1. ISDN

ISDN bedeutet Integrated Service Digital Network, universelles diensteintegriertes digitales Nachrichtennetz.

Mit der Einführung von ISDN im Jahre 1989 durch die Deutsche Telekom ist es gelungen, Sprache, Text, Bilder und Daten digital über das bestehende Fernsprechnetz zu versenden.

Das Protokoll bzw. die technische Richtlinie, mit dem das ISDN zuerst arbeitete heißt 1TR6.
4 Jahre später, also 1993 wurde die europäische ISDN-Norm DSS1 eingeführt und auch von der Telekom übernommen.

Neuanschlüsse arbeiten heutzutage nur noch nach DSS1. Das 1TR6-Protokoll findet man nur noch vereinzelnd in Ausnahmefällen vor. Die Protokolle sind untereinander nicht kompatibel und müssen durch Umwandler miteinander verbunden werden.

2. Struktur eines Teilnehmeranschlusses

In der digitalen Vermittlungsstelle für Ferngespräche (DIVF) ist der Anfang eines ISDN-Teilnehmeranschlusses. Die Exchange Termination (ET) ist der Anfang des Busses. Die Exchange Termination bzw. die Digitale Vermittlungsstelle übernimmt die Vermittlungsfunktion, die Zeichengabe des Teilnehmernetzes auf der Netzseite (Rufnummernzuordnung) sowie die Bearbeitung der Ebenen 2 und 3 des OSI-Referenzmodells.

Nachdem die DIVF ihre Aufgaben erledigt hat, werden die Daten (z.B. Sprache) zur Digitalen Vermittlungsstelle für Ortsgespräche (DIVO) weitergeleitet. Dort befindet sich die Line Termination (Leitungsabschluss), der eigentliche Anfangspunkt für den Endkunden. Er ist der übertragungstechnische Abschluss der Strecke von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmeranschluss auf der Netzseite. Die DIVO übernimmt auch die vermittlungsseitige Bearbeitung der Ebene 1 des OSI-Modells, d.h. unter anderem auch die Leitungscodierung, die Übertragungssteuerung, die Fernspeisung sowie die Testfunktionen und Überwachungseinrichtungen. Der LT wird manchmal als Teil der ET betrachtet und dann nicht gesondert dargestellt. Heutzutage befinden sich ET und LT meist zusammen in der DIVO (Digitale Vermittlungsstelle Ort).

Von der Vermittlungsstelle geht eine Leitung zum Endkunden. Gebraucht werden 2 Kupferdoppeladern. Sie enden in einer TAE-Dose, der sog. Amtsdose. Hier endet die Zuständigkeit des Netzbetreibers und die Verantwortung für den weiteren Leitungsweg wird an den Endkunden übertragen.

Nach der Amtsdose wird ein NT installiert. NT steht für Network Termination. Es ist der übertragungstechnische Abschluss der Strecke von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmeranschluss auf der Teilnehmerseite.
Er kann auch so eingerichtet sein, dass er vom Netzbetreiber steuerbar ist. So kann z.B. auch eine Schleifenschaltung zu Testzwecken geschaltet werden. Weiterhin ist der NT für die Isolation des Endsystemanschlusses von der Übertragungstechnik auf der Teilnehmeranschlussleitung zuständig. Der NT bearbeitet die Ebene 1 des OSI-Referenzmodells.

Er macht bei Kupferdoppeladern aus dem UK0 den S0-Bus.
2M-Verbindungen aus Kupfer (UK2M) oder Glasfaser (UG2M) werden zu dem S2M- Bus umgewandelt.

Nach dem NT können die Teilnehmerendgeräte (TE) angeschlossen werden. Dies können direkt angeschlossene Endgeräte entsprechend der ISDN-Schnittstellennorm sein oder über einen Terminaladapter (TA) herkömmliche POTS (Plain Old Telephone Service) Endgeräte. Weiterhin können auch Telefonanlagen oder PCs über ISDN-Karten angeschlossen werden

Einige Beispiele für mögliche Zusammenfassungen und Realisierungen von ISDN-Teilnehmeranschlüssen sind in der ITU-Empfehlung I.411 gezeigt.

3. Kanaltypen

ISDN verwendet zwei Kanaltypen. Das sind der D-Kanal und der B-Kanal.
Die eigentliche Verbindung bzw. Nutzdatenübertragung wird über den B-Kanal abgewickelt.
Dieser Kanal kann beim Euro-ISDN maximal 64KBit/Sekunde (480Kbyte/Min) übertragen. Bei Kanalbündelung ist entsprechend die doppelte Übertragungsrate möglich, wobei aber auch doppelte Verbindungskosten anfallen.

Der D-Kanal ist für die Steuerung der Verbindungen der B-Kanäle zuständig. Unter anderem wird vor dem Verbinden eines B-Kanals über diesen Weg geprüft, ob der Anschluss frei ist und ein Endgerät den geforderten Dienst entgegennehmen kann. Ist z. B. der Computer gerade abgeschaltet und ein Anruf mit der Diensterkennung "Daten" geht ein, so wird keine Verbindung hergestellt. Der Anrufer bekommt ein "Besetzt-Zeichen".
Der D-Kanal kann auch für Datenübertragung (16KBit/Sekunde) genutzt werden. Das ist eigentlich nur für Anwendungen mit geringem Datenaufkommen bei ständiger Verfügbarkeit interessant (z. B. Überwachungsanlagen oder Online-Buchungssysteme). Da zusätzliche Konfigurationen erforderlich sind, muss dieser Dienst gesondert beantragt und bezahlt werden. Üblicherweise wird hierzu das X.31-Protokoll (ISDN -> X.25 Übergang) genutzt. Für den Kunden hat die Deutsche Telekom Mitte 2000 einen Feldversuch gestartet, der einen pauschalen 24-Stunden-IP-Zugang über den D-Kanal ermöglicht hat. Bei Bedarf konnte ein B-Kanal zugeschaltet werden. Leider wurde daraus kein Produkt.

4. Anschlussgeräte / NTBA

Der NTBA (Netzterminator Basisanschluß) wandelt den 2-adrigen Uk0-Bus von der Vermittlungsstelle kommend in den 4 adrigen S0-Bus um. Er stellt die Grenze zwischen TK-Netzbetreibernetz und dem Kundennetz dar. Außerdem übernimmt er die Spannungsversorgung von 40V auf dem S0-Bus für die angeschlossenen Endgeräte.

Der Anschluss des NTBA an das Netzbetreibernetz erfolgt entweder mit einer Anschlussschnur über TAE-Stecker an die TAE-Dose oder als Festanschluss an die Klemmen Uk0 a/b. Der S0-Bus für die Teilnehmerseite kann auch mittels fest verlegter Leitung von den Anschlussklemmen a1/b1 (Senden) und a2/b2 (Empfangen) abgegriffen werden oder über 2RJ-45 Anschlussbuchsen mittels Stecker.

Der Aufbau des NTBA und die Endgerätespeisung

Der NTBA wird über den 220V-Anschluss mit Netzspannung versorgt. Am LT (Line Terminator – Linienabschluss) erfolgt der Anschluss an den Uk0-Bus.
Zwischen dem Eingangsübertrager liegt ein Kondensator, von dem bei Netzausfall die Speisung über die Vermittlungsstelle erfolgt.
Pkt. 3 übernimmt die Stromversorgungskopplung und Pkt. 4 die Umschaltung der Polarität bei Netzausfall.

Am S0-Anschluss liegen die 100 Ohm Abschlusswiderstände, die auch in der letzten TE-Dose vorhanden sein müssen und den Abschluss der Adernpaare bilden und somit Reflektionen und damit Störungen auf dem S0-Bus verhindern. Die Widerstände müssen zwischen a1 und b1 sowie zwischen a2 und b2 liegen. Dort liegt die Signalspannung von 750mV an.

Die IAE/UAE-Anschluss-Einheit

ISDN-Anschluss-Einheiten (IAE) werden mit einer oder zwei Buchsen hergestellt. Die Buchsen sind RJ45-Buchsen von deren 8 Kontakten nur die mittleren 4 belegt sind. Sie sind mit einem Anschlussblock über eine Platine verbunden. Die Anschlussbezeichnungen:

1a und 1b für die Empfangsader
und 2a und 2b für die Sendeadern haben.
Alternativ können auch UAE-Anschlusseinheiten verwendet werden, die es mit den unterschiedlichsten Beschaltungen gibt.
Hier zwei Beispiele:

5. Anschlusskonfiguration

Es gibt mehrere Varianten, wie man seinen ISDN Anschluss konfigurieren kann. Die nachfolgenden Beschreibungen beziehen sich auf den Basisanschluss, also mit einem NTBA. Des Weiteren sind die Angaben zu den Zeichnungen, Richtwerte, bei denen eine zuverlässige Funktion gegeben ist. Abweichungen bzw. Ausnahmen sind jedoch möglich.

Die Punkt zu Punkt Konfiguration

Die Konfiguration beschreibt die Anschlussvariante NTBA mit einem Endgerät (ISDN-Telefon)
Die Kabellänge zwischen NTBA und der Anschlussdose darf in diesem Fall die 1000m nicht überschreiten. Von der Dose bis zum Endgerät darf das Anschlusskabel die 10m nicht überschreiten.

Maximale Anzahl der Anschlussdosen: 1
Maximale Anzahl der Endgeräte: 1

Vorraussetzungen:

Die Dämpfung der Leitung darf die 6 dB nicht überschreiten! Die im NTBA befindlichen Abschluss-Widerstände mit einem Wert von 100 Ohm müssen angeschaltet, sowie in der Dose vorhanden sein.
Diese Konfiguration wird selten genutzt. Verwendung findet sie an Orten, an denen der Anschluss beispielsweise ausschließlich für einen Internet Verbindung genutzt werden soll. Hierbei können dann die beiden Kanäle gleichzeitig genutzt werden. Es ergibt sich rein rechnerisch eine Bandbreite von 128 Kbit/s.

Der kurze passive Bus

Im kurzen passiven Bus können die Anschlussdosen an beliebigen Stellen verteilt aufgeschaltet werden. Auch der Abstand zwischen den Dosen ist frei wählbar. Zu beachten ist jedoch, dass die Gesamtlänge des Busses nicht über 200m betragen darf. Auch hier gilt, die 10m Leitungslänge von der Dose bis zum Endgerät nicht zu überschreiten.
Der kurze passive Bus wird meist in Familienhäusern benutzt, er bietet ausreichend Kapazität um bis zu 8 Endgeräte zu versorgen.

Maximale Anzahl der Anschlussdosen: 12
Maximale Anzahl der Endgeräte: 8

Voraussetzungen:

Von den 8 Endgeräten dürfen nur maximal 4 vom NTBA gespeist, also mit Spannung versorgt werden, die übrigen 4 benötigen eine separate Spannungsversorgung. Bei dieser Konfiguration muss der NTBA ebenfalls mit Spannung, 230 V Wechselspannung, versorgt werden!
Auf Grund der Dämpfungsverhältnisse dürfen sich maximal 12 Dosen im Bus befinden, ansonsten könnte es zu Datenverlust kommen. Im NTBA sowie in der letzten Dose müssen die Abschlusswiderstände aktiviert sein.

WICHTIG: Die Polarität der 4 Adern im S0-Bus darf im ganzen Bus nicht verändert werden.

Der erweiterte passive Bus

Der erweiterte passive Bus findet im wesentlichen Einsatz an Orten an denen der Telefonanschluss in Form der 1. TAE, weit entfernt vom eigentlichen Platz der Endgeräte ist. Das heißt im Klartext zwischen NTBA und der ersten Anschlussdose können bis zu 450 m Leitung liegen. Innerhalb der letzten 50 m müssen sich alle Anschlussdosen befinden. Damit ergibt sich eine Gesamtlänge von 500 m für den gesamten Bus, plus die 10 m Anschlussleitung für das Endgerät.

Maximale Anzahl der Anschlussdosen: 12
Maximale Anzahl der Endgeräte: 4

Voraussetzungen:

Der NTBA muss mit Spannung, 230 V Wechselspannung, versorgt werden!
Auf Grund der Dämpfungsverhältnisse dürfen sich maximal 12 Dosen im Bus befinden, ansonsten könnte es zu Datenverlust kommen. Die letzte Dose im Bus muss wieder über die 100 Ohm Abschlusswiderstände verfügen und im NTBA müssen sie aktiviert sein.
WICHTIG: Die Polarität der 4 Adern im S0-Bus darf im ganzen Bus nicht verändert werden.

Die Y-Konfiguration

Die Y-Konfiguration macht Sinn, wenn man vom Standort des NTBA in zwei Richtungen den S0-Bus verlegen möchte.
Zu beachten ist hierbei das die "Schenkel" zusammengerechnet eine Gesamtlänge von 200 m nicht überschreiten. Pro Endgerät gilt, gemessen von der Anschlussdose aus, 10m Anschlussleitung nicht zu überschreiten.

Maximale Anzahl der Anschlussdosen: 12
Maximale Anzahl der Endgeräte: 8

Voraussetzungen:

Der NTBA muss mit Spannung, 230 V Wechselspannung, versorgt werden!
Auf Grund der Dämpfungsverhältnisse dürfen sich maximal 12 Dosen im Bus befinden, ansonsten könnte es zu Datenverlust kommen.
Als besonderes Merkmal ist hier zu beachten, dass die Abschlusswiderstände im NTBA abgeschaltet werden, aber in den jeweils letzten Anschlussdosen der beiden "Schenkel" vorhanden sein müssen. Auch hier dürfen wieder nur 8 Endgeräte gleichzeitig betrieben werden.
Angewandt wird diese Form des Anschlusses an Orten, an denen der Standort des NTBA so gelegen ist, dass der Bus in beide Richtungen verlegt werden muss. Es sind alle Varianten möglich.

6. Belegung einer Anschlussdose

Grundsätzlich Unterscheidet man zwischen Auf- und Unterputzdosen. Dies bezieht sich allerdings nur auf das Gehäuse und die Montageart der jeweiligen Dose. Entweder wird die Dose auf der Wand angebracht (Aufputz), oder in der Wand (Unterputz). Die Funktion der Dosen ist aber identisch.

Die Abbildung zeigt eine Aufputzdose.

Die folgende Zeichnung verdeutlicht die Belegung der Kontakte in einer Anschlussdose. Dieses Schema ist unabhängig von der herstellerspezifischen Angabe einer IAE (ISDN Anschlusseinheit) bzw. UAE (Universal Anschlusseinheit).

Grundsätzlich liegt an den Kontakten 4 und 5 einer solchen Dose mit einem so genannten RJ45 Steckplatz die "A" und "B" Ader des analogen Anschlusses. Auf 3 und 6 werden (heute nur noch selten vorhanden) die "E" und "W" Ader. Sollte der UK0 Bus an einer solchen Dose aufgelegt werden, wird er ebenfalls auf 4 und 5 gelegt. Der 4-adrige S0-Bus liegt wie in der Tabelle beschrieben auf 4 und 5 bzw. 3 und 6.

Betrachtungsweise einer ISDN Anschlusskonfiguration:

7. Basisanschluss

Der ISDN-Basisanschluss ist der Standardanschluss für kleinere und mittlere Telekommu-nikationskunden. Er wird sowohl als Mehrgerätesanschluss als auch als Anlagenanschluss ausgeführt. Bei beiden Anschlussmöglichkeiten stehen 2 B-Kanäle zur Verfügung, so dass 2 Gespräche gleichzeitig geführt werden können. Generell bekommt man 3 MSN zuge-wiesen.

Am Mehrgeräteanschluss können mehrere ISDN-Geräte z. B. ISDN-Telefone, ISDN-TK-Anlagen, ISDN-Fax-Geräte etc. angeschlossen werden. Hier kann auch ein So-Bus ange-schlossen werden.

Am Anlagenanschluss kann nur eine ISDN-TK-Anlage angeschlossen werden.
Von der D1VO (Digitale Ortsvermittlungsstelle) zum Teilnehmer ist das Übertragungsverfahren auf das vorhandene Leitungsnetz zugeschnitten. D. h., dass von der analogen Telekommunikation her vorhandene Adernpaar a/b wird für das ISDN weiter genutzt. Der Netzbetreiber schaltet auf diese Leitung den so genannten UKO-Bus.

Vom NTBA zu den TE's (Teilnehmerendgeräten) muss eine 4-adrige Leitung mit zwei Adernpaaren verlegt werden. Auf dieser Leitung liegt der S0-Bus.

Der UKo-Bus

Der UKO-Bus liegt zwischen der DIVO und dem NTBA. Häufig liegt dazwischen noch die bekannte TAE-Dose als Übergabepunkt, an die der NTBA mit einer steckbaren Anschluss-schnur angeschlossen ist.

Die Bezeichnung UKO hat folgende Bedeutung: U vom Referenzpunkt U, K vom Übertra-gungsmedium Kupfer und die 0 vom Basisanschluss.

Die Spannung auf dem UKO-Bus beträgt 90 - 100 V.

Der UKO-Bus dient zur Übertragung der digitalen Signale auf 2 Adern. Dazu wird in Europa das Zeitgleichlageverfahren (Vollduplex-Betrieb) mit Echokompensation verwendet. Das bedeutet, dass die Signale zeitgleich in beide Richtungen und im selben Frequenzband übertragen werden.

Als Leitungscode auf dem UKO-Bus wird Euro-ISDN der 2B1Q-Code verwendet.

Beim 2B1Q-Code werden 2 binäre Signale in ein quaternäres Signal umgewandelt. Dieses kann 4 verschiedene Zustände haben (00, 01, 10, 11). Die Schrittgeschwindigkeit vs be-trägt nur 50% der Übertragungsgeschwindigkeit Vü. Durch die Verwendung des 2B1Q-Leitungscodes verringert sich das zur Übertragung notwendige Frequenzspektrum. Durch die Nutzung des unteren Teils des Frequenzspektrums fällt die Dämpfung äußerst gering aus. Auch die Störung benachbarter Adern durch die Übertragung ist niedrig.

Innerhalb eines Schrittes (1 Signal) werden 2 Bit (Kennzustände) übertragen.

Schrittgeschwindigkeit Vs: Sie ist die Anzahl der Übertragungsschritte pro Sekunde.

Vs = 1/T und wird in Baud angegeben. (T Dauer eines Schrittes)

Übertragungsgeschwindigkeit Vü: Sie ist die Anzahl der Bit pro Sekunde.

Vü = Vs * n (Anzahl der Kennzustände)

Im nationalen ISDN in Deutschland wird als Leitungscode der 4B3T-Code verwendet.

Der 4B3T-Code fasst jeweils 4 Bit(4B) eines Binären Signals zu einem Block zusammen,
und codiert sie in drei ternäre Signalelemente(3T). Die Zuordnung der 4B-Werte in 3T-Elemente erfolgt nach einer Codetabelle. Wie ein 4B-Wort jeweils codiert wird, hängt von der Codierung des vorherigen 4B-Wortes ab. Auf diese Weise wird die Gleichstromfreiheit realisiert.

Durch die Umcodierung von 4 Bit auf 3 Bit, beträgt die Schrittgeschwindigkeit nur noch 75% gegenüber der Übertragungsgeschwindigkeit.
Für die Taktrückgewinnung ist ein Scrambler nötig.

Schrittdauer Ts = 1666,67 µs
Schrittgeschwindigkeit vs = 6 kBaud
Übertragungsgeschwindigkeit VD = 8 kBit

Der S0-Bus

Von der DIVO betrachtet liegt der S0-Bus hinter dem NTBA. Er wird 4-adrig ausgeführt und hat somit ein Sendepaar und ein Empfangspaar.

Über eine Phantomschaltung wird dem S0-Bus im NTBA die Versorgungsspannung von 40V zugeführt. Sie ist zwischen der Sende- und der Empfangsleitung messbar.

Die Signalspannung der digitalen Signale beträt 750 mV.

Der S0-Bus muss an der letzten Dose und im NTBA mit Abschlusswiderständen von je 100 ? terminiert werden.

Der Leitungscode auf der S0-Schnittstelle ist der modifizierte AMI-Code

AMI-Code

Der AMI (Alternate Mark Inversion) - Code verwendet zur Übertragung der logischen 1 ab-wechselnd eine positive und eine negative Spannung (AMI-Regel). Auf diese Weise wird die Gleichspannungsfreiheit hergestellt. Der AMI-Code verhindert jedoch keine langen 0-Folgen.

Er wird als pseudoternärer Code bezeichnet, weil zur Übertragung von 2 logischen Zuständen, insgesamt 3 Spannungszustände zur Verfügung stehen.

Schrittdauer Ts = 125 µs

Schrittgeschwindigkeit vs = 8 kBaud

Spannung im ISDN +/- 750mV

Der modifizierte AMI-Code

Der modifizierte AMI-Code unterscheidet sich vom AMI-Code nur dadurch, dass die logische 0 abwechselnd eine positive und eine negative Spannung führt.
Der modifizierte AMI-Code wird als Leitungscode auf dem S0-Bus verwendet.

Der modifizierte AMI-Code wird als Leitungscode auf dem S0-Bus verwendet.

Aus der Bruttoübertragungsgeschwindigkeit von 192 kBit/s ergibt sich die nominelle Impulsbreite:

1/19200 bit/s = 5,21 µs.

Die Amplitude beträgt: +/-750mV

8. Primär-Multiplexanschluss

Der Primär-Multiplex-Anschluss ist ein Anschluss für Großkunden.
Es stehen 30 B-Kanäle zur Verfügung, so dass 30 Gespräche gleichzeitig geführt werden können. Den Primär-Multiplex-Anschluss gibt es nur als Anlagenanschluss, d. h. es kann nur eine Anlage direkt an den NTPM (Netzterminator Primär Multiplex) angeschlossen werden.

Durchwahlschaltung

Als MSN erhält der Primär-Multiplex-Anschluss eine Anschlussnummer mit anschließen-dem Rufnummernblock. Dieser Rufnummernblock wird von der Anlage verwaltet und den TE zugeordnet und dient auch der internen Kommunikation.

In Europa hat der Primär-Multiplex-Anschluss 30 B Kanäle und 1 D Kanal. Dies wurde vom "Internationales Standardisierungsgremium im Fernmeldebereich (CCITT = Comité Consultarif International Télégrafique et Téléfonique)" so festgelegt.

Die max. Übertragungsrater eines Primär-Multiplex-Anschlusses beträgt 2.048Mbit/s, die sich wie folgt zusammensetzt:

9. Übertragungsverfahren

Multiplexverfahren (Mehrfachausnutzung von Leitungen)
Multiplexverfahren dienen zur Mehrfachausnutzung von bestehenden Leitungen. Dabei werden zwei Verfahren unterschieden:

Frequenzmultiplex

Übertragung mehrerer Gespräche gleichzeitig auf verschiede-nen Frequenzebenen. Anwendung: In der Funktechnik.
Zeitmultiplex
Übertragung mehrerer Gespräche nacheinander in so genannten Zeitschlitzen. Anwendung: In der digitalen Nachrichtenübertragung.
Das Zeitmultiplexverfahren (TDM time division multiplexing) wird in der digitalen Nachrichtentechnik und somit auch im ISDN eingesetzt.
Beim Zeitmultiplexverfahren werden Daten zeitlich nacheinander in so genannten Nachrichtenkanälen oder Zeitschlitzen ohne gegenseitige Beeinflussung übertragen.
Da die Sprache ein analoges Signal ist, muss sie vorher in digitale PCM-Signale (Pulscodemodulation) umgewandelt werden, um dann im Zeitmultiplexverfahren übertragen zu werden.
Abtastung

Nach dem Abtasttheorem von Shannon, ist ein Signal dann eindeutig bestimmbar, wenn es mit mehr als der doppelten Frequenz abgetastet wird (d.h., zwei Abtastungen in einer Periode des Modulationssignals).
Ist diese Abtastung nicht gegeben, so entstehen Fehlabgetastete Signale. Diesen Effekt bezeichnet man als Aliasing. Das bedeutet wiederum für das Modulationssignal, dass seine Bandbreite begrenzt sein muss. Dieses ist in der Regel gegeben, wobei als Beispiel aus der Telefonie, die zu übermittelnde Bandbreite 300 Hz - 3,4 kHz beträgt. Die Abtastfrequenz muss entsprechend doppelt so groß sein, also 6,8kHz. In der Realisierung wird die Abtastfrequenz aber durch eine entsprechende Norm auf 8kHz festgesetzt.
Erzeugung eines PCM-Signals

Für die Umwandlung analoger Signale in digitale Signale können verschiedene Verfahren angewendet werden. Beim ISDN werden die analogen Sprachsignale erst in ein PAM Signal (puls-amplitudenmoduliertes Signal) und anschließend in ein PCM-Signal umge-wandelt.

Pulsmodulation

Um das Modulationssignal in ein PCM-Signal umsetzen zu können, ist es notwendig, dass die Modulationsfrequenz (Spg.=Ue) kleiner als die Abtastfrequenz ist. Um dieses zu erreichen, wird das Modulationssignal als erstes über einen Tiefpassfilter gegeben und damit in seiner Bandbreite begrenzt. Dieser Filter wird oft als Anti-Aliasing-Filter bezeichnet. Meisten wird zusätzlich auch eine Begrenzung der Amplitude (Amplitudenbegrenzer) des Modulationssignals vorgenommen, um eine Übersteuerung der folgenden Schaltungs-teile zu vermeiden.
Mittels eines Taktgenerators und einer "Sample and Hold" - Schaltung werden nun aus dem Modulationssignal Amplituden-"Proben" entnommen. Damit entsteht ein pulsamplitudenmoduliertes Signal (PAM). Dieses Signal ist zeitdiskret und wertkontinuierlich. Ein Signal wird wertkontinuierlich genannt, wenn es beliebige Werte annehmen kann. Wertdiskret bedeutet, dass das Signal nur bestimmte Werte (z.B. binäre Werte) besitzen darf. In diesem Fall also nur 0 oder 1. Ein Signal wird zeitkontinuierlich genannt, wenn die Kenntnis seines Wertes zu jedem beliebigen Zeitpunkt erforderlich ist, dagegen ist bei einem zeitdiskreten Signal dieses Wissen nur zu bestimmten Zeitpunkten notwendig. Die Umwandlung eines zeitkontinuierlichen in ein zeitdiskretes Signal erfolgt durch die Ab-tastung.

Im nachfolgenden Bild ist die Abtastung bei verschiedenen Frequenzen aufgezeigt. Deutlich zu erkennen ist die Fehlabtastung bei fe = 10kHz. Es entsteht eine neue überlagerte Frequenz durch den Aliasing-Effekt, die sich aus der Differenz der Abtastfrequenz zur Signalfrequenz ergibt.

Das PAM-Signal ist jedoch nur eine Zwischenstufe auf dem Weg zum PCM-Signal. Die PAM wird nicht zur Datenübertragung genutzt, da Störungen auf der Leitung in voller Höhe in das Signal eingehen, ebenso, wie man es von der einfachen Amplitudenmodula-tion kennt.
Der Vorteil einer Pulsmodulation, gegenüber z.B. eines Frequenzmultiplexbetriebes, liegt darin, dass kein Übersprechen infolge von Kreuzmodulation (nichtlineare Verstärkerkennlinien u. ä.) auftreten kann.
Der Nachteil der PAM liegt in der benötigten Bandbreite. Für die Übertragung des PAM-Signals wird die u.U. 10-fache Bandbreite wie beim Frequenzmultiplexbetrieb benötigt, wobei jedoch in jedem Seitenband immer der gleiche Informationsgehalt zu finden ist.

Quantisierung / Kodierung

Über einen Quantisierer wird das PAM-Signal analog-digital gewandelt. Dazu teilt man den Amplitudenbereich des Modulationssignals in Intervalle, die als Quantisierungsstufen bezeichnet werden. Die ermittelten Amplitudenwerte des PAM-Signals werden damit exakten Quantisierungsstufen zugeordnet. Erfolgt die Zuordnung in gleichgroße Quantisie-rungsintervalle, so spricht man von einer linearen Quantisierung, andernfalls spricht man von einer nichtlinearen Quantisierung.
Damit haben wir ein analoges Modulationssignal in eine digitale Datenfolge umgewandelt. Im Bild ist die Quantisierung beispielhaft durchgeführt.

Den einzelnen Quantisierungsintervalien kann jetzt ein Binärwort zugeordnet erden. Für die Wandlung mit 14 Stufen werden demzufolge 4 Bit für die digitale Kodierung benötigt.

In dem Beispiel ist eine Unterteilung in +/- 7 Intervalle vorgenommen worden. Das erste Bit gibt dabei die Polarität des Modulationssignals an, während die folgenden 3 Bit die Amplitudengröße kodieren.

Die gewonnenen Codeworte werden als PCM-Wörter bezeichnet und repräsentieren in der zeitlichen Reihenfolge das ursprüngliche Modulationssignal.
Die Übertragung dieser Code-Worte ist im Lehrgangsteil ISDN - Basisanschluss beschrieben.

Rückwandlung eines PCM - Signals

Nach der Übertragung der PCM-Signale muss am Ende eine Umwandlung des digitalen PCM-Wortes in ein analoges Signal stehen. Man spricht von einer Digital/Analog-Wandlung!
Mit 4-Bit lassen sich 16 Amplitudenwerte unterscheiden. Wie in Bild 1 aufgezeigt ist, kann jedem 4-Bit-Wort eine Amplitudengröße zugewiesen werden.

Damit lässt sich das analoge Signal stufenartig zurückgewinnen. Da die Stufung jedoch nicht erwünscht ist, wird das entstandene Signal über einen Filter (Tiefpass) geglättet.

Als wichtiges Prinzip eines A/D-Wandlers, gilt das R/2R-Netzwerk, dessen prinzipieller Aufbau in Bild 2 angegeben ist. Die Schalter in der Zeichnung repräsentieren die Daten-bits. Die Reihenfolge gibt ihre Wertigkeit an, d.h. ihren Einfluss auf die analoge Span-nungsänderung. In der integrierten Schaltungstechnik sind die Schalter als Transistorstu-fen ausgelegt.