz ....cnenenenesesssessnsennennennensennensensennesnesnesonsnenaneannen Zusammenfassung und Ausblick .....................eeeee Verwendete Abkürzungen .............ansesensenensensensensennensnnunsnnsnennernersnsnonne Die Evolution des Zugangsnetzes Glasfaser und Kupferkabel effektiv nutzen .....................uneenenn (Jürgen Schröder) Einleitung .......nnsseeneeneeneeneenenennennenneeseennnnnnsnenennnenenenssneneanennannensenensenaenann Anforderungen an eine optimale Netzlösung Die Lösung Fazit .....cceeensssnsnessesessnsensensensonsonsonsonsonsonnonsoessensensessennesnnnnnensensnnnsensnennn

x

69 69 70 73 75 79 80 80

81 83 86 87 89 9] 92 93-119 93 94 96 97 99 102 108 l 118 118 120-128 120 122 125 127

Inhaltsverzeichnis

EIN UNTERNEHMEN, DAS IMMER WIEDER DIE GRENZEN DER GESCHWINDIGKEIT ÜBERSCHREITET. HE HI-SPEED COMPANY. Alcatel,

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führendes

Unternehmen für Telekommunikationssysteme sowie für die dazugehörigen Kabel und Bauelemente,

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aktiv. Alcatel liefert Komplettlösungen und Dienstleistungen für Netzbetreiber,

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nehmen und privaten Haushalte — von digitalen Netzen bis zu Telefonen und Handys. Unsere Welt ändert sich heute schneller als je zuvor. Im neuen Informationszeitalter ist Geschwindigkeit nicht nur bei der Datenübertragung sondern auch bei der Anpassung an Marktveränderungen und Kundenanforderungen entscheidend. Daher ben wir unser Bestes für ein K zept, das Hand in Hand mit Hi- ch geht. Eines, das mehr denn unsere Absicht bestimmt,

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und unseren Kunflen ein Optimum an Service zu bi ten. Dieses Konzept heißt Hi peed. Alcatel: www.alcatel.co

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Hi-Speed

Company

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Inhaltsverzeichnis Rechnergestützte Entwicklung von Ausbaustrategien für Teilnehmeranschlußnetze.................................2.0..0.(Bodo Jacobs) Einleitung ........uueeeseessesseeeseesseensensnnnnnssnnnnnnnonnnnnnnennnannnnnnsannnensannssenannenensnnn Rechenwerkzeuge für die strategische Netzplanung Überblick über strategische Planungswerkzeuge für das ZugangsnetZ ....eeeeseeseeseesensensensnnsnnnnnsnnnnnnnenennonnnennensensennonsensenonsansanne Beschreibung von TOPAS .............. ones: Beispiel einer mit TOPAS durchgeführten Kostenanalyse Zusammenfassung ........ueessesensensennensennnnnennnnsnnnnnnnennannennannnnnn Schrifttum ............ceesssesssensensensenseenennonsnnnennensennnsnnnsneenennennnonennennennennen Die Architektur der Digitalplattform für Breitbandkabelnetze........................u..0nneeneneenenennnenennenn (Christoph Schaaf) Einleitung ........cueeeceseesesenennennnneneennnnnenennnennnnennnenanssennensonnennonsennonnonensennen Das DVB-System als Basis der digitalen Kabelplattform. .... Die Dienstepalette der digitalen Kabelplattform .................. Die technischen Systeme der digitalen Kabelplattform..... Die Netzkonfiguration der digitalen Kabelplattform. ........ Systemintegration ..eeeeeeeeensnessennnnenennnnnnnonsnnnnnennannensnnnnnnannannnnnsannsnenennnnnnsnnn Status der digitalen Breitbandkabelplattform ........................nnee Netzausbau des Breitbandkabels Zusammenfassung... Verwendete Abkürzungen..........uesesssssssssssnnnnnnssnnsnnnnsnnnannennnannnnnne nennen

129-148 129 131 134 136 141 147 148

149-175 149 151 151 152 170 172 172 173 173 174

Bildtelefonie - Entwicklungsstand und Aussichten................................... (Klaus Holzer) Historie ................ooeneneenenessnnensntsnsnnsesssssnensnonennenenennennen nennen Bildtelefonie heute .............ccnnsnnnnnneenssensensensnnsessessesensensensensensone Verwendete Standards .......usssesessessessnssensnssensensnennnennnnannennennenoneonennannennennn Technik der Endgeräte ......................nssneseessneesensenensenersenenne Anwendungen im Bereich der Bildkommunikation ............uneeeee Ende-zu-Server-Anwendungen ....eessesceseeneesneenenneensnneennennennennennennennannannenen Bildtelefonie, Onlinedienste und Internet keine unmögliche Verbindung ......... u... Zukünftige Bildtelefonie ............... Verzeichnis der Abkürzungen ... Schrifttum......eeseeensessnnenssesnensseenennnnsnesnnnennenennesnenennenennnsnentnnennsansesnensensannan

176-198

Centrex - ein innovatives Leistungspaket

................uuneeeeeneenenne

199-218

Centrex im Überblick ....................neseesenneneneneneessnensenenen essen Centrex-Leistungsmerkmale ........... een Leistungsmerkmale für Centrex-Sammelanschlüsse Centrex-Vermittlungsdienste Zukunftssicherheit .................0000snssesenesseensnnennenenennnesnnnneneensneenennnnnnsensnnn

199 205 212 213 218

(Erhard Peter, Heinz-Jürgen Bothe)

XI

176 177 177 182 185 191 194 197 198 198

Inhaltsverzeichnis

1

Ihr Partner für Glasfaserkabel Seit mehr als 20 Jahren produzieren und liefern wir Lichtwellenleiterkabel und Lichtwellenleiter. Das Produktspektrum umfaßt Außenkabel für Fernmeldeverwaltungen, Eisenbahnverwaltungen und Energie-

versorgungsunternehmen

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nalen und internationalen Spezifikationen sowie Innenkabel und Aufteilungskabel bis hin zu anspruchsvollen Son-

derkabeln, z.B. Kabel für den mobilen

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XI

Inhaltsverzeichnis Die V5.1/5.2-Schnittstelle - verstehen und testen .........................u...0... (Jörg Erhardt) Einleitung .............nenneesnenesneneesenenennnasnnneenennsensenseneenennensaeesnasensnanann Zweck der V5.x-Schnittstelle ........uuneeeseeneneeseesensennensennennennenunnnennnnnenannne VS aneeeseesneseenssneensessensensessasennnenennsnunassanenssensensesnennsensnnsnnsnnesneenensannnnsansnnnnnn VSR ueneeeenennenssnenesnssennennsnnsnsnnsonnnsnnnsonsnennennnasnenenenennannssnanennenssnansnsersnnnenen Weitere V5.x-Themen ..........uuessseesnssseessennsnnssnnnnnnnnnnnannnnennnnnannsnnnannnnnnnn V5.x-Schnittstellen testen .....uesessesensessenssensensnnnnnnennennersnnnnnenannnnnnnnennennenn Zusammenfassung ....eeeseeseeneensnesnnennennensenennnsnenennennnennnnennnenannnnnnnennn Verwendete Abkürzungen ..... Messnnssassnassssnnesssnsssnsennnnannen Schrifttum ....eeeeesesssnensssensersensennensensennonnonnennnnsennnensnnsnnsennnnnansnnnnnnnennennennnnn

Über den Zusammenhang zwischen Zuverlässigkeitsparametern von SDH/PDH-Netzelementen und digitalen Übertragungswegen ................uneneeneenennennenneenennnnn (Rainer Nitsch) Einleitung ........ueseneseenneneenennennnnennnnnnnsnennnnnonennnnenennnnnsnnnnneeneennenennn nennen nn Internationale Vorgaben zur Ausfallrate von DSV ... Funktionales Modell einer DSV ............eeennenennnenennnennnnn Berechnung der NE-Ausfallrate .............nnennnnnenneneneennnn Ausfallratenziele in Technischen Spezifikationen .............. une ZUSaAMMENfAaSSUNE ...eeeeeeeneennenneenennensennennennnnnnnnnnnnennennnnnn Schrifttum .........eennnne Verwendete Abkürzungen

Quality of Service - Meßtechnische Verfahren zur Qualitätsermittlung in Telekommunikationsnetzen .................... (Andreas Fischer, Walter Haas, Matthias Lochner) Einleitung .......eeesnseeseeseesnnansunsannnenaeneeneensensennonsnnnnnnnnennnensennensennensensensennen Definition der Quality of Service ......nnnnenenenenenennnnnnnn Neue Qualitätsprobleme ...........naneeessenseessenneenennennennene een nennen Standardisierung .......nnenennnesnsneneennnenennennensensensenneneenennennennanennnsnen Meßverfahren/Systeme ...uaceanessensenennseneeneenaennennennenensennnansensensensnnnensnasensnn Zusammenfassung ............. Mesesennersessesensstssensnesennssssrssnsnssensensensenonsnnann Verwendete Abkürzungen .........uunesssensnnenssnnsnnsennnennenonnnnonennnnnnnnnnnnennennnenn Schrifttum.......eneessesessensensnnsnsnennnnnaneneneessennnnnnennnnnenennaennnnnenenensenensensnnnan

Betrieb von modernen übertragungstechnischen Anlagen ......................... (Günter Rexroth) Die Situation im Wettbewerb .....unaesscesnsnenensnsenneenesennnnensnnennnenesnnenenann Das prozeßorientierte Unternehmen ...........nnenensneneeneenennnnn Das Management für das Telekommunikationsnetz ..........eeeeen Organisation des Betriebes ..............nenseennenensennnenennnenn Qualitätsziele ...eceeseeseeseeneeneneneneeneelnnsennennennsnnnnnnnnunsnnnnnnsnnennsensnnnnnnnnenannen Verfahren zur Fehlerbeseitigung und Systempflege ............cnncnenenee

XIV

219-235 219 219 220 226 230 230 233 233 234

236-250 236 237 238 239 248 248 249 249

251-266 251 251 252 253 254 264 265 266

267-282 267 268 270 276 277 280

Inhaltsverzeichnis Hochpräzise Fernsehmeßdemodulatoren mit digitalen VF/AF- und RF-Spektral-Analyse für die Fernseh-Sende- und Übertragungstechnik ..................................... (Karlheinz Lammer) Einführung ........u.unesseesesseesensensnennnnneneennnenenenensennnnensnseeseesnnnsnnennsnnenenann Aufbau und Ausstattung moderner Fernsehmeßsysteme ... Empfangs- und Demodulationsteil..............eenenene VF/AF-Analysator ....casessessesesnsenennnnenennnennsennennansnenesnesnenenennaennenn RF-Spektral-Analyse .............ennnnnenennennnneesesennnesnnenan Waveform-Darstellung ... Videotext-Auswertung .... Anwendungsbeispiele ................urnessssononsossnessossenunesonensanennennaorannnenenen Bezugsquellen-Nachweis der Telekommunikation Inserentenverzeichnis zum Anzeigenteil

283-305 283 284 288 288 299 300 301 301

...............................-

307

...........................neneeene

313

XV

Wellenlängenmultiplex

Wellenlängenmultiplex - Entwicklungsstand und Entwicklungstendenzen Von Andreas Gladisch, Berlin

Dr.-Ing. Andreas Gladisch, Jahrgang 1960, leitet die Forschungsgruppe „Qualität und Management optischer Netze”

im Forschungszentrum der Deutschen Telekom AG in Berlin

1 Einführung

Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung der WDM-Technik

(WDM:

wa-

velength division multiplexing), indem sowohl die technischen und technologischen Vorteile und Entwicklungsschritte als auch die von der Entwicklung

des Kommunikationsmarktes gegebenen Randbedingungen grob erläutert werden. Ziel dieses Beitrages ist es, einen groben Gesamtüberblick über diese Technik zu geben, ohne die technischen Details zu erläutern. Die Darstellung der Entwicklung der WDM-Systeme entspricht dem Stand von Herbst 1998. 2

Randbedingungen der Entwicklung

Seit einigen Jahren gibt es weltweit ein enormes Wachstum des Verkehrs in den regionalen und überregionalen Transportnetzen, das im wesentlichen auf das

starke Anwachsen des Internet-Verkehrs und der Mietverbindungen für Datenkommunikation zurückzuführen ist. In Bild I ist die weltweite Entwicklung der Anzahl der Telefonanschlüsse und Internet-Hosts dargestellt. Da insbesondere

der IP-Verkehr derzeit im wesentlichen in den hochentwickelten Industriestaaten generiert wird, sind dort natürlich die relativen Zunahmen im Vergleich zum

Telefonverkehr noch deutlich stärker, als es das Bild erahnen läßt. Das gesamte Wachstum der Datenkommunikation hat dazu geführt, daß insbesondere in Nordamerika die Zahl der installierten Glasfasern nicht ausreichte,

um

diese

erforderlichen

Transportleistungen

zu

erbringen.

Daher

l

Entwicklungstendenzen IP- Hosts Millionen

Telefonanschlüsse

CAGR = 103 %

CAGR =5,8 %

20,00

800,00

15,00

600,00

10,00

400,00

5,00

200,00

0,00

em

+

0,00 827

898

91

93

95

Bild I: Wachstum der weltweiten Telefonanschlüsse und der Internet-Hosts [1] (CAGR: compound annual growth rate; jährliche Wachstumsrate)

mußten als kostengünstige Alternative zum Neubau von Kabeltrassen Verfahren gefunden werden, die es gestatteten, die theoretische Bandbreite (von einigen Tbit/s) der Glasfasern zu nutzen, wobei aus verschiedensten Gründen (siehe nachfolgende Kapitel) die WDM-Technik von den Netzbetreibern bevorzugt wurde. Das Verkehrswachstum führte aber nicht nur dazu, daß die Transportkapazi-

täten sehr schnell ausgebaut werden mußten, sondern hat auch Konsequenzen auf die funktionale Architektur von Transportnetzen!.

Ursprünglich war man

davon ausgegangen, daß die ATM-Netze (ATM: Asynchronous Transfer Mode) als diensteintegrierende, universelle Plattform arbeiten und somit unter

anderem

auch den gesamten

IP-Verkehr transportieren würden.

Die ATM-

Vermittlungen selbst sollten dann über ein SDH-Netz (SDH: Synchrone Digitale Hierarchie) mit einer Crossconnect-Funktionalität auf VC-4-Ebene (VC-

Virtual Container VC-4 entspricht oben

genannten

Wachstumsraten

140 Mbit/s) verbunden werden haben

aber dazu geführt, daß

[2]. Die

sowohl

die

ATM-Vermittlungen als auch IP-Router mit Interfaces zur Verbindung untereinander ausgerüstet werden, deren Datenrate weit oberhalb der 140 Mbit/s liegt, wobei sich insbesondere Interfaces mit STM-4c- und STM-16c-Rahmen-

I Unter Transportnetzen versteht man im allgemeinen Netze, die das Path-Layer und das Transmission Media Layer entsprechend ITU-T G.803 umfassen [3, 4]

Wellenlängenmultiplex formaten durchgesetzt haben. Das Problem für die klassische TransportnetzHierarchie wird dabei durch das kleine „c“ repräsentiert, das für einen verket-

teten (concatenated) Rahmen

steht, innerhalb dessen keine einzelnen VC-4

mehr existieren und der nur mit Kunstgriffen über ein Netz mit einer VC-4Schaltebene transportiert werden kann. Neben der absoluten Zunahme von Mietverbindungen und Internet-Verkehr erzeugt noch ein weiterer Fakt rasantes Verkehrswachstum in den Transportnet-

zen, der sich ganz allgemein durch erhöhte Anforderungen an die Verfügbarkeit der Verbindungen zusammenfassen läßt. Die nahezu existentielle Abhängigkeit moderner Industriegesellschaften von den Kommunikationsverbindungen resultiert daraus, daß immer höhere Ansprüche an die Ausfallsicherheit der Verbindungen gestellt werden und daß immer stärker Netzarchitekturen zum Einsatz kommen, die automatische Ersatzschaltungen innerhalb weniger Millisekunden ermöglichen, indem auf disjunkt geführte vorreservierte Ersatzwege geschaltet wird. Ein typisches Beispiel dafür sind SDH-Ringe mit einer Ersatzschaltung auf

Ebene des Pfades oder der Multiplex-Sektion, die natürlich, je nach Anforderungen, bis zu 50% Kapazität nur für Ersatzschaltezwecke bereithalten.

3 Grundprinzip der WDM-Systeme Von der theoretischen Bandbreite von Einmodenglasfasern, die im einiger THz liegt, nutzen heutige Übertragungssysteme nur einen

Bereich kleinen

Bruchteil aus. Systeme mit optischer Frequenz- bzw. Wellenlängenmultiplextechnik verbessern die Ausnutzung der Bandbreite, indem auf einer Glasfaser gleichzeitig Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen (Farben) übertragen wird, wobei jede Wellenlänge ein individuelles Nutzsignal transportiert. In

Bild 2 ist die elementare Funktion von WDM-Systemen dargestellt, für die allgemein gilt: -

keine Höchstgeschwindigkeitselektronik,

-

wenig aktive Bauelemente im Verstärker,

-

Verstärker verstärkt alle Kanäle, passive Bauelemente als Mux/Demux/OADM.

Mit Hilfe von passiven optischen Multiplexern werden

Kanäle unterschiedli-

cher Wellenlänge auf eine Faser zusammengefaßt. Optische Verstärker ermöglichen es, alle in der Faser transportierten Signale gemeinsam

die innerhalb einer durch

den Verstärker vorgegebenen

zu verstärken,

Bandbreite liegen.

Durch die optische Multiplexbildung wird es möglich, daß sich die erforderliche Verarbeitungsgeschwindigkeit der nachgeschalteten elektronischen Syste-

3

Entwicklungstendenzen

Bild 2: Grundprinzip der WDM-Technik

me in einem heute technologisch sehr gut handhabbaren Bereich bewegt, während die zum Transport ausgenutzte Bandbreite der Faser deutlich über diesem Bereich liegt. So verwendet zum Beispiel ein heute kommerziell verfügbares 32x2,5-Gbit/s-System für jeden Einzelkanal die bereits seit längerer

Zeit am Markt etablierte Elektronik für STM-16-Systeme und überträgt insgesamt eine Kapazität von 80 Gbit/s. Vereinfacht kann außerdem festgestellt werden, daß sowohl optische Verstärker als auch optische Multiplexer und Demultiplexer im Vergleich mit elektronischen Schaltkreisen nur eine sehr geringe Komplexität chen können.

aufweisen

und somit eine sehr gute Zuverlässigkeit errei-

4 Vorteile und ungelöste Probleme von WDM-Systemen

4.1

Kosteneffizienz bei paralleler Übertragung und bei Faserengpässen

Heutige SDH-Transportnetze benötigen etwa alle 30 bis 35 km (im zweiten optischen Fenster, d.h. 1300 nm) bzw. alle 70 bis 100 km (im dritten opti-

schen Fenster, d.h. 1500 nm) einen Regenerator, der das optische Signal in ein elektrisches umwandelt und die ideale Impulsform

wiederherstellt, bevor

das Signal wieder optisch ausgesendet wird. Optische Verstärker, die anstelle dieser Regeneratoren eingesetzt werden könnten, erlauben Verstärkerabstände von etwa 60 bis 120 km und können viele optische Kanäle gleichzeitig ver-

4

Wellenlängenmultiplex stärken. Am Beispiel in Bild 3 werden die dadurch entstehenden technischen und ökonomischen Vorteile besonders deutlich. Für 8x2,5-Gbit/s-Verbindungen über 360 km benötigt man in konventioneller Technik im zweiten optischen Fenster 64 Regeneratoren, während nur zwei bis drei optische Verstärker für ein WDM-Systern notwendig sind.

Darüber hinaus kann man

die Strecken und Verstärker so dimensionieren,

daß die Strecke zuerst nur mit wenigen Kanälen betrieben wird und bei wach-

sendem Bedarf weitere Kanäle, ohne zusätzliche Investitionen für Verstärker, sehr schnell bereitgestellt werden können. Einfache Kostenabschätzungen haben gezeigt, daß etwa ab der parallelen Übertragung von drei Kanälen ein WDM-System vorteilhaft ist, sofern die erforderlichen Fasern verfügbar sind.

Wenn für eine zusätzliche Bedarfsanforderung eine Neuinstallation eines Kabels erforderlich wäre, dann ist, je nach Tiefbaukosten, das WDM-System reits nach wenigen Kilometern kostengünstig einsetzbar. Beispiel:

360 km,

20 Gbit/s System Kapazität,

be-

2.5 Gbit/s - Systeme

40 km40 km 40 km 40 km 40 km 40 km 40 km 40 km 40 km

Konventionelles System bei 1300 nm

System mit Er-dotierten Faserverstärkern Term.-SDH Terminalmultiplexer OTM -optischer Terminalmultiplexer

Reg-SDH Regenerator EDFA-optischer Verstärker

Bild 3: Effektive Nutzung der Infrastruktur bei paralleler WDM-Übertragung [5]

4.2 Effektive Ausnutzung der Bandbreite installierter Fasern Dispersionseffekte, d.h. die Verbreiterung der Impulse während der Ausbrei-

tung auf der Glasfaser, sind eine wesentliche begrenzende Einflußgröße bei Systemen

im dritten optischen

Fenster (1500 nm), die auf Standard-Einmo-

5

Entwicklungstendenzen

denglasfaser betrieben werden. Grundsätzlich gibt es zwei dominante Arten von Dispersion in Einmodenglasfasern, die chromatische Dispersion und die Polarisationsmodendispersion (PMD). Vereinfacht kann gesagt werden, daß die chromatische Dispersion dadurch entsteht, daß Licht mit unterschiedlichen Frequenzen in der Glasfaser unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten hat. Im Gegensatz dazu entsteht die Polarisationsmodendispersion dadurch, daß Lichtwellen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen ebenfalls unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten aufweisen. Die Längenbegrenzung durch Dispersion

als Funktion der Übertragungsgeschwindigkeit ist in Bild 4 dargestellt. Beide Arten von Dispersion weisen eine quadratische Abhängigkeit zwischen überbrückbarer Entfernung und Übertragungsdatenrate auf, d.h., bei zehnfa-

cher Datenrate reduziert sich die überbrückbare Entfernung auf ein Hundertstel der ursprünglichen Länge. Wenn man mit zukünftigen Übertragungssystemen auch Kapazitäten von weit über 2,5 Gbit/s übertragen will, ohne dispersionsverschobene, d.h. neu zu installierende Fasern zu nutzen, kann es vorteilhaft sein, WDM-Technik einzusetzen, da sowohl die chromatische Dispersion als auch

die PMD

nur jeweils auf einen einzelnen Kanal bezogen wirkt und somit hin-

sichtlich der Dispersion jeder Kanal des Mehrkanal-WDM-Systems über eine n? größere Entfernung übertragen werden kann (rn: Anzahl der Kanäle) als bei einem System gleicher Kapazität, das ausschließlich im Zeitmultiplex arbeitet. Trotz dieses Vorteils ist auch die Übertragungsentfernung der WDM-Systeme

durch die Dispersionseffekte begrenzt. In den vergangenen Jahren wurden zumindest für die chromatische Dispersion Baugruppen entwickelt, die eine Kompensation ermöglichen, wodurch die maximal überbrückbaren Längen erheblich vergrößert werden konnten. Zum Beispiel wurde in [6] die experi-

mentelle Übertragung von gezeigt,

indem

10 Gbit/s über 2500 km Standardeinmodenfaser

die „normalen“

Faserstrecken

mit dispersionskompensieren-

den Fasern kombiniert wurden. Diese kompensierenden Fasern haben einen Dispersionskoeffizienten von

etwa

-80 ps/nmkm

und wurden

als Modul

in

die Übertragungsstrecke eingebaut.

Ein anderes Verfahren zur Kompensation der chromatischen Dispersion beruht auf sogenannten

Faser-Bragg-Gittern.

Hier nutzt man

die Möglichkeit,

durch eine verteilte Reflexion in der Glasfaser einen gewünschten Gruppenlaufzeitverlauf zu erzeugen. Faser-Bragg-Gitter zeichnen sich im Vergleich mit der dispersionskompensierenden Faser durch eine sehr geringe Zusatzdämpfung aus, sind aber zur Zeit hinsichtlich der nutzbaren Bandbreite auf unter

10 nm beschränkt und somit in diesem Punkt der kompensierenden Faser mit einer Bandbreite von 30 bis 40 nm unterlegen.

6

Wellenlängenmultiplex

Dispersionsgrenzen OOK Syslerne, externe Modulation

u un

10000

I = S

\

I

Chromatische Dispersion 22 ps/{nm km)

1

N

100

ZT

1

IRN

LH

1000 N

PMD 2 ps/sart(km)

L f/ Z

maximale Entfernung / km

Chromatische Dispersion 17 ps/ (nm km) PMD 0.1 ps/sart(km)

10

Datenrate

100

/ Gbit/s

Bild 4: Theoretische Systemgrenzen durch chromatische Dispersion und Polarisationsmoden-

dispersion (PMD)

Gegenwärtig gibt es nur erste Ansätze für Verfahren zur Kompensation der PMD, so daß die PMD derzeit als die begrenzende Größe für die überbrückbare Entfernung angesehen werden muß. Trotzdem

können sehr große Kapa-

zitäten über große Entfernungen transportiert werden, wenn, entsprechend der obigen Argumentation, viele WDM-Kanäle

mit moderaten Datenraten et-

wa im Bereich von 1 Gbit/s bis 10 Gbit/s übertragen werden.

4.3

Datenratenflexibilität und Übertragung verketteter Signale

Zu Beginn der Forschungen an optischen WDM-Netzen hatte man die Vision, daß es möglich

sein müßte, die optischen

Kanäle wie virtuelle Fasern zu be-

handeln, d.h., daß, völlig unabhängig von Line-Code, Modulationsverfahren und

Protokoll,

könnten

alle optisch

vorliegenden

[7]. Diese Annahme

Signale

auch

transportiert werden

hat sich sehr schnell als ein Irrtum

herausge-

stellt. Man hat dann einen praktikablen Satz von Datenraten und Datenformaten definiert, die im optischen WDM-Netz und von WDM-Punkt-zu-Punkt-Sy7

Entwicklungstendenzen stemen transportiert werden sollen. Insbesondere wurden bei der ITU-T die Datenraten vorerst auf max. 10 Gbit/s, die Codierung auf binär NRZ bzw. RZ sowie das Modulationsverfahren auf OOK (on-off keying) beschränkt (semi-

transparente Kanäle). Trotzdem bieten die WDM-Syteme/Netze noch ein groBes Maß an Flexibilität, da sie auch unter diesen Beschränkungen folgende Probleme lösen können: 1.

Im Bereich der Datenkommunikation gungssystemen

im

Einsatz,

deren

sind eine Vielzahl von Übertra-

Signale

nicht

unmittelbar

in einen

SDH-Container gemultiplext werden können. In den meisten Fällen ist dies auch nicht erforderlich, da die ATM-Plattform den Transport dieser Signale übernehmen kann und da dort entsprechende AdaptationsFunktionen spezifiziert wurden. Wenn aber die erforderliche Datenrate

bereits im Bereich mehrerer hundert Mbit/s liegt, dann kann es kosteneffektiv sein, das ATM-Layer nicht zu nutzen, sondern direkt einen optischen WDM-Kanal zu belegen. Ein typisches Beispiel für solche Signale ist der Fibre Channel (800 Mbit/s).

In der standardisierten SDH-Transportnetzarchitektur ist 140 Mbit die höchste Datenrate für ein „Tributary Interface“. Wenn, wie bereits in der Einleitung dargestellt, die Netzinterfaces der ATM-Switche und IP-Router

aber auf 622 Mbit/s (STM-4c) bzw. 2,48 Gbit/s (STM-16c) arbeiten, dann kann das standardkonforme SDH-Netz diese Signale nicht bzw. nur mit erheblichem Aufwand bei Planung und Betrieb („virtuelles Verketten“)

transportieren. Selbst dann, wenn zum Verbinden der ATM- und IP-Knoten nur SDH-Regeneratoren eingesetzt werden, entsteht ein administratives Problem, da üblicherweise die SDH-Regeneratoren nur über einen ein-

gebetteten Kontrollkanal (ECC) und einen zugeordneten SDHTerminalmultiplexer für das Management sichtbar werden. Da aber bei einer Verbindung von ATM- und IP-Knoten über SDH-Regeneratoren keine SDH-Terminalmultiplexer verwendet werden - diese Funktion nimmt in Form verketteter Multiplexbildung ja schon der ATM- bzw. IP-Knoten

wahr -, sind SDH und ATM- bzw. IP-Layer nicht administrativ getrennt bzw. sind die Regeneratoren überhaupt nicht überwachbar. Der Transport von STM-4c, STM-16c und STM-64 verlangt eine zumin-

dest manuell konfigurierbare Schaltebene, um einen sinnvollen Netzbetrieb und Netzgewinn zu erreichen. Sowohl die in Punkt 2 als auch die in Punkt 3 geforderten Funktionen können durch ein optisches WDMLayer übernommen

werden.

Wellenlängenmultiplex 4.4

Optisches Netz

Die

neue

logische

Netzebene,

deren

Basis

die

bisher

installierten

WDM-

Punkt-zu-Punkt-Systeme sein könnten, d.h. das optische Layer, ermöglicht natürlich die gleichen Funktionalitäten wie jedes andere Transportnetz-Layer, d.h. flexible Konfiguration, Ersatzschaltung (Protection), Restoration und op-

timale Zusammenfassung der Verkehrsströme. Im ersten Entwicklungsschritt der WMD-Netze

spielt insbesondere die Mög-

lichkeit der optischen Ersatzschaltung eine wichtige Rolle, wofür es nachfolgende Gründe gibt:

1.

Im stärker werdenden

Wettbewerb auf dem Telekommunikationsmarkt

spielen Qualitätsparameter, die ein Netzbetreiber einem Kunden garantieren kann, eine entscheidende Rolle. Da nahezu alle Netzbetreiber auf ähnliche, zum Teil standardisierte Technik zurückgreifen, zeigt sich in Qualitätsparametern wie „Verfügbarkeit“ und „mittlere Ausfalldauer je Ausfall“ die eigentliche Kompetenz eines Netzbetreibers. Es kommt daher auf das Vermögen an, das Netz optimal zu planen und zu betreiben. Hier haben die Netzbetreiber demzufolge auch die Chance, sich gegen-

über Wettbewerbern abzuheben. Die Aufgabe, unterschiedlichste Datenraten im Gbit/s-Bereich, insbesondere verkettete Signale in SDH-Rahmen zu transportieren, kann, wie be-

reits oben erwähnt, auch durch optische WDM-Kanäle übernommen werden. Da bei diesen großen Datenraten eine längere Störung der Übertragung durch Kabelzerstörung erhebliche wirtschaftliche Schäden verursachen kann, ist eine optische Ersatzschaltung dieser Kanäle (virtuel-

le Faserkanäle) letztendlich die einzige Möglichkeit, den Kunden geforderte Qualitätsparameter zu garantieren. Andererseits sind die technische Entwicklung sowie die Implementierung von Methoden zur Messung der Qualität eines optischen

Kanals

noch

nicht so weit entwickelt, daß auf

dieser Basis ein Betrieb mit transparenten Kanälen möglich wäre. Zerstörungen von Kabeln

bei Bauarbeiten und Fehlschaltungen

in den

Kabelverteilern sind eine wesentliche Einflußgröße für die Verfügbarkeit von

Grundleitungen.

Diese Störungen

sind immer

kritisch, da die

Reparaturdauer bzw. die Störungsdauer im Fall einer Zerstörung des Kabels sehr viel größer ist als im Fall einer einfachen Gerätestörung. Eine einfache Abschätzung der Verfügbarkeiten von SDH-Systemen und Kabeln nach ITU-T G.911 zeigt, daß zum Beispiel die Leitungsausrüstungen SLA-16 Verfügbarkeiten von 99,9938 % haben, während sich für ein

9

Entwicklungstendenzen 100-km-Kabel mit 16 Fasern nur eine Verfügbarkeit von 99,73% ergibt, d.h., für die Verfügbarkeit einer 100 km langen Strecke mit SLA-16-Sy-

stemen ergibt sich dann ein Gesamtwert von 99,7141 %. Um den Vorteil einer einfachen optischen Ersatzschaltung zu zeigen, kann eine parallele disjunkte Führung des Signals über zwei getrennte Kabel angenommen

werden,

indem

werden.

Unter

einfach der SLA-16 diesen

Vorgaben

samtverfügbarkeit von 99,9869 %. WDM-Systeme

unterstützen

optische Schalter nachgeschaltet

erhält man

eine deutlich

eine derartige Vorgehensweise,

bessere

Ge-

da mit ih-

nen sehr viel kostengünstiger disjunkte Wege für STM-4, STM-16 oder STM-64 realisiert werden können als mit konverntionellen SDH-Regeneratorlösungen.

4.

Eine einfach gestaltete optische Netzebene mit optischer Ersatzschaltung erlaubt es auch, Kapazitäten, die im ATM- und SDH-Layer für Ersatzschaltezwecke im Fall eines Kabelbruches vorgehalten werden, für den Wirkbetrieb zu nutzen.

Wie bereits oben erwähnt, ermöglicht das optische WDM-Layer in Zukunft auch, über die Ersatzschaltung hinausgehend, die planerische und betriebliche Optimierung der Verkehrsströme durch manuell konfigurierbare bzw. per Ma-

nagement steuerbare Knoten. In bezug auf Kostenoptimierung sind die Vorteile der WDM-Netze darin zu sehen, daß Transitverkehrsströme, die in einem Knoten nur durchgeschaltet werden, in der optischen Ebene verbleiben können, wodurch aufwendige und teure elektro-optische Wandlungen entfallen. Natürlich erlaubt eine optische Ebene, d.h. ein neues logisches Layer, auch

eine optimale Zusammenfassung und Lenkung von Verkehrsströmen. Diese unterschiedlichen Einflüsse wurden innerhalb des ACTS-Projekts METON anhand

eines Modellnetzes

unter Annahme

verschieden

starker Verbreitung

von Breitbanddiensten untersucht. Die verdichteten Ergebnisse sind in Bild 5 dargestellt. Diese Grafik verdeutlicht sehr genau die unterschiedlichen Effekte, die durch WDM-Netze

- in diesem Fall WDM-Ringe

- entstehen:

-

Einsparung von Fasern (unterer Balken);

-

Verringerung der Anzahl der STM-16-Netzelemente und der SDH-Netzelemente (ADM

und SLA)

sowie der DXC-Ports,

da Transitverkehr in

der optischen Ebene verbleibt und da eine optimale Anordnung SDH-Netzelemente möglich ist; -

zusätzliche Kosten durch WDM-Technik

(obere Balken).

der

Wellenlängenmultiplex

80000

—

Rein SDH

u

70000

WDM-RING

60000 50000 40000 30000 20000 10000

"SHORT

MEDIUM

LONG

MEDIUM

LONG

Bild 5: Relative Kosten für unterschiedliche Verkehrsszenarien [8]

5 5.1

Grenzen von WDM-Systemen Physikalische Grenzen von WDM-Netzen

Bei rein transparenten optischen Systemen unterbleibt eine elektrische Signalregeneration, dadurch addieren sich verschiedenartige Störungen entlang des Übertragungspfades und führen so zu einer zunehmenden Degradation des

optischen Signals. Ein für diese Systeme wichtiger Begriff ist die Transparenzlänge, d.h. die bei vorgegebener Übertragungsgüte maximal ohne Signalregeneration überbrückbare Strecke. Diese Transparenzlänge wird durch nichtideale Eigenschaften der verschiedenen Systemkomponenten

begrenzt [5].

In Bild 6 sind die Komponenten dargestellt, die ein transparenter Signalpfad durchläuft. Die charakteristischen Störeinflüsse werden im folgenden kurz aufgelistet:

-

Sender/Transponder: In diesem Block sind die Funktionseinheiten „Laser“ und „Modulator“ zusammengefaßt. Das in einem Laser erzeugte optische Trägersignal wird entweder intern im Laser oder extern moduliert. Maßgebliche hier entstehende Störungen sind: °

ein vom Optimum

abweichender Extinktionsgrad der Intensitätsmo-

dulation, der bereits zu einer Verschlechterung des Empfangssignals führt;

11

Entwicklungstendenzen «

verschiedene Rauschstörungen (Relative Intensity Noise, RIN, wie Phasenrauschen) des Senders;

®

unerwünschte

so-

Modulation der Frequenz bei Intensitätsmodulation,

(sog. Frequenz-Chirp).

Qualität eines optischen

Kanals

Bild 6: Beispiel eines transparenten Übertragungspfades [5]

Multiplexer: Hier werden verschiedene Kanäle zu einem Wellenlängenmultiplexsignal zusammengefaßt. Eine Abweichung vom idealen Wellenlängenraster kann durch nachfolgende Filterung zu zusätzlicher Dämpfung bestimmter Kanäle bzw. zu Nebensprechstörungen führen. OCC:

Im optischen Crossconnect werden die optischen Signale vermit-

telt. Hauptsächliche Störungsursache ist hier das Nebensprechen Raum- bzw. Frequenzvielfach (Wellenlängenvielfach). Außerdem zeugt

die

Kaskadierung

von

Crossconnects

oder

auch

im er-

der optischen

Add/Drop-Multiplexer (OADM) eine Einengung der nutzbaren Bandbreite eines Kanals. Diese ergibt sich aus dem Produkt der Übertragungsfunktionen durchläuft.

der einzelnen

Netzelemente,

die ein optischer Kanal

Glasfaser: Sie ist das eigentliche Übertragungsmedium. Sie bewirkt eine unvermeidliche

Dämpfung

des Signals entlang der Strecke. Die Anhe-

bung des Signalpegels in den folgenden Verstärkern oder im Empfänger führt zwangsläufig zu einer Verschlechterung des Signal-Rausch-Abstandes. Chromatische Dispersion bzw. Polarisationsmodendispersion bewirken eine störende Interferenz aufeinanderfolgender Datenbits eines Kanals (sog. Intersymbol Interference, IST). Schließlich stellt die Nichtlinearität der Glasfaser eine Ursache für verschiedene auf die im folgenden noch genauer eingegangen wird.

Störungen

dar,

Wellenlängenmultiplex -

Erbium-Verstärker (EDFA): Hier bewirkt vor allem die Rauschakkumulation eine stetige Verschlechterung der Systemgüte. Die Quelle des Rauschens liegt in der verstärkten spontanen Emission des EDFA (sog. Am-

plified

Spontaneous

Emission,

Kaskadierung von EDFAs

ASE).

Zusätzlich

ist

bei

der

deren nicht ideales Verstärkungsprofil zu be-

achten, das besonders bei einer Vielzahl von kaskadierten Verstärkern zu unterschiedlicher (sog. gain-peaking).

-

Gesamtverstärkung

einzelnen

Kanäle

führt

Demultiplexer: Hier werden die WDM-Kanäle durch optische Filter getrennt. Die nichtideale sprechstörungen.

5.2

der

Filtercharakteristik

ist

Ursache

von

Neben-

Betrieb und Management von WDM-Netzen

Die Analyse der Anforderungen an das Management optischer Netze, die durch existierende Standards gegeben sind, zeigt auch einige kritische Punkte.

Durch die oben beschriebenen physikalischen Grenzen der Übertragung entstehen

Probleme

für des Management

und die Planung

der Netze,

die aber

zum großen Teil durch Erweiterung existierender Standards bzw. durch exakte Optimierung und Standardisierung der Systeme gelöst werden können. 1.

Der analoge Charakter der Übertragung und die Begrenzung der Länge,

die mit transparenten Kanälen überbrückt werden kann, erfordert die Aufstellung von einfachen Planungsregeln für optische Netze und die Erweiterung der Routing-Algorithmen für die Wege-Suche, indem vereinfachte physikalische Regeln mit in die Wege-Suche eingearbeitet werden.

2.

Der analoge Charakter ist ebenfalls Ursache für die Verkoppelung von Path-Layer und Multiplex-Section-Layer des optischen Netzes, d. h., auf der Multiplex-Section-Ebene kann nicht ohne Kenntnis über alle durch die Multiplex-Section laufenden Pfade geschaltet werden, was eine elementare Verletzung der Client-Server-Beziehung darstellt, die für Transportnetzarchitekturen [3, 4] gefordert ist.

3.

Die Überwachung und Bestimmung der Signalqualität ist mit herkömmlichen Methoden nicht möglich, da kein elektrischer Zugriff auf die Rahmen (z.B. SDH-Rahmen) des Signals eines optischen Kanals und somit keine Auswertung von Overhead-Bytes möglich ist.

4.

Die physikalische Entkoppelung von WDM-Übertragungssystemen und optischen Schaltknoten ist für die Netzbetreiber zwingend notwendig,

13

Entwicklungstendenzen um Punkt-zu-Punkt-Systeme und Schaltknoten unterschiedlicher Hersteller einsetzen zu können. Diese Entkoppelung, d.h. die exakte Spezifikation eines optischen Interface zwischen Übertragungstechnik und Schaltknoten, ist bisher bei den Standardisierungsgremien nicht erfolgt. Für die ersten beiden kritischen Punkte werden gegenwärtig Lösungen entwikkelt, die darauf beruhen, daß die Layer durch lokale Regelschleifen in den Netzelementen maximal entkoppelt werden und daß das Management-System eine

technologieunabhängige, vereinfachte Schicht auf die physikalische Problematik erhält [9, 10]. Diese technologieunabhängige Beschreibung beruht auf den Konzeptionen von Normsektion und Toleranzmasken. Die Normsektionen beruhen auf der Annahme, daß sich jedes Verstärkerfeld, d.h. jede TransmissionSection, aus Übertragungsstrecke, Verstärker und Dispersionskompensation zu-

sammensetzt. Außerdem wird angenommen, daß jedes reale Verstärkerfeld jeweils durch eine Normsektion gleicher oder größerer Länge beschrieben werden

kann, d.h., zum

Beispiel wird eine reale Strecke mit 62 km Länge mit einer

Normsektion von 80 km Länge beschrieben. (Die Basislängen für die Normsektionen werden derzeit bei der ITU-T diskutiert.) Die Normsektionen selbst werden hinsichtlich der physikalischen Parameter so optimiert, daß eine maximale Anzahl von Normsektionen kaskadiert werden kann. Das Managementsystem erhält nur noch Kenntnis, wie der Zusammenhang zwischen Datenrate, Anzahl der kaskadierten Normsektion und Bitfehlerrate ist, um auf dieser Basis zu ent-

scheiden, ob ein Pfad geschaltet werden kann oder nicht. Es ist nicht sinnvoll, die Übertragungsfunktionen aller im Netz verwendeten Filter und Multiplexer in Datenbanken zu speichern und die exakte Ende-zuEnde Übertragungsfunktion zu berechnen, wenn ein Pfad geschaltet werden soll. Daher werden die frequenzselektiven Baugruppen mit sogenannten Toleranzmasken beschreiben, die bereits aus Trägerfrequenz- (TF-) und Mikrowel-

lentechnik bekannt sind. Das Grundprinzip ist denkbar einfach: Man spezifiziert eine abstrakte

und

sehr einfache

Ende-zu-Ende-Übertragungsfunktion,

die nur durch sehr wenige Parameter, wie Mittenfrequenz, 0, |-dB-Kantenfrequenz und Sperrdämpfung definiert ist, und bestimmt anhand von Referenznetzen die sich daraus ergebenden Übertragungsfunktionen für die einzelnen Netzelemente. Der Hersteller der Netzelemente muß dann sicherstellen, daß

die reale Übertragungsfunktion die Grenzen der „abstrakten“ Übertragungsfunktion, d.h. der Toleranzmaske, nicht verletzt. Auf diese Weise ist eine völlig technologieunabhängige

Beschreibung

der

Systeme

möglich,

d.h.,

die

Netzbetreiber können ihre Netze ohne Kenntnis der Details über die Realisierung eines Netzelementes betreiben.

14

Wellenlängenmultiplex Ein anderer Weg, die oben genannten Probleme zu lösen, wird insbesondere von nordamerikanischen

soll zwischen

Systemherstellern verfolgt. Nach deren Vorstellung

WDM-Übertragungstechnik

und

optischem

Schaltknoten je-

weils ein SDH-Regenerator mit eingeschränkter Funktionalität eingesetzt wer-

den [11]. Diese auch als „OPAQUE“ bezeichnete Lösung hat den Vorteil, daß die Problematik der optischen „analogen“ Übertragung nur noch für jedes einzelne WDM-Punkt-zu-Punkt-Systern gilt und daß mit Hilfe der BI- und JO-

Bytes des SDH-Overhead ein ausreichendes Monitoring der Systeme möglich ist. Andererseits ist die Vielzahl der optisch-elektrisch-optischen Wandlungen

so kostenaufwendig, daß zu bezweifeln ist, ob sich eine solche Lösung flächendeckend durchsetzen wird. Außerdem verzichtet man bei diesem Konzept vollständig auf die Flexibilität, die durch semi-transparente Kanäle gegeben

wäre, und hat letztendlich wieder den Zwang, alle hochratigen Signale in einen SDH-Rahmen einzufügen. Ein Kompromiß könnte die Anwendung von sogenannten Transparenzdomänen sein, die derzeit bei der ITU diskutiert werden. Hier sollen Sub-Netze, innerhalb derer eine Übertragung von flexiblen Datenraten möglich ist, über

Knoten mit „opaque“ Interfaces miteinander verbunden werden. 6

Entwicklungsstand der Punkt-zu-Punkt-Systeme

Etwa seit 1995 werden

WDM-Punkt-zu-Punkt-Syteme

kommerziell angebo-

ten, wobei diese hauptsächlich von Netzbetreibern in Nordamerika verwendet

werden, um den bereits oben beschriebenen stark anwachsenden Verkehr zu transportieren. Anfang

1998 wurden von den Netzbetreibern in den USA auf

etwa 75% aller Netzkanten der überregionalen Netze WDM-Punkt-zu-PunktSysteme eingesetzt. Da in Europa die ehemals monopolistischen Netzbetreiber über ein sehr dichtes Glasfasernetz verfügen und da die IP- und Datacom-Verkehrszuwächse im

Vergleich mit Nordamerika in Europa in den Jahren 1996 und 1997 noch nicht so stark waren, ist die Verbreitung der WDM-Systene um etwa 2 bis 3 Jahre verzögert. Besonders europaweit agierende Netzbetreiber wie HermesRailtel und WorldCom setzen etwa aber ab 1997 WDM-Systeme ein, und die

meisten ehemaligen Monopolnetzbetreiber haben zumindest die Einführung solcher Systeme angekündigt bzw. bereits Pilot- und Betriebsversuche durch-

geführt.

Bild 7 gibt einen groben Einblick in die technische Entwicklung der WDMPunkt-zu-Punkt-Systeme in den Jahren 1995-1999, wobei der - wenn auch

15

Entwicklungstendenzen 1.200

Gbit/s Sesamtkapazität pro Faser

128x10

n;

n Kanäle x 2,5/10 Gbit/s

1.000

1

gog

7

600

f

400 200

40x10

4AxB,5 o*

1994

8x2,5 —

1995

16x2,5 T

1996

80x2,5

40x2,

T

1997

I

1

'

. |7

!

T A

T

1

1999 WDM

2000

Ringe

Bild 7: Entwicklung der WDM-Punkt-zu-Punkt-Systeme

sehr grob geschätzte - nahezu exponentielle Verlauf sicher zu einem großen

Teil auch ein Abbild der exponentiellen Zunahme des Verkehrs im Datacomund IP-Bereich ist. Die technologischen Schritte bzw. Voraussetzungen für diese Entwicklung lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

1.

Der Halbleiter-Lasertechnologie ist es gelungen, die Herstellungsprozesse so zu optimieren, daß die Wellenlänge der Laser innerhalb eines sehr schmalen Toleranzbereiches (+0,] nm) vorbestimmt werden kann. Außerdem wurde die Langzeitfrequenzstabilität erheblich verbessert, und man kann heute annehmen, daß die Laser auch nach vielen Betriebsjah-

ren noch ihre Nominalwellenlänge emittieren. Die Eigenschaften optischer Multiplexer/Demultiplexer, optischer Filter und deren Herstellungstechnologien konnten so verbessert werden, daß Durchgangsdämpfung und Filtersteilheit heute den Systemanforderungen genügen und die WDM-Systeme nicht mehr nach technischen Grenzen der Multiplexer entworfen werden müssen. Insbesondere Fil-

ter/Demultiplexer auf Basis von dielektrischen Schichten,

Fasergitter

und „Arrayed Waveguide Gratings“ zeichnen sich durch hohe Filtersteil-

heit und flache Amplitudenübertragungsfunktion aus. Die schnelle Entwicklung dieser Bauelemente läßt sich gut daran bewerten, daß die 4Kanal-Systeme 1996 Kanalabstände von 5 nm hatten (ca. 650 GHz) und daß Bauelemente in WDM-Punkt-zu-Punkt-Systemen 32 Kanälen derzeit Abstände von 50 GHz ermöglichen.

16

mit mehr als

Wellenlängenmultiplex 3.

Durch Verbesserungen der Techniken, der Dotierung der Faser und des Faserbasismaterials ist es gelungen, oberhalb des „klassischen“ Verstärkerbandes (1530 nm bis 1560 nm) ein weiters optisches Band zu erschließen, das zwischen 1565 nm und 1620 nm liegt. Außerdem wurde es ebenfalls durch Optimierung der Dotierung bzw. durch Verwendung von Flourid-Fasern möglich, das sogenannte Gain-Peaking, das bei Kaskadierung von vielen Verstärkern zu einer starken Verminderung des nutzbaren Verstärkerbandes führt, zu reduzieren. WDM-Systeme mit mehr als 32 Kanälen verwenden heute im allgemeinen Inline-Verstärker mit einer parallelen Anordnung von Einzelverstärkern für das „klassische“ und für das erweiterte Band, wobei die Auftrennung der einzelnen

Bänder mit sehr einfachen passiven optischen Demultiplexern erfolgt. 4.

Durch Optimieren der Dispersionskompensation für Strecken mit Standard-Einmodenfaser und der Modulation der optischen Träger konnte die überbrückbare Entfernung für nx10-Gbit/s-Systeme in den Bereich einiger 1000 km geschoben werden.

Die weitere Entwicklung in diesem dynamischen Bereich ist sehr schwer einzuschätzen, allerdings dürfte sich der Trend zur weiteren Vergrößerung der Anzahl der Kanäle fortsetzen. Hinsichtlich der Vergrößerung der Kanalzahl durch Verringerung der Kanalabstände gibt es sowohl technologische als auch

physikalische Grenzen, da die erforderliche Bandbreite pro Kanal immer proportional zur Datenrate ist. Vermutlich werden WDM-Systeme mit 10-Gbit/sKanälen unter Beachtung heute herstellbarer Multiplexer in der Praxis minimale Kanalabstände von etwa 25 GHz haben. Die Vergrößerung der Datenrate pro Kanal erfordert andererseits größere Kanalabstände (100 GHz oder mehr), so daß sich letztendlich eine Lösung durchsetzen wird, die kostengünstige Technologien nutzt und eine adäquate Transportleistung für IP-Router, ATM-Switches und SDH-Netzelemente zur Verfügung stellt. Die Kanalzahl ließe sich aber auch dadurch vergrößern, daß weitere optische

Bänder für optische Verstärker erschlossen werden, z.B. Bänder oberhalb des schon erwähnten „vierten“ Bandes (1565 nm bis 1620 nm) oder indem unterhalb von 1530nm das sogenannte fünfte Band verwendet wird, wobei dann bereits sehr gut entwickelte Thulium-dotierte Faser-Verstärker (TDFA) zum Einsatz kommen könnten. Allerdings sind die bisher installierten Fasern mit

der OH-Absorption bei 1500 nm nicht für dieses Band nutzbar, sondern es müssen dann neue Fasern installiert werden.

17

Entwicklungstendenzen 7 Entwicklungsstand der WDM-Netze Seit etwa

1997 sind auch ganze WDM-Subnetze von verschiedenen Herstellern

kommerziell verfügbar. Diese Netze zielen im wesentlichen auf Anwendungen im Regional- und Citynetzbereich, wobei die bisher bekannten kommerziellen Produkte ausschließlich WDM-Ringnetze sind. Die in den Ringnetzen angewen-

deten Add/Drop-Multiplexer sind fest bzw. manuell konfigurierbar, und diese Ringnetze unterstützen in den meisten Fällen die optische Ersatzschaltung des optischen Kanals. Auch hier war die Faserknappheit in nordamerikanischen Regionalnetzen die treibende Kraft für diese Entwicklung. Regionalnetze haben nur eine begrenzte geographische Ausdehnung und sind dadurch den Einschränkungen durch die oben beschriebenen physikalischen Grenzen nicht so stark ausgesetzt wie in überregionalen Netzen. Daher konnten für diese Anwendung Lösungen mit sehr vielen optischen Kanälen (32, 64 und mehr) entwickelt werden, ohne daß aufwendige mehrstufige Inline-Verstärker erforderlich sind.

8 Feldversuche und internationale Forschungsprojekte zu WDM-Netzen Der folgende Abschnitt gibt ohne Anspruch auf Vollständigkeit eine Zusammenfassung von aktuellen Feldversuchen der Netzbetreiber und internationa-

len Forschungsprojekten zum Thema optische Netze. WorldCom setzt angeblich seit etwa 1997 optische Schaltmatrizen für das Rangieren von STM-4- und STM-16-Verkehrsströmen ein. In dem Testnetz, das angeblich auch Wirkverkehr von WordCom transportiert, werden 24 Faser-

schalter (72x72) verwendet, wobei Ersatzschaltezeiten von

100 ms erreicht

werden [12]. Das Netz ist von einem zentralen Netzmanagementcenter steuerbar, über verwendete Protokolle gibt es keine Angaben.

aus

MCI betreibt ein Testnetz mit fünf optischen Crossconnectoren der Firma Hi-

tachi [13]. Dieses Netz nutzt optisch-mechanische Schaltmatritzen (16x16). Obwohl das Netz als transparentes Netz entworfen ist, werden nur STM-16und STM-64-Datensröme geschaltet, wobei die Ersatzschaltezeit kleiner als

150 ms ist. Die „Client Layer“ dieses optischen Netzes sind ATM- und SDHLayer. Das Netz ist ebenfalls zentral steuerbar und nutzt ein nach M.3100 und g.otn realisiertes Management-System [14, 15].

GDMO,

Die Deutsche Telekom betreibt in Berlin ein WDM-Experimentalnetz, das mit drei optischen Crossconnectoren die Möglichkeiten der optischen Ersatzschaltung untersucht. Mit diesem Netz ist es möglich, semi-transparente Ka-

18

Wellenlängenmultiplex näle (100 Mbit/s bis 2,5 Gbit/s) ersatzzuschalten und zu konfigurieren. Das Netz ist von einem zentralen Managementsystem aus über ein bei der Deut-

schen Telekom eingeführtes Qd2-Managementinterface steuerbar, wobei die Ersatzschaltezeiten kleiner als 200 ms sind [16]. British Telecom hat zwei Feldversuche zur Untersuchung von optischer Ersatzschaltung realisiert. Beide Versuche basieren auf 16-Kanal-WDM-Systemen

und bieten die Möglichkeit, semi-transparente Kanäle mit Datenraten zwischen 565 Mbit/s und 2,5 Gbit/s ersatzzuschalten [17]. Für die optische Ersatzschaltung werden

keine Crossconnectoren

ermöglichen einfache

1 x2-Schalter am Anfang und am Ende der optischen

Pfade

die

Umschaltung

von

gestörtem

verwendet,

auf ungestörten

sondern Pfad.

Das

vielmehr Manage-

ment-System basiert auf der Netzarchitektur für optische Netze entsprechend g.otn und einer Objektmodellierung nach GDMO und M.3100 [ 14, 15]. Neben diesen sehr anwendungsnahen Feldversuchen gibt es weltweit eine Vielzahl von stärker forschungsorientierten Projekten. Exemplarisch dafür sei-

en hier die europäischen ACTS-Projekte Open, Mephisto, Photon, Moon, Meton und Demon genannt, die verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten der optischen Netze untersuchen. Ein Beispiel sei im folgenden etwas genauer erläutert. Moon/Photon (Transeuropean Photonic Transport Overlay Network, Management of optical Networks)[ 18] In diesem Projekt werden Konzepte für zukünftige optische Weitverkehrsnet-

ze entwickelt, und 1998 wird ein Feldversuch zwischen München, Passau und Wien durchgeführt (Bild 8). Die wichtigsten Merkmale des Feldversuchs sind: -

-

Aufbau eines semi-transparenten (520 km Länge),

Übertragung

im

Netzes

zwischen

1500-nm-Wellenlängenfenster

den

drei

Stationen

mit Einsatz

optischer

Verstärker (EDFAs), -

Dispersionskompensation der Strecke mit dispersionskompensierenden Fasern (DCF),

-

Verwendung von acht optischen Kanälen (Wellenlängen) je Richtung mit einem Frequenzabstand von 400 GHz (3,2 nm),

-

Einsatz eines optischen Crossconnects in Passau,

Entwicklungstendenzen -

Schnittstellen zum existierenden Netz: «e SDH-System mit 2,5 Gbit/s für zwei Kanäle und mit 10 Gbit/s für einen Kanal, e „Mietfrequenz“ (Leased frequency: LFS) für eine beliebige Bitrate bis 2,5 Gbit/s.

Mit dem

Feldversuch werden

die Möglichkeiten

der heutigen Technologien

für ein zukünftiges rein optisches Transportnetz getestet, im wesentlichen der Einsatz von Wellenlängenmultiplex, die 10-Gbit/s-Übertragung über 520 km ohne

elektronische

Regeneration

und

die Konfigurationsmöglichkeiten

mit

Hilfe optischer Crossconnects.

Das Projekt Moon befaßt sich hauptsächlich mit der Entwicklung eines zu OSI konformen

Managements

für optische Netze. Es werden unter anderem

funktionale Modelle und Objektmodelle entwickelt, auf deren Basis ein Management-System für einen Netzdemonstrator (Bild 8) mit drei optischen Crossconnects realisiert wird. Ziel des Feldversuches ist es, das gesamte Managementsystem unter realen Bedingungen zu erproben, um auf diese Weise

praktisch überprüfte Beiträge zum Beispiel bei der ITU-T einzubringen. Ein weiterer Schwerpunkt des Moon-Projektes ist es, die für ein optisches Netz und dessen Betrieb erforderlichen Alarm- und Überwachungssignale zu definieren. Der Netzwerkdemonstrator ist eine Weiterführung des Photon-Projektes, das für diesen Zweck um zwei weitere Crossconnects, die in Bild 8 hell

gezeichnet sind, ergänzt wird. Der Feldversuch wird von nichtkommerziellen Breitband-Anwendern genutzt.

urn -----

TMN Information OAM Information

München Bild 8: Moon/Photon-Feldversuch

20

Schärding

Wellenlängenmultiplex 9 Ausblick Obwohl stehen

bereits viele WDM-Punkt-zu-Punkt-Systeme die Standardisierung

dieser Systeme

und

weltweit installiert sind,

auch

die Standardisierung

von Funktionen und Elementen der WDM-Netze bei ITU-T und ETSI noch am Anfang. In Tabelle I sind die Standards der ITU-T zum optischen Netz und die entsprechenden ATM- und SDH-Standards dargestellt. ATM Optical Networking Framework

AON G.onf

Components and Subsystems Functional Characteristics

SDH

| 1.731 ff

G.661 ff

G.onc

G.825 ff

G.oeg

G.783 ff

G.oef G.mes

Physical Layer Aspects

G.703

G.703

Network Architecture

1.326

G.805;G.803

G.otn G.onr

Structures and Mapping

1.361 ff

G.707

G.ons

Management Aspects

1.751

G.174

G.onm G.oni

G.onp

Tabelle 1: ITU-Standards für ATM, SDH und AON (All Optical Network)

Die Standards zur Architektur eines optischen Netzes sind in einem stabilen Zustand. Man hat sich in G.872 (g.otn) auf ein 3-Layer-Modell geeinigt und die elementaren architektonischen Komponenten entsprechend G.805 sowie die Anforderungen an das Netzmanagement festgelegt. In G. 873 (G.onr) wer-

den die elementaren Anforderungen an ein optisches Netz anhand eines hypothetischen Referenznetzes aufgestellt, d.h., man hat sich darauf geeinigt, daß ein optisches Netz nur binär codierte und mit „On-Off“-Modulation modulier-

te optische Signale transportiert. Außerdem wurden die grundsätzlichen Netzparameter, wie maximale Zahl von Knoten und Sektionen festgelegt, die von

einem optischen Kanal überbrückt werden sollen. Basierend auf diesen grundsätzlichen Standards, können die noch fehlenden Standards, zum Beispiel die Spezifizierung des Objektmodelis, entwickelt werden. Die WDM-Systeme

und WDM-Netze

haben in einem starken Maß

auch die

Regein für die Planung und den Betrieb von Transportnetzen verändert. In der Vergangenheit war es immer erforderlich, aus Kostengründen die Transportwege möglichst kurz zu halten und die verfügbare Bandbreite maximal auszunutzen. Da aber WDM-Systeme weitaus kostengünstiger als herkömmliche Systeme große Bandbreiten über große Entfernungen transportieren, können

21

Entwicklungstendenzen diese Planungsregeln zugunsten anderer Optimierungskriterien vernachlässigt

werden. Dieser Aspekt, aber noch viel stärker die rapide Entwicklung der Datenkommunikation

und des Internets, werden die Architektur der Netze ver-

ändern. In Bild 10 sind drei Architekturen gezeigt. Das rechte Teilbild stellt die „klassische“ Architektur eine Universalnetzbetreibers dar, in der ATM als universelle Plattform für den Transport unterschiedlichster Dienste verwendet wird. Das ATM-Layer

stützt sich auf ein SDH-Transportnetz und möglicher-

weise auch auf ein WDM-Netz ab. Da aber die erforderlichen Bandbreiten für die Verbindungen der IP-Router bereits im Gbit/s-Bereich liegen und da IP auf ATM-Architektur bisher nur sehr rudimentäre Funktionalitäten des ATMLayers benötigt, verwenden insbesondere Internet-Service-Provider (ISP) oder andere Nischenanbieter eine stark vereinfachte Architektur, in der IP über ein „Point-to-Point-Protocol“ (PPP) STM-N-Verbindungen nutzt, die ggf. über

WDM-Netze

transportiert werden. Nach

[2] ist eine solche Architektur im

Vergleich mit der „klassischen“ Architektur deutlich kostengünstiger realisierbar. Ein Ergebnis dieser Entwicklung und auch ein Ergebnis der zögerlichen

Standardisierung bei der ITU-T ist die Gründung des „Optical Internetworking Forums“ (OIF) [19], das zum Ziel hat, die Management- und TransportFunktionen bzw. Interfaces für eine vereinfachte Architektur entsprechend dem linken Teilbild in Bild 9 (ggf. unter Vermeidung des SDH-Layer) zu un-

tersuchen und deren Standardisierung voranzutreiben.

IP

|]

ATM

— IP

IP

PPP

PPP

SDH’

spm|

WDM

ISP or Niche Player

FA]AM [PL

Vo ice

[PL] son WDM

Multi Service Provider I

SDH* - only SDH point to point Systems PL- Private Line / Leased Line FR- Frame Relay Bild 9: Unterschiedliche diensteintegrierende Netzarchitekturen

22

Vo Ice

IP

FAIPL IPRPL|

SDH* WDM

Multi Service Provider D

Wellenlängenmultiplex Die Frage nach der zukünftigen Entwicklung und danach, welche Architektur die beste Dienste-Integration bietet, wird letztendlich dadurch beantwortet

werden, welche Qualität der Dienste (QoS) für die unterschiedlichen Anwendungen notwendig ist und wie die IP-Standards weiterentwickelt werden, um

QoS entsprechend diesen Anforderungen zu garantieren und wie Sprachdien-

ste integriert werden können.

Bei Beachtung der Prinzipien des „Network-Layering“, d.h. der administrativen

Eigenständigkeit und Unabhängigkeit des optischen Netzes von den darüberliegenden Schichten, müßte es entsprechend Bild 10 möglich sein, daß die WDMTransportnetze nahezu unberührt davon bleiben, welche Architektur sich grundsätzlich durchsetzen wird. In jedem Fall wird das WDM-Netz die integrative Funktion, wie sie im mittleren Teilbild gezeigt ist, erfüllen müssen. 10 Il] [2] [3] [4] [5]

[6]

[7] [8] 19] [10]

[11] [12] [13] [14] [15] [16]

Schrifttum Sietmann, R.: Der Kampf um die Netze. c't (1998) 11,5. 186-201 Wu, T.-H.: Current trends in the design of reliable communication networks. Digest of ihe DRCN 98-conference, Brugge 1998, S.1-6 ITU-T Recommendation G.803 „Architecture of transport networks based on ihe SDH*, Geneva 1993 ITU-T Recommendation G.805 „Generic functional architecture of transport networks“, Geneva , 1996 Gladisch, A.; Hanik, N; Lehr, G.: Netze mit optischem

Frequenzmultiplex.

Der Fernmel-

deingenieur 6, 7, 8/97, Verlag Wissenschaft und Leben Georg Heidecker GmbH, Erlangen 1997 Caspar, C.; Foisel, H. M.; Ludwig, R.; Pieper, W.; Strebel, B.; Gladisch, A.;, Hanik, N.: 10 Gb/s NRZ/RZ Transmission over 2000 KM standard fibre with more than 100 km amplifier spacing, IOOC ECOC ‘97, Edinburgh, Session MO3A Green,P.: Optical networking Update. IEEE Journal on selected areas on communications 14 (1996) 6, S. 764-779 Johansson, S., et al.: Application of WDM Ring Networks in the Metropolitan Area. Eingereicht zu IEEE Selected Areas on Communication Hanik, N.; Gladisch, A.; Lehr, G.: An effective method to design transparent optical WDM-networks. NOC 98, Manchester 1998 Lano, R.; Gladisch, A.: Filter transfer function analysis for multichannel subsystems. Rapporteur's Meeting, 10-12 June 1998, Rome, Beitrag zum Expert Meeting der ITU Rome 1998 Berthold, J.: Tutorial on evolution of WDM in transport networks. Optical Fiber Coferece OFC 1998, San Jose, Paper WF Young, M.; Laor, H.; Fontenot, E. J.: First In-Service Network Application of Optical Cross-Connects. Optical Fibre Conference OFC 1998, San Jose, Paper PD23 Davis, G. B.; Robinson, N.; Liu, S. K.; Fee, J.; Way,D.: Optical crossconnect system technology trial, Optical Fibre Conference OFC 1998; San Jose; Paper TuE3 Draft ITU-T Recommendation G.otn, Architecture of optical transport networks; Geneva 1998 ITU-T Recommendation M.3100, Generic network information model; Geneva 1995 Bersiner, L.; Koeppen, J.; Lausen, H.; Neumann, G.; Tiltmann, H.; Gladisch, A.: Experi-

23

Entwicklungstendenzen

[17]

mental optical crossconnect system with automatic protection switching for wavelength division multiplex networks. European Conference on optical communication ECOC 1998, Madrid MeGuire, A.: WDM network management in operational trials. Optical Fibre Conference OFC

[18]

[19]

1998, San Jose, Paper TuP1

http://www.uk.infowin.org/ACTS/RUS/PROJECTS/ac084.htm

htip://www.uk.infowin.org/ACTS/RUS/PROJECTS/ac231.htm hup://www.uk.infowin.org/ACTS/RUS/PROJECTS/ac073.htm

[20]

http://www.oiforum.com/

11 Verwendete Abkürzungen AON ASE ATM CMIP DEN DEMUX DXC ECC EDFA

All Optical Network Amplified Spontaneous Emission Asynchronous Transfer Mode Common Management Interface Protocol Data Communication Network Demultiplexer Digital Crossconnect Embedded Control Channel Erbium Doped Fiber Amplifier Frame Relay Guidelines for the Definition of Managed Objects Internet Protocol Internet Service Provider Multiplexer Netzelement Optical Add Drop Multiplexer Optical Add Drop Unit Optical Amplifier Section Optical Channel

Optical Channel Termination Optical Frequency Division Multiplexing Optical Internetworking Forum Optical Multiplex Section On-oOff Keying Optical Path Operation System Optical Terminal Multiplexor Polarisationsmodendispersion Point to Point Protocol Q-Adapter Relative Intensity Noise Synchrone Digitale Hierachie Synchrones Transport Modul Telecommunication Management Network Virtual Container Wavelength Division Multiplexing Work Station

24

und

Optische Übertragungssysteme

Höchstbitratige optische Übertragungssysteme Von Bernhard Hein, Darmstadt

Dr.-Ing. Bernhard Hein, Jahrgang 1951, ist Abteilungsleiter im Technologiezentrum der Deutschen Telekom und zuständig für „Optische Netze“

1

Einführung

Zur Erhöhung der Übertragungskapazität einer Glasfaser gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten: die Erhöhung der optischen Kanalzahl mit Hilfe der Wellenlängenmultiplex-Technik

(WDM:

Wavelength

Division

Multiplex)

und/oder

die

Erhöhung der Bitrate pro optischen Kanal. Kommerziell verfügbar sind heute WDM-Systeme

mit 40 Kanälen zu je 2,5 Gbit/s, angekündigt sind

128 Kanäle

mit je 10 Gbit/s. Letzteres entspricht einer Übertragungskapazität von 1280 Gbit/s auf einer Glasfaser. Neben 2,5 Gbit/s werden kommerziell auch schon

Systeme

mit Kanalbitraten von

10 Gbit/s angeboten. Weltweit wird be-

reits an der nächsten Generation mit 40 Gbit/s pro Kanal gearbeitet. In diesem Artikel werden schwerpunktmäßig nur einkanalige höchstbitratige Systerne (10 Gbit/s und höher) und die mit diesen Bitraten verbundenen Probleme behandelt. Auf die WDM-Technik wird nur kurz eingegangen). Die WDM-Tech-

nik wird in [1, 2, 3] ausführlicher dargestellt. Weitere

Informationen

über

höchstbitratige Übertragungssysteme sind in [1, 4] zu finden.

2 Motivation für höchstbitratige Systeme Mit der WDM-Technik stehen zwar auch mit Kanalbitraten von 2,5 Gbit/s und den sehr hohen optischen Kanalzahlen schon enorme Übertragungskapazitäten zur Verfügung, die Erfahrung aus der Vergangenheit zeigt jedoch, daß mit steiD) Auf dieses Thema geht der Beitrag von Dr. Andreas Gladisch in dieser Ausgabe des „taschenbuchs der telekom praxis“ näher ein.

25

Entwicklungstendenzen gender Kanalbitrate auch eine Kosteneinsparung bei der Systemtechnik erzielt werden kann, wenn diese im Markt eingeführt ist. Heute sind 10-Gbit/s-Systeme kommerziell verfügbar, bei 40 Gbit/s gibt es Laborsysteme und erste Labormuster von elektronischen Schaltungen. In absehbarer ATM-Switche (Asynchroner Transfer Modus) auch len verfügbar sein. Langfristig (>5 Jahre) sind sogar 40 Gbit/s denkbar, z.B. zur Verbindung von extrem

Zeit werden Router und mit 10-Gbit/s-Schnittstelnoch höhere Bitraten mit schnellen Rechnern.

3 Physikalische Effekte bei der Übertragung Die optischen Signale werden auf der Glasfaser durch folgende Effekte gestört: -

Dämpfung,

-

Dispersion,

-

Nichtlinearität.

Die einzelnen Effekte und ihre Auswirkungen werden im folgenden kurz behandelt.

3.1

Faserdämpfung

In den Weitverkehrsnetzen

ist praktisch nur die Standard-Monomode-Faser

(SMF) im Einsatz, die sowohl im 1 300-nm- als auch im 1550-nm-Fenster betrie-

ben wird, wobei im letzteren die niedrigere Faserdämpfung mit >»

Bild 5: Dispersionskompensationsschema einer Übertragungsstrecke; oberes Teilbild: Schema der Übertragungsstrecke, unteres Teilbild: Dispersionsverlauf längs der Strecke

5 Solitonenübertragung Bei

Laborexperimenten

Dispersionsprobleme

mit

höchstbitratigen

Systemen

wird

wegen

der

häufig die Solitonenübertragung angewendet; sie wird

deshalb im folgenden stark vereinfacht erläutert. Im Abschnitt 3.3.2 wurde der

nichtlineare

Kerr-Effekt

beschrieben,

der die Abhängigkeit

der effektiven

Brechzahl von der örtlichen Lichtleistung beschreibt. Durch die erhöhte loka-

le Brechzahl wird der Puls im Prinzip zusammengezogen, durch den Dispersionseffekt wird er verbreitert. Halten sich beide Effekte gerade die Waage, so ändert sich der Puls nicht, d.h., die Pulsform bleibt längs der Übertragungs-

33

Entwicklungstendenzen strecke gleich. In diesem Fall spricht man von einem Soliton. Bedingt durch

die Faserdämpfung, kann obige Bedingung aber nicht eingehalten werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es auch genügt, wenn sich die Kompensation durch den Kerr-Effekt und die Dispersion im Mittel die Waage halten. Der Puls wird dann mit einer höheren Leistung gesendet, durch den stärkeren nichtlinearen Effekt zieht er sich zusammen, mit abnehmender Leistung gewinnt die Dispersion die Oberhand und verbreitert den Puls wieder. Hat der Puls wieder seine ursprüngliche Breite erreicht, so muß er wieder auf die ursprüngliche Sendeleistung verstärkt werden - das Spiel wiederholt sich von vorn. Es handelt sich hierbei um das „average soliton“-Konzept („gemittelte Solitonen“). Auch in diesem Fall wird heute von einer Solitonenübertragung gesprochen. Von „breathing soliton“ spricht man auf SMF-Strecken, die mit DCF

kompensiert sind. Das „Soliton“ wird durch die starke Dispersion der SMF stark verbreitert und durch die DCF wieder verschmälert - d.h., es „atmet“. Obige Erklärung gibt den Sachverhalt der Solitonenübertragung nur grob wieder, in Wirklichkeit handelt es sich um ein sehr komplexes Zusammenspiel. Schon in Bild 4 wurde gezeigt, daß bei zu hohen Leistungen auch Pulsspaltun-

gen auftreten können. Es handelt sich dann prinzipiell um Solitonen höherer Ordnung. Solitonenpulse müssen auch einen bestimmten Abstand voneinander haben, sonst beeinflussen sie sich gegenseitig stark. Praktisch hat sich gezeigt, daß die Pulsbreite maximal 20 % der Bitbreite sein sollte, d. h., bei einem

10-Gbit/s-Signal sollten die Solitonen eine Pulsbreite von ca. 20 ps aufweisen. Die nötige Pulsspitzenleistung für ein Soliton ist proportional zur Dispersion und umgekehrt proportional zum Quadrat der Pulsbreite, d. h., bei einer Bitratenverdopplung vervierfacht sich die Solitonenpulsspitzenleistung. Mit Hilfe der Solitonenübertragung konnte im Labor in Übertragungsexperimenten auf Faserringen, die beliebig oft durchlaufen werden können, nachge-

wiesen werden, daß mit der Solitonentechnik über Glasfaserlängen von Hunderttausenden

von

Kilometern

werden können. Schon

Bitraten mit

IO Gbit/s und

mehr übertragen

1994 wurde in einem Ringexperiment ein 10-Gbit/s-

Signal über eine Strecke von insgesamt

| Mio. km übertragen [6]. Die Solito-

nenübertragung wird als Kandidat für zukünftige Seekabelsysteme angesehen,

wenn Entfernungen von mehreren tausend Kilometern zu überbrücken sind. 6 Optische Zeitmultiplextechnik

Elektronische Digitalschaltungen sind heute praktisch nur bis 10 Gbit/s marktverfügbar, für 40 Gbit/s gibt es erste Labormuster. Zur Erzeugung von

34

Optische Übertragungssysteme optischen einkanaligen Bitraten oberhalb von 10 Gbit/s wird deshalb eine Multiplextechnik in der optischen Ebene eingesetzt, das Optical Time Division Multiplexing (OTDM). Das Prinzip ist in Bild 6 erläutert. Von einer hochstabilen Laserquelle (z.B. Ringlaser oder mode-locking-laser) wird eine Puls-

folge mit konstanter Wiederholfrequenz erzeugt. Die Pulsbreite ist maximal so groß wie die Bitbreite des gewünschten Signals. Der periodische Pulszug wird

mit Hilfe eines Splitters in N gleiche Pulsströme aufgeteilt, anschließend wird jeder Pulszug mit Hilfe eines externen Modulators mit der zu übertragenden

Information moduliert, d.h., bei einer „I“ wird der Puls weitergeleitet, bei einer „O“ gesperrt. In jedem Zweig befindet sich eine optische Verzögerungslei-

tung, die so eingestellt ist, daß die einzelnen Pulse nach dem passiven Zusarnmenfügen

zeitlich

genau

ineinander

verschachtelt

optisch gemultiplextes Signal entstanden ist.

sind,

so

daß

somit

ein

Modulationssignale

Pulsquelle |

Bild 6:

Prinzipbild der optischen Zeitmultiplextechnik (OTDM)

7 Stand der Forschung Einige

herausragende

Übertragungsexperimente

zu

höchstbitratigen

Syste-

men mit Bitraten von 100 Gbit/s und mehr sind in Bild 7 aufgelistet. In allen Experimenten wurde OTDM verwendet. Erste Übertragungsexperimente mit 100 Gbit/s wurden von NTT schon 1993 durchgeführt. Bei den 100- und 200-Gbit/s-Experimenten wurde zur Übertragung eine DSF verwendet. Übertragen wurde im Dispersionsnullpunkt, somit war keine Dispersionskompensation nötig. Inzwischen wurde die Kanalbitrate auf 640 Gbit/s erhöht [7]. Als Pulsquelle wurde ein modengekoppelter Faserringlaser verwendet, der Pulse mit 0,4 ps Pulsbreite und einer Pulswiederholrate von 1Ü GHZ erzeugte. Dieser Pulszug wurde mit 10 Gbit/s moduliert und 35

Entwicklungstendenzen Bitrate pro | Faserlänge Kanal Gbit/s km 100

35

200

100

400 640 Bild 7:

|Bitrate - Faserlänge | Fasertyp

Wer?

Wann?

(Tbit/s) km DSF

NTT

Dezember

20

3,5

DSF

NTT

Mai 1995

1993

40

16

SMF + DCF

NTT

Februar 1996

60

38,4

SMF +DCF+DSF

|NTT

Februar 1998

Ausgewählte einkanalige optische Übertragungsexperimente

mit der OTDM-Technik auf 640 Gbit/s gemultiplext. Die Übertragungsstrecke war 60 km lang. Ein Teil der Strecke bestand aus einer SMF, die Dispersion dieser Faserstrecke wurde teilweise mit einer DCF und die Restdispersion mit einer DSF kompensiert. Auf der Empfangsseite wurde ein l0-Gbit/s-Kanal mit Hilfe eines optischen Demultiplexverfahrens ausgekoppelt. Bei den in Bild 7 angegebenen Experimenten wurden jeweils Fasern mit sehr niedrigen PMD-Werten verwendet, so daß mit der PMD keine Probleme auf-

traten. So war der PMD-Wert im 640-km-Experiment kleiner als 0,1 ps/./km. 8 Übertragungs-Experimente mit 40 Gbit/s Die Deutsche Telekom

untersucht in Zusammenarbeit mit anderen Partnern

die Anwendung von 40-Gbit/s-Systemen auf der SMF und die Problematik der PMD. Diese Arbeiten werden durchgeführt in dem nationalen Programm PHOTONIK II, das vom BMBF (Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie) gefördert wird, und in dem europäischen

ACTS-Projekt HIGHWAY (ACTS: Advanced Communications Technologies & Services), das von der EU gefördert wird. Im Rahmen des Projektes HIGHWAY, an dem Alcatel Telecom, British Telecom, Deutsche Telekom, France Telecom, das Heinrich-Hertz-Institut und diverse Universitäten beteiligt sind, wurde ein 40-Gbit/s-OTDM-System herge-

stellt. Alle Komponenten stammen von Alcatel Telecom. Das System wurde im Mai 1998 in einem Feldversuch zwischen Darmstadt- Mannheim Darmstadt getestet. Dabei wurde weltweit zum ersten Mal ein 40-Gbit/s-Signal auf verlegten Fasern übertragen. Die Konfiguration des Feldversuchs ist in Bild 8 angegeben. Im OTDM-Sender wurden 4 Signale mit je 10 Gbit/s auf 40 Gbit/s gemultiplext. Die Ausgangsleistung des Senders betrug +12 dBm. Der Sender gibt polarisiertes Licht ab, die Einkoppelpolarisation konnte gedreht werden, um de-

36

Optische Übertragungssysteme

OTDM

+12 dBm

—

55 km —S3i

Sender

(

OTDM

Empfänger DH)

)

0)

-20,5 dBm

Darmstadt

Strecke

Mannheim

Bild 8: Konfiguration des weltweit ersten Übertragungsexperimentes mit 40 Gbit/s auf einer 130 km langen verlegten Faserstrecke

ren Einfluß zu untersuchen.

Das Signal wurde in Mannheim

mit Hilfe eines

EDFA verstärkt, vor dem Empfänger in Darmstadt wurde die Dispersion mit Hilfe einer DCF kompensiert. Die empfangene Leistung war -20,5 dBm. Die Gesamtdämpfung der Strecke betrug ca. 45 dB und die gesamte chromatische Dispersion 2 050 ps/nm. Für die PMD der Strecke wurde ein Wert von 8 ps gemessen, der hohe Wert rührt von einer kurzen Faserstrecke her, die allein schon einen Wert von 6 ps aufweist.

Die Ergebnisse des Experiments sind in Bild 9 angegeben. Dargestellt sind jeweils ein Pulszug und das Augendiagramm.

Im oberen Teilbild ist das Sende-

signal abgebildet. Das mittlere Teilbild stellt das Empfangssignal dar, wobei die Polarisation bei der Einkopplung so eingestellt wurde, daß eine minimale

Bitfehlerquote von

10!! (Wortlänge 2”°-1) erreicht wurde. Beim unteren

Teilbild wurde die Achse um 45° gegenüber der optimalen Einkopplung gedreht. Hierbei zeigt sich deutlich ein Doppelpuls, der von dem Laufzeitunterschied der schnellen und der langsamen Polarisationsachsen der Faserstrecke herrührt. Wegen der starken Pulsverzerrung schließt sich das Auge, es konnte

nur eine Bitfehlerquote von 10°? erreicht werden. In der Regel entsteht bei der Drehung der Eingangspolarisation kein Doppelpuls, sondern es verändert sich nur die Pulsbreite. Das Übertragungsexperiment zeigt zum einen, daß ein hoher PMD-Wert nicht zwangsläufig bedeuten muß, daß eine Übertragung nicht möglich ist. Bei der Messung des PMD-Wertes wird nur ein Mittelwert gemessen. Durch Optimie-

ren der Einkopplung kann aber erreicht werden, daß das Signal eine wesentlich niedrigere PMD erfährt. Da sich jedoch die optimale Achse statistisch ändert, wäre Nachregeln erforderlich. Dies ist eine mögliche, wenn auch nicht

37

Entwicklungstendenzen Pulsfolge

Augendiagramm

1”

=

|

ep,

:

BEEu.ltofı peegen ® E

ke

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3

2

AAN

laut

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T

= e aD

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E

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T

T

rot

T

T

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F

!ı,.

Bild 9: Feldversuch mit einem 40-Gbit/s-OTDM-Signal über 110 km SMF; a) Sendesignal, Pulsbreite 8 ps b) empfangenes Signal mit optimaler Einstellung der Eingangspolarisation c) empfangenes Signal mit einer zu b) um 45° verdrehten Eingangspolarisation

sehr elegante Möglichkeit zum Verringern des PMD-Problems.

An weiteren

Konzepten wird derzeit weltweit geforscht. Anzumerken ist noch, daß die verwendete Faserstrecke einen extrem schlechten PMD-Wert aufweist. Das Experiment hat jedoch prinzipiell gezeigt, daß 40 Gbit/s auch auf dem verlegten SMF-Netz über verhältnismäßig große Strecken übertragen werden können. Untersuchungen mit einer 40-Gbit/s-Übertragung auf unterschiedlichen Fasertypen zeigten, daß die Kombination SMF und Kompensation mit DCF die

günstigsten Eigenschaften aufwies im Vergleich mit DSF und einer LDF, wobei insbesondere der Unterschied zur DSF sehr groß war [8]. Die DSF zeigt

ungünstigere Eigenschaften,

da wegen

des kleineren effektiven Kerndurch-

messers nichtlineare Effekte früher einsetzen.

38

Optische Übertragungssysteme 9

Wellenlängenmultiplextechnik für höchstbitratige Systeme

In Bild 10 sind einige ausgewählte Forschungsexperimente mit höchstbitratigen Systemen in Kombination mit WDM angegeben. In einem Experiment der Firma Nortel

mit acht Kanälen

mit je 40 Gbit/s konnte eine Streckenlänge von

240 km überbrückt werden. Die Übertragung fand auf einer SMF statt, zur Kompensation wurde eine DCF verwendet. Mit dem Experiment 55x20 Gbit/s wurde das erste Mal die 1000-Gbit/s-Grenze auf einer Glasfaser überschritten. Anzahl Kanäle

Bitrate pro | GesamtKanal kapazität Gbit/s Gbit/s

Faserlänge

|Fasertyp

Wer?

Wann?

km

55

20

1100

150

SMF + DCF

|Fujitsu

Februar 1996

4

40

160

320

DSF

NTT

Februar 1996

8

20

160

240

DSF +SMF

|CNET

Mai 1996

8

40

320

240

SMF + DCF

[Nortel

Februar 1997

10

20

200

1000

SMF + DCF

|\CNET

Februar 1997

Bild 10: Ausgewählte Forschungsexperimente mit höchstbitratigen Systemen in Kombination mit WDM

10 Ausblick Marktverfügbar sind heute optische Übertragungssysteme

mit Kanalbitraten

von 10 Gbit/s; solche Systeme werden auch schon in den USA und in Japan eingesetzt. Systeme mit höheren Bitraten werden z.Z. noch mit der OTDMTechnik realisiert, elektronische Schaltungen für 40 Gbit/s sind jedoch in der

Entwicklung. Allgemein wird erwartet, daß komplette 40-Gbit/s-Systeme in ca. fünf Jahren marktreif sein werden. Nach Ansicht der Experten wird es mittelfristig auch 100-Gbit/s-Elektronik geben, so daß die Entwicklung der Kanalbitrate nach 40 Gbit/s noch weitergehen wird. Außerdem steht für die extrem hohen Bitraten auch die optische Signalverarbeitung zur Verfügung, mit der Bitraten von über 1000 Gbit/s erzeugt und verarbeitet werden können. Damit

diese Technik zur Anwendung kommen kann, ist jedoch noch viel Forschungsaufwand erforderlich, insbesondere im Hinblick auf eine optische Integrationstechnologie. Das Problem der chromatischen Dispersion bei den extrem hohen Bitraten ist

prinzipiell mit Hilfe der Dispersionskompensation gelöst. Als begrenzende Effekte sind PMD und nichtlineare Effekte noch vorhanden. An dem Verständnis zur PMD und an Kompensationsmethoden wird weltweit gearbeitet, so daß in absehbarer Zeit praktikable Lösungen vorhanden sein werden - wenn

39

Entwicklungstendenzen nicht,

so müssen

gegebenenfalls

Fasern

mittels genauer

Messungen

ausge-

sucht oder neue, bessere Kabel verlegt werden, wenn 40 Gbit/s oder höhere Bitraten übertragen werden sollen. Zusätzlich finden Neuentwicklungen von Fasern statt, um die Probleme mit der Dispersion und mit nichtlinearen Effekten zu verringern.

11

Schrifttum

11 [2] [3] [4] [5] [6] [7]

[8]

Hultzsch,

H. (Hrsg.): Optische Telekommunikationssysteme.

12 Verwendete Abkürzungen DGD EDFA

Differential Group Delay Erbium Doped Fibre Amplifier

LDF OTDM

Low Dispersion Fibre Optical Time Division Multiplexing

PMD SMF

Polarisation Mode Dispersion Single Mode Fibre

TDM WDM

Time Division Multiplex Wavelength Division Multiplex

40

I. Auflage, Gelsenkirchen,

Damm-Verlag KG, 1996 Dupraz, J.; Perrier, P. A.: Eine neue optische Ebene für Breitbandnetze. Taschenbuch der telekom praxis (1998), S. 1-17 Gladisch, A.; Hanik, N.; Lehr, G.: Netze mit optischem Frequenzmultiplex. Der Fernmeldeingenieur 5] (1997), H. 6/7/8 Hein, B.: Optische Übertragungstechnik für höchstbitratige Systeme. Der Fernmeldeingenieur 49 (1995), H. 3 Gabitov, I.; Hein, B.; Küppers, F.; Müller, M.; Weiershausen, W.: Experimental and numerical investigations of ps-pulse transmission in presence of PMD. Optical Fiber Communication Conference, San Jose, Februar 1998, Proceedings S. 342-343 Aubin, G.; Montalant, T.; Moulu, J.; Nortier, B.; Pirio, F.; Thomine, J. B.: Soliton transmission at 10 Gbit/s with a 70 km amplifier span over one million kilometres. Electronics Letiers 30 (1994), July 1994, S. 1163-1165 Nakazawa, M.; Yoshida, E.; Yamamoto, T.; Yamada, E.; Sahara, A.: TDM single channel 640 Gbit/s transmission experiment over 60 km using 400 fs pulse train and walk-off free, dispersion-flattened nonlinear optical loop mirror. Optical Fiber Communication Conference, San Jose, Februar 1998, Post-deadline paper PD14 Breuer, D.; Ehrke, H. J.; Küppers, F.; Ludwig, R.; Petermann, K.; Weber, H. G.; Weich, K.: Unrepeatered 40-Gbit/s RZ single-channel transmission at 1550 nm using various fiber types. Optical Fiber Communication Conference, San Jose, Februar 1998, Proceedings $. 115-116

Alternative Sprachübertragung

Sprachkommunikationsmöglichkeiten über innovative Technologien Von Werner Würtenberger, Darmstadt

Dipl.-Ing. Werner Würtenberger, Jahrgang 1955, ist z.Z. für die Fa. 1.T.E.N.O.S. tätig und beschäftigt sich mit Planung und Design von Corporate Networks, basierend auf innovativen Technologien

1 Einleitung Mit der Realisierung moderner Daten- und IP-Netze auf Basis innovativer Technologien bekommt die Integration bzw. Einbettung der Sprache einen neuen Stellenwert. Unter dem

Namen

„T-NetCall“

hat die Deutsche Telekom AG

(DTAG)

ein

Internet-Telefonie-Pilotprojekt in den USA gestartet. Kunden der Auslandstochtergesellschaft der DTAG

in USA

haben die Möglichkeit, internationale

Telefongespräche über das Internet zu führen. Die Teilnehmer nutzen T-NetCall mit einem mehrfrequenzfähigen Telefon über eine lokale New YorkerZugangsnummer. Im Zugangspunkt, dem Gateway, wird der Anwender durch

ein Ansagemenü geleitet. Er gibt die gewünschte Rufnummer, eine achtstellige persönliche Kartennummer sowie eine vierstellige persönliche Identifikationsnummer ein. Daraufhin wird der Internet-Anruf aufgebaut. Das

Beispiel

zeigt,

daß

bereits

heute

schon

Konkurrenzprodukte

in

der

Sprachkommunikation neben der klassischen Sprachkommunikation im digitalen (analogen) Telefonnetz bestehen. Darüber hinaus können auch Sprachkommunikationsmöglichkeiten in Datennetzen realisiert werden.

Aufgrund der Liberalisierungsmaßnahmen im Bereich der Sprachkommunikation entstehen über sog. Interconnection-Vereinbarungen weitere vielfältige

Möglichkeiten, die den Markt wesentlich beleben werden. 4l

Fachbeiträge 2 Allgemeine Netzwerklösungen Mit der Realisierung moderner Netzlösungen im Datenkommunikationsumfeld ist die Einbettung der Sprachkommunikation zu einem wesentlichen Bestandteil geworden. Um ebenso dem rasanten Vordringen neuer Breitbanddienste, die sehr hohe Übertragungskapazitäten erfordern, gerecht zu werden, bedient man sich innovativer Technologien, die Frame Relay (FR), Asynchro-

ne Transfer Mode (ATM), X.25 und Time Division Multiplexing-Verfahren (TDM)

abdecken bzw. integrieren können.

Bild I zeigt ein Datenkommunikationsnetzwerk. kationsplattform besteht aus Backbone-Nodes

Die gezeigte Datenkommuniund Access-Nodes.

Die Verma-

schung der Knoten basiert auf ATM- und/oder FR-Protokollen und stellt das Backbone-Netz dar. Die Access-Nodes dienen dazu, die unterschiedlichen Kundenprofile wie FR UNI (z.B. PVC basierend), X.25-Protokolle („encapsulating“

in FR) usw. anzubieten. Sie können über ATM- und/oder FR-Switching oder auch im TDM-Verfahren an das Backbone-Netz angeschaltet werden. Dieses Daten-Szenario ist dann unter einem einheitlichen Network Management System zu bedienen. Der IP-Bereich ist in sog. Backbone-Router und Dial-In/Direct Router (Access

Router) unterteilt und nutzt die Datenplattform als Transportmedium. Dial-In Router realisieren Einwahlmöglichkeiten der Kunden über ISDN/PSTN;, rect Router übernehmen die Anbindung von Kunden über leased lines.

Di-

Um sog. end-to-end quality für unterschiedliche Dienste anbieten zu können, ist es erforderlich, daß IP- und Daten-Plattform effizient zusammenarbeiten. Bereits heute bieten bekannte Hersteller, wie beispielsweise Newbridge, unter „Carrier Scale Internetworking“ eine Architektur an, um IP-Pakete auf ATM-

basierende Datennetze auf der Grundlage des MPOA-Standards zu adaptieren (Multiprotocol over ATM). Ebenso findet die Anbindung mit dem ZGS Nr. 7-Protokoll an die klassischen

S-ISDN-(Schmalband-ISDN-)Infrastruktur hierbei Berücksichtigung. 3 Sprachkommunikation über verschiedene Netztransportplattformen Die Kommunikation der verschiedenen Netztransportplattformen läßt sich in zwei Arten von Verbindungsdiensten anbieten: verbindungsorientierte Kommunikation (Connection-voriented, CO) und verbindungslose Kommunikation (Connectionless, CL).

42

FR Switching PVC based nxElI (2 Mbps)

i

:

Location G Location A

ATM Switching PVC based

FR Switching

E3 (34 Mbps)

LocktionB

PVC based

EI @ Mbps)

Altemative: FR TDM PVC based; EI (2 Mbps)

Domain Server Mail Server etc.

X.25/X.28 Location E

Er Location C

Location

FR TDM

PVC based

PVC based;

El (2 Mbps)

FR UNI (direct PVC, leased line)

-> Network Management Platform for IP Services

ee

FR

UNI

(indirect access dial-up)

ISDN public

legacy services like: -X25

-SNA -IP

SDLEIIDES

er

ISDN customized

Bild 1: Multiservice Datenkommunikationsnetzwerk

Sunse.nisgnydeidS JAeulayfV

EI (2 Mbps)

Altemative: FR Switching

Fachbeiträge

Bei verbindungsorientierter Kommunikation, wie beispielsweise X.25, wird zunächst eine virtuelle Verbindung zwischen den Teilnehmern aufgebaut, danach kann die Sendestation die Daten übertragen, und die Empfangsstation empfängt sie in derselben Reihenfolge. Bei verbindungsloser Kommunikation, wie beispielsweise IP, werden die Datenpakete übertragen, ohne daß eine Empfangsbestätigung durch die Zielstation erfolgt. Jedes Datenpaket enthält die komplette Zieladresse und wird, unabhängig von den anderen zur selben Verbindung gehörenden Paketen, durch das

Netzwerk geschleust. Ein Verfahren für diese Art der Kommunikation ist ATM. Bei den verschiedenen Netztransportplattformen können sowohl PVC als auch SVC eingerichtet werden. PVC (Permanent Virtual Channel) bedeutet, daß zwischen Sender und Empfänger eine virtuelle „Festverbindung“ vorhanden ist, während bei SVC (Switched Virtual Channel) der Verbindungsaufbau

analog den Wählverbindungen des ISDN aufgebaut wird. Die Prinzipien PVC und SVC findet man bei den Technologien X.25, FR, ATM usw. Mit SVC bietet ATM in Verbindung mit einer Glasfaseranschlußstruktur die optimale Voraussetzung für einen „Bandwith-on-demand-Service“. Hierbei wird die benötigte Bitrate dem ATM-Knoten im Verbindungspaket signalisiert. Beim Einsatz von SVCs bedienen sich die o.g. Technologien unterschiedlicher Adressierungsmethoden. ATM nutzt Adressierungsformen des ATM-Forums und E.164, X.25-Technologie nutzt das X.121-Adreßformat. Bei Netztransportplattformen, die aus Technologien wie X.25, FR, ATM und TDMVerfahren bestehen, werden wegen der komplexen Adreßkonvertierungen derzeit noch PVCs zugrunde gelegt.

3.1

Sprachkommunikation über Cell Relay (ATM)

Sprachkommunikation über Cell Relay-Technologien wird sehr intensiv im ATM-Forum diskutiert und ist noch immer nicht befriedigend genug durch

ATM gelöst. Durch das Verpacken der digitalisierten Sprache in Form von binären Daten in ATM-Zellen benötigt man mindesten 6 ms, um eine ATM-Zelle mit den Daten

einer Telefonverbindung

zu füllen. Dieser Wert verursacht je-

doch für eine 64-kbit/s-Weitverkehrsverbindung schon dann kritische Verzögerungen, wenn die kommunizierenden Partner weniger als 1000 km entfernt sind. Diese Verzögerungen müssen durch kostspielige Echo-KompensationsHardware minimiert werden. Die bisherigen Ansätze der Sprachkommunikation über ATM werden in den folgenden Abschnitten näher beschrieben.

44

Alternative Sprachübertragung 3.1.1

Sprachkommunikation über ATM

als CBR

Circuit Emulation (CE) bzw. die Übertragung bittransparenter Verbindungen

ist die klassische Anwendung für den ATM Adaptation Layer 1 (AALI). Der AALI nutzt dabei ein weiteres Byte im Zellrahmen, um eine zeitliche Synchronisation zwischen Sender und Empfänger zu ermöglichen. Die verwendete Serviceklasse für den AALI ist Constant Bit Rate (CBR). Diese Methode zwingt jedoch

den Teilnehmer

dazu, die erforderliche

Bandbreite

(z.B.

64

kbit/s-Sprachkanäle) dafür auch dann zu reservieren, wenn keine Sprachdaten übertragen werden. Bild 2 zeigt, wie beispielsweise TK-Anlagen an ATM-Switche angeschaltet wer-

den können. Es besteht die Möglichkeit, die TK-Aniage entweder direkt an eine CE-Karte im ATM-Swich anzubinden oder über einen „co-located“-ZugangsKnoten, der als CPE (Customer Premises Equipment) definiert werden kann.

Die TK-Anlage kann derzeit nur transparent Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über die G.703-Schnittstelle der EI-TDM-Karte realisieren und nur über eine transparente E1/TDM-Schnittstelle vermascht werden. Die Konsequenz dafür ist, daß diese Kapazität im Verbindungsleitungsnetz fest reserviert werden muß, ungeachtet des tatsächlichen vorhandenen Sprachverkehrs bzw. der notwendigen Kapazität. Der CBR-Service garantiert eine vom Kunden gewählte Übertragungsrate für den gesamten Übertragungszeitraum und verfügt über geringe Delay-Zeiten

(kleine Warteschlangen, hohe Priorität beim Multiplexen). Dadurch, daß der Kunde bei der Übertragung der Sprache als CBR die gesam-

te Bandbreite zu bezahlen hat - unabhängig, ob Sprache übertragen wird oder nicht - stellt sich die Frage, ob es nicht sinnvoller ist, Sprache mit TDM-Komponenten (Multiplexen der Sprache - und Daten - über leased lines) zu übertragen [1]. Dadurch, daß der Overhead bei Einkapselung der Sprache in die ATM-Zellstruktur

(53 Byte) einer Bandbreite von 74 kbit/s entspricht - also

10 kbit/s mehr als bei der klassischen TDM-Technologie beansprucht - nutzen die TDM-Lösungen die Bandbreite effizienter aus. Die Kostenunterschiede, Sprache über ATM/CBR oder über klassische TDM-Komponenten zu übertragen, sind sicherlich nicht sehr groß. Erst der Einsatz von Sprachkom-

pression und Sprechpausenunterdrückung ermöglicht die Übertragung mehrerer Sprachkanäle, wie im nächsten Abschnitt beschrieben.

45

adenaqyse]

9%

BreitbandZugangsknoten (z.B. co-located oder

als CPE bei >El)

Zugangsknoten (z.B. als CPE)

CE = Circuit Emulation

PBX Bild 2: ATM-Netzwerktopologie

andere Service-Provider

Alternative Sprachübertragung

3.1.2

Sprachkommunikation über ATM als VBR

Wird die Sprache als Variable Bit Rate (VBR) übertragen, entfallen zwar auch hier mögliche

Gewinne

durch

statistisches Multiplexen

(„Überbuchen“)

we-

gen der fest reservierten Bandbreite, jedoch können, wenn keine Sprachkommunikation

erfolgt, Daten

übertragen werden.

gung erspart dann wiederum

Diese Art der Sprachübertra-

Bandbreite. CBR

PVC

Router

Ethernet VBR

PVC

Server Bild 3:

Sprachübertragung mit VBR

über ATM

Wie in Bild 3 dargestellt, wird eine effektivere Bandbreitenausnutzung möglich, da die nicht für Sprache benötigte Kapazität von anderen Anwendungen

genutzt werden kann. Auch können Sprachkompression und Sprechpausenunterdrückung direkt unterstützt werden.

Die Übertragung der Sprache als VBR ist kein Standard; es existieren verschiedene proprietäre Lösungen verschiedener Hersteller, beispielsweise von IBM, Northern Telecom, Cisco (Stratacom) usw. Diese Produkte basieren auf proprietären AALs und bieten auch Sprachkompression und Sprechpausenunterdrückung an. Die proprietären VBR-Sprachtechniken beruhen auf dem AAL 5. Von der Systemtechnik ist sicherzustellen, daß die Sprachzellen ohne zu große Delay und sequentiell beim

Empfänger ankommen,

um eine Mindestsprachqualität

einhalten zu können.

Aus der in Bild 4 gezeigten Grafik der Fa. Nortel wird deutlich, daß ein Einsatz von Sprachkompression und Sprechpausenunterdrückung in ATM-Netzen,

trotz

des

ATM-Zellheader-Overheads,

eine

Übertragung

von

deutlich

47

Fachbeiträge mehr Sprachkanälen ermöglicht, als dies in TDM-Netzen mit Sprachkompression, aber ohne Sprechpausenunterdrückung möglich ist. 200— 180— 160

e3 5

140-4

3

120—

=

=

Sprachkompression. bei TDM-Netzen

2 100Ö

= = 5S


RS232 PC. Schnittstelle

StereoAnlage PC nr

|

Flash-Speicher

Bild 4: Blockschaltbild des d-box Decoders

169

Fachbeiträge

Die Set Top Box kann neben unverschlüsselten Inhalten auch verschlüsselte Inhalte decodieren. Mit der Verschlüsselung können neue Vermarktungsmöglichkeiten wie Pay-TV, Pay-per- View (PPV), Near-Video-on-Demand, DataDownload, Data-Carrousel usw. erschlossen werden. Als Verschlüsselungssy-

sten wird das von der Firma Irdeto entwickelte und von der Firma BetaResearch weiterentwickelte Conditional Access System „Beta-CA“ verwendet. Wesentliche Bestandteile des Verschlüsselungssystems in der Set Top Box sind das Conditional Access Modul (CAM) und die Smart Card. Über die individu-

elle Smart Card-Nummer erfolgt die Personalisierung des Kunden. Somit ist eine individuelle Verrechnung der abgerufenen Inhalte möglich. Für zukünftige Interaktivitäts- und auch Pay-Dienste, die einen Rückkanal be-

nötigen, ist die Set Top Box durch ein internes Modem vorbereitet. Den Rückkanal bildet das Telefonnetz. Die Steuerung des Modems übernimmt eine Applikation, d.h. ein spezifisches anwendungsbezogenes

Softwaremodul

in der

Set Top Box. Für Impulsive-PPV z.B. wird der Decoder in regelmäßigen Abständen die Nutzungsdaten des Kunden zum SMS melden. Dazu wird die Set Top

Box

selbständig „aufwachen“

und

den entsprechenden

Vorgang

durch-

führen. Der Kunde wird bei Bedarf das Modem auch online nutzen können, wenn er z.B. eine Bestellung im Rahmen

eines Home-Shopping-Angebots

so-

fort ausführen möchte. Allerdings wird dann für kurze Zeit sein Telefon durch das Modem blockiert werden. Ein leistungsfähiger Controller und entsprechende Speicherressourcen versetzen die Set Top Box in die Lage, dem Kunden eine komfortable Bedienerführung zu bieten. Die Set Top Box verfügt aus Performance-Gründen über einen

erweiterten Speicher (3 MByte RAM, 2 MByte Flash-ROM). 5

Die Netzkonfiguration der digitalen Kabelplattform

In der Startphase der digitalen Kabelplattform werden die digitalen Signale über den DFS1 F3-Satelliten in einer bundeseinheitlichen Kanalkonfiguration zu den einzelnen, zur Zeit fast 1000 digital aufgerüsteten Kabelkopfstationen transportiert. Der wesentliche Vorteil dieser Konfiguration liegt in der nur einmal notwendigen zentralen Signalaufbereitung, was bei einem komplexen Sy-

stem wie DVB für die Startphase essentiell ist. Es handelt sich wirklich um ein System mit digitalem Verhalten: Nur dann, wenn alle wichtigen Systemparameter verfügbar, korrekt und konsistent sind, erscheint am Ende der Übertra-

gungskette auf dem Fernsehgerät ein Bild in perfekter technischer Qualität. Bei nur einem fehlerhaften wichtigen Parameter bleibt der Bildschirm dunkel.

170

Digitalplattform für Breitbandkabelnetze Die bisherigen Erfahrungen in der Startphase haben gezeigt, daß es erheblicher Zeit bedarf, bis das System stabil läuft. Bedienungsfehler in der Anfangsphase haben oft Systemabstürze oder Signalausfälle zur Folge. Erst wenn die

technischen Systeme eine gewisse Zeit eingefahren sind, stabil arbeiten und das Betriebspersonal über entsprechende Erfahrung in den Systemfeinheiten verfügt, kommen auch die Vorzüge der Digitaltechnik voll zum Tragen. Ausgehend von diesen Erfahrungen, kann man dann über komplexere Netzstrukturen und eine eventuelle Dezentralisierung von Funktionen nachdenken. Alle technischen Konzepte erlauben im Prinzip eine Dezentralisierung oder generell auch Verteilung der Funktionen. Aus heutiger Sicht ist dies bisher

aber nur in wenigen Fällen auch kostenmäßig zu vertreten. Mit zunehmender, weltweiter Digitalisierung im Rundfunkbereich werden zum einen entsprechende wichtige Systemkomponenten preiswerter angeboten und können zum anderen entsprechende komplexe Remultiplex-Funktionen gemäß den Anforderungen der Kabelnetze nach und nach entwickelt werden. Somit ist davon auszugehen,

daß die Funktionen

Encodierung,

Multiplexbil-

dung und Remultiplexbildung bald für die dezentrale Versorgung großer Netze zur Verfügung stehen werden. Dennoch wird sich auch langfristig das Kostenoptimum dynamisch zwischen einer zentralen und einer dezentralen Lösung, je nach technologischer Entwicklung, bewegen. Insbesondere für SI-

Verarbeitung und CA-Funktionen wird auch langfristig eine zentrale Lösung weitaus kostengünstiger sein.

Wenn regionale Kabelgesellschaften ihre Netze gemäß den regionalen Anforderungen

konfigurieren und betreiben werden, so wird es nach wie vor sinn-

voll sein, Synergien zu nutzen und bundesweit verteilte Programme auch gemeinsam mit anderen Netzbetreibern aufzubereiten und an die allgemeinen Kabelanforderungen anzupassen. Dies schließt auf der anderen Seite keinesfalls aus, daß regionale Anpassungen auch regional durchgeführt werden.

Die Kabelnetze der Telekom sind in den Frequenzbändern zwischen 47 MHz und 450 MHz nutzbar. Bis 300 MHz ist ein 7-MHz-Frequenzraster für analoge TV-Programme implementiert. Oberhalb von 300 MHz bis 450 MHz, im sogenannten Hyperbandbereich, ist eine digitale Übertragung in einem 8-MHz-Frequenzraster vorgesehen. Die Modulation der digitalen Signale mit einer Symbolrate von 6,9 MBaud erfordert 8 MHz Kanalbandbreite. Für die zukünftige Digitalisierung

der bisher analog genutzten

unteren

Frequenzbänder

ist eine

phasenweise Umwandlung des 7-MHz- in ein 8-MHz-Raster erforderlich. 171

Fachbeiträge

Schon heute ist absehbar, daß das Hyperband mit seiner Kapazität von 18 Kanälen (entsprechend etwa 100 TV-Programmen) für die Nachfrage der Pro-

grammanbieter nicht ausreichen wird. Die heute verfügbare Verstärkertechno-

logie und die mit Netz verwendeten passiven Komponenten

bestimmten

Voraussetzungen

eine

maximale

nutzbare

erlauben unter

Bandbreite

bis

862 MHz. Eine solche Frequenzbanderweiterung erfordert hohe Investitionen

sowohl durch den Austausch aller aktiven Netzkomponenten und auch eines begrenzten Ausmaßes von passiven Netzkomponenten als auch durch die notwendigen Erweiterungen der Netzstruktur durch ein Glasfaser-Overlay-Netz. Wenn ein Netzbetreiber eine solche Frequenzbanderweiterung in Erwägung

zieht, stellt sich auch die Frage der Implementierung eines Kabelrückkanals. Soll ein Breitbandnetz zukünftig extensiv für interaktive Dienste und evtl.

auch für Telefonie genutzt werden, stellt der Rückkanal im Kabel eine wesentliche Voraussetzung dar. 6 Systemintegration

Betrachtet man all die bisher vorgesteliten neuen Möglichkeiten des DVB-Systems, so wird klar, daß Systemintegration ein extrem wichtiges Thema ist.

Systemintegration heißt hier sowohl Integration einzelner Module (z.B. CASystem) als auch Gesamtsystemintegration. Allein die Integration der System-

komponenten in Usingen hat sich über mehrere Monate hingezogen. Das Ge-

samtsystem verhält sich hier im Prinzip digital: Wenn alle Funktionalitäten in Ordnung sind, wird eine perfekte Qualität erzielt; stimmt jedoch eine einzige

wichtige Funktion nicht, bricht das Gesamtsystem zusammen, und es ist kein Bild oder Ton decodierbar. Die Fehleranalyse gestaltet sich extrem

und dauert je nach Fehler mehrere Tage. Manchmal

nach der guten

alten Analogzeit zurück, wo

man

leicht schon die Fehlerursache ansehen konnte.

komplex

sehnt man sich dabei

einem

gestörten

Bild viel-

7 Status der digitalen Breibandkabelplattform Schon zur Funkausstellung 1995 wurde in Berlin eine Vollbelegung des Messenetzes im Hyperband mit 18 Kanälen, d.h. mit mehr als 100 TV-Program-

men und etwa 200 Hörfunkprogrammen, erfolgreich demonstriert.

Telekom hat 1995 bis Mitte 1997 für mehr als 95% der Kabelkunden die technische Empfangsmöglichkeit für digitale Programme eingerichtet. Dazu wurden, wie schon erwähnt, 470 Kabelkopfstationen digital aufgerüstet und mit Gerätetechnik

172

für 18 digitale Hyperbandkanäle

ausgestattet. Die techni-

Digitalplattform für Breitbandkabelnetze sche Reichweite für Digitalprogramme beträgt somit ca. 16,5 Millionen der insgesamt

17,3 Millionen Kabelhaushalte.

Seit Oktober 1997 sind im Hyperbandfrequenzbereich sukzessiv neun Kanäle mit 57 TV-Programmen,

30 Hörfunkprogrammen und diversen Datenapplika-

tionen in Betrieb. Die Mehrzahl der Programmangebote sind Pay-Angebote innerhalb der DF1- und Premiere-Plattformen. Gegen

Ende des Jahres

1998

werden voraussichtlich alle Programmplätze innerhalb der verfügbaren 13 Übertragungskanäle von den Landesmedienanstalten lizenziert und auch belegt sein. Die vier weiteren Kanäle entsprechen voraussichtlich noch etwa 24 zusätzlichen TV-Programmen. Zum 1. 1. 1999 werden zwei weitere Kanäle digitalisiert werden, so daß dann insgesamt 15 Kanäle mit einer Gesamtkapazitä von etwa 100 TV-Programmen verfügbar sein werden. 8 Netzausbau des Breitbandkabels Der weitere Ausbau der Kabelnetze wird in der Entscheidungsbefugnis der Regionalgesellschaften liegen. Zum einen erscheint eine Erweiterung des nutzbaren Frequenzbereichs bis auf 862 MHz mit einer gemischten Analog-/Digital-

Belegung von Interesse, zum anderen ist der Ausbau der Rückkanalfähigkeit eine wesentliche Voraussetzung für die kosteneffektive Einführung neuer Multimediadienste. Beide Ausbaustufen gehen mit relativ hohen Investitionen einher,

sind aber langfristig unverzichtbar für die Erhaltung der Attraktivität des Kabels. 9 Zusammenfassung Aus technischer Sicht bleibt zusammenzufassen, daß fast alle Bausteine für ein attraktives, digitales, interaktives Kabelnetz verfügbar sind. Die noch weni-

gen fehlenden Komponenten sind im DVB-Projekt in Bearbeitung. Die Investitionen in die vorhandenen Netze zur Sicherung der Zukunftssicherheit durch Frequenzbanderweiterung und Rückkanalfähigkeit sind sicherlich hoch, aber die Perspektiven in einem wettbewerbsorientierten Umfeld von digitalisierten Telefonnetz und vielfältigen Satellitensystemen sind gut. Auch in

anderen europäischen Ländern, und insbesondere auch im Kabelland USA, wird die Zukunftsperspektive des Kabels sehr positiv eingeschätzt. Das Breitbandkabel bietet vielleicht genau den richtigen Mix von Vielfalt im TV-/Audiobereich, individueller Kommunikation im Internet und lokalen/regionalen In-

formationen, den alle Konkurrenzsysteme in Summe nicht bieten können. Die 173

Fachbeiträge Zukunft stellt für das Breitbandkabel eine große Herausforderung, aber auch eine historische Chance dar. 10 Verwendete Abkürzungen mit kurzen Erläuterungen ADSL

Asymmetrical Digital Subscriber Line Übertragungsverfahren für das Telefonnetz, wobei zusätzlich zum Telefondienst analog oder ISDN - eine asymmetrische digitale Übertragungsstrecke (hohe Datenrate von der Vermittlung zum Kunden, niedrige Rückkanaldatenrate) aufgebaut wird

API

Application Programming Interface hardwareunabhängige Programmierschnittstelle im Decoder, die es erlaubt, Programme über Kabel in den Decoder zu laden und dort auszuführen: Basis für interaktive Anwendungen

ASI

Asynchronous Serial Interface serielle, asynchrone Schnittstelle auf Transportstream-Ebene in Basisbandlage für die Verbindung von professioneller Gerätetechnik

BAT

Bouquei Association Table SI-Tabelle, die die Programme, die zu einem Bouquet gehören, auflistet

CA

Conditional Access Verschlüsselung

CAM

Conditional Access Module Sicherheitsmodul im Decoder zur Erhöhung der Systemsicherheit eines CA-Systems in Zusammenhang mit einer Smart Card

CATV

Community Antenna Television Narne für professionelle Breitbandkabelsysteme

CENELEC

Europäisches Normungsgremium für Telekommunikations- und Rundfunksysteme

cw

Control Word ein 64 Bit langes Muster, das im Sender den Scrambling- und im Empfänger den inversen Descrambling-Prozeß steuert. Das CW wird aus Sicherheitsgründen etwa alle 10 Sekunden geändert.

DVB

Digital Video Broadcasting europäisches Projekt zur Entwicklung von Systemen für den digitalen Rundfunk

ECM

Entitlement Control Message (jedes Pay-Programm beleitende Mitteilung des CASysterns, das u. a. den Schlüssel zur Rekonstruktion des Kontrollworts (CW) enthält

EMM

Entitlement Management Message kundenbezogene Mitteilung des CA-Systems; erteilt einem Kunden Zugriffsrechte für ein Pay-Angebot (PPC, pPPV)

EPG

Electronic Programme Guide elektronische Programmzeitung

ETS

European Telecommunication Standard Name der durch ETSI genormten technischen Standards

ETSI

European Telecommunications Standards Institute europäisches Normungsgremium für Telekommunikations- und Rundfunksysteme

IEC

International Electrotechnical Commission internationales Standardisierungsgremium

iPPV

impulsive Pay Per View Variante für die Vermarktung von Pay-Angeboten, wobei der Kunde Rechte für ein

174

Digitalplattform für Breitbandkabelnetze einzelnes Programmereignis (z.B. Film) erwirbt und diese Rechte beim Kauf zuerst nur lokal auf der Smart Card des Kunden

abgerechnet werden.

Die Nutzungsdaien

des Kunden werden dann regelmäßig zur Rechnungsstellung per Modem zum PayAnbieter übertragen.

IRD

Integrated Receiver Decoder andere Bezeichnung für Set Top Box oder Digital Decoder

ISO

International Organisation for Standardisation Internationales Standardisierungsgremium

MPEG

Motion Picture Expert Group Internationale (weltweite) Gruppe von Experten, die den MPEG-2-Standard entwikkelt haben

MUX

Multiplex(er)

Gerät, das verschiedene Eingangssignale zusammenfaßt, z.B. durch Paketierung und komprimierte Übertragung in entsprechend zugeordneten Zeitschlitzen

NIT

Network Information Table Daten über die Kanalbelegung des Kabelnetzes

PAL

Phase Alternating Lines Narne des in Deutschland verwendeten analogen TV Systems

pPPV

prebooking Pay Per View Variante für die Vermarktung von Pay-Angeboten, wobei der Kunde Rechte für einzelnes Programmereignis(z.B. Film) durch z.B. telefonische Vorausbuchung wirbt; die Rechte werden dem Kunden über eine EMM vor Beginn der Sendung teilt; der Vermarkter von pPPV muß zur Abwicklung von pPPV ein entsprechend mensioniertes CallCenter betreiben

PSI

Programme Specific Information . Daten über die technischen Parameter der paketorientierten Übertragung der Programme

QAM

Quadrature Amplitude Modulation digitales Modualtionsverfahren für Kabelsysteme

OPSK

Quaternary Phase Shift Keying digitales Modulationsverfahren für Satellitensysterne

RAM

Random Access Memory Schreib-Lese-Speicher

RGB

Rot Grün Blau Farbsignale, Darstellungsform des Fernsehsignal in Basisbandlage

ROM

ein ererdi-

Read Only Memory

Nur-Lese-Speicher

SAS

Subscriber Authorisation System technisches System zur Generierung von Freischaltungssignalen für PAY-Programme

SI

Service Information programmbegleitende Zusatzinformationen, u.a. für EPGs

SMS

Subscriber Management System Kundenverwaltungssystem

175

Fachbeiträge

Bildtelefonie - Entwicklungsstand und Aussichten Von Klaus Holzer, Bonn

Dipl.-Ing. (FH) Klaus Holzer, Jahrgang 1951, ist in der Zentrale der Deutschen Telekom in Bonn für die Steuerung von Anwendungsentwick-

lungen in der Bildkommunikation tätig.

1

Historie

Die geschichtliche Entwicklung der Bildtelefonie ist in der Zeitschrift Der Fernmelde-Ingenieur [1] ausführlich dargestellt. seien daher hier nur stichwortartig erwähnt: 1936 Die Eröffnung gen

zwischen

Als einleitender

des „Fernseh-Sprech-Dienstes“ „Fernseh-Sprechzellen“

1884 erfundenen Nipkow-Prinzip.

im

Überblick

ermöglichte Verbindun-

120-Zeilen-Format

mit dem

1972 Errichtung eines Bildfernsprech-Versuchsnetzes zwischen Bonn, Darm-

stadt und München zur I-MHz-Schwarzweiß-Videoübertragung auf Basis damals gebräuchlicher Trägerfrequenzübertragungstechnik „V960*. Über ein Koaxialkabel wurde dabei statt 960 Telefonverbindungen mit der Bandbreite von 3,1 kHz eine Videoverbindung übertragen. 1983 Erster öffentlicher Videokonferenzdienst im Betriebsversuch mit drei, ab 1985 mit zwölf öffentlichen Videokonferenzräumen

der DBP.

1991 Überführung des Betriebsversuchs in einen Regeldienst auf Basis des Vorläufer-Breitbandnetzes

(VBN).

Innerhalb

dieses

140-Mbit/s-vermit-

telten Breitbandnetzes waren damals 500 Bildkommunikations-Endstellen in 25 Ländern weltweit erreichbar. 1992 Einführung des Bildtelefons für analoge Telefonanschlüsse, XITEL.

1993 Eröffnung des Bildtelefondienstes im ISDN. 176

Bildtelefonie 2 Bildtelefonie heute Mangelnde,

d.h.

im wesentlichen

inakzeptable

Bildqualität,

zu hohe

Preise

sowie die noch nicht flächendeckende Verfügbarkeit des ISDN mögen die Gründe dafür gewesen sein, warum die Bildkommunikation damals keine weite Verbreitung finden konnte. Im Rahmen der ISDN-Förderung und auf der Suche nach neuen Anwendungen

unter Ausnutzung weiterentwickelter Tech-

nologien gab die Deutsche Telekom ab 1995 den Anstoß für eine Weiterentwicklung der Bildtelefonie.

War die Bildkommunikation bisher im Rahmen von geschäftlich orientierten Verhandlungen, Besprechungen und Präsentationen ausschließlich auf eine Kommunikationsform für Gruppen beschränkt, die sich dazu noch in besondere Videokonferenzräume begeben mußten, ist sie durch die Einführung PCbasierter Videokonferenzsysteme und vor allem preiswerter Bildtelefone zu einer bisher

nicht gekannten

Form

der Individualkommunikation

Bildtelefonie ist heute zwischen jedem, dem

Standard

geworden.

folgenden

Endgerät

möglich. Bildtelefonie ist also auch eine Form der Videokonferenz, hier von Person zu Person. Das Thema Videokonferenz wird in diesem Aufsatz jedoch

nur gestreift. Es im Detail zu behandeln, würde den vorgegebenen Rahmen sprengen. 3

Verwendete Standards

Die einschlägigen Empfehlungen der Standardisierungsgremien sind u.a. in [1] sowie in den einschlägigen ITU-T-Empfehlungen

eingehend

beschrieben.

Daher wird hier nur ein Überblick gegeben bzw. werden die inzwischen eingetretenen Neuerungen dargestellt.

3.1

Das

H.320 - der ursprüngliche Standard für die Bildkommunikation im ISDN

1990

verabschiedete

H.320-Video-Konferenz-Protokoll

definiert

den

Standard für Video-Konferenzen über ISDN und andere schmalbandige Übertragungsmedien (Bild 1). H.320 ist dabei einer von mehreren Standards in einer Serie von H.3xx-Protokollen, definiert und fortgeschrieben innerhalb der International Telecommunication Union (ITU), der die zentralen Technologien zur Realisierung von „Multimedia-Bildkommunikation“ beschreibt. H.320

ist im Grunde ein „Schirmprotokoll“ (umbrella-protocol), das aus drei Protokollgruppen besteht, wovon jede sich mit einem anderen Aspekt der Bildkommunikation über niedrige Bandbreiten (low bandwith video conferencing) be-

177

Fachbeiträge

H.320

ISDN Video Conferencing

Fa =

n

Sn

G; Sn

”

Data

u H.323 LAN Video .

Conferencing

Gzu

(G722 Audio

N N

H.324 POTS Video Conferencing

Video

= =

=

16223] Ion8|

Data

">> Fma20] Data

Bild 1: Die „H“-Serien der ITU-Videokonferenz-Standards

faßt. Die erste Gruppe enthält die ITU-Video-Kompressions-Standards H.261 und H.263, welche die in der Bildkommunikation eingesetzten Kompressionsalgorithmen und die Videoauflösung definieren. Die zweite Gruppe beschreibt die verschiedenen Anforderungen an die Audio-Codierung und -Decodierung innerhalb der Bildtelefonie bzw. des „Video conferencing“ und enthält die Co-

decs G.711, G.722 und G.728. Die dritte und letzte Gruppe behandelt die Transport- und Kontrollprotokolle (z.B. Framing, Format, Multipoint Control,

H.221

und

H.231. Die weiteren „H“-Protokolle sind die Standards H.310, H.323

Multiplexing),

also

im

wesentlichen

die

Spezifikationen

und

H.324. Sie enthalten gemeinsam das Kontrollprotokoll H.245 sowie alle nutzbaren Erkenntnisse aus den Erfahrungen mit H.320 seit 1990:

H.310 Bildkommunikation in ATM-Netzen (hier nicht weiter betrachtet); H.323 Bildkommunikation in Local Area Networks; H.324

Bildkommunikation

und

Verbindungen (POTS).

178

Audio-Kompression

über

analoge

Modem-

Bildtelefonie In die nun in der Verabschiedung befindlichen Standardisierungsempfehlungen der H-Serie werden die Protokolle für Echtzeit-Datenkonferenzen „T.120

- Real Time Data Conferencing“ direkt einbezogen, um den schon heute vom Markt kommenden Anforderungen zu entsprechen, auf einer bestehenden Bildtelefonie- bzw. Videokonferenzverbindung

auch

Dateien direkt vom

PC

einblenden und ggf. bearbeiten zu können. 3.2

H.323 - Bildkommunikation in Local Area Networks

Die H.323-Empfehlungen beschreiben die Spezifikationen der Terminals für Multimediakommunikation in Local Area Networks (LANs) ohne eine garan-

tierte nutzbare Bandbreite. H.323-Terminals können in Echtzeit Audio-, Video- und Dateninformationen oder jede Kombination davon übertragen, einschließlich Bildtelefonie. Der Standard findet in PCs als LAN-Terminal wie auch als Internet-Terminal Anwendung. Auch in Multimediaterminals in xDSL-Umgebungen wird der H.323-Standard die Grundlage für die multimediale Kommunikation sein. Hierauf wird weiter unten kurz eingegangen.

3.3

H.324 - Bildkommunikation in analogen vermittelten Netzen

Die H.324-Empfehlungen der ersten Generation beschreiben Terminals für schmalbandige Multimediakommunikation unter Verwendung von V.34-Modems über analoge, vermittelte Netze (GSTN/PSTN). H.324-Terminals können in Echtzeit Audio-, Video- und Dateninformationen oder jede Kombinati-

on davon übertragen, einschließlich Bildtelefonie. Der Standard kann sowohl in PCs als auch in dedizierten Terminals wie Bildtelefonen implementiert sein. Die Unterstützung der verschiedenen Medientypen (Sprache, Bild, Daten) ist optional, muß aber bei der jeweiligen Verwendung die Interoperabilität zu an-

deren H.324-Terminals sicherstellen. 3.4 H.324/M - Bildkommunikation in Mobilfunknetzen Der 1998 verabschiedete Anhang C der H.324-Empfehlungen ist die Erweiterung zur Beschreibung der Bildkommunikation in drahtlosen mobilen Netzen.

Er basiert im besonderen auf einer sehr hohen Bitfehlerrate, d.h. einer Erweiterung der in H.324

schon eingesetzten

Bitfehlerrate um

drei weitere Level.

Die hierzu nötigen Geräte sind jedoch bisher über den Laborstatus noch nicht hinausgekommen.

179

Fachbeiträge

3.5

H.324/1 - H.324 auch im ISDN

Der ebenfalls 1998 verabschiedete Anhang D der H.324-Empfehlungen ersetzt, einfach ausgedrückt, das Modem-Control-Protokoll durch das ISDN-BKanal-Control-Protokoll und ermöglicht so die Verfügbarkeit der Vorteile des H.324-Standard auch im ISDN. Dabei ist die Abwärtskompatibilität zu H.320Terminals

im ISDN

grundsätzlich

gefordert und damit die Interoperabilität

mit „älteren“ Geräteversionen der Bildtelefonie gewährleistet. 3.6 H.DISPATCH - Regelungen zum Ausgleich der (nationalen) Protokollunterschiede In der Empfehlung H.DISPATCH

sind im wesentlichen Probleme der Inter-

connectivity geregelt. Hier werden in der „ISDN-Call-Mode-Negotiation“, also in einer Art Capability-Exchange, die Probleme beim Zusammenschalten verschiedener Netzwerktypen (z.B. die 56-k-USA-Protokolle zu den 64-k-EuroISDN-Protokollen) sowie der verlorenen Bits geregelt. Weiter wird die automatische Erkennung verschiedener Modi wie H.320, H.324/I, H.324, mit Fall Back zu POTS-Interconnection, V.120 Voice, Fax usw. ermöglicht und ist darüber hinaus erweiterbar auf künftige ISDN-Protokolle.

3.7 H.MULTILINK - neue Formen der Kanalbündelung In der Bildkommunikation im ISDN bis 384 kbit/s oder höher wird bis heute das „Bonding“, also ein Kanalbündelungsverfahren eingesetzt. Damit kann eine höhere Bandbreite als 128 kbit/s (zwei ISDN-B-Kanäle) vorgegeben oder je nach Leistungsfähigkeit der Geräte automatisch gewählt werden. Die durch Bonding erzielbaren Bandbreiten erlauben fast VHS-Qualität auf ISDN-Videoverbindungen nach H.320 und werden heute fast ausschließlich in Videokonferenzen eingesetzt, die eine Bandbreite von mehr als 128 kbit/s nutzen.

H.MULTILINK beschreibt ein neues Verfahren der Kanalzusammenfassung, d.h., hier werden multiple Verbindungen zu einer schnelleren Verbindung zusammengefaßt. Die wesentlichsten Vorteile sind ein gemeinsames Protokoll für POTS und ISDN, ein minimaler Overhead, ein großer Bereich nutzbarer Bitraten und ein sehr einfacher Aufbau. In Verbindung mit H.MULTILINK

wird gegen Ende 1998 der Anhang F der H.324-Empfehlungen verabschiedet. Demnach sind unter Anwendung dieser Standards direkt Modem-zu-ISDNVerbindungen möglich, wobei die Bandbreiten durch Hinzufügen oder Entfer-

180

Bildtelefonie nen weiterer Kanäle auch während

der bestehenden Verbindung verändert

werden können.

3.8 MPEG Die Empfehlungen der Motion-Picture-ExpertsGroup beschreiben in MPEG | und MPEG 2 Verfahren zur Bilddigitalisierung, -codierung und

-kompression, um Videosequenzen kostengünstig über möglichst schmalbandige Übertragungswege in TV-Qualität übertragen zu können. Die Mindestanforderung an die verfügbare Bandbreite beträgt mindestens 1,5 Mbit/s, besser

2 Mbit/s oder höher. Insbesondere TV-Anstalten, Nachrichtenagenturen oder geschlossene Benutzergruppen und ähnliche Kreise, die digitales Broadcasting einsetzen (Business-TV, DVB) sind hier die wichtigsten Anwender. Vor diesem Hintergrund wird klar, daß Bild- und Videokommunikation

nach

den Empfehlungen der H.3xx-Serie nichts mit der TV-Bildübertragung nach MPEG

zu tun haben,

auch

wenn

die verwendeten

Videocodieralgorithmen

gleich oder ähnlich sind.

Erst der Standard MPEG4 wird auch große Bedeutung für die Bild- und Videokommunikation erhalten. MPEG4 ist indes keine logische Weiterentwicklung von MPEGI und 2. Hier werden auf Basis der in MPEG2 und den Empfehlungen der H.3xx-Serien verwendeten Verfahren der Bildcodierung erstmals Me-

thoden der objektorientierten Bildverarbeitung dazu genutzt, wesentliche Inhalte aus den codierten Videos herauszuschneiden und in anderen, virtuellen Umgebungen neu zusammenzufügen zum Empfänger zu übertragen.

und

so als neu gefaßten

Videostream

Mit diesen Verfahren wird es z.B. möglich, in einer Mehrpunkt-Videokonferenz die Teilnehmer aus den Videostreams der einzelnen Sendestationen herauszufiltern, mit den anderen vor einem virtuellen Hintergrund zusammenzufügen und dem jeweiligen Empfänger so darzustellen, als befänden sich seine Gesprächspartner ihm gegenüber in einem gemeinsamen Raum. Ferner kann man einzelne Objekte, Gegenstände, Produkte mit dem Bild einer Person, z.B. eines Verkaufsberatess, mischen und so dem Empfänger eine virtuelle Kaufhausumgebung mit gleichzeitiger Live-Beratung darstellen. Virtuelle Stu-

dios sind in der TV-Branche längst Alltag, lediglich die Verfahren sind deutlich aufwendiger.

181

Fachbeiträge 4 Technik der Endgeräte 4.1

Allgemeines

Wie schon in den vorhergehenden Abschnitten deutlich wird, setzt die Bildkommunikation hochkomplexe Rechenprozesse voraus, für die geeignete und zukunftssichere Hardware, d.h. hochintegrierte, schnelle Prozessoren genau so wichtig sind wie die entsprechende Software. Dabei spielt für die Marktchance der Bildkommunikation der Preis eine ebenso bedeutende Rolle. In immer kürzeren Intervallen kommen immer bessere Technologien auf den Markt, was sich auch in den nachfolgenden Betrachtungen widerspiegelt. 4.2

Bildtelefone

Die ersten wirklich nutzbaren Bildtelefone für das ISDN waren die Geräte der Firmen Alcatel (Bild 2), Dornier und Philips, die im Auftrag der Deutschen Bundespost entwickelt und von der ihr nachfolgenden Deutschen Telekom 1990 unter den Namen LisaC, ClaudiaQ und ChristaR in den Markt gebracht wurden. Einzelheiten zu diesen Geräten sind in [1] nachzulesen. Den Markt selbst konnten sie aufgrund des hohen Preises und der damals noch geringen

Verfügbarkeit des ISDN nicht öffnen. Das gleiche gilt für das Bildtelefon, das zum Betrieb in analogen Netzen unter dem Namen XITEL auf den Markt gebracht wurde. Der Verkaufspreis lag zwar unter 1000 DM, die Bildqualität konnte jedoch wegen damals noch nicht verfügbarer geeigneter Standards und

Algorithmen nicht überzeugen.

Bild 2: Bildtelefon SEL/Alcatel SO2 in der Euro-ISDN-Version

Bildtelefonie

Bild 3: Bildtelefon SEL/Alcatel 2838

Erst hochintegrierte

Chips, die in der Lage waren, die komplexen

Algorith-

men auch effektiv abzuarbeiten, brachten erfolgversprechende Ergebnisse. Als erstes Gerät dieser Generation darf das Alcatel 2838 bezeichnet werden, das schon zur Größe eines normalen ISDN-Telefons geschrumpft, mit aufgesetzer LCD-Monitor- und Kamera-Einheit 1994 entwickelt wurde und damals einen „Quantensprung“ darstellte (Bild 3). Weitere Entwicklungen entstanden u.a. bei Matsushita/Panasonic, Motion Media Technology und der Sharp Corporation, die ihre Entwicklungen seit 1996 auf den einschlägigen Messen vorstellten. Aber auch hier war durch die Preissituation eine schnelle Marktöffnung nicht möglich.

Die von einem Expertenteam der Deutschen Telekom erstellte Spezifikation mit einer sehr intensiven Marktrecherche führte 1996/97 dann zu dem Entwicklungsauftrag an die Firma Siemens, aus dem das Bildtelefon T-View 100 entstand.

Es erfüllt die heutigen Anforderungen,

vor allem an das Preis-Lei-

stungs-Verhälnis, in vollem Umfang und ist prädestiniert, den Massenmarkt für die Bildtelefonie nun endlich zu öffnen (Bild 4). Das T-View

100 erfüllt folgende Leistungsmerkmale:

-

alle Leistungsmerkmale eines ISDN-Komforttelefons,

-

menügesteuerte Bedienerführung in zweizeiligem separatem Display,

-

integriertes Telefonbuch,

-

digitaler Anrufbeantworter,

-

Unterstützung des internationalen Standards ITU H.320,

183

Fachbeiträge

Bild 4: Bildtelefon T-View 100 der Deutschen Telekom

-

Audio-Codec G,711, G.728,

-

Video-Codec H.261, H.263 (CIF, QCIF),

-

5,5-Zoll-TFT-Farbdisplay,

-

CCD-Farbkamera,

-

Video-/Audio-Ein- und -ausgänge zum

Anschluß externer Geräte, wie

Kamera, Videorecorder, Camcorder, Verstärker, Stereoanlage.

4.3 Videokonferenzeinrichtungen Dedizierte Videokonferenzeinrichtungen von Set-Top-Geräten wie PictureTels Swiftsite über Roll-Abouts als bewegbare Studiosysteme bis zu fest installierten Raumsystemen würden den Rahmen dieses Aufsatzes sprengen. Festzustellen bleibt hier lediglich, daß alle Entwicklungen in diesem Bereich mit

den Entwicklungen der oben beschriebenen Standards einhergehen, so daß damit auch künftig die Interoperabilität zwischen konferenzanlagen gewährleistet bleibt (Bild 6).

Bildtelefonen

und Video-

4.4 PC-basierte Systeme Der wesentliche

Unterschied

zwischen

PC-Systemen

und

Bildtelefonen

be-

steht vor allem darin, daß die Rechner- und Softwarearchitektur in einem Bildtelefon aus Kosten- und Platzgründen nicht unterzubringen ist und somit dort völlig andere Lösungskonzepte erforderlich sind. PC-Systeme entstanden als PC-Karten

184

mit

Hardware-Codecs

entweder

mit

ISDN-Anschluß

on

Board

Bildtelefonie

Bild 5: PictureTel Swiftsite Videokonferenzeinrichtung mit Dokumentenkamera

oder mit Nutzung der zusätzlich im PC installierten ISDN-Einsteckkarte über die internen Bussysteme. Der Trend heute geht im Zuge der immer schneller werdenden Prozessoren eindeutig in Richtung softwaregesteuerter Systeme, d. h., man beschränkt sich auf die notwendige Hardware zur Bedienung der internen und ggf. externen

Schnittstellen (PCI-Bus,

Feature-Connector,

die notwendigen

für Video und Audio als Softwarelösungen,

Codecs

die Rechnerleistung der heutigen

USB

usw.) und

Hochleistungsprozessoren

implementiert welche

nutzen. Dieser

Trend wirkt sich auch auf die Marktpreise aus. So sanken die Preise für leistungsfähige PC-Systeme von 1995 mit noch 5 000 DM auf heute 1000 DM mit weiterer Tendenz nach unten. 5 Anwendungen im Bereich der Bildkommunikation 5.1

Allgemeines

Bildtelefonie bzw. Bildkommunikation ist nicht nur Face to Face-Kommunikation. Besonders mit dem vorhandenen Bildschirm, also der Möglichkeit, auch etwas sichtbar machen zu können, ergeben sich insbesondere beim Bildtelefon vielfache Möglichkeiten der Nutzung für neue Informationsdienste und andere Anwendungen.

Die nachfolgenden Abschnitte beschreiben einige exemplarische Beispiele aus den Bereichen Sicherheit, Anwendungen, die nicht nur „Face to Face“ umfas185

Fachbeiträge sen, und Ende-zu-Server-Anwendungen, meist Plattform-orientierte dungen zum Content-Abruf (etwa „Video on Demand“).

Anwen-

5.2 Bildtelefonie als Sicherheitsanwendung Haus- und Grundstücksüberwachung, Raum- und Objektschutz, Schalter- und Kaufhauskontrollen,

Eingangskontrolle

usw.

unter

Einsatz

von

Videosyste-

men sind in allen Bereichen unseres Lebens längst Realität. Bis heute sind diese Videoüberwachungssysteme in der Regel jedoch nicht standardisiert und erfordern immer ein eigenes Verbindungsnetz, das die Videoströme von den Kameras zu einer Zentrale überträgt. Remote-Zugriffe aus der Ferne sind ent-

weder nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich, abgesehen von der Problematik der Inkompatibilitäten bei proprietären, also nicht standardisierten Technologien.

Die Einführung des Bildtelefons T-View 100 durch die Deutsche Telekom hat sehr schnell auch zu Entwicklungen auf dem Sicherheitsmarkt geführt. Abgesehen vom Einsatz dediziert ansprechbarer View-Points, das sind allgemein

über ISDN anwählbare Kameras, brachten die jüngsten Entwicklungen Systeme hervor, die in ihrer Anwendungsvielfalt kaum Wünsche offen lassen. 5.2.1

Schaltboxen für zusätzliche Kameras

Schaltboxen für zusätzliche Kameras setzenein anrufbares Bildtelefon voraussetzt, da sie nicht über einen eigenen Codec verfügen. Das ISDN-Bildtelefon wird auf Auto-Answer-Modus geschaltet und die Box direkt mit den AV-Ausund Eingängen des Bildtelefons verbunden. An der Box sind bis zu vier Video-

und Audioquellen (Türkamera, Camcorder, separate Raum- oder Außenkamera usw.) anschließbar. Will der Anschlußinhaber nun nachsehen, ob zu Hause alles in Ordnung ist,

ruft er von einem Bildtelefon sein T-View100 zu Hause an und wird nach Eingabe seines Paßwortes

mit der Box und der ersten Kamera

verbunden.

Die

weiteren Kameras erreicht der Anrufer durch Steuerung der Box über MFVSignaltöne. Die Box stellt somit in Verbindung mit dem T-View100 eine aus der Ferne nutzbare, einfach zu handhabende und kostengünstige Videoüber-

wachungsanlage dar.

186

Bildtelefonie

5.2.2

ISDN-S-Box der Fa. Alcatel, Stuttgart

Die ISDN-S-Box der Fa. Alcatel verfügt über einen eingebauten Codec und ist

nicht auf ein vorgeschaltetes Bildtelefon angewiesen. Sie bietet eine Reihe zusätzlicher Sicherheitsfunktionen, wie Farbvideokamera, Mikrofon, Videobewegungsmelder und Chipkartenleser. Darüber hinaus sind weitere Geräte und vorhandene Alarmsysteme anschließbar.

Beim Verlassen der Wohnung oder des Hauses wird die Chipkarte mit allen Teilnehmer- und Service-relevanten Daten aus dem Set-Top-Box-ähnlichen Gehäuse herausgezogen. Im gleichen Augenblick werden die vorhandenen Alarmgeber scharfgeschaltet und ein externer Sicherheitsdienst über die ab jetzt gewünschte Überwachung informiert. Von nun an ist ein Hineinsehen und -hören durch den Sicherheitsdienst oder andere Berechtigte über ein Bild-

telefon möglich. Bei Eintreten unerwünschter Ereignisse baut die ISDN-S-Box automatisch eine Bild- und Tonverbindung zum Sicherheitsdienst auf. Abschalten der Überwachung und Information des Sicherheitsdienstes werden durch das Deaktivieren mit der Chipkarte bewirkt.

5.2.3

NetCam und ViewStation der Fa. VCS, Nürnberg

Die NetCam stellt ein ausgesprochen intelligentes und vielseitig einsetzbares H.320-konformes Videoüberwachungssystem dar, das auch professionellen

Ansprüchen gerecht wird. In der Grundausstattung ist eine, im Maximalausbau sind bis zu sechs Kameras anschließbar.

Bei Verwendung

von Pan-Tilt- bzw. Telemetrie-Kameras

ist

sowohl die Steuerung jeder Kamera über Software oder MFV-Signale als auch die

automatische

Aufzeichnung

und

Übertragung

von

mehreren

Bildaus-

schnitten von einem Kamerastandort möglich. Im letztgenannten Fall wird die Kamera mittels Fernbedienung, Remote mit einem über RS 232-Schnittstelle an die Codec-Box angeschlossenen PC oder über eine vorher aufzubau-

ende ISDN-Verbindung und dann mit PC auf wesentliche Überwachungspunkte im Sichtfeld der Kamera voreingestellt (z.B. Haustür, Gartentür, Garage, Einfahrt oder Innenräume). In einer vorzuwählenden Zeit wechselt die Kamera automatisch den Blickpunkt und ermöglicht so eine gezielte

Raum- bzw. Objektüberwachung. Die Intelligenz in der Codec-Box vergleicht dabei das jeweils vorher gesehene Bild mit dem aktuellen und gibt bei einer Veränderung

sofort eine Alarmmeldung

ab. Zusätzlich

dieser Vorgänge für Langzeitüberwachungen

ist die Aufzeichnung

auf der Festplatte eines an die

Box angeschlossenen PC möglich. 187

Fachbeiträge Die VCS-Box selbst verfügt über zusätzliche Sicherheitsfunktionen, d.h., sie überwacht auch die anliegenden Videosignale und den ISDN-Anschluß. Wür-

de ein Kamerasignal unterbrochen oder die ISDN-Leitung gekappt werden, kann die VCS-Box über ein separat anzuschließendes analoges Modem immer noch eine Alarmmeldung

abgeben.

Damit ist diese Box für den professionel-

len Einsatz in allen Überwachungsbereichen prädestiniert und durch die Einhaltung der einschlägigen Standards auch in verteilten Anwendungen

bar, in denen eine professionelle Sicherheitszentrale Rahmen ihrer Services überwachen kann.

mehrere

einsetz-

Objekte

im

5.3 Anwendungsorientierte Nutzungsformen der Bildtelefonie - nicht nur „Face to Face“

5.3.1

Bildtelefonie mit Hörbehinderten

Abgesehen von der Nutzung von „Schreibtelefonen“ oder dem Einsatz von Faxgeräten hatten hörbehinderte, hörsprachbehinderte und gehörlose Men-

schen bisher kaum eine effiziente Möglichkeit der Kommunikation sowohl untereinander als auch in besonderem Maße mit gesunden Mitmenschen. Erst die Bildtelefonie in der jetzt verfügbaren Form verhilft diesen Menschen zu

direkter

Kommunikation

ohne den Umweg

untereinander.

Hörbehinderte

können

sich

nun

über einen Textaustausch miteinander verständigen.

Da hörende Menschen

in den meisten Fällen jedoch die Gebärdensprache

oder das „von den Lippen ablesen“ nicht beherrschen, muß hier zur Verständigung mit Gehörlosen auf die Dienste von Gebärdensprachen-Dolmetschern

zurückgegriffen werden. Ohne diese Hilfe bleiben die Gehörlosen im wesentlichen unter sich. Unter Einsatz der Videokommunikation ist die Verfügbarkeit von Gebärdendolmetschern effizient nutzbar. Mit Bildtelefon ausgestattete Gebärdendolmetscher können von Gehörlosen im Rahmen von „Sprechstun-

den“ angerufen werden und stehen somit bundesweit zur Verfügung. Eine mit Bildtelefonen oder Video-Call-Center ausgestattete Dolmetscher-Zentrale möglicht so den Gehörlosen die Kommunikation mit der ganzen Welt.

5.3.2

er-

Bildtelefonie in der Ehe- und Partnervermittlung

Auch in diesem Bereich ist die Bildtelefonie als ein Mittel erkannt worden, das Vermittlungsziel unter Einsatz dieses neuen Mediums schnell und in einer neuen Variante zu erreichen. Das Institut stattet die betreffenden Kunden auf

188

Bildtelefonie

Wunsch mit einem Bildtelefon aus und bietet ihnen somit die Gelegenheit der Partnerauswahl über die Kartei des Instituts, ohne bei der ersten persönlichen

Kontaktaufnahme

mit ausgewählten Partnern persönlich anwesend

sein zu

müssen. 5.4

Gesundheitswesen

In einem Pilotprojekt mit einem namhaften deutschen Pharmakonzern werden die Ärztebesuche durch die entsprechenden Vertreter durch die Bildkommunikation ergänzt bzw. ersetzt. Daneben können Ärzte über Bildtelefon und daran angeschlossene Dokumenten-Kameras oder andere Videoquellen, z.B. Röntgen-

Geräte, sowie entsprechende Monitore die notwendigen Diagnosen mit Fachärzten in entsprechenden Zentren gemeinsam betrachten und diskutieren.

5,5 Learning bzw. Teaching by Videophoning Learning by Phoning ist im Bereich des Fernunterrichts bereits seit längerer Zeit bekannt und zur Einsparung von Wege- und Wartezeiten vor allem in der Managementebene größerer Unternehmen im Einsatz. In bestimmten Anwendungsfällen ist der Blickkontakt zum Lehrer jedoch Voraussetzung für einen

effizienten Lernerfolg. Dies erproben die Berlitz-Sprachschule gemeinsam mit der Deutschen kom in einem Entwicklungsprojekt. Schüler können Lerneinheiten

ISDN

buchen

und/oder

und

nutzen,

sich

an Unterrichtsstunden

persönlich

mit

live teilnehmen.

ihrem Darüber

Tutor

Teleüber

unterhalten

hinaus sind auch

der Abruf von Lektionen aus Videoservern und das interaktive Abarbeiten visuell bereitgestellter Lektionen denkbar. 5.6

5.6.1

Video Call Center

Allgemeines

Allen Unternehmen, die Kundenkontakte intensiv über das Telefon pflegen, ermöglicht die Bildtelefonie, Kundengruppen zu erschließen und Vertriebs-

und Absatzkanäle zu stärken. Hierzu erweitern sie ihre bestehenden telefonischen Bestellannahmen in regelrechte Beratungshotlines, die, ausgestattet mit

Video-Call-Centern, die anrufenden Kunden multimedial bedienen können. Ein Video-Call-Center besteht aus allen Komponenten eines Telefon-Call-Centers, erweitert um Bildschirmarbeitsplätze und Content-Server, in denen die 189

Fachbeiträge Inhalte

abgelegt

sind

und

für Kundenkontakte

zum

Abruf und

Einspielen

durch den Berater zur Verfügung stehen. Einige exemplarische Einsatzbeispiele, in denen Video-Call-Center verwendet werden, beschreiben die nachfolgenden Abschnitte. 5.6.2

Remote Shopping

Der Kunde informiert sich in der multimedialen Welt über die Produkte, sieht sich kurze Informationsvideos an oder erhält eine dreidimensionale Darstellung der Produkte als Grafik in einer virtuellen Umgebung. Somit sind Produktangebote,

unabhängig von Öffnungszeiten

oder Katalogerscheinungster-

minen, immer aktuell darstell- und abrufbar. Die Bestellungen sind dann selbstverständlich auf der bestehenden Verbindung möglich. Bei Detailfragen kann auch jederzeit zu einem persönlichen Berater durchgeschaltet werden (Bild 6).

ISDN Telefone

Telekom-Shop T-View 100 In Zukunft sehen wir uns öfter: Mit dem neuen Bildtelefon

T-View.100

Europa 40i Das Europa 40i mit dem - Komfort einer kleinen

schnurlosen TK-Anlage:

# weitere Produkte *d# für Bedienhinweise Bild 6: Auswahlseite in einem Teleshop, in den Fenstern können auch Videofilme abgespielt werden

5.6.3

Face-to-Face-Versicherungen

In der Versicherungsbranche sind schnelle Entscheidungen und Beurteilungen

häufig von einer visuellen Darstellung der Schadensfälle einerseits, andererseits aber auch vom Zugriff auf zentral gelagerte, visuelle Daten abhängig. Mit Hilfe

190

Bildtelefonie

der Bildtelefonie können vor Ort aufgenommene Bilder oder kurze Videos vom Außendienstbüro direkt in eine zentrale Schadensbegutachtung überspielt und dort beurteilt werden, oder Sachverständige informieren sich bei unklaren Schadenssituationen per Bildkommunikation in einer Videodatenbank über Details, die sie zur abschließenden Beurteilung dringend benötigen. Die Einsparung von Wege- und Besuchszeiten wird in einem gemeinsamen Projekt der Colonia-Versicherung mit der Deutschen Telekom zur Zeit erprobt. 5.7

Bild-Tour

Unter diesem Thema

ist eine Fülle möglicher Anwendungen

aus den Berei-

chen Touristik, Hotellerie, Reisen, Erholung, Sport, Wetter, Fremdenverkehr usw. zusammengefaßt.

Audiovisuelle Bildinformationen

stellen in diesen Be-

reichen den wesentlichen Teil der eigentlichen Kundeninformation dar, besonders dann, wenn sie aktuell, also „live“ sind. Hotel-Vermittlungsagenturen,

Reise- und

Fremdenverkehrsbüros,

Gastrono-

mieketten haben alle ein Interesse daran, daß entweder Informationen über sie live und optisch ansprechend verfügbar sind oder sie selbst schnell und

einfach an solche Informationen gelangen. Im Projekt Bild-Tour entsteht ein Konzept, das genau dieses ermöglicht. Entsprechende audiovisuelle Informationen stehen aktuell und live zur Nutzung durch gezielt berechtigte oder auch alle Kunden zur Verfügung.

6 Ende-zu-Server-Anwendungen 6.1 Allgemeines Noch während der Entscheidungsphase, daß Telekom ein Bildtelefon für etwa

1000 DM entwickeln und in den Massenmarkt bringen will, begann im Unter-

nehmensbereich Forschung und Entwicklung bei der Deutschen Telekom, Berkom GmbH, das Projekt „Interaktive Videodatenbank zur Nutzung durch Bildtelefone“ (IVIBITEL). Innerhalb dieses Projekts entstand auf Basis der Telsis-Server-Architektur eine Videoserver-Lösung, auf der vor allem bewegt-

bildbasierte Informationsinhalte in einem für H.320-konforme Endgeräte verständlichen Format abgelegt sind. Die Informationen bestehen aus einer Komposition von Video-, Audio-, Text-

und Grafikanteilen, die in der Preproduktionsphase in einer für das CIF-Darstellungsformat (352 x 288 Pixel; entspricht ca. 1/4 VGA) passenden Größe bereitgestellt und als H.320-Bitstrom gespeichert werden. Diese Informatio191

Fachbeiträge

nen werden nach Einwahl des Bildtelefons in den Server und Auswahl mit der

Telefontastatur

unter Ausnutzung

der Wähltöne

(MFV/DTMF)

abgerufen.

Die vorgenannte Serverlösung entstand auf einer proprietären Systemarchi-

tektur, der einzigen, die seinerzeit verfügbar war.

Inhalte Server

AV-Codierungs

72 \ DatenbankServer

Control Center

GSM

900/1800

Meßeinheit ISDN-Basisanschluß

Meßeinheit ISDN-Primärmultiplexanschluß

Meßeinheit

I}

Mobilfunkanschluß

Bild 2: Probeverbindungssystem für Festnetz (ISDN + Plain Old Telephone Service POTS) und Mobilnetz (Global System Mobile GSM)

-

Eine Steuereinheit steuert den Verbindungs- und Meßablauf.

-

Eine Zugangseinheit sorgt für die physikalische Kopplung an den jewei-

ligen Schnittstellentyp und für die entsprechende

Signalisierung; Zu-

gangseinheiten existieren folglich in unterschiedlichen Varianten Analoganschlüsse, ISDN-Basisanschlüsse usw. (vgl. Abschnitt 5.2). -

5.3.2

für

Eine Übertragungseinheit wickelt (z. B. über eine ISDN-Verbindung) die Kommunikation mit dem Gateway-Server des Control Centers ab und macht die Meßeinheit so fernsteuerbar.

Control Center

Zur Administration des Probeverbindungssystems dienen folgende Komponenten in einem Control Center: -

Bedienplätze zur Konfiguration der Meßaufgaben der Ergebnisse,

und zur Auswertung

257

Fachbeiträge -

ein

Datenbankserver,

der sämtliche

Konfigurations- und

Ergebnisdaten

speichert,

-

ein (oder mehrere) Gateway-Server, um die Übertragung der Konfigurationsdaten vom Control Center zu den Meßeinheiten und das Abrufen der Ergebnisdaten in umgekehrter Richtung zu steuern.

5,4 Typischer Ablauf einer Probeverbindung 5.4.1

Durchführung einer Meßaufgabe

Bei der Konfiguration einer Meßaufgabe durch den verantwortlichen Bediener ist festzulegen, welche Meßeinheiten an den Probeverbindungen zu beteiligen sind, in welchen Zeiträumen diese stattfinden und welche Parameter dabei gemessen werden sollen. Für jeden Durchlauf dieser Meßaufgabe wird mit

Hilfe intelligenter Software aus den Vorgaben eine zeitlich und flächenräumlich optimierte Liste mit möglicherweise Hunderttausenden von Probeverbindungen generiert. Nach der Konfiguration der Meßaufgabe und der Generierung der Probeverbindungslisten werden die darin festgelegten Daten über den Gateway-Server zu den einzelnen Meßeinheiten übertragen, die dann zeitgesteuert die Probe-

verbindungen durchführen der Messungen

werden

(vgl. den nächsten Abschnitt). Nach dem

die Ergebnisdaten

aller Meßeinheiten

zum

Ende

Control

Center übermittelt und dort gespeichert. Die Auswertung der Ergebnisse aus den Probeverbindungen richtet sich nach

den Anforderungen des Betreibers und umfaßt z.B. Qualitätsberichte für die Regulierungsbehörde oder für interne Zwecke.

Die aus den Rohdaten gewon-

nenen statistischen Ergebnisse werden, grafisch oder tabellarisch aufbereitet, am Bedienplatz des Control Centers dargestellt.

5.4.2 Zeitliche Abfolge bei einer Probeverbindung Eine Meßeinheit fungiert als A-Teilnehmer und baut eine Verbindung zu einer festgelegten weiteren Meßeinheit (B-Teilnehmer) auf. Bild 3 zeigt den Ablauf

für eine digitale Teilnehmerschnittstelle. Ist die Verbindung hergestellt und sind alle vermittlungstechnischen Parameter erfaßt, authentisieren sich die Meßeinheiten gegenseitig. Anschließend erfolgen die vorgesehenen Messungen wie Pegel- oder Bitfehlerratenmessung. Schließlich löst der A-Teilnehmer die Verbindung aus.

258

Dienstequalität/Meßtechnik Meßeinheit an digitaler Teilnehmerschnittstelle Steuereinheit

Zugangseinheit

digitale TeilnehmerVermittlungsstelle

Verbindungsannahmezeit

Wahlbefehl

Authentisierung

Verb.dauer

Synchronisation Messung

B-Tin. im

Übtrag. Ergebnis

Release Release

Bild 3: Zeitlicher Ablauf einer Probeverbindung aus der Sicht des A-Teilnehmers; Beispiel digitaler Teilnehmerzugang (T1 bis T4 werden in Abschnitt 5.5 erklärt)

Während des Ablaufs erfaßt der A-Teilnehmer alle relevanten Daten der Probeverbindung:

die Identität des B-Teilnehmers, Datum und Uhrzeit des Belegungsbeginns, die Zeitpunkte der Vermittlungsereignisse (Beispiel: Absenden der letzten Wählziffer) relativ zum Belegungsbeginn, aus denen später Parameter wie die Verbindungsaufbauzeit berechnet werden können, Meßergebnisse. 5.5

Untersuchte Parameter

Die folgenden

Abschnitte

gehen

näher auf einzelne vermittlungstechnische

und übertragungstechnische Qualitätsparameter ein, insbesondere auf solche, deren Erhebung von der TKV gefordert wird. Dabei wird auch erläutert, wie sie aus den Rohdaten der Probeverbindungen zu gewinnen sind. 259

Fachbeiträge

5.5.1

Rate der nicht erfolgreichen Verbindungen/Durchlaßwahrscheinlichkeit

Der ETSI-Report ETR 138 [2] definiert die Rate der nicht erfolgreichen Verbindungen als „das Verhältnis der nicht erfolgreichen Verbindungen zur Gesamtzahl der Verbindungsversuche in einem festgelegten Zeitraum. Eine nicht erfolgreiche Verbindung ist ein Verbindungsversuch zu einer ordnungsgemäß gewählten gültigen Nummer, bei der weder der Teilnehmer-Besetzt- noch der

Rufton oder das Antwortsignal des Angerufenen innerhalb von 30 Sekunden von dem Augenblick an, in dem das Netz die für den Verbindungsaufbau erforderlichen Wahlinformationen erhält, auf der Anschlußleitung des Anrufenden erkannt wird. ...“

Um diese Rate zu ermitteln, registriert die rufende Meßeinheit den Zeitpunkt des Wahlendes. Erfolgt danach innerhalb der gesetzten Frist keines der erwarteten Signale, wird diese Probeverbindung als nicht erfolgreich bewertet. Bei der Auswertung aller Probeverbindungen eines Meßzyklus wird die Anzahl der so gekennzeichneten Versuche bestimmt und durch die Gesamtzahl der gültigen Verbindungsversuche dividiert.

Damit die tatsächliche Erfolgsquote mit hinreichender statistischer Sicherheit ermittelt werden kann, ist eine Mindestzahl von Probeverbindungen erforderlich. ETR 138 [2, Anhang B] führt aus, wie diese Mindestzahl ermittelt werden kann. Sie hängt von der erwarteten Erfolglosenrate und von der geforderten Vertrauens-

wahrscheinlichkeit ab und kann einen Wert von über 10000 erreichen. Subtrahiert man die Rate der nicht erfolgreichen Verbindungen von

100%,

erhält man die ebenfalls gebräuchliche Größe „Durchlaßwahrscheinlichkeit“,

die den gleichen Informationsgehalt aufweist. 5.5.2

Verbindungsaufbauzeit

Nach ETR 138 [2] ist die Verbindungsaufbauzeit „die Zeit, die beginnt, wenn das Netz die für den Verbindungsaufbau erforderlichen Wahlinformationen erhält (d.h., wenn diese auf der Anschlußleitung des rufenden Nutzers erkannt werden), und endet, wenn der Anrufende den Teilnehmer-Besetzt- oder den Rufton oder das Antwortsignal des Angerufenen erhält (d. h., wenn diese

auf der Anschlußleitung des rufenden Nutzers erkannt werden). ...“ Die Verbindungsaufbauzeit wird auch als Ruftonverzug bezeichnet.

Die Meßeinheit erfaßt die relevanten Zeiten (Zeitintervall T, in Bild 3). Bei der Auswertung im Control Center wird aus den einzelnen Verbindungsaufbauzeiten ein Durchschnitt errechnet. 260

Dienstequalität/Meßtechnik 5.5.3 Abrechnungsgenauigkeit Bei Probeverbindungen

müssen

zur Überprüfung der Abrechnungsgenauig-

keit der Gesprächsbeginn und die tatsächliche Gesprächsdauer (T, in Bild 3)

bestimmt werden. Ferner muß die Meßeinheit die übermittelten Gebührenimpulse erfassen, auch sprächszeit erfolgen.

solche, die vor oder nach

der gebührenpflichtigen

Ge-

Aus der dem Standort der gerufenen Meßeinheit, dem Gesprächsbeginn und

der Gesprächsdauer ergeben sich die zu erwartenden Tarifeinheiten, mit denen sich die tatsächlichen Gebührenimpulse vergleichen lassen. 5.5.4

Laufzeit und Dämpfung

Die Laufzeit wird bei Probeverbindungssystemen beispielsweise dadurch gemessen, daß die gerufene Meßeinheit eine Fernschleife bildet, d.h. jedes empfangene Signal mit einer definierten Verzögerungszeit an die rufende Meßeinheit zurückschickt.

Diese

sendet

ein

festes

Bitmuster

oder

eine

reproduzierbare

Zufallsfolge und mißt die Zeit vom Aussenden bis zum Wiedereintreffen dieses Signals. Die Betriebsdämpfung wird durch eine klassische Pegelmessung zwi-

schen rufender und gerufener Meßeinheit ermittelt.

Bei Übertragungswegen, die sich über die Netze mehrerer Betreiber erstrekken, addieren sich Laufzeiten und Dämpfungen in den einzelnen Netzabschnitten. Hier muß durch Vorgaben für alle Beteiligten sichergestellt werden, daß sich die Gesamteffekte in akzeptablen Grenzen halten. 5.5.5

Weitere Parameter

Mit einem Probeverbindungssystem können noch andere vermittlungstechnische Parameter geprüft werden; etwa die Zeit bis zur Verbindungsannahme (Intervall T, in Bild 3) oder das Funktionieren besonderer Dienstemerkmale bei ISDN und Mobilfunk. Auch weitere übertragungstechnische Parameter

wie der Geräuschpegel, die Bitfehlerrate bzw. Error Performance oder auch der Datendurchsatz lassen sich bestimmen. 5.5.6

Sprachqualität

Nach wie vor ist die Sprachtelefonie der meistgenutzte Telekommunikationsdienst, und die Zufriedenheit der Kunden hängt entscheidend von einer hohen Sprachqualität ab. Dabei ist die Beurteilung von Sprachqualität alles ande261

Fachbeiträge re als einfach angesichts der hochkomplexen Vorgänge, aus denen die menschliche Sprachwahrnehmung besteht. Der vieldimensionale Begriff „Sprachqualität“ umfaßt eine ganze Reihe von Kriterien; neben der bloßen Sprachverständlichkeit etwa die Natürlichkeit, die Erkennbarkeit des Sprechers, den nötigen Höraufwand oder die Lästigkeit von Störungen. Zur Beurteilung der Sprachqualität werden vielfach sogenannte auditive Meßmethoden eingesetzt: Versuchspersonen erhalten unter genau definierten Be-

dingungen Sprachproben vorgelegt und stufen sie nach subjektivem Empfinden ein. Als Maß für die Sprachqualität dient etwa ein Mean Opinion Score (MOS), d.h. ein Zahlenwert auf einer Skala von 1 bis 5. In derartigen subjektiven Tests gelingt es, die vielschichtigen Einzelkriterien zu einem aussagekräftigen Gesamturteil zusammenzusetzen. Auditive Tests erfordern jedoch einen erheblichen personellen und gerätetechnischen Aufwand. Dies legt nahe,

nach instrumentellen, automatisierbaren Methoden zu suchen. Instrumentelle Verfahren versuchen, das Qualitätsempfinden menschlicher Hörer zu modellieren. Dabei wird in der Regel das Ausgangssignal des zu prüfenden Übertragungsweges mit einem Referenzsignal verglichen. Beide Signa-

le durchlaufen Verarbeitungsstufen, die die Vorgänge beim auditiven Test nachbilden. Zur Kernstruktur dieser Transformation gehören einerseits die Umsetzung

des akustischen Signals in eine Hörempfindung,

andererseits die

Bewertung dieser Hörempfindung nach Qualitätskriterien und die Zusammenführung zu einem skalaren Gesamturteil. Die Zuverlässigkeit solcher instrumenteller Verfahren kann daran gemessen werden, inwieweit ihre Ergebnisse mit denen auditiver Tests übereinstimmen.

[6]

Im Rahmen des EURESCOM-Projekts P603 wurden zwei instrumentelle Verfahren zur Sprachqualitätsmessung untersucht: Perceptual Speech Quality Measure (PSQM; entspricht ITU-T Rec. P.861) und Deutsche Telekom Speech Quality Estimation (DT-SQE). Zusammenfassend werden in [4] die mit DT-SOE erzielten Ergebnisse als vielversprechend bezeichnet und weitere Untersuchungen durch ITU-T und ETSI vorgeschlagen. Auf die Wichtigkeit

automatischer Testeinrichtungen und einer allgemein anerkannten Testmethode wird ausdrücklich hingewiesen. Inzwischen befindet sich DT-SQE unter der neuen Bezeichnung Telecommunication Objective Speech Quality sessment (TOSQA) im Standardisierungsprozeß bei ETSI und ITU.

262

As-

Dienstequalität/Meßtechnik 5.6

Praxisbeispiel: Probeverbindungssystem TIQUS

Das Telefonnetz- und ISDN-Qualitäts-Untersuchungs-System (TIQUS) wird seit mehreren Jahren zur Erfassung relevanter Qualitätsdaten im Netz der Deutschen Telekom eingesetzt. Es entspricht dem oben beschriebenen Prin-

zip

eines

Probeverbindungssystems.

Eine

detaillierte

Beschreibung

von

TIQUS findet sich in [7]. Die Bilder 4 und 5 zeigen typische Auswertungsbeispiele für die Durchlaßwahrscheinlichkeit und die Verbindungsaufbauzeit.

Pe

==

Bild 4: TIQUS - Ergebnisdarstellung Durchlaßwahrscheinlichkeit

263

Fachbeiträge

Das System TIQUS wird ständig weiterentwickelt und den neuesten Erfordernissen angepaßt. Aktuelle Vorgaben finden dabei Berücksichtigung.

wie die Empfehlungen

des UAK

EzEQ

Die Konzeption von TIQUS sieht vor, daß die ermittelten Rohdaten in einem Datenbanksystem verwaltet werden. Um daraus die relevanten Qualitätskennwerte

zu gewinnen,

stehen

vorgefertigte Auswerteformulare

zur Verfügung.

Daneben können aber auch Auswerteberichte nach den individuellen Vorstellungen

des

Anwenders

mit

handelsüblichen

Datenbankwerkzeugen

erstellt

werden. FEB

Ni

ara

mn

rer

Anzahl

Bereiche inms

Bild 5: TIQUS - Ergebnisdarstellung Verbindungsaufbauzeit (Ruftonverzug)

6 Zusammenfassung Quality

of Service,

die umfassende

Beurteilung

eines Telekommunikations-

dienstes aus der Kundenperspektive, hat in der marktorientierten Telekommunikationslandschaft von heute eine zentrale Bedeutung gewonnen. Kategorien der QoS bemißt sich die Leistungsfähigkeit von Netzanbietern. Qualitätskennwerte sind aber nur dann aussagekräftig, standardisierten Definitionen und Meßverfahren beruhen. Die Gremien haben bereits einige Standards erarbeitet, weitere sind

Nach den

und Dienstewenn sie auf zuständigen in Vorberei-

tung. Netzbetreiber sind zur Überwachung und Offenlegung bestimmter Qualitätsparameter verpflichtet. Darin liegt jedoch auch eine Chance: Nachweisbare

264

Dienstequalität/Meßtechnik Qualität bildet eine wichtige Marketingkomponente. Sie sichert die Zufriedenheit der Kunden und damit den Wettbewerbserfolg. Neben der Wirkung nach

außen bleibt die Qualitätsüberwachung wichtig als Handlungs- und Planungsgrundlage

für den Netzbetreiber selbst. Der Blickwinkel

der Quality of Ser-

vice, der sich an den Kundenbedürfnissen orientiert, muß auch hier die Betreiberperspektive ergänzen.

Zur permanenten

Überwachung

der Quality of Service sind automatisierte

Meßsysteme erforderlich. Das Prinzip der Probeverbindungen ist dabei beson-

ders geeignet, um die Kundenperspektive nachzubilden und neben den übertragungstechnischen auch die vermittlungstechnischen Parameter zu erfassen. Probeverbindungssysteme haben sich im praktischen Einsatz bereits bewährt.

Im Rahmen der Q0oS verdient zunehmend die Sprachqualität ein besonderes Augenmerk. Sie ist für die meisten Anwender von hoher Relevanz, dabei aber in ihrer Komplexität

nur schwer

durch

apparative

Messungen

zu erfassen.

Gleichzeitig erwachsen ihr durch den technologischen Fortschritt neue Beeinträchtigungen.

Eine weitere Technologie befindet sich an der Schwelle zum Einsatz: die Telefonie über das Internet. Sie bringt wiederum eigene, neue Qualitätsaspekte mit sich, die ebenfalls der internationalen Standardisierung bedürfen. auch für die Meßtechnik eine neue Herausforderung.

Hier liegt

7 Verwendete Abkürzungen AKNN

Arbeitskreis für Netzzusammenschaltung und Numerierung

CODEC DCME DT-SQE ETR ETSI EURESCOM GSM INMD ISDN ITU-T MOS ONP POTS PSQM 00S TIQUS TKV TOSQA UAK EzEQ

Coder/Decoder Digital Circuit Multiplication Equipment Deutsche Telekom - Speech Quality Estimation European Telecommunications Report European Telecommunications Standards Institute European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications Global System Mobile In-service Non-intrusive Measurement Device Integrated Services Digital Network International Telecommunication Union, Telecommunication Standardization Sector Mean Opinion Score Open Network Provisioning Plain Old Telephone Service Perceptual Speech Quality Measure Quality of Service Telefonnetz- und ISDN-Qualitäts-Untersuchungs-System Telekommunikations-Kundenschutzverordnung Telecommunication Objective Speech Quality Assessment Unterarbeitskreis „Ende-zu-Ende-Qualität“ des AKNN

265

Fachbeiträge Schrifttum

1] [2] 3] [4] [5] [6] [7]

266

ITU-T Recommendation E.800: Terms and Definitions Related to Quality of Service and Network Performance Including Dependability. Genf: ITU August 1994, S. 3 ETSI: Report ETR 138, „Dienstgüte-Indikatoren für offenen Netzzugang (ONP) im Bereich des Sprachtelefondienstes und des diensteintegrierenden digitalen Fernmeldenetzes (ISDN)“,

zweite Ausgabe

Dezember

1997

EURESCOM Project P603: Quality of Service: Measurement Method Selection, Deliverable 1:005 overview, services and measurement methods - selected services and methods, Oktober 1997, Vol. 1,8. 14-27 EURESCOM Project P603: Quality of Service: Measurement Method Selection, Deliverable 2: Measurement Method, Oktober 1997, Vol. 1, S. iii-iv, 32-34 Telekommunikations-Kundenschutzverordnung (TKV) vom 11.12.1997, BGBI I Nr. 83 v. 18.12.97, 5. 2910, 88 32-33 Klaus, H.; Berger, J.: Die Bestimmung der Telefon-Sprachqualität für die Übertragungskette vom Mund zum Ohr - Herausforderungen und ausgewählte Verfahren. Highlights aus der Forschung, Darmstadt: Deutsche Telekom AG Technologiezentrum 1996, S. 12-21 Schrödel, M.; Lochner, M.; Hentsch, F.: Netzqualität aus Kundensicht. Ingenieur der Kommunikationstechnik Jg. 46 (1996), Heft 1,S. 16-18

Betrieb von Übertragungstechnik

Betrieb von modernen übertragungstechnischen Anlagen Von Günter Rexroth, Darmstadt

Ing. (grad.) Günter Rexroth, Jahrgang 1946, ist in der Zentrale der Deutschen Telekom in Darmstadt tätig und gestaltet seit vielen Jahren den Betrieb von digitalen Übertragungsanlagen der Netzinfrastruktur.

1 Die Situation im Wettbewerb Die Telekommunikationsverwaltungen waren in der Vergangenheit monopoli-

stisch und technikorientiert, und ihr Handeln richtete sich vor allem darauf, die Nachfrage möglichst gering zu halten. Ausdruck dieser Mangelverwaltung war z.B. der Hinweis „Fasse Dich kurz“, der als Slogan an den Telefonzellen angebracht war. Die Netze wurden nach den Grundzügen einer sparsamen

Haushaltsführung

und

den

Bedürfnissen

Rücksicht auf die Bedürfnisse der Kunden

der

Mitarbeiter

optimiert,

ohne

nach Qualität und Service zu neh-

men („Anmeldestelle geöffnet von 8-12, Mittwochs geschlossen“).

Mit der Auflösung der Monopole mußten sich die einstmals staatlichen Netzbetreiber auf ihre Kunden konzentieren und auf deren Wünsche eingehen. Werbetexte wie „Ruf doch mal an“ und „wir sind auch am Samstag für Sie da“

waren die Konsequenz. Um ihre Umsätze und Gewinne zu erhöhen, müssen die Unternehmen kostenbewußt handeln, neue Ideen und Innovationen in Produkte und Dienstleistungsangebote umsetzen. Gewinnmaximierungen, die nur auf Kosteneinsparungen und nicht auch auf Umsatzsteigerungen beruhen, die durch Investitionen erreicht wurden, sind für das Unternehmen gefährlich.

Diese Unternehmen sparen sich auf Dauer selbst ein. Die Produkte der Telekommunikationsanbieter müssen auf die kundenindividuellen Wünsche abgestimmt sein und erfordern flexible Lösungen zu angemessenen Preisen.

267

Fachbeiträge Die unterschiedlichen Kundenanforderungen bedingen differenzierte Netzzugänge und die Ansiedlung von Intelligenz innerhalb der Telekomnetze. Dieser

Trend ist derzeit bei den Daten- und Internetdiensten und bei ISDN besonders ausgeprägt. Der Anrufbeantworter im Netz und der „Netz-PC“ sind nur zwei

Beispiele, die den Trend eindrücklich beschreiben. Die Einbeziehung von Intelligenz in das Telekomnetz hat für den Kunden zum einen den Vorteil, daß er nur die von ihm genutzten Leistungsmerkmale bezahlen muß, und zum an-

deren, daß die gewünschten Leistungsmerkmale auf Grund der gemeinsamen Nutzung kostengünstig angeboten werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Netzbetreiber die Systempflege sichergestellt und ständig dem

neusten Stand der Technik anpaß!t.

Um auf die kundenindividuellen Wünsche eingehen zu können und damit zusätzliche Marktanteile zu gewinnen, müssen die Netzbetreiber mit kompetenten Mitarbeitern kundennah präsent sein. Dies ist auch die Voraussetzung für das erfolgreiche Vermarkten kundenindividueller Lösungen. Auf dem flachen Land bestehen andere Anforderungen an den Markt als in städtischen Bal-

lungsgebieten.

Die Vielzahl der unterschiedlichen technischen Plattformen mit geringem Standardisierungsgrad in der Übertragungstechnik (PDH, SDH, ATM, ADSL, HDSL, DXC, Ringstrukturen, Audio, Video, Daten, Multimedia-Anwendungen) geben dem Unternehmen die größten Chancen am Markt, dessen

Mitarbeiter die vielfältigen Techniken beherrschen und damit den besten Service bieten können. Nur damit ist sichergestellt, daß alle Ressourcen und Pro-

dukte des Netzbetreibers optimal den Kunden präsentiert und angeboten werden können. Der Betrieb von modernen Übertragungsanlagen hat in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung. Die neuen Produkte und Dienstleistungen

müssen vom Betrieb kundennah, schnell, effektiv und mit hoher Qualität bereitgestellt und instandgehalten werden. Nur so kann ein führendes Unternehmen seinen Vorsprung auf dem Markt halten. Ist dies nicht gewährleistet, be-

steht die Gefahr, daß Vorteile durch eine verspätete Einführung oder durch schlechte Qualität verspielt werden. 2 Das prozeßorientierte Unternehmen Moderne gedankens,

Unternehmen

Qualität, Service und 268

organisieren sich nach den Grundsätzen des Prozeß-

der sich vor allem

an.den

Kundenwünschen

Kostenbewußtsein

stehen

orientiert.

Kunde,

dabei im Vordergrund.

In

Betrieb von Übertragungstechnik Bild I sind die grundsätzlichen Strukturen eines Unternehmens prozeßbezogen dargestellt. Die Kundenprozesse sind vertikal, die Vertriebs- und Produk-

tionsprozesse horizontal dargestellt. Die drei Säulen der Kundenprozesse sind: Erkennen von Innovationen und Neuerungen am Markt, Bestellen von

Produkten und Dienstleistungen und der Kundendienst. Die damit verbunde-

nen horizontalen Unternehmensprozesse sind der Vertrieb mit den Aufgaben Marketing, Verkauf und Kundenbindung sowie die Produktion mit der Planung, dem Aufbau und dem Betrieb. Nur wenn diese Prozesse optimal aufein-

ander abgestimmt und kontinuierlich an das Portfolio des Unternehmens angepaßt werden, kann dem Kunden ein Service geboten werden, der im

Kundenprozesse

Wettbewerb besteht.

Vertriebs- und Produktionsprozesse Bild 1: Kundenbezogene Unternehmensprozesse

Der Betrieb ist in den Vertriebs- und den Produktionsprozeß eingebunden. Diese Prozesse müssen optimal aufeinander abgestimmt sein. Wenn nur die Teilprozesse optimiert sind, muß der ganze Prozeß noch nicht optimal gestaltet sein. Was z.B. in dem einen Prozeßschritt optimal gestaltet und kostenop-

timiert wurde, kann in einem anderen Prozeßschritt zu einem hohen zeitlichen und kostenmäßigen Aufwand führen. Ein neu entwickeltes Gerät, das kostenoptimiert und mit neuen Leistungsmerkmalen versehen ist, kann im Betrieb über die gesamte Lebensdauer für einen hohen Betriebsaufwand verant-

wortlich sein und damit den Erfolg des ganzen Prozesses in Frage stellen. 269

Fachbeiträge

Wenn ein Prozeß betrachtet wird, sollten folgende Fragen gestellt werden: -

Wie lange dauert der Prozeß? (Beispiel: das Entstören vom

Eingang der Kundenstörungsmeldung

zur Erledigungsmeldung beim Kunden) -

bis

Wie zuverlässig wird in dem Prozeß gearbeitet? Wie ist die Qualitätssicherung?

Wo können Fehler gemacht werden und wie kann man sie verhindern? -

Wie wirkt sich der Prozeß auf die Kundenzufriedenheit aus?

-

Wieviel kostet der Prozeß?

Was ist dem Kunden wichtig?

Ist der Kunde bereit, den Preis zu bezahlen, den die Prozeßabwicklung verursacht? Die Teilprozeßverantwortlichen

dürfen

nicht nur auf ihre Teilprozesse

ach-

ten. Die Störungsannahme, optimiert auf eine schnelle Abwicklung von möglichst vielen Störungsmeldungen in kurzer Zeit, verursacht durch das Einsparen von Abfragen bei der Annahme einer Kundenstörung aber in der folgenden Störungsbearbeitung durch erforderlich werdende Rückfragen zusätzlichen Zeit- und Personalaufwand. 3 Das Management für das Telekommunikationsnetz Das Netzmanagement (NM)

kann, wie die Prozesse, in vertikale und horizon-

tale Strukturen gegliedert werden. Die vertikalen stellen die Geschäftsvorfälle und die horizontalen die Managementfunktionen dar. Dabei ist zu überlegen, welche Aufgaben man sinnvollerweise zusammenfaßt und wie man die

Schnittstellen zu den einzelnen Funktionen optimal aufeinander abstimmt. Hierbei

ist es besonders

wichtig,

daß

Dateneingaben

und

andere

Aufgaben

nicht mehrmals durchgeführt werden müssen. Hierzu müssen Kundendaten und Netzdaten eindeutig einander zugeordnet sein. Die Störungsanalyse ist mit der nachfolgenden Störungsbeseitigung inhaltlich und zeitlich so zu koor-

dinieren, daß auch hier Mehrfachaufwendungen und damit Kosten nach Möglichkeit vermieden werden. 3.1

Die Managementlevel

In der Übertragungstechnik sind die unterschiedlichsten technischen Einrich-

tungen (Netzelemente) über eine Netzmanagementschnittstelle (Q-Interface oder einfache Kontakte)

270

mit einem übergeordneten

Netzmanagementsystem

Betrieb von Übertragungstechnik Managementaufgabe

Fault-

|Netzelementmanagement- | NetzmanagementSchicht Schicht

Service- und BusinessSchicht

Störungen auf Ü-Weg/TE | Störungen auf Ü-

Kunden über Arı und Dauer

Management

|eingrenzen und durch Austauschen oder Aus-

Weg/TE eingrenzen und | der Störungen informieren. |durch Ersatzschalten Ersatzleistungen anbielen

bessern entstören

oder Sperren entstören

ConfigurationManagement

|TE und Ü-Wege in |Betrieb nehmen und

Innen-, Außenführung |Ü-Wege und Leistungsfestlegen, schalten. Kon- | merkmale im Rahmen der

Grundkonfiguration ein-

stellen AccountManagement

|tingente für KB bereit- | vereinbarten Kontingente kunstellen

Entgeltrohdaten liefern

denindividuell aktivieren

|Entgeltrohdaten für den | Kundenrechnungen bearbeiKB aufbereiten ten (Entgeltrohdaten kundenindividuell zuordnen)

Performance- | Netz technisch den Quali-| Qualitätsdaten erfassen

|Qualitätsvorgaben

Management

|und auswerten

definieren

Security-Management des OS wahrnehmen

Security-Management der Kundendaten wahrnehmen

|tätsanforderungen anpas-

sen. SecurityManagement Bild 2:

Security-Management |des NE wahrnehmen

Darstellung der Managementaufgaben und ihre Zuordnung zu den Managementschichten

verbunden. Hierbei kann es sich um ein proprietäres Managementsystem

han-

deln, das auf einen bestimmten Hersteller oder eine bestimmte Technik abgestimmt ist, oder um ein nichtproprietäres Managementsystem, das der Betrei-

ber bereitstellt und das an die jeweilige Technik angepaßt werden muß.

Netzmanagementebene

Transportebene

Anpassungsebene

Netzelementebene

Bild 3:

Managementsystem

von Übertragungsanlagen

Beide Systeme haben ihre Vor- und Nachteile. Proprietäre Managementsysteme sind auf dem Markt zu kaufen und können damit schnell und ohne großes 271

Fachbeiträge

Risiko eingeführt werden. Allerdings müssen die Netzdaten in der Regel manuell von dem administrativen Managementsystem des Netzbetreibers in das proprietäre Managementsystem

übernommen

werden.

Diese Aufwendungen

können sehr hoch sein. Das nichtproprietäre Managementsystem gibt eine gesamte Netzsicht, unabhängig von den verwendeten Techniken und den Lieferanten dieser Techniken. Eingaben können minimiert und Auswertungen können automatisiert über das Gesamtnetz erfolgen. Wie oben schon erwähnt,

müssen aber alle technischen Einrichtungen (Netzelemente) an das nichtproprietäre, übergeordnete

dafür hängt im Schnittstellen ab. laiskontakten als mit der größeren

Managementsystem

angepaßt werden.

Der Aufwand

starken Maß von der Komplexität der zu realisierenden War dies in der Vergangenheit bei Netzelementen mit ReNM-Schnittstelle noch banal, so stiegen die Anforderungen Mächtigkeit und Funktionalität moderner Q-Schnittstellen

beträchtlich an. Für den Netzbetreiber ist es aber wichtig, die einzelnen Anwendungen auf seine Bedürfnisse maßzuschneidern. Nur so kann ein kostenund nutzenoptimiertes Netzmanagementsystem entstehen.

3.2

Der Netzelementmanager

Das Netzelementmanagement muß eine qualitätsgesicherte Inbetriebnahme der technischen Einrichtungen und die Übergabe an das übergeordnete Netzmanagement sicherstellen. Dazu gehören die Einstellung der mit dem Netzmanagement vereinbarten Grundkonfigurationen, spezielle Konfigurationen, die von der Planung vorgegeben sind (z. B. Taktzuführungen und Anschaltungen an das Netzmanagement), die qualitätsichernden Prüfungen und Messungen nach den jeweiligen Inbetriebnahmevorschriften und Qualitätsvorgaben.

Nur wenn diese Tätigkeiten von dem Service vor Ort (Außendienst) sorgfältig durchgeführt werden, kann dem Kunden ein qualitätsgesichertes Produkt übergeben werden. Der Service vor Ort muß hierzu in der Lage sein, sich die erforderlichen Kenntnisse anzueignen, die er im Störungsfall zur Beseitigung von Störungen, durch Austauschen und Ausbessern von Netzkomponenten,

benötigt. Das Netzelementemanagement muß so beschaffen sein, daß beim Austauschen von defekten Baugruppen keine Beeinflussung nicht betroffener Anlagenteile auftritt.

3.3 Der Netzmanager Neben den Konfigurationsaufgaben, dem Account- und dem Securitymanagement, übernimmt das Netzmanagement

272

die Überwachung des gesamten Net-

Betrieb von Übertragungstechnik zes, fokussiert auf die Übertragungswege zur Qualitätskontrolle.

und das Performancemanagement

Alarmmanagement

Mit Hilfe der von den technischen Netzelementen abgegebenen Alarme muß das Netzmanagementsystem

den

gestörten

Übertragungsweg

mit der höch-

sten Bitrate und Priorität erkennen und dem gestörten Netzelement zuordnen. Eine

weitergehende

Analyse

würde

viele

zusätzliche

Meldungen

von

den

Netzelementen zum Netzmanagementsystem und zusätzliche Funktionen im Netzmanagementsystem erfordern und damit das übergeordnete Netzmanage-

mentsystem mit hohen zusätzlichen Kosten belasten. Speziell in der Übertra-

gungstechnik mit einer Vielzahl unterschiedlichster Systeme wäre es mit ho-

hem finanziellen und zeitlichen Aufwand verbunden, alle Funktionalitäten, die das Informationsmodell nach ETSI zuläßt, zu realisieren. Qualitätsmanagement

Kenntnisse über die aktuelle Netzqualität bekommen im Wettbewerb immer größere Bedeutung. Mit Hilfe der Performance-Überwachung, die in der Regel in den modernen Netzelementen nach den Vorgaben der internationalen Spezifikationen durchgeführt wird, ist man in der Lage, zu jeder Zeit einen Über-

blick über die aktuelle Netzqualität zu haben. Besonders für das Marketing ist es wichtig zu wissen, wie die aktuelle Netzqualität im Vergleich mit den Wettbewerbern zu bewerten ist. Sie kann Zwecke der Preisanpassung dienen.

als Verkaufsargument

oder/und

zum

Liegen keine Qualitätsdaten vor, dann können z.B. bei der Preisfestlegung durch den Regulierer Nachteile für den Netzbetreiber entstehen, da nur noch die Preise eines Produktes und nicht auch dessen Qualität miteinander verglichen werden. Eine Qualitätsanpassung nach unten zur Kostenreduzierung ist

keinesfalls zu empfehlen. Die Vergangenheit hat gezeigt, daß die negativen Effekte erst mit einem großen Zeitverzug eintreten und dann nur schwer zu korrigieren sind. Entstören durch Ersatzschalten Im Störungsfall oder im Rahmen von Wartungsarbeiten hat das Netzmanagementsystem die Aufgabe, gestörte oder freizuschaltende Übertragungswege ersatzzuschalten. Abhängig von den vereinbarten Qualitäten, können drei Sze-

narien für eine Ersatzschaltung beschrieben werden:

273

Fachbeiträge -

Manuelle Ersatzschaltung an den Verteilern in den Betriebsstellen: Die Zeit für die Ersatzwegesuche über das Netzmanagementsystem und für

die anschließende manuelle Ersatzschaltung liegt im Bereich von einem Tag. -

Fernbediente Ersatzschaltung mit Hilfe von fernsteuerbaren Netzelementen (z.B. Cross Connectoren oder Add and Drop Multiplexer): Die Zeit für die Ersatzwegesuche über das Netzmanagementsystem und für die anschließende fernbediente Ersatzschaltung liegt im Bereich von

Stunden. -

Automatische

1+1-Ersatzschaltung auf vorbereitete und fest zugeordne-

te Ersatzwege:

Die Zeit für die Ersatzschaltung liegt im Bereich von Sekunden.

Bei den heutigen Qualitätsanforderungen der Kunden und dem erreichten Kostenniveau für die digitale Übertragungstechnik sollten zukünftig alle kundenindividuellen Leitungen (nicht SWFD, die über eine Mehrwegeführung verfügen) automatisch 1+l-ersatzgeschaltet werden können. Neben der extrem

hohen Verfügbarkeit, die mit dieser Vorgehensweise erreicht wird, lassen sich auch die Betriebskosten durch die Einsparung von Ersatzgeräten und Personal reduzieren. Die Anzahl der Entstörmaßnahmen außerhalb der Regelarbeitszeit kann minimiert und die Bereitstellungszeiten für Ersatzgeräte können verlängert und damit die Anzahl der Ersatzgeräte und Ersatzgerätelager klein gehalten werden.

3.4

Der Business-Managementlevel

Das Business-Management hat die Aufgabe, die Kundenaufträge zu bearbeiten. Es konzentriert sich auf die angebotenen

Produkte und Dienstleistungen

und benötigt keine Kenntnisse über die verwendete Technik. Es arbeitet wie ein Buchungssystem, das die Preise für die Produkte und die vorhandenen Ressourcen und Dienstleistungen bereitstellt, über eine Kundendatei verfügt

und die Rechnungsdaten verwaltet. Im Idealfall kann der Kunde zu jeder Zeit, rund um die Uhr, Leistungen in Anspruch nehmen. Im Selbstwählferndienst (SWFD) und im Internet ist dieser Idealfall heute schon Praxis. Bei Breitband-Leitungen mit flexibler Bandbreite bietet die ATM-Technik die besten Voraussetzungen, diesen Idealzustand in kurzer Zeit

zu erreichen. Als Selbstverständlichkeit ist die Implementierung begleitender Sicherheitsstandards vorauszusetzen. In den Bereichen von Standardfestverbindungen, im Störungsmanagement, im Service für die Bereitstellung des An-

274

Betrieb von Übertragungstechnik schlusses sowie bei Auskunft und Operatordiensten ist es weiterhin erforderlich, unmittelbare Ansprechpartner für die Kunden bereitzuhalten.

3.5

Nutzen des Managements

Beschränkt man sich bei der Festlegung der Funktionalitäten der Informationsmodelle, die zur Erledigung der Aufgaben auf der jeweiligen Managementstufe erforderlich sind, und strebt nur eine 80 %-Lösung an und behandelt die

verbleibenden 20% und nicht etwa 100% als Sonderfälle, dann können Kosten sowie Bereitstellungszeiten für die benötigten Managementsysteme minimiert werden.

Das nach ETSI standardisierte Informationsmodell läßt eine Vielzahl von Funktionalitäten zu. Nutzt der Netzbetreiber ein proprietäres Managementsystem eines bestimmten Herstellers, so kann er in der Regel auf ein umfangreiches und mehr oder weniger komfortables Managementsystem zurückgreifen. Nachteil dieser Vorgehensweise ist, wie eingangs beschrieben, daß eine

Schnittstelle zu den administrativen Managementsystemen

realisiert werden

muß. Dies hat die manuelle Eingabe von Netzdaten zur Folge und bindet den Netzbetreiber für eine längere Zeit an einen Hersteller. Ein

nicht zu vernachlässigender Vorteil

ist dagegen,

daß ein isoliertes Netz

schnell realisiert werden kann. Der Sinn des von ETSI standardisierten Informationsmodells liegt jedoch darin, Netzelemente beliebiger Hersteller zusammenzufassen und die Betriebsabläufe zu automatisieren. Bei der Vielzahl der unterschiedlichen Übertragungssysteme und Hersteller ist die Beachtung dieses Zusammenhangs in der Übertragungstechnik besonders wichtig. Wird dies nicht oder nur sehr spät beachtet, müssen eine Vielzahl unterschiedlicher Managementsysteme betrieben werden, die alle eine individuelle Schnittstelle zu dem administrativen Managementsystem haben. Diese Tatsache macht das Gesamtsystem langsam und personalintensiv.

Das Problem

kann nur damit gelöst werden, daß eine relativ einfache und

schnell zu realisierende Schnittstelle zwischen administrativen

Managementsystem

den Netzelementen

und dem

des Netzbetreibers entwickelt wird. Da-

bei ist vor allem darauf zu achten, daß die oben beschriebenen Managementlevel eingehalten und Funktionalitäten nicht mehrfach in den Ebenen realisiert werden. Um eine kosten- und nutzenoptimierte Punkte beachtet werden:

Lösung

zu finden,

sollten

folgende

275

Fachbeiträge -

Nicht alles, was technisch möglich

ist und das Informationsmodell

zu-

läßt, muß realisiert werden (80 %-Lösung). -

Nicht alles, was zentralisiert werden kann, muß zentralisiert werden. Dies gilt vor allem für das Fault-Management (Vermeidung von Doppel-

arbeit zentral und dezentral am Objekt und Realisierung von Funktionalitäten, die nur sehr selten zentral vom übergeordneten Managementsystem genutzt werden). -

Es sollten nur die Funktionalitäten

realisiert werden,

die der Aufgabe

dienen. Das Konfiguration-Management muß nicht wissen, welche Baugruppe für eine Störung verantwortlich ist, es reicht aus, wenn es weiß, ob der gewünschte Übertragungsweg verfügbar ist oder nicht.

-

Der Aufwand für das Security-Management wächst mit der Anzahl der Funktionalitäten und der Zugangsberechtigten.

4 Organisation des Betriebes

4.1

Der technische Außendienst (Objektbetrieb)

Der technische Außendienst (Objektbetrieb) hat die Aufgabe, die Netzelemente qualitätsgesichert in Betrieb zu nehmen, instandzuhalten, zu ändern

und außer Betrieb zu nehmen. Mit der Zusammenfassung der Aufgaben ”Netzelemente und Übertragungswege in Betrieb nehmen, instandhalten, ändern und außer Betrieb nehmen“ ist gewährleistet, daß die bei der Inbetriebnahme erworbenen Fähigkeiten für das Instandhalten und Ändern genutzt werden können. Das ist in der Übertragungstechnik besonders wichtig. Im Gegensatz zur Vermittlungstechnik,

die

einen sehr hohen Standardisierungsgrad aufweist, muß in der Übertragungstechnik mit einer Vielzahl unterschiedlicher Techniken und mit Netzelementen verschiedener Lieferanten gearbeitet werden. Im Bereitstellungs- und Entstörprozeß handelt der technische Außendienst unmittelbar kundenwirksam. Aus diesem Grunde muß er seine Aufgaben

kompetent, flexibel und schnell erledigen. Dazu ist es erforderlich, daß sowohl wirtschaftliches und qualitätsbewußtes als auch ingenieurmäßiges Denken und Handeln als Eigenschaften bei den eingesetzten Kräften vorhanden ist.

Aufgrund

der in den allgemeinen Aussagen

Neustrukturierung der Telekommärkte ganisation

276

ergibt sich ein Konzept,

gemachten

Überlegungen,

der

und der prozeßorientierten Ablaufor-

das einen

auf die Übertragungstechnik

Betrieb von Übertragungstechnik

konzentrierten

Betrieb ohne

Kompetenz- und „Know-how“-Verluste

in der

Fläche garantiert.

Ergebnis dieser Betrachtungen ist das Konzept eines systemunabhängigen und eines systemabhängigen Betriebes. Der systemunabhängige Betrieb nimmt alle Betriebsaufgaben systemübergreifend wahr, die er mit einfachen Mitteln bewältigen kann. Dabei wird eine Ausund Fortbildung als Kommunikations-Elektroniker vorausgesetzt. Als Ergänzung dazu sind Grundlagen der Übertragungs-, Daten- und Funktechnik erfor-

derlich.

Der systemabhängige Betrieb nimmt alle Aufgaben wahr, die spezielle System-

kenntnisse

Grundlagen

bzw.

spezielle

müssen

Meß-

und

Prüftechniken

erfordern.

die Mitarbeiter des systemabhängigen

Neben

den

Betriebes zusätz-

lich spezielle Kenntnisse in einer bestimmten Systemtechnik bzw. in einer bestimmten Sparte einer Systemtechnik haben.

Fachbezogene Aufgaben, die eine Spezialisierung für einen bestimmten Bereich bzw. für ein bestimmtes System erfordern, werden in einem Team wahrgenommen, das eine systemspezifische Kompetenz besitzt. Es erledigt seine

Aufgaben systemabhängig (z.B. Inbetriebnehmen von technischen Einrichtungen und Anlagen, Unterstützen der systemunabhängigen Kräfte beim Entstören und Bedienen, Ausgleich des unterschiedlichen “Know-how“ in den systemunabhängigen Teams). 4.2

Betriebliche Hotlines

Auch der systemabhängige Betrieb in der Region kann nicht in allen Fällen die auftretenden Probleme lösen. Eine weiterer Spezialisierung zur Unterstützung des technischen kompetenz statt.

Außendienstes

findet in zentralen Teams

mit System-

Die zentralen betrieblichen Hotlines beraten und unterstützen die regionalen Betriebskräfte systembezogen. Als letzte Spezialisierungsstufe muß der Systemhersteller zur Verfügung stehen.

5 Qualitätsziele 5.1

Die Entstörprioritäten

Die Zeitvorgaben

zur Aktivierung der Hotlines sind abhängig von der Stör-

wirkbreite und der durch das Netzmanagement festgelegten Priorität für einzelne Übertragungswege. 277

Fachbeiträge Ein aktives Eingreifen im aktuellen Störungsfall durch die Hotlines ist in der Übertragungstechnik nur bei den Systemen möglich, die über fernbedienbare

Netzelementmanagement-Schnittstellen

verfügen. Nur bei diesen Systemen

kann durch einen Eingriffin das System, z. B. durch Fernanschaltung, mit Hilfe von Spezialisten eine Beschleunigung der Entstörung erreicht werden. Bei allen anderen Systemen kann die Störung durch Baugruppentausch bzw. Geräteaustausch behoben werden. Entstörpriorität 1 Gravierende Störung/Dringende Störung

| Beschreibung/Beispiele Ausfall des gesamten Systems oder Stö-| rung von Digitalsignalen, ein oder meh-| rere betrieblich sehr wichtige Übertra-| gungswege sind nicht nutzbar und kön-|

Auswirkung auf den Kunden Kein oder nur ein sehr stark eingeschränkter Betrieb ist möglich, oder es sind Ressourcen wichtiger Kunden betroffen, die

nen auch nicht ersatzgeschaltet werden. | nicht

können.

ersatzgeschaltet

werden

2 Das Betreiben des Systems ist in wesent-| Der Betrieb ist eingeschränkt Starke Betriebs|lichen Teilen eingeschränkt oder nicht| möglich, aber: beeinträchtigung | möglich. Eine oder mehrere betrieblich | - keine Auswirkung auf kundenwichtige Funktionen sind nur eingerelevante Bereiche und schränkt nutzbar, oder die Übertra-| - keine Gebührenausfälle und gungsqualität ist stark beeinträchtigt. - Auswirkung betrieblich umgehbar Bild 4: Entstörprioritäten

5.2

Produktqualität und Betrieb

Neben der Produktqualität, die sich auf das eigentlich angebotene Produkt bezieht, wird es im Wettbewerb immer wichtiger, auch den Service bei der Bereitstellung des Produkts und im Störungsfall zu betrachten (after sales service). Alle Prozesse und Qualitätsvorgaben müssen kundenorientiert betrachtet werden. Als Qualitätsparameter erscheinen folgende Kriterien kundenah und sinnvoll: -

Konnte der Kundenwunsch auf eine bestimmte Leistung erfüllt werden?

-

Wurde der gewünschte Termin für die Bereitstellung der Leistung eingehalten?

-

War der Kunde mit der Übergabe der Leistung an ihn zufrieden?

-

Wurden die angebotenen Eigenschaften der Leistung (z. B. Funktionalitäten, Verfügbarkeit, Fehlerhäufigkeit) eingehalten?

-

War der Kunde mit der Qualitätssicherung bei der Inbetriebnahme zufrieden?

278

Betrieb von Übertragungstechnik -

Wie häufig waren die zugesicherten Leistungen gestört?

-

Wie lang war die Dauer der Störung?

-

Mußte der Kunde die Störung melden?

-

Wurde die Störung selbständig vom Netzbetreiber erkannt?

Sollen den Kunden bestimmte tarifabhängige Qualitäten angeboten werden, dann müssen die Ergebnisse der Qualitätsauswertungen kundenindividuell über einen Zeitraum, der sich aus den Vertragsbedingungen ergibt, vorgehalten werden. Nur so ist gewährleistet, daß die Qualität kontinuierlich verbessert und daß Reklamationen entgegnet oder stattgegeben werden kann. 5.3

Kontinuierliche Qualitätsverbesserung im Übertragungsbetrieb

Der Qualitätskontrolle der technischen Einrichtungen und Übertragungswege (Performancedaten) und der Bewertung der Lieferanten (Geräte- und Softwarefehlerdaten) ist besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Die Qualitätsverbesserungsverfahren sollen dazu dienen, übertragungstechnische Geräte/Systeme kontinuierlich qualitativ zu verbessern und mit neuen Leistungsmerkmalen zu versehen. Die Verfahren gelten für Hardware und

Software. Der Qualitätsverbesserungsprozeß bekommt seine Inputs aus dem Entstörprozeß in Form von Gerätefehlerstatistiken und Systemfehlerlisten, aus dem Fertigungsprozeß im Rahmen von erforderlichen Systemanpassungen und aus dem Planungsprozeß, der u.a. neue Leistungsmerkmale für die Vermarktung

durch die Kundenbereiche formuliert. Im nachfolgenden Korrekturprozeß werden die gewünschten Änderungen entwickelt und getestet. Im Änderungsprozeß werden die Änderungen in die Betriebssysteme in Form von Hardwareänderungen oder Software-„up-dates“ eingebracht. Aus praktischen Gründen erscheint es sinnvoll, zwischen den nachfolgend beschriebenen Verfahren zu unterscheiden: Anpassungsverfahren: Das Anpassungsverfahren regelt die Aufnahme auftragnehmerbedingter Systemänderungen im Sinne einer Fortentwicklung des Systems bei unveränderten technischen Spezifikationen, ohne daß entsprechende Anforderungen des Netzbetreibers vorliegen. Systenanpassungen können z.B. technische und produktionstechnische Fortentwicklungen der Systeme erfordern wie:

279

Fachbeiträge

Korrekturprozeß

Entstörprozeß

Fertigungsprozeß

Planungsprozeß

Bild 5: Prozeßablauf Qualitätsverbesserung

-

neue Fertigungsverfahren,

-

Veränderungen

-

neue Bauteile.

in der Betriebssoftware,

Weiterentwicklungsverfahren: Das Weiterentwicklungsverfahren

regelt das Einbringen

von neuen

Leistungs-

merkmalen und Systemkomponenten in die technischen Spezifikationen. Auslöser für Systemweiterentwicklungen können z.B. der Bedarf an neuen Leistungsmerkmalen oder die Anpassung an die Fortentwicklung der Betriebsabläufe sein.

Verfahren zur Fehlerbeseitigung: Das Verfahren

zur Fehlerbeseitigung

regelt die Fehlermeldung

an den Auf-

tragnehmer sowie die Fehleranalyse und die Fehlerkorrektur. Verfahren zur betrieblichen Einführung von Systemänderungen: Dieses Verfahren regelt die Einführung von Systemänderungen henden Betriebsanlagen.

in die beste-

6 Verfahren zur Fehlerbeseitigung und Systempflege Im Rahmen dieses Beitrags soll nur auf das Verfahren zur Fehlerbeseitigung näher eingegangen werden. Nachfolgend einige Begriffe zur Erläuterung: Störung: Unbeabsichtigte Unterbrechung (oder bereits auch schon Beeinträchtigung) der Funktionserfüllung einer Betrachtungseinheit (gemäß DIN

31051).

280

Betrieb von Übertragungstechnik Fehler: Nichterfüllung vorgegebener Forderungen durch einen Merkmalswert

(gemäß DIN 31051). Fehlerpriorität. Eine von dem Netzbetreiber für einen Fehler vergebene Priorität, die die Bedeutung des Fehlers ausdrückt.

6.1

Fehlerarten

Damit das Betriebspersonal die Fehler schnell und möglichst eindeutig zuordnen kann, sollte man aus praktischen Gründen die Fehler in „nichtsystematische Fehler“ und „systematische Fehler“ unterteilen. Nichtsystematische Fehler Nichtsystematische

Fehler sind in der Regel Hardwarefehler.

Störungen, die

durch solche Fehler verursacht wurden, werden im Rahmen des Baugruppentausches beseitigt.

Systematische Fehler (Systemfehler) Systematische Fehler sind mangelhafte Funktionen, die ihre Ursache in Feh-

lern der Entwicklung oder Produktion der Systemtechnik haben. Sie sind also

zwangsläufig gleichartig in allen Systemkomponenten bzw. Anlagen enthalten. Als systematische Fehler können auch Fehlerhäufungen, die sich aus der Hardwarefehlerstatistik ergeben, aufgenommen werden (z.B. Chargenfehler). Dokumentationsfehler sind immer systematisch. 6.2

Fehlerbehandlung

der betrieblichen

Ein-

schränkungen oder Risiken fest, die mit dem Fehlverhalten verbunden Es bieten sich drei Fehlerprioritäten zur Definition an (Bild 6).

Der Netzbetreiber

legt eine Fehlerpriorität anhand

sind.

6.3 Änderungsmaßnahmen Zur Beseitigung von Mängeln, zum Anpassen der Anlagen an geänderte entwicklungs-

oder

fertigungstechnische

Anforderungen

oder

zum

Einbringen

neuer Leistungsmerkmale müssen bei Bedarf die Betriebsanlagen qualitätsgesichert geändert werden.

Entstörunterstützung durch den Auftragnehmer Der Netzbetreiber muß mit seinen Lieferanten für Störungsfälle eine Vereinbarung zur Beseitigung von Störungen treffen, die einen hohen Spezialisie-

281

Fachbeiträge Fehlerpriorität | Beschreibung/Beispiele l

2

oder

die Produktqualität ist beeinträchtigt| (z.B. durch Patch als Sofortmaßnahme| aus der Störungsbearbeitung neutrali-|

siert).

3

Auswirkung auf den Betrieb

Eine oder mehrere betrieblich wichtige | Sicherer Betrieb ist nur noch einFunktionen nur eingeschränkt nutzbar | geschränkt möglich. (z.B. nach Neutralisierung einer Störung) Wie 1, aber: - geringerer Aufwand zur Umgehung des Fehlers, - geringe Auswirkung

des Fehlers.

Fehler, der nicht die Fehlerpriorität | keine bleibende Betriebseinschränlund 2 hat oder der nicht reproduzier-| kung, nur geringe Beeinträchtigung bar ist der Qualität

Bild 6: Fehlerprioritäten

rungsgrad erfordern und nicht durch die eigenen Mitarbeiter bewältigt werden können. Dabei hängt der Grad der Unterstützung stark vom eigenen Betriebs-

konzept ab. Er kann z.B. den gesamten Service extern von seinen Lieferanten einkaufen oder mehr oder weniger große Teile mit einer eigenen Infrastruktur

abdecken. Große Netzbetreiber werden schon aus Sicherheits- und Kostengründen eigene Betriebsstrukturen aufbauen, die den überwiegenden Teil der Serviceleistungen abdecken.

Bei komplexen

Systemen ist es aber auch in die-

sen Fällen erforderlich, für Notfälle vorzusorgen und den Lieferanten zu verpflichten, den Netzbetreiber bei der Beseitigung von Störungen an den gelieferten Anlagen zu unterstützen. Über eine vom Netzbetreiber für Störfälle vorgegebene Priorität werden Zeit-

räume für die Einleitung von Gegenmaßnahmen und für die Bearbeitung einer Störungsmeldung durch den Lieferanten festgelegt. Die Höhe der Entstörprio-

rität richtet sich nach der Stärke der Betriebsbeeinträchtigung. Es können z.B. die Prioritäten, wie in Abschnitt 5.1 beschrieben, vergeben werden. ttp

282

TV-Meßtechnik

Hochpräzise Fernsehmeßdemodulatoren mit digitaler VF/AF- und RF-Spektral-Analyse für die Fernseh-Sende- und Übertragungstechnik Von Karlheinz Lammer, Viernheim

Dipl.-Ing. (FH) Karlheinz Lammer, Jahrgang 1964, ist bei der Fa. Plisch Nachrichtentechnik in Viernheim für den Bereich Technische

Dokumentation tätig.

1 Einführung Seit der ersten Stunde des Fernsehens wurde neben der Aufnahme- und Studiotechnik auch die Fernseh-Sende- und -Übertragungstechnik mit dem Ziel

kontinuierlich weiterentwickelt, den heutigen Qualitätsstandard bei der Verbreitung von Bild- und Tonsignalen zu erreichen. Um diesen Qualitätsstandard nicht nur zur erreichen, sondern zu halten bzw. zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten, mußten neben der Sende- und Übertragungstechnik auch die entsprechende Meßtechnik weiterentwickelt und neue Meßverfahren geschaffen werden. Während die herkömmlichen Verfahren, wie die statische und die dynamische Meßmethode, prinzipbedingt nur eine unzureichende Beurteilung der Übertragungsqualität bieten und darüber hinaus noch eine Programmunterbrechung erfordern, erlauben moderne Verfahren, wie die Prüfzeilenmeßtechnik,

eine sichere, korrekte und schnelle Erfassung der Übertragungsqualität auch während des laufenden Programmbetriebs.

Moderne, professionelle Meßempfänger müssen daher neben hervorragenden Demodulationseigenschaften auch über die Möglichkeit der Prüfzeilenauswertung verfügen und für zukünftige Meßverfahren, wie die sequentielle Prüfzeileneintastung, offen sein. Die digitale, im allgemeinen auf DSP-Technik basierende

Analyse

der VF-

und

AF-Signale

ermöglicht

schnelle,

effiziente

und

283

Fachbeiträge flexible Messungen mit höchster Genauigkeit. In Kombination mit zusätzlichen Funktionen, wie der digitalen, für die Fernsehtechnik optimierten RF-

Spektral-Analyse, stellen diese Geräte vollständige Meßsysteme dar, die als eigenständige Einheiten keine weiteren Meßmittel erfordern und die aufwen-

digen, raumfüllenden (Bild 1).

Meßanordnungen

früherer Tage überflüssig

machen

z4

Bild 1: Beispiel für ein modernes Fernsehmeßsystem

Aufgrund der sehr guten Selektionseigenschaften und der Nachbarkanaltauglichkeit können diese Geräte nicht nur als „klassische“ Meßgeräte, sondern auch als Betriebsmeßgeräte zur Überwachung von Breitband-Verteilnetzen o.ä. eingesetzt werden.

2 Aufbau und Ausstattung moderner Fernsehmeßsysteme Die kleinen mechanischen Abmessungen und das geringe Gewicht moderner Fernsehmeßsysteme erlauben nicht nur den stationären, sondern auch den mobilen Einsatz. Da die Geräte bei stationärem Betrieb meist Teil eines Anlagen- oder Meßgestells sind, befinden sie sich in 19-Zoll-Gehäusen, wie in der professionellen Fernseh-Übertragungstechnik üblich. Die mechanischen Daten des in Bild 1 dargestellten Gerätes sind beispielsweise 483 mm Breite (19 Zoll) bei fünf Höheneinheiten (Gesamthöhe 223 mm) und einem Gewicht von nur 23 kg.

284

TV-Meßtechnik

Ungeachtet dieser „handlichen“

Dimensionen

integrieren moderne

Fernseh-

meßsysteme folgende, früher mit vielen einzelnen Geräten realisierte Funktio-

nen, wie -

Nyquist-Meßdemodulation

mit

breitbandigem

und

selektivem

Emp-

fangsbetrieb, -

Hüllkurven- und Synchrondemodulation mit Q-Ausgang,

-

digitale VF- und AF-Analyse,

-

digitale RF-Spektral-Analyse,

-

Zeilen-(Waveform-)Darstellung,

-

Darstellung der Videotext-Seiten mit Fehlerauswertung der Videotext-Daten,

-

Paralleltondemodulation,

-

Pegel- und FM-Hub-Messung,

-

Steuer-(Controller-)Funktionen bei Einsatz in Meßanordnungen mehreren Geräten oder bei Einsatz als Betriebsgerät.

mit

Als Anzeigemedien werden im allgemeinen ein Monitor und ein zusätzliches, graphisches LC-Display eingesetzt. Damit können alle wichtigen Einstellungen

und Meßwerte am Display angezeigt werden, während die gesamte Fläche des Monitors nur für die visuelle Kontrolle des Fernsehbilds oder einer VideotextSeite verwendet wird, wobei keine weiteren Einblendungen erfolgen müssen. Die Ergebnisse der VF/AF- und RF-Spektrum-Analyse können ebenfalls in Form von Diagrammen oder Meßkurven am Monitor angezeigt werden. Gleiches gilt auch für die Darstellung des Zeileninhalts (Waveform). Die am Display angezeigten Einstellungen und Meßwerte sind beispielsweise: -

Empfangskanal, Bildträger-Frequenz und Offset, Pegel des Bildträgers und der beiden Tonträger in RF-, ZF- und Basisband-Ebene,

-

Hub und Spitzenhub der beiden Tonträger und des Pilotträgers in RFund ZF-Ebene,

-

Amplituden-Modulationsgrad beider Tonträger in RF- und ZF-Ebene,

-

Videotext-Fehlerrate in RF-, ZF- und Basisband-Ebene,

-

Programmquellen-Kennung

der

Datenzeile

16

in Kurzform-Klartext

(z.B. gemäß ARD/ZDF/ZVEI-Richtlinie „VPS“ 8R2),

285

Fachbeiträge -

Codierung der Datenzeile 16 im Eingangssignal für die Ton-Dematrizierung (Mono, Zweiton, Stereo ...),

-

Codierung des Pilotträgers im Eingangssignal für die Ton-Dematrizierung (Mono, Zweiton, Stereo ...),

-

ausgewählte Betriebsart der Ton-Dematrizierung (fest auf Mono, Zweiton oder Stereo eingestellt oder automatisch über das Pilotsignal oder

die Datenzeile 16 im Eingangssignal), -

Ein/Aus-Anzeige für die beiden Tonsignale,

-

Einstellhilfe für manuelle Frequenz- und Pegel-Abstimmung,

-

sonstige Status-, System-, Warnungs- und Störungs-Meldungen.

Die Vielzahl der benötigten Ein- und Ausgänge sind üblicherweise so angeordnet, daß sich alle für die tägliche Meßpraxis erforderlichen Ein- und Ausgänge an der Frontplatte und alle zusätzlichen, beispielsweise für Betriebsgeräte-Anwendungen vorgesehenen Ein- und Ausgänge an der Geräte-Rückseite befin-

den. Die digitalen Schnittstellen sind ebenfalls an der Geräte-Rückseite angeordnet. Die folgenden Tabellen erläutern die Ein- und Ausgänge des in Bild | dargestellten Gerätes. Eingänge:

Eingang | Anzahl | Buchse RF

Eingangs-Pegel/-Impedanz

2

N

selektiv: breitbandig:

30 dBuV.... 127 dBuV, 500 100 dBuV ... 127 dBuV, 500

Front-/Rückseite |Frontseite

ZF

l

SMA

70 mV... 350 mV, 50Q

Frontseite

VF

1

BNC

1 V (Spitze-Spitze), 750

Frontseite

Q

1 V (Spitze-Spitze), 750

Frontseite

t

BNC

Nulltast | 1

BNC

AF

Lemosa-Triax

2

Für die Kommunikation

TTL |6 dBu, 10 k£2 symmetrisch

mit anderen Geräten oder mit dem

Rückseite Frontseite

Steuerrechner

einer automatisierten Meßanordnung werden alle international standardisierten Schnittstellen, wie IEEE488 (lEC-Bus), Centronics sowie RS 232 und

BITBUS angeboten. Zusätzliche, herstellerspezifische Schnittstellen, wie serielle Datenübertragungsnetzwerke (LANs), Mitsteuer-Ein/Ausgänge und User-

ports, erfüllen prinzipiell die gleichen Aufgaben wie die standardisierten Schnittstellen, d.h. die Übertragung von Steuerbefehlen, Statusmeldungen

und digitalisierten Meßwerten.

286

TV-Meßtechnik Ausgänge: Ausgang|

Anzahl | Buchse

Ausgangs-Pegel

ZF

I

SMA

-7 dBm oder -4 dBm +0,5 dB, 500

/ -Impedanz

Front-/Rückseite

Frontseite

VF

3

BNC

1 V (Spitze-Spitze) +1 %, 750

2 x Frontseite 1 x Rückseite

Q

l

BNC

1 V (Spitze-Spitze)+1%,75Q

Rückseite

AF

6

Lemosa-Triax

|schmalbandig: 6 dBu oder 9 dBu +0,2 dB breitbandig: 6dBu+0,2dB Ausgangs-Impedanz jeweils < 30

|2x Frontseite 4 x Rückseite

Pilot

l

Lemosa-Triax

|-15,6 dBu +#0,5 dB

Rückseite

Auf diesem Weg können alle Funktionen der Geräte fernbedient, alle Meßwerte sowie Betriebzustände (z.B. Warnungen oder Störungen) fernabgefragt werden. Damit eignen sich die Geräte für ferngesteuerte Meßplätze mit vollau-

tomatischer Grenzwertüberwachung in der VF- und RF-Ebene an Sender- und BK-Kopfstellen. Gleiches gilt für den Einsatz als Betriebsgeräte (z.B. ErsatzUmsetzer) an ferngesteuerten Standorten. Selbst Updates der System-Software können über die Schnittstellen geladen und gestartet werden, was das aufwendige Austauschen

von EPROMSs

überflüssig macht.

Die Updates kön-

nen daher sehr einfach, z.B. mit Hilfe eines handelsüblichen Laptops, durchgeführt werden. Da das Laden der neuen System- Software auch über ein Modem möglich ist, kann für diesen Zweck sogar der Besuch eines Technikers am Standort entfallen. Die Mitsteuer-Ein- und -Ausgänge sind für Fernbedienung und Fernmeldung über einfache Relaiskontakte vorgesehen. Die Ausgänge, die verschiedene Meldungen bereitstellen, sind potentialfreie Kontakte, die Eingänge zur Steue-

rung bestimmter Geräte-Funktionen sind direkt mit Relaisspulen verbunden. Damit ist die Mitsteuerung universell für unterschiedliche Steuerspannungen bzw. Schaltanwendungen einsetzbar, was durch die Pflichtenhefte der Betreiber von Fernseh-Sende- und -Übertragungs-Anlagen gefordert ist. Wie bei modernen Meßgeräten üblich, können Geräte-Einstellungen auf Speicherplätzen abgelegt werden, was insbesondere für die tägliche Meßpraxis sehr hilfreich ist. Dabei wird, mit Ausnahme einiger globaler Einstellungen, wie Helligkeit des Monitors oder Lautstärke des eingebauten Lautsprechers, der gesamte Gerätestatus gespeichert und kann manuell oder auch ferngesteu-

ert abgerufen werden. Dies schließt auch die Konfiguration der Meßroutinen ein, wie die Skalierungen

und Zoom-Faktoren

der VF/AF- und RF-Spektral-

Analyse.

287

Fachbeiträge Neben diesen vom Anwender frei belegbaren Speicherplätzen sind oftmals Preset-Speicherplätze vorhanden, die häufig verwendete, allgemeingültige Geräteeinstellungen

für Meß-

und

Betriebsgeräte-Anwendungen

enthalten.

Der

automatisierte und ggf. auch ferngesteuerte Abruf von Speicherplätzen ist eine wichtige Voraussetzung, wenn das Fernsehmeßsystem als Ersatz-Umsetzer in einer Reserveanlage eingesetzt wird und wenn bei Störung eines von mehreren Betriebsumsetzern auf dessen Kanal umgeschaltet werden muß.

3 Empfangs- und Demodulationsteil

Das Empfangsteil eines modernen Fernsehmeßsystems umfaßt den Frequenzbereich 44 ... 860 MHz. Das entspricht bei Standard B/G den Kanälen 2... 69, also Band I... Band IV/V. Innerhalb dieses Bereichs befinden sich die Sonderkanäle S2 ... S10 (USB: unterer Sonderkanal-Bereich), S11 ... S20 (OSB: oberer Sonderkanal-Bereich) und S21 ... S41 (ESB: erweiterter Sonderkanal-Bereich). Für andere Fernsehstandards, wie D/K oder I, bieten die Hersteller Gerätevarianten oder auch Austauschmodule zum Wechseln des Standards an. Die Empfangsteile zeichnen sich durch hohe Selektion, Übersteuerungsfestigkeit und große Meßdynamik aus. Bei dem Gerät in Bild | sind zwei RF-Eingänge vorhanden, die beide, unabhängig voneinander, zwischen breitbandigem und selektivem Betrieb umgeschaltet werden können. Die Eingangsdynamik

beträgt bei selektivem

Betrieb

30 dBuV

... 127 dBuV

(32 uV ... 2,2 V), bei breitbandigem Betrieb 100 dBuV ... 127 dBuV (100 mV .. 2,2 V). Der hochpräzise

Meßdemodulator

verfügt über einen Q-Ausgang.

Sowohl die Tonfalle als auch die Deemphasis sind abschaltbar. Der Ton-Demodulator arbeitet mit echter Parallelton-Demodulation Amplituden- und Phasengang.

mit eng toleriertem

4 VF/AF-Analysator Der VF/AF-Analysator ist eine DSP-basierende, digitale Meßeinheit für umfangreiche Video- und Audio-Messungen mit höchster Genauigkeit für eine präzise Beurteilung der Übertragungsqualität in Fernsehsende- und -übertragungs-Systemen. Die Meßergebnisse können sowohl graphisch als auch numerisch dargestellt werden.

288

TV-Meßtechnik

Neben

dem

demodulierten

Signal des Empfangsteils kann

der Analysator

selbstverständlich auch VF- und AF-Signale verarbeiten, die an den entsprechenden Eingängen des Gerätes eingespeist werden. Meßempfänger

und

Analysator

können

unabhängig

voneinander

arbeiten,

d. h., das Empfangsteil könnte beispielsweise als Ballempfänger arbeiten, während der Analysator beliebige Messungen gnal vornimmt.

Üblicherweise

an einem eingespeisten VF/AF-Si-

bietet die Analysator-Software

komfortable

Funktionen,

die

den Einsatz in der täglichen Meßpraxis oder die Überwachung der Signalqua-

lität entscheidend vereinfachen. Dazu zählen Referenzbildungen für relative Messungen, Toleranzmasken (innere und äußere Grenzwerte des zu überwachenden Parameters), umfangreiche Cursor-Funktionen und eine „Default“Funktion für eine sinnvolle Grundeinstellung. Die Bildschirm-Darstellung kann durch Funktionen wie „Zoom“ (dehnen bzw. stauchen) oder „Move“ (horizontales oder vertikales Verschieben des sichtbaren Fensters) sehr flexi-

bel den aktuellen Bedürfnissen angepaßt werden. Für alle Messungen

ist eine Mittelwertbildung (Average)

möglich. Mit Hilfe

der Mittelwertbildung kann beispielsweise die Darstellung eines verrauschten Meßsignals verbessert werden. Für eine zyklische Überwachung von Übertragungssystemen können oftmals mehrere Messungen zu einem automatischen Meßablauf zusammenfaßt werden. Eine solche „Automessung“ protokolliert alle Meßergebnisse numerisch, in Listenform. Diese Funktion ist in erster Linie bei einer vollautomatischen, ferngesteuerten Qualitätsüberwachung durch einen Leitplatz gebräuchlich,

wobei der Leitplatz mehrere Standorte auf diesem Weg erfaßt. Einige Beispiele für Messungen mit dem VF/AF-Analysator: Meßroutine LEVEL_DIAGRAM

(Bild 2)

Messung aller wesentlichen VF-Pegel: H-Synchronimpuls, Farbhilfsträger, Weißimpuls, Nulltast-Impuls, BAS, BASO, Verhältnis von Schwarzpegel zu BASO und Restträger. Darstellung z.T. als Pegeldiagramm und/oder numerisch in mV oder %.

Meßroutine 2T_PULSE (Bild 3) Graphische, normierte Darstellung des 2T-Impulses und numerische Anzeige von K-Faktor (Kell-Faktor), Halbwertsbreite und 2T-Impuls zu WeißimpulsAmplitudenverhältnis.

289

Fachbeiträge LEVEL DIAGRAM mV

900 -

299.0

298.4

699.8

823.2

800 700

+

600

+

500

+

400 300

1

200

4

VBS

=

938.8 mV

vBSO = 1122.3mV Block/VBSO = 73.4% Res.Car. = 110%

VIEW

>»

REFERENCE

>

LUMITS

100 -

|

0

|

|

-100 -200

MORE

>

EXIT

«

LINE: AVG:

-300 SYNC

BURST

BAR

>»

18 16

ZERO REF

Bild 2: Meßroutine LEVEL_DIAGRAM

Der 2T-Impuls ist ein sin-Impuls, der eine Halbwertsbreite (HAD) von 200 ns hat. Die K-Faktor-Maske, mit der Beeinflussungen der Form des 2TImpulses durch das Übertragungssystem ausgewertet werden, ist eine bewertete Kurve. 2T PULSE

%

KFactor = 05% HAD = 197.2 ns Pulse/Bar= 100.7 %

100 90

7

80

7

70 60

4

50 1 40

0-

1

20 7

-

10 4 0

-10

nt

Nor

VIEW

»i

REFERENCE

>

LIMITS

>

MORE

>»

EXIT

4

D

-20 -800

Bild 3:

290

—t— -600 -400

-200

0

Meßroutine ZT_PULSE

——T————n— 200 400 600 800ns

LINE: AVG:

18 16

TV-Meßtechnik

Meßroutine SHORT_TIME_DISTORTION Graphische

(Bild 4)

Darstellung von steigender und fallender Flanke des 250-kHz-

Rechteckimpulses und numerische Anzeige der Steig- und Fallzeit in ns und der Short-Time-Distortion in %.

Die

Short-Time-Distortion

ist

bei

Steig-/Fallzeiten

von

100ns

bis

I us

(250 kHz entspricht 4 us Steig-/Fallzeit) definiert und beschreibt die Amplitudenfehler, die durch das Einschwingverhalten von Verstärkern verursacht werden und sich durch Über- und Unterschwingen der Flanken zeigen. %

SHORT TIME DISTORTION

Distortion= :

120 4

|

Fall Time = 116.7 ns

VIEW

>»

REFERENCE

>»

s

>»

30 4

LIMIT:

20

MORE

4

10 4

EXIT

0 -104 -20

T

-800

1.6%

Rise Time= 116.2 ns

T 00

T

T -400

1.

-200

o

I——1

200

400

600

>» «

LINE: 9 800ns

AVG: 16

Bild 4: Meßroutine SHORT_TIME_DISTORTION

Meßroutine MULTIBURST (Bild 5) Messung des relativen Amplitudengangs mit Hilfe der Multiburst-Pakete nach CCIR18. Graphische und numerische Darstellung der Meßergebnisse. Meßroutine SIN X/X (Bild 6)

Mit dem sin x/x-Impuls werden Amplituden- und Gruppenlaufzeitverlauf im VF-Bereich (0 ... 8 MHz) gemessen und graphisch dargestellt. Zusätzlich wird jeweils der Spitze-Spitze-Wert numerisch angezeigt. Der sin x/x-Impuls eignet sich hervorragend für derartige Messungen, da dieser einen extrem gleichmä-

Bigen Energieinhalt im Frequenzspektrum von 0 ... 8 MHz aufweist.

291

Fachbeiträge MULTIBURST BB -0.16 -0.14 104 0.5 4 0.0 -0.5 4 -1.0 4

-0.13

-0.12

-0.37

pk= 0.37

——

\ ' VIEW . | REFERENCE

> >"

, LMITS

>

154

; MORE

>»

2.0 4 2.54

EXIT

«

2.0 -3.5

T

0.5

T

1.0

2.0

T

4.0

T

4.8

LINE: 19

ANG: 16

h

T

=

5.8

MHz

Bild 5: Meßroutine MULTIBURST

SINXXAMPLTUDE

dB

4

1: 2: 2 -1:

0.609 MHz/ 3.910 MHz/ 3.3 01 MHz/

-0.09dB, 0.01dB, 0.10dB,

2

-0.05 dB 0.02dB 0.08dB

pp=0.18

pp = 0.22

10% 05

00

4

fn

-0.5 4 10

\ pr

—nn 7

°

1

2

SIN WX GROUP DELAY

3

1:

0.609MHz/

2-1:

3.301 MHz/

2:

3.910 MHz/

4

5

-2.6ns,

18.7ns,

6

MHz

VIEW

>»

-2.8ns 7.3ns

19.3ns, 19.7ns

pp=21.3

PP = 23.9

.

REFERENCE LIMITS MORE

|

1j

EXIT

6

MHz

>» >»

-

>»

«

i

LINE:7 AVG: 16

Bild 6: Meßroutine SIN X/X

Meßroutine DIFF_GAIN_&_PHASE (Bild 7) Messung der differentiellen Verstärkung und Phase mit Hilfe einer geträgerten 5- oder lOstufigen Treppe (z.B. in der Zeile CCIR330). Hierzu werden die Amplituden und Phasen der einzelnen Stufen bestimmt und relativ zur Amplitude bzw. Phase der Referenz (erste Stufe) in zwei übereinanderliegenden Diagrammen gleichzeitig dargestellt. Zusätzlich steht eine numerische Anzei-

ge zur Verfügung.

292

TV-Meßtechnik DIFFERENTIAL GAIN -0.1 0.1

%

0.2

-0.0

-0.2

pp= 04

4,

24 0 2

4

-4 4 ist

deg

I+

T

2nd

T

DIFFERENTIAL PHASE -0.0 0.3

Ird

T

0.1

ath

T

-0.1

5th

-

-0.4

pp= 05

-

VIEW

>»

REFERENCE

$ '

LIMITS

24

1. 0

ennnunnnnnnnnnunnnnne

-

>»

‚ MORE

>

‚ EXIT

«

14

24 -3

LINE: 331

AVG:

1st

r

2nd

T

Ird

T

4th

T

5th

16

ı

Bild 7: Meßroutine DIFF_LGAIN_&_PHASE

Meßroutine LUMINANCE_NONLINEARITY (Bild 8) Messung der Luminanz-Nichtlinearität mit einer modulierten oder unmodulierten 5- oder 1Ostufigen Treppe. Die Luminanz-Nichtlinearität ist die Abhängigkeit der Verstärkung des Luminanz-Signals vom Luminanz-Pegel.

In dieser Meßroutine werden die einzelnen „Stufenhöhen“ gemessen und die Abweichungen graphisch und numerisch (in %) dargestellt.

C_NONLIN_&_PHASE_&_C/L_IM

(Bild 9)

In dieser Meßroutine wird mit Hilfe des gestuften Farbträgerpaketes der Zeile CCIR331 die Chrominanz-Nichtlinearität, der Chrominanz-Phasenfehler und die Chrominanz/Luminanz-Intermodulation berechnet und in drei übereinanderliegenden Diagrammen gleichzeitig dargestellt.

293

Fachbeiträge LUMINANCE %

NONLINEARITY

99.8

100.0

7

99.5

“

99.0

+

985

4

90

99.5

100.0

99.9

99.7

pp=

05

EN SEETIEEIEBETER

—

4

954

REFERENCE

> |

LIMITS

>

970

4

%5

4

- MORE

96.0

+

EXIT

955

+

95.0

ist REFERENCE

Bild 8:

0.3

e27 0

24 -4J

T

T

2nd 1 INUSE,

Ird

T

4th

T

5th

LINE: 18 AVG: 16

ı

NONLINEARITY

0.0

0.0

pp= 0.3

CHROMINANCE

-0.1

PHASE

ERROR

420 mV

700 mV

0.0

0.0

pp= 0.2

27

j

_

"VIEW 4

| REFERENCE 140 mV CHROMINANCE

%

0.0

420 mV LUMINANCE

INTERMODULATION

0.0

700 mV

0.0

2 -

14

MORE

LINE:

140 mV Bild 9:

' UMTS

pp = 0.0

BUT

0 14

294

« |

«4

deg 0

»

DATED: 01 Jan 1970 01:00:00 MEZ

140 mV

24

.

Meßroutine LUMINANCE_NONLINEARITY

CHROMINANCE

%

|

: VIEW

420 mV

700 mV

Meßroutine CLNONLIN_&_PHASE_&_C/L_IM

AVG:

332

16

TV-Meßtechnik

Meßroutine ICPM (Bild 10) Messung der Phasenmodulation des Bildträgers in Abhängigkeit der VF-Amplitudenmodulation mittels einer 5- oder lOstufigen Treppe. Die Phasenabweichungen der Stufen (normiert auf den Phasenwinkel bei der Schwarzschulter) werden graphisch in einem Koordinatensystem dargestellt. Die Phasenabweichung pro Stufe und die maximale Phasenabweichung werden numerisch an-

gezeigt. ICPM 01

deg

00

-1

-01

-03

-04

-0.9 pp(Vid-Bik) = 0.9

>

25 4 2.0 15 10

VIEW

5 0

-05

REFERENCE > a

-

1.0 4 -1.5 -2.0 | 2.5 4

3.0

—

nn

—

Sync

Bild 10:

>

—— Bink

ist

—

2nd

rd

4th

55th

LUIMITS

>

MORE

>

EXIT

«

Ava: 32

Meßroutine ICPM

Mefßroutine VF-SPECTRUM (Bild 11) Diese Meßroutine stellt das VF-Spektrum der gerade ausgewählten Zeile als Funktion der Frequenz dar. Die Anzeige erfolgt in dB, 0 dB entspricht 700 mV Spitze-Spitze-Wert. Als numerischer

Wert

wird der Effektivwert in dB angezeigt, was

bei einer

unmodulierten Zeile dem VF-Störabstand über die eingestellte Bandbreite entspricht.

Meßroutine FREQUENCY_RESPONSE

(Bild 12

Messung des Audio-Frequenzgangs von Fernseh-Übertragungssystemen mit Ein- oder Zweiton-Übertragung im Frequenzbereich 20 Hz ... 20 kHz. Der Frequenzgang von beiden Ton-Kanälen wird getrennt gemessen und jeweils in

295

Fachbeiträge 1:

VF SPEGTRUM (0dB= 700 mV pp)

dB 0

?

-10 4 -20

1.066 MHz / -66.0 dB

2: 0.254 MHz / -70.5 dB 2-1: -0.812 MHz/ -4.5 dB

RMS Level = -9.0 dB

'

HP OFF LP OFF WGHT OFF

4

-30 -

| VIEW

>

-40 +

REFERENCE $

-50 4

LIMITS

-60 -

, MORE

>

EXIT

«

-70

+

-80

0

Bild

11:

AF

LINE: 51

AVG:

MHz

32

Meßroutine VF-SPECTRUM

FREQUENCY

Frequency

RESPONSE

=

CHANNEL

500 Hz

1

0.00 B

1.0 0.5

°.0

CHI

REFLVL

CH2 FEFLVL

-5.836

dBu

-5.769 dBu

-0.57 -1.0

20

T so

T 100

AF FREQUENCY [==]

RESPONSE

Freqiency

m Bild 12:

SO

T 200

I

=

500

200

T 509

CHANNEL Hz

1000

m 2000

T 1 10000 20000

Hz

2 Level

SC

T S000

=

1000 2000

0.00

Ton-

Kanal 2 und Ton-Kanal 2 — Ton-Kanal I gemessen und in einem eigenen Diagramm logarithmisch dargestellt. Beide Diagramme werden gleichzeitig am Bildschirm angezeigt. Als numerische Werte werden die Frequenz in Hz und der aktuelle Wert des

Übersprechens in dB angezeigt. AF

=

CROSS

TALK

CHANNEL

Frequency

=

1