Telekommunikation Paul-Emile Müller Arbeitsheft zur Telematik und zu den Richtlinien des VSEI für Elektroberufe Folien mit Lösungen, Auflage 11 / 2015 01: Systemübersicht Hinweise 02: Grundlagen der Telefonie 03: Hauseinführung 04: ISDN 05: Endgeräte 06: Einzelteile und Zusatzgeräte 07: Installationsmaterial Cu 08: Lichtwellenleiter 09: Zusatzdienste 10: Tarifierung und Nummerierung 11: Breitbandtechnologien 12: Teilnehmervermittlungsanlagen 13: Drahtlose Kommunikation 14: Koaxiale Systeme 15: Übertragungssysteme 16: Richtlinien

1 Systemübersicht Technische Systeme 1.1 a Unsere technische Welt besteht aus verschiedenen Systemen, die über den Austausch von Energie und Informationen zusammenwirken. Neben dem in der Energietechnik bekannten technischen Energiesystem besteht ein entsprechendes technisches Signalsystem, welches die Grundlage der Telekommunikationstechnik darstellt. Ein Lift braucht Betriebsenergie (Energiesystem) und Information wohin er fahren soll (Signalsystem). Nach der Fahrt wird das Stockwerk angezeigt. Die Systeme sind anhand einer Liftfahrt zu ergänzen.     1 Liftanlagen

Elektrotechnisches Energiesystem 1.1 b 1 Systemübersicht Elektrotechnisches Energiesystem 1.1 b Elektrische Systeme Elektrotechnisches Energiesystem mechanisch mechanisch thermisch thermisch chemisch chemisch Strahlung Strahlung Weitere Beispiele Erzeuger Betriebseinrichtung Verbraucher  Thermoelement, Akkumulator Stecker, Kabel, elektronische Schaltung Heizung, Kopfhörer   3 Beispiele

Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 c 1 Systemübersicht Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 c Elektrotechnisches Signalsystem Alle Themenbereiche in der Kommunikationstechnik lassen sich in das elektrotechnische Signalsystem eingliedern. Ein Telefon beispielsweise erzeugt im Mikrofon aus Schallwellen ein elektrisches Signal. Dieses Signal wird mittels geeigneten Übertragungsmedien zur Signalverarbeitungstelle (Swisscomzentrale) weitergeleitet. Von da weg wird das Signal zur Signalausgabe, sprich einem Telefonapparat, weitergeleitet. Der Lautsprecher im Mikrotel wandelt nun das elekt­rische Signal wieder in Schallwellen um. Symbole für… Telefonapparat Zentrale 1 Kommunikationstechnik

Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 d 1 Systemübersicht Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 d Elektrisch Elektrisch Optisch Optisch Schall Schall Bild Bild Ergänzen Sie mit weiteren Beispielen…  CD-Player, Mobiltelefon Kabel, Funkstrecke, Bussysteme Lautsprecher, Headset Erzeuger Übertrager Signalausgabe   3 Beispiele

  Spannung vom Mikrophon, Strom an einem Lautsprecher 1 Systemübersicht Analoge Signale 1.2 a Signalarten Analoge Signale Analoge Signale können in einem vorgegebenen Wertebereich zu jedem Zeitpunkt einen anderen Wert haben (Momentanwerte). Analoge Signale verändern sich kontinuierlich, sie sind mathematisch betrachtet stetig veränderbar. Das Signal ist zu erweitern.  Wie gross ist der bezeichnete Momentanwert? Spannung vom Mikrophon, Strom an einem Lautsprecher Ausgangsspannung eines Potenziometers Beispiele von analogen Signalen aus der Praxis:   1 Oszilloskop-Signal

Binäre Signale, Binärcode 1.2 b 1 Systemübersicht Binäre Signale, Binärcode 1.2 b Binäre Signale, Binärcode Binäre Signale können nur zwei mögliche Zustände annehmen, entweder 0 oder 1, also im Beispiel 0 oder 5 Volt (bi = dual = zwei). Ist zum Beispiel eine Leuchte eingeschaltet, ist sie im Zustand 1. Wird die Leuchte ausgeschaltet, liegt keine Spannung an und der Zustand ist somit 0.    Werden mehreren binären Zuständen zusammen- gefasst (z.B. 3) entsteht ein Binärcode. Diesem kann Zahlen oder Buchstaben zugeordnet werden. Das Signal ist zu erweitern.  Die Zustände und die entsprechenden Zahlen sind zu ergänzen. Beispiele von binären Signalen und Binärcodes aus der Praxis:  Schalter Schema 0, Schalter Schema 1 Thermostat meldet zu kalt oder zu heiss Ton- oder Datenspur auf einer CD-ROM   1 CD-ROM

  - Digitalisierung von Tönen oder Bildern 1 Systemübersicht Digitale Signale 1.2 c Digitale Signale, Abtastung Digitale Signale können mehrere, abzählbare Zustände haben (lateinisch digitus = Finger). Die Abbildung zeigt die Abtast- werte eines analogen Signals (auf ein ganzes Volt gerundet). Durch Codierung können diese in ein binäres Signal umgewandelt werden. [TK15.5]. Das Signal ist zu erweitern.  Die Abtastwerte sind zu ergänzen Digitales Telefon - Digitalisierung von Tönen oder Bildern - Internettelefonie, Voice over IP (VoIP), All-IP Weitere Beispiele   1 A/D Wandlung

   Übertragungsmedien 1 Systemübersicht Kupferleitungen 1.3 a Übertragungsmedien Kupferleitungen In der Telekommunikationstechnik, wie auch in anderen technischen Bereichen, werden nach wie vor die meisten Signale mittels Kupferleitungen übertragen. Kupferleitungen haben allerdings von den 3 gebräuchlichsten Übertragungsmedien (Kupfer, Lichtwellenleiter, Funk) die grössten Dämpfungen. Das heisst auf langen Leitungen werden die zu übertragenden Signale am stärksten abgeschwächt. Koaxialkabel Anwendungen für Kupferleitungen in der Telekommunikation. - Leitung zwischen der Anschlussausrüstung in der Zentrale und der Netztrennstelle in einem Einfamilienhaus - Anschlusskabel für Telefone und Modems - Verbindung zwischen Kommunikationssteckdosen und Verteiler   

Lichtwellenleitungen 1.3 b 1 Systemübersicht Lichtwellenleitungen 1.3 b Lichtwellenleitungen Werden hohe Anforderungen an die Übertragungsgeschwindigkeit von Daten gestellt, so kommen heute vermehrt Lichtwellenleiter zum Einsatz. Lichtwellenleiter haben gegenüber Kupferleitungen eine viel geringere Dämpfung. Dadurch lassen sich Leitungen von mehreren Kilometern Länge erstellen, ohne dass ein Verstärker zwischengeschaltet werden muss. Weiter sind Lichtwellenleiter unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung. Lichtwellenleiter Anwendungen für Lichtwellenleitern in der Telekommunikation. - Anschlussleitungen von Carriern (z.B. Swisscom, Sunrise) - Computernetzwerke mit grossen Übertragungsgeschwindigkeiten - Verbindung von einzelnen Internetknotenpunkten   

    Schnurloses Telefon (cordless), Mobiltelefon, Pager 1 Systemübersicht Funkverbindungen 1.3 c Funkverbindungen Werden Signale durch die Luft transportiert, so spricht man von einer Funkverbindung oder von drahtloser Kommunikation. Die Signale werden dabei mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen im Radiofrequenzbereich übertragen. Anwendungen für Funkverbindungen in der Telekommunikation. Schnurloses Telefon (cordless), Mobiltelefon, Pager Radio, TV, Near Field Communication (NFC) Fernverbindungen mittels Satellit oder Richtstrahl Breitband Internet, Wireless Local Area Network (WLAN), Bluetooth    

Automatisierungssysteme 1.4 a 1 Systemübersicht Automatisierungssysteme 1.4 a Automatisierungssysteme Die verschiedenen Signalarten und Übertragungsmedien spielen nicht nur in der Telekommunikationstechnik eine wichtige Rolle, sondern auch in Automatisierungssystemen. Von Automatisierung spricht man, wenn eine Steuerung oder eine Regelung einen Prozess selbstständig aufrecht erhält. Bei einer Heizungsanlage in einem Einfamilienhaus handelt es sich also um ein Automatisierungssystem. Abluft Vorlauf Rücklauf Steuerung oder Regelung Warmwasser Brenner Expansionsgefäss Nachfolgend soll anhand einer Heizungsanlage der Unterschied zwischen einer Steuerung und einer Regelung aufgezeigt werden.

      Schaltuhr steuert die Treppenhausbeleuchtung. 1 Systemübersicht Steuerung 1.4 b Steuerung Bei einer Heizungssteuerung erfasst ein Aussenfühler die Umgebungstemperatur. Bei kühler Aussenluft wird dadurch die Heizung eingeschaltet, indem die Ventilstellung beeinflusst wird. Bleibt ein Fenster offen, bleibt es trotz Heizbetrieb den ganzen Tag kalt im entsprechenden Raum, weil diese „Störung“ von der Steuerung nicht erkannt wird.   Aussenfühler  Von einer Steuerung spricht man, wenn eine Eingangsgrösse (z.B. Aussentemperatur) eine Ausgangsgrösse (z.B. Raumtemperatur) beeinflusst. Die Ausgangsgrösse wirkt nicht auf die Eingangsgrösse zurück! Eine Störgrösse kann damit nicht ausgeglichen werden. Merke Weitere Beispiele:  Schaltuhr steuert die Treppenhausbeleuchtung. Das Potenziometer steuert die Lautstärke. Programmschaltwerk einer Waschmaschine steuert Waschvorgang.   1 Handy steuert Energie

    Regelung 1 1 Systemübersicht Regelung 1.4 c Bei einer Heizungsregelung wird die Raumtemperatur gemessen und mit einem vorgegebenen Sollwert z.B. 20°C verglichen. Vorteil gegenüber der Steuerung: Bei einem offenen Fenster wird das Absinken der Raumtemperatur erkannt, und je nach Abweichung bezüglich Sollwert erfolgt eine Erhöhung der Wärmezufuhr. Die Raumtemperatur bleibt unabhängig von der Störung durch das offene Fenster konstant.    Heizungsregler  1 Regelgeräte

1 Systemübersicht Regelung 1.4 d Bei guten Heizungsregelungen werden Innen- und Aussenthermostate installiert. Weiterer Vorteil: Sinkt die Aussentemperatur in der Nacht stark ab, kann das Heizungsventil schon geöffnet werden, bevor der Raumthermostat etwas bemerkt. Somit kann die Trägheit des Heizsystems überwunden werden. Merke Von einer Regelung spricht man, wenn eine Ausgangsgrösse (z.B. Raumtemperatur) fortlaufend erfasst wird und mit einem Sollwert (z.B. 18 °C) verglichen wird. Im Unterschied zur Steuerung liegt bei der Regelung ein geschlossener Wirkungsablauf vor. - Thermostat im Bügeleisen regelt die eingestellte Bügeltemperatur - Netzgerät regelt die konstante Ausgangsspannung - Ein aufrechter Stab wird mit der Hand balanciert  Weitere Beispiele  

 100 Mbit/s bis etwa 10 Gbit/s. IT - Systeme Allgemeines 1 Systemübersicht IT - Systeme 1.5 a IT - Systeme Allgemeines Die Installationen von informationstechnologischen Systemen (IT - Systeme) dienen der Übertragung von Signalen. Diese werden in Form von Sprache, Bildern, Texten und Daten übertragen. Die elektrotechnische Informationsverarbeitung kann analog, digital oder gemischt erfolgen. Meist werden Computer für die Aufarbeitung der Informationen verwendet. Grundlage der digitalen Informationsverarbeitung ist das Programmieren z.B. einer Telefon-Kommunikations-Anlage. In telekommunikationstechnischen Netzwerken findet der Datenaustausch direkt, das heisst ohne Speicherung auf Datenträgern statt. Die Informationsverarbeitung erfolgt leitungsgebunden oder drahtlos. Bezüglich der räumlichen Abmessung werden zwei Netzwerktypen unterschieden. RJ45 Stecker Lokales Netzwerk LAN Ein lokales Netzwerk (engl. Local Area Network: LAN) ist ein Computernetz, das auf einen Raum oder ein Gebäude beschränkt ist. In grossen Industriebetrieben kann ein LAN auch ein ganzes Areal umfassen und so mehrere Gebäude miteinander verbinden. Übertragungs- geschwindigkeit?  100 Mbit/s bis etwa 10 Gbit/s.

1 Systemübersicht Lokale Netzwerk LAN 1.5 b Die Geräte sind zu verkabeln. Firewall Router Switch Desktop

 64 kbit/s bis mehrere Gbit/s. Weites Netzwerk WAN Merke 1 Systemübersicht IT - Systeme 1.5 c Weites Netzwerk WAN Ein Grossflächennetzwerk (engl. Wide Area Network WAN) erstreckt sich über grosse Distanzen. WAN Netzwerke sind meist internationale Netzwerke, wie zum Beispiel das Internet oder das weltweite digitale Telefonnetz. Übertragungs- geschwindigkeit?  64 kbit/s bis mehrere Gbit/s. Merke LAN: Local Area Network WAN: Wide Area Network

Systemkopplungen LAN - LAN 1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 a In einem lokalen Netzwerk werden die verschiedenen Geräte wie Desktop-Computer, Notebook und Drucker mit einem Switch (englisch Schalter) zusammengekoppelt. Alle Geräte, auch diejenigen, die drahtlos angebunden werden, müssen softwaremässig für das Netzwerk eingestellt werden. Nur so können sie miteinander kommunizieren. Wenn kein Internet­zugang vorhanden ist, hat das Netz eine hohe Sicherheit gegen Eindringlinge von aussen. Allerdings muss die Funkübertragung sicher konfiguriert werden oder besser noch, man verzichtet zu Gunsten der Sicherheit ganz auf Geräte mit drahtlosen Schnittstellen. Rückseite eines Switch

LAN - WAN 1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 b Um eine Verbindung zum Internet herzustellen, braucht es einen Übergangspunkt vom LAN zum WAN. Dessen Übertragungsgeschwindigkeit ist ein wesentliches Merkmal und hängt von der verwendeten Technologie ab: Telefonnetz mit analogem Modem oder digitalem Terminaladapter (langsam) Telefonnetz Breitbandanschluss mit DSL-Modem/Router (schnell) • Glasfaseranschluss (sehr schnell) Cable-Modem (sehr schnell) Mobilfunk (schnell) In der Regel wird für den Übergang ins WAN ein DSL-Router oder ein Kabelmodem mit zusätzlichem Router verwendet. Der Switch teilt den Internetzugang unter mehreren PCs auf. Mit eingerichteter Firewall lässt sich das Netzwerk gegen Eindringlinge von aussen (Hacker) schützen. DSL Modem mit integrierter Firewall

LAN-Vernetzung via WAN 1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 c LAN-Vernetzung via WAN Für die Vernetzung von Niederlassungen, Aussendienstmitarbeitern oder Teleworkern braucht es einen sicheren Kommunikationskanal. Zwei "private" LANs werden miteinander über einen VPN-Tunnel über das öffentliche WAN verbunden. Ein virtuelles privates Netz-werk (VPN) wird entweder über eine Software im PC oder über eine Firewall konfiguriert. Die Daten werden dabei verschlüsselt übertragen. Sie werden sozusagen durch einen Tunnel transportiert, der vor fremden Blicken schützt. Hardware- oder Softwarefirewall Sicherheit Schutzmassnahmen Kommunikation ist mit einem Risikofaktor verbunden. Beispiele von Schutzmassnahmen, die nicht in diesem Buch besprochen werden: NAT (Network-Adress-Translation), Paket-Filter, Stateful-Packet-Inspection, Abwehr von DoS-Attaken (Denial-of-Service), DMZ (demilitarisierte Zone) und natürlich der richtige Umgang mit Anti-Viren Software. SPAM 1 Hintergrund Sicherheit Ende

Bilder zu Systemübersicht Liftanlagen Lift mit Bedientasten für die Kommunikation Billetautomat

Beispiele von Erzeugern Bilder zu Systemübersicht Beispiele von Erzeugern Solarzellen Generator Primärelement

Beispiele von Betriebseinrichtungen Bilder zu Systemübersicht Beispiele von Betriebseinrichtungen Leitung Kippschalter Transformator

Beispiele von Verbrauchern Bilder zu Systemübersicht Beispiele von Verbrauchern Lampe (Energiesparlampe) Motor für Umwälzpumpe Akkumulator (Sekundärelement)

Kommunikationstechnik Bilder zu Systemübersicht Kommunikationstechnik Swisscom Zentrale Herdern Telefonapparat

Beispiele von Signalerzeugern Bilder zu Systemübersicht Beispiele von Signalerzeugern Sensoren (Wetter) Mikrofon Tastatur

Beispiele für Übertrager Bilder zu Systemübersicht Beispiele für Übertrager Software CD-ROM PBX Private Branche Exchange TVA Teilnehmervermittlungsanlage Verkabelung

Beispiele für die Signalausgabe Bilder zu Systemübersicht Beispiele für die Signalausgabe Hörer Touchscreen (mit Aktor und Sensor) Lautsprecher (Aktor)

Bilder zu Systemübersicht Analoge Signale Oszilloskop mit Analogsignal (Sägezahn) Oszilloskop mit Analogsignal (Sinus)

Bilder zu Systemübersicht Binäre Signale 2 m = 2•10-6 m CD betrachtet mit Raster-Elektronen-Mikroskop DVD (gleiche Auflösung)

Bilder zu Systemübersicht Handy steuert Energie Apps zur Energiesteuerung und Messung Fenster, Heizkörper, Lichtschalter , TV- und Audiosysteme lassen sich über Handy-Apps kontrollieren.

Bilder zu Systemübersicht Regelthermostate Regelthermostate für die Montage an einen Heizkörper: Regelthermostate für Wandmontage: mechanisch aufsteckbar elektromechanisch

Hintergrund Sicherheit Bilder zu Systemübersicht Hintergrund Sicherheit Hintergrundwissen zu Thema Sicherheit (nicht im Buch) Network Address Translation (NAT) ist eine Art Sicherheitsmerkmal um das interne Netz (LAN) vom externen Netz (WAN) zu trennen. Dabei werden die Adressinformationen in den Datenpaketen durch andere ersetzen. Ein Paketfilter ist eine Software, die den ein- und ausgehenden Datenverkehr in einem Computernetz filtert. Dabei werden nur die in der Firewall angegebenen gültigen Absender- und Empfängeradressen durchgelassen. Stateful-Packet-Inspection ist eine Filtertechnik, bei der die Datenpaket noch genauer untersucht werden. Unter DoS-Attacken (Denial-of-Service) versteht man einen Angriff auf einen Computer mit dem erklärten Ziel, die Verfügbarkeit durch Überlastung ausser Kraft zu setzen. Bei DDos-Attacken (Distributed Denial of Service ) erfolgt der Angriff von vielen verteilten und infizierten Rechnern aus. Die in der demilitarisierten Zone DMZ aufgestellten Systeme werden durch eine oder mehrere Firewalls gegen andere Netze (Internet, LAN) abgeschirmt. Durch diese Trennung kann der Zugriff auf öffentlich erreichbare Dienste (E-Mail, WWW) gestattet und gleichzeitig das interne Netz (LAN) vor unberechtigten Zugriffen geschützt werden. Ein Antivirenprogramm (auch Virenscanner oder Virenschutz genannt) ist eine Software, die bekannte Computerviren, Computerwürmer und Trojanische Pferde aufspürt, blockiert und gegebenenfalls beseitigt. Ende