Grundlagen der ATM-Technologie und Radiokommunikation

Konzepte virtueller Kanäle und Pfade

Das Konzept der virtuellen Kanäle und virtuellen Pfade bietet folgende Vorteile:

• Reihenfolge der Pakete: Obwohl keine spezifischen Kontrollmechanismen existieren, stellen die virtuellen Kanäle sicher, dass Zellen ihre Reihenfolge nicht ändern, wodurch Positionsdaten erhalten bleiben.
• Stau-Steuerung:
  • a) Strategien zur Auswahl und zum Verwerfen von Zellen in Verbindungen, die Staus verursachen.
  • b) Benachrichtigung der Nutzer über Staus mittels Flags in den Zellen.
• Kontrolle verzögerter Zellen: Es ist möglich, Zellen bei Bedarf über andere virtuelle Verbindungen zu leiten.

Warum eine kleine Zellgröße?

ATM-Switching überträgt Daten in diskreten Einheiten, sogenannten Zellen, mit hoher Geschwindigkeit. Jede Zelle hat eine feste Größe von 53 Byte: 48 Byte Nutzdaten + 5 Byte Header.

Aufgrund der Flexibilität von ATM ist die Zellgröße ein Kompromiss: Die Nutzlast soll so groß wie möglich sein, während zeitkritische Daten (wie Sprache) so wenig wie möglich verzögert werden sollen.

Vorteile

Die geringe Größe reduziert Verzögerungen, die durch Datenbündelung und Speichermanagement entstehen. Die durchschnittliche Verspätung bei einer Bündelung von 64 Kbit/s beträgt:

Es dauert 6,6 ms, um die Bits einer Zelle zusammenzustellen und zu versenden. Die Paketierungsverzögerung bei einer Zwischenstation mit 155 Mbit/s beträgt:

Die Verzögerung ist direkt proportional zur Paketgröße. Sprachkommunikation wird unmöglich, wenn die Zellgrößen Verzögerungen von mehr als 30 ms verursachen.

Nachteile

Der Header nimmt fast 10 % der Gesamtlänge ein (5 von 53 Byte), was bedeutet, dass 10 % der Bandbreite für Steuerinformationen verloren gehen.

Radiokommunikation: Grundlagen

Elektromagnetische Wellen propagieren durch den freien Raum und werden von Antennen abgestrahlt. Im Vakuum bewegen sich alle Wellen mit der Lichtgeschwindigkeit c (ca. m/s). In Kupfer oder Glasfaser beträgt die Geschwindigkeit zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit und ist frequenzabhängig. Es gilt: f × λ = c.

Division des Spektrums

Das elektromagnetische Spektrum kann Informationen durch Modulation von Amplitude, Frequenz oder Phase übertragen.

Signalausbreitung

Die Ausbreitung zwischen Sende- und Empfangsantenne erfolgt auf verschiedene Arten:

Surface Wave (Bodenwelle)

Diese Welle breitet sich entlang des Bodens aus. Sie tritt bei niedrigen Frequenzen auf, da der Boden als Leiter fungiert. Nachteile sind die Anfälligkeit für elektrische Störungen und eine begrenzte Bandbreite.

Ionosphärische Welle

Ein leistungsstarker Modus durch Reflexion an der Ionosphäre (3 MHz – 30 MHz). Diese Schicht dient der Kommunikation über lange Strecken, wird jedoch zunehmend durch Satelliten ersetzt.

Räumliche Welle

Direkte Wellen oder Reflexionen über die Troposphäre. Die Atmosphäre verursacht Brechung, Dispersion und Absorption. Meist ist eine Sichtverbindung (Line-of-Sight) bei Frequenzen über 30 MHz erforderlich.

Mobile automatische Systeme (TMA)

TMA verwaltet eine große Anzahl von Mobilfunkteilnehmern über ein weites Gebiet durch:

• Automatisches Switching und Kontinuität.
• Paging zur Vorbereitung der Kommunikation.
• Qualitätssicherung durch automatische Stationswahl.

Die Wiederverwendung von Frequenzen durch zelluläre Strukturen ermöglicht eine hohe Kapazität.

Systemelemente der TMA

Die Grundelemente sind die zentrale mobile Einheit (CTM), Basisstationen (BS), das Versorgungsgebiet (ZC) und Mobilstationen (MS).

Basisstationen

Sie stellen den Kontakt zu den Mobiltelefonen her und bestimmen die Funkversorgung. Sie bestehen aus einem Computer und einem Sender/Empfänger mit Antenne, die über dedizierte Leitungen mit der CTM verbunden sind.