Telekommunikation Auflage 11- 2015 - © Paul-Emile Müller Paul-Emile Müller Arbeitsheft zur...

Telekommunikation Auflage 11- 2015 - © Paul-Emile Müller

Paul-Emile Müller

Arbeitsheft zur Telematik und zu den Richtlinien des VSEI für ElektroberufeFolien mit Lösungen, Auflage 11 / 2015

01: Systemübersicht

Telekommunikation

02: Grundlagen der Telefonie03: Hauseinführung04: ISDN05: Endgeräte06: Einzelteile und Zusatzgeräte07: Installationsmaterial Cu08: Lichtwellenleiter09: Zusatzdienste10: Tarifierung und Nummerierung11: Breitbandtechnologien12: Teilnehmervermittlungsanlagen13: Drahtlose Kommunikation14: Koaxiale Systeme15: Übertragungssysteme16: Richtlinien

Hinweise

Telekommunikation Auflage 11 - 2015 - © Paul-Emile Müller

1 Systemübersicht

TechnischesEnergiesystem

Technisches Signalsystem

SignalaustauschEnergie für Steuerung

Elektrische Energie

- Stockwerk wählen- Türe Schliessen

Transport auf höher-gelegenes Stockwerk

Anzeige des erreichten Stockwerkes

Zugeführte Energie

Zugeführte Information

Abgegebene Energie

Abgegebene Information

Technische Systeme 1.1 a

1

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.

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.

Liftanlagen


1 Systemübersicht

Strahlung

Erzeuger

Zugeführte Energie Abgegebene Energie

Betriebseinrichtung Verbraucher

Generatoren

Primärelemente

Solarzellen

Leitungen

Schalter

Transformatoren

Motoren

Lampen

Akkumulatoren

Elektrotechnisches Energiesystem 1.1 b

3

Elektrische Systeme

Thermoelement, Akkumulator Stecker, Kabel, elektronische Schaltung Heizung, Kopfhörer

Weitere Beispiele

mechanischthermischchemischStrahlung

mechanischthermischchemisch

Elektrotechnisches Energiesystem

Beispiele

Erzeuger

Betriebseinrichtung

Verbraucher


1 Systemübersicht Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 c

1

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 elekt rische Signal wieder in Schallwellen um.

Telefonapparat Zentrale

Symbole für…

Kommunikationstechnik


1 Systemübersicht Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 d

3

Erzeuger

Übertrager

Signalausgabe

Ergänzen Sie mit weiteren Beispielen…

Elektrisch

Optisch

Schall

Bild

Elektrisch

Optisch

Schall

Bild

Beispiele

Signalerzeuger

Zugeführte Signale Abgegebene Signale

Übertrager Signalausgabe

Sensor

Tastatur

Mikrofon

TVA/PBX

Software

Verkabelung

Aktoren

Hörer

Display

CD-Player, Mobiltelefon

Kabel, Funkstrecke, Bussysteme Lautsprecher, Headset


1 Systemübersicht

Spannung vom Mikrophon, Strom an einem Lautsprecher

Ausgangsspannung eines Potenziometers

Mikrofon

Analoge Signale 1.2 a

1Oszilloskop-Signal

Signalarten

Beispiele von analogen Signalen aus der Praxis:

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?

Analoge Signale

Zeit in s

01234567

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Momentanwert = Spannung in Volt

6 V


Schalter Schema 0, Schalter Schema 1Thermostat meldet zu kalt oder zu heissTon- oder Datenspur auf einer CD-ROM

1 Systemübersicht Binäre Signale, Binärcode 1.2 b

1CD-ROM

Binäre Signale, BinärcodeBinäre 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.

Beispiele von binären Signalen und Binärcodes aus der Praxis:

Werden mehreren binären Zuständen zusammen-gefasst (z.B. 3) entsteht ein Binärcode. Diesem kann Zahlen oder Buchstaben zugeordnet werden. Das Signal ist zu erweitern.

Zeit in s

Spannung in Volt

0123456

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

binäre Zustände 0 oder 1

0 1 1 0 0 0

3

Dezimalzahlen, die sich aus dem 3. Bit-Binärcode ergeben

000 0 001 1010 2011 3100 4101 5110 6111 7

DezimalzahlenDualzahlenoderBinärcode

Zahlensysteme

Die Zustände und die entsprechenden Zahlen sind zu ergänzen.

1 0 1 1 0 0 1 0

0 5 4


Zeit in s

Spannung in Volt

01

Abtastwerte in Volt (gerundet)

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

2

14

3 5 4 5 6 6 4 2 2

2345

4 6 5 3

1 Systemübersicht Digitale Signale 1.2 c

Digitale Signale, Abtastung

- Digitalisierung von Tönen oder Bildern- Internettelefonie, Voice over IP (VoIP), All-IP

Weitere Beispiele

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. [TK15.5].Das Signal ist zu erweitern. Die Abtastwerte sind zu ergänzen

1A/D Wandlung

Digitales Telefon


1 Systemübersicht Kupferleitungen 1.3 a

Übertragungsmedien Kupferleitungen

InnenleiterDielektrikumFolie AlGeflecht CuIsolierfolie PEAussenmantel

- Leitung zwischen der Anschlussausrüstung in der Zentrale und der Netztrennstelle in einem Einfamilienhaus

- Anschlusskabel für Telefone und Modems- Verbindung zwischen Kommunikationssteckdosen und Verteiler

Anwendungen für Kupferleitungen in der Telekommunikation.

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


- Anschlussleitungen von Carriern (z.B. Swisscom, Sunrise)- Computernetzwerke mit grossen Übertragungsgeschwindigkeiten- Verbindung von einzelnen Internetknotenpunkten

1 Systemübersicht Lichtwellenleitungen 1.3 b

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.

Lichtwellenleitungen

KernCladdingCoatingAussenmantel

Fase

r

Lichtwellenleiter

Anwendungen für Lichtwellenleitern in der Telekommunikation.


1 Systemübersicht Funkverbindungen 1.3 c

Funkverbindungen

- Schnurloses Telefon (cordless), Mobiltelefon, Pager- Radio, TV, Near Field Communication (NFC)- Fernverbindungen mittels Satellit oder Richtstrahl- Breitband Internet, Wireless Local Area Network (WLAN), Bluetooth

Anwendungen für Funkverbindungen in der Telekommunikation.

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.


1 Systemübersicht Automatisierungssysteme 1.4 a

AutomatisierungssystemeDie 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.

Brenner Warmwasser

Expansionsgefäss

Steuerung oder Regelung

Abluft Vorlauf

Rücklauf

Nachfolgend soll anhand einer Heizungsanlage der Unterschied zwischen einer Steuerung und einer Regelung aufgezeigt werden.


Schaltuhr steuert die Treppenhausbeleuchtung.Das Potenziometer steuert die Lautstärke.Programmschaltwerk einer Waschmaschine steuert Waschvorgang.

1 Systemübersicht

Aussen-fühler

Heizkörper

Ventilmotor

offenes FensterStörgrösse

AussentemperaturEingangsgrösse

Innen-fühler

Ausgangsgrösse Steuer-gerät

Raumtemperatur

Steuerung 1.4 b

Steuerung

Weitere Beispiele:

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

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

1Handy steuert Energie


1 Systemübersicht

Heizkörper

Ventilmotor

offenes FensterStörgrösse Istwert

Sollwert

Ausgangsgrösse

RaumtemperaturInnen-fühler

Regel-gerät

Regelung 1.4 c

RegelungBei 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

1Regelgeräte


- Thermostat im Bügeleisen regelt die eingestellte Bügeltemperatur- Netzgerät regelt die konstante Ausgangsspannung - Ein aufrechter Stab wird mit der Hand balanciert

1 Systemübersicht Regelung 1.4 d

Weitere Beispiele

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.

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.

Heizkörper

Ventilmotor

offenes Fenster

Störgrösse Istwert

Sollwert

Ausgangsgrösse

RaumtemperaturInnen-fühler

Regel-gerät


1 Systemübersicht IT - Systeme 1.5 a

IT - Systeme

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

Allgemeines

Lokales Netzwerk LAN

100 Mbit/s bis etwa 10 Gbit/s.Übertragungs-geschwindigkeit?

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.


1 Systemübersicht Lokale Netzwerk LAN 1.5 b

Firewall

Router

Switch

Desktop

Die Geräte sind zu verkabeln.

Notebook

PDA(Handy)

Internet (WAN)

Firewall

Router

Scanner Drucker

Web-Server

Datei-Server

E-Mail-Server

DNS-Server

FTP-Server

LAN

Accesspoint

Switch

Desktop MacDesktop PC


1 Systemübersicht

64 kbit/s bis mehrere Gbit/s.

IT - Systeme 1.5 c

Weites Netzwerk WAN

Übertragungs-geschwindigkeit?

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.

LAN: Local Area Network

WAN: Wide Area Network

Merke


Drucker

SmartphoneNotebook

Switch

Accesspoint

PC

Mac

1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 a

Systemkopplungen

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 Internet zugang 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 - LAN


FirewallInternet

Drucker

Switch DSL-Router /Kabelmodem+Router

Diese Komponenten sind bei kleinen Netzen in einem Gerät integriert.

PC

1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 b

LAN - WANUm 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


1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 c

LAN-Vernetzung via WANFür 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

SicherheitKommunikation 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

Ende1Hintergrund Sicherheit

Internet

Router NotebookRouterNotebook

Tunnel

PCMac

Schutzmassnahmen


Bilder zu Systemübersicht Liftanlagen

Lift mit Bedientasten für die Kommunikation

Billetautomat


Beispiele von Erzeugern

Solarzellen Generator

Primärelement

Bilder zu Systemübersicht


Beispiele von Betriebseinrichtungen

Transformator

Leitung

Kippschalter



Beispiele von Verbrauchern

Akkumulator(Sekundärelement)

Motor für UmwälzpumpeLampe(Energiesparlampe)



Kommunikationstechnik

Telefonapparat

Swisscom Zentrale Herdern



Beispiele von Signalerzeugern

Sensoren(Wetter)

Mikrofon

Tastatur



Beispiele für Übertrager

VerkabelungPBX Private Branche ExchangeTVA Teilnehmervermittlungsanlage

SoftwareCD-ROM



Beispiele für die Signalausgabe

Hörer

Touchscreen(mit Aktor und Sensor)

Lautsprecher (Aktor)



Analoge Signale

Oszilloskop mit Analogsignal (Sägezahn)

Oszilloskop mit Analogsignal (Sinus)



Binäre Signale

CD betrachtet mit Raster-Elektronen-Mikroskop DVD (gleiche Auflösung)

2 m = 2•10-6 m



Handy steuert Energie

Fenster, Heizkörper, Lichtschalter , TV- und Audiosysteme lassen sich über Handy-Apps kontrollieren.


Apps zur Energiesteuerung und Messung


Regelthermostate

Regelthermostate für die Montage an einen Heizkörper:


mechanisch

elektromechanisch

Regelthermostate für Wandmontage:

aufsteckbar


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

Telekommunikation Auflage 11- 2015 - © Paul-Emile Müller Paul-Emile Müller Arbeitsheft zur...

Documents

Transcript of Telekommunikation Auflage 11- 2015 - © Paul-Emile Müller Paul-Emile Müller Arbeitsheft zur...