Kommunikationstechnik: Fragen und Antworten zur Verkabelung

Frage zur Verbesserung der Studie

1. DTE und DCE — Definition und Beispiele

DTE (Data Terminal Equipment): Geräte, die als Quelle oder Senke digitaler Daten fungieren. Beispiele: PC, SPS, Terminals.

DCE (Data Circuit-terminating Equipment): Geräte/Elektronik, die die binären Daten für den Übertragungskanal aufbereiten bzw. anpassen. Beispiele: Modem, Hub, Switch, Router.

2. Vor- und Nachteile: parallele vs. serielle Übertragung

Parallel-Übertragung

• Vorteile: Höhere effektive Übertragungsrate möglich (gleichzeitige Übertragung mehrerer Bits).
• Nachteile: Viele Leitungen erforderlich, daher höhere Kosten und komplexere Kabelverhältnisse; Störanfälligkeit bei längeren Distanzen.

Serielle Übertragung

• Vorteile: Geringere Kosten, weniger Leitungen, geeignet für größere Reichweiten.
• Nachteile: Bei manchen Systemen werden Konverter oder Protokolle benötigt, um die Kommunikation durchzuführen; evtl. geringere Brutto-Bitrate pro Leitung (moderne serielle Verfahren kompensieren dies).

3. Was bedeutet ASCII

ASCII (American Standard Code for Information Interchange) ist ein Zeichencode, der auf dem lateinischen Alphabet basiert. Ursprünglich verwendete ASCII 7 Bits zur Darstellung von Zeichen; häufig wird jedoch ein 8-Bit-Byte verwendet, wobei ein zusätzliches Paritätsbit optional zur einfachen Fehlererkennung eingesetzt werden kann. Fast alle aktuellen Computersysteme nutzen ASCII oder eine kompatible Erweiterung zur Darstellung von Text und zur Steuerung textverarbeitender Geräte.

6. Was ist der Quellcode

Quellcode ist eine Reihe von Anweisungen, geschrieben in einer Programmiersprache, die für Menschen lesbar ist. Werkzeuge (Compiler, Interpreter) oder automatische Übersetzer wandeln diesen Quellcode in ausführbare Maschinensprache oder in ein Zwischencode-Format, das von der Maschine verarbeitet werden kann.

8. Arten der Kommunikation

• Simplex: Einseitige Übertragung; ein Endpunkt sendet, der andere empfängt (z. B. Rundfunk).
• Halbduplex (Duplex, nicht gleichzeitig): Beide Enden können senden und empfangen, aber nicht gleichzeitig. Die Datenrichtung wechselt (z. B. Walkie-Talkie).
• Vollduplex (Full Duplex): Beide Enden können gleichzeitig senden und empfangen; Datenfluss in beide Richtungen gleichzeitig möglich (z. B. Telefongespräche über gefüllte Leitungen).

9. Unterschied: synchrone vs. asynchrone Übertragung

Synchron: Sender und Empfänger verwenden eine gemeinsame oder synchronisierte Taktfrequenz. Diese Methode ist effizienter für gleichmäßige, kontinuierliche Datenströme und ermöglicht hohe Übertragungsgeschwindigkeiten.

Asynchron: Zeichen werden einzeln übertragen; jedes Zeichen wird durch ein Startbit eingeleitet und durch ein oder mehrere Stoppbits beendet. Die Synchronisation erfolgt pro Zeichen, nicht als Dauer-Takt.

10. Zusätzliche Bits bei asynchroner Übertragung

• Startbit
• Stoppbit(e)
• Paritätsbit (optional)

11. Beispiele: Punkt-zu-Punkt und Multipoint

Punkt-zu-Punkt: Direkte Verbindung zwischen zwei Endpunkten, z. B. PC zu PC.

Multipoint: Ein Punkt (z. B. Server) verbindet sich mit mehreren Endpunkten (mehrere PCs).

12. Was ist Modulation

Modulation ist das Übertragen von Informationen, indem ein niederfrequentes Informationssignal auf ein hochfrequentes Trägersignal aufmoduliert wird. Dabei wird ein Parameter des Trägers (Amplitude, Frequenz oder Phase) proportional zur Amplitude des niederfrequenten Signals verändert.

13. Trägersignal und Modulator

Trägersignal (Carrier): Ein hochfrequentes Signal, das für die Übertragung verwendet wird.

Modulierendes Signal (Modulator): Das niederfrequente Informationssignal, das das Trägersignal durch Änderung eines seiner Parameter beeinflusst.

14. Erläuterung der FSK-Modulation

FSK (Frequency Shift Keying): Bei dieser Modulation wird jeder logischen Zustandsinformation (z. B. 0 oder 1) eine bestimmte Frequenz zugeordnet. Die Trägerfrequenz wechselt entsprechend dem digitalen Signal.

16. Was ist das HART-Protokoll

Das HART-Protokoll (Highway Addressable Remote Transducer), ursprünglich von Rosemount Inc. entwickelt, ermöglicht die Übertragung digitaler Informationen über die vorhandene analoge 4–20 mA-Leitung, indem es ein digitales Signal überlagert.

17. Vorteile des HART-Protokolls gegenüber traditionellem 4–20 mA

HART ermöglicht bidirektionale digitale Kommunikation mit intelligenten Instrumenten, ohne die analoge 4–20 mA-Schleife zu ersetzen. Analoge 4–20 mA und HART-Daten können gleichzeitig über dasselbe Kabel übertragen werden.

19. Arten der Multiplexierung

Time Division Multiplexing (TDM): Eine Methode, zwei oder mehr Informationskanäle über die gleiche Übertragungsleitung zu senden, indem jedem Kanal zeitlich zugeordnete Zeitfenster (Time-Sharing) zugewiesen werden.

20. Was sind Online-Codes (Baseband)

In der Telekommunikation sind Online-Codes (Baseband-Codierung) Codes, die direkt zur Übertragung digitaler Daten verwendet werden. Diese Codes repräsentieren das digitale Signal durch Änderungen der Amplitude über die Zeit. Dank spezifischer Eigenschaften der physikalischen Schicht kann eine gute Synchronisation erreicht werden; die Wellenform wird typischerweise durch eine Anzahl von Impulsen dargestellt.

21. Manchester- und NRZ-Kodierung

Manchester-Codierung (Bi-Phase-L): Jeder Bitzeitraum enthält einen Übergang zwischen zwei Pegeln; dadurch ist die Codierung selbstsynchronisierend, da jeder Bitwechsel auch einen Taktübergang liefert und so eine präzise Synchronisation des Datenflusses ermöglicht.

NRZ (Non-Return-to-Zero): Die Spannung kehrt zwischen aufeinanderfolgenden Bits nicht notwendigerweise auf Null zurück. Jeder Symbolwert wird durch eine konstante Spannungsstufe dargestellt. NRZ-Codes werden oft für Baseband-Übertragungen verwendet.

22. Unterschied RS-232, RS-422

RS-422 und RS-423 wurden als Weiterentwicklungen/Alternativen zu RS-232 entwickelt und bieten höhere Übertragungsraten und bessere Störfestigkeit (differenzielle Signalisierung bei RS-422). Sie können in bestimmten Fällen Abwärtskompatibilität zu RS-232-Geräten ermöglichen, erfordern jedoch oft Pegelwandler oder Schnittstellenkonverter. Hinweis: Für echte Multipoint-/Mehrpunkt-Betriebe ist RS-485 üblicher als RS-422.

23. Merkmale: Geschwindigkeit, Impedanz, Knoten und Distanzen (RS-232, RS-422, RS-485)

• RS-232: Single-ended Signalisierung, typische Spannungspegel ±3…±15 V, für kurze Distanzen (typisch bis ~15 m, je nach Baudrate), punkt-zu-punkt (ein Treiber, ein Empfänger).
• RS-422: Differenzielle Signalisierung, höhere Störsicherheit und höhere Datenraten (bis zu einige Mbit/s), größere Distanzen (bis zu ~1200 m abhängig von Datenrate), unterstützt mehrere Empfänger (Multi-receiver), meist kein volles Multipoint-Protokoll wie RS-485.
• RS-485: Differenzielle Bus-Schnittstelle, geeignet für Multipoint/Mehrpunkt, typischerweise bis zu 32 Treiber/Empfänger-Ports (bei Standardimplementierungen), Reichweiten bis ~1200 m bei niedrigen Datenraten, hohe Störfestigkeit.

24. Was bedeutet "ausgewogen" (balanced)

Ausgewogene (differenzielle) Signalisierung: Eine serielle Schnittstelle verwendet zwei Leiter, deren Spannungsdifferenz das Signal repräsentiert. Die Umgebungsspannung beider Leiter gegenüber Erde kann schwanken, hat aber für das differenzielle Empfangsglied keinen Einfluss, wodurch Störeinflüsse reduziert werden.

25. Typische Geschwindigkeiten bei RS-232

Typische Baudraten für serielle Schnittstellen sind z. B. 300, 600, 1200, 2400, 4800 und 9600 bps; häufig verwendete Geschwindigkeit ist 9600 bps (aber auch höhere Raten sind möglich, abhängig von Hard- und Software).

26. Anschluss RS232 ↔ RS422 und RS232 ↔ RS485 (Converter-Anforderungen)

Zur Verbindung von RS-232 mit RS-422/RS-485 sind Pegelwandler bzw. Protokoll-/Hardware-Converter erforderlich. Bei RS-485 muss unter Umständen die Sendereinschaltung (Driver Enable) gesteuert werden; Steuerleitungen wie RTS/CTS können für Flusskontrolle bzw. Fahrsteuerung herangezogen werden.

27. Wie erzeugt man ein Null-Modem

Bei einem Null-Modem werden die Sendesignale und Empfangssignale zwischen zwei DTE-Geräten gekreuzt (Tx ↔ Rx), ggf. auch Steuerleitungen (RTS/CTS, DTR/DSR) entsprechend über Kreuz verbunden, um direkte Kommunikation ohne Modem zu ermöglichen.

28. Typen von Übertragungsmedien

• Twisted Pair
• Koaxialkabel
• Glasfaser (LWL)
• Richtfunk (Mikrowelle, Funkstrecken)
• Satellit

29. Unterschied zwischen UTP und STP

STP (Shielded Twisted Pair): Verdrillte Adernpaare, zusätzlich von Abschirmungen (Metall) umgeben; teurer als UTP, bessere Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen, oft für höhere Datenraten in gestörten Umgebungen geeignet.

UTP (Unshielded Twisted Pair): Ungeschirmte, verdrillte Adernpaare; Standardkabel in Netzwerken mit 8 Adern (4 Twisted-Pair). UTP-Kabel werden in Kategorien eingeteilt (Cat1–Cat6 usw.) für verschiedene Anwendungen (Sprache, Daten).

30. Was zeigt die Kategorie eines Kabels

Die Kategorie der Verkabelung definiert eine Reihe von elektrischen Parametern und garantierten Übertragungsbandbreiten für Twisted-Pair-Kabel. Kategorien legen Standards für strukturierte Verkabelung fest, die in Gebäuden eingehalten werden sollen.

31. Geschwindigkeiten und Eigenschaften der Kategorien

• Kategorie 1: Für Telefonie (Sprache).
• Kategorie 2: Bis ca. 4 Mbit/s.
• Kategorie 3: Bis ca. 10 Mbit/s (z. B. ältere Token-Ring/10BASE-T).
• Kategorie 4: Historisch bis ca. 16–20 Mbit/s (nicht mehr gebräuchlich).
• Kategorie 5: Bis 100 Mbit/s.
• Kategorie 5e: Verbesserte Spezifikation von Cat5, unterstützt 1 Gbit/s über 100 m.
• Kategorie 6: Unterstützt 1 Gbit/s über 100 m und bis zu 10 Gbit/s über kürzere Distanzen (z. B. bis ~55 m).

32. Für die Litzen

Litze (stranded conductor): Ein Leiter, der aus mehreren feinen Drähten zusammengedreht ist. Litzen sind flexibler als Massivleiter (solid core) und werden oft in Patchkabeln und beweglichen Leitungen verwendet.

33. Bedeutung: Wire Map, Length, Attenuation, NEXT, ACR, Delay, Return Loss, FEXT

• Wire Map (Adernbelegung): Überprüft, ob jedes Adernpaar korrekt terminiert und keine Kurz- oder Unterbrechungen vorhanden sind.
• Length (Länge): Kabellänge zwischen Endpunkten.
• Dämpfung (Attenuation): Signalverlust über die Kabellänge, meist in dB angegeben.
• NEXT (Near End Crosstalk): Übersprechen von einem Senderpaar auf ein benachbartes Paar am nahen Ende.
• ACR (Attenuation-to-Crosstalk Ratio): Verhältnis von Dämpfung zu Übersprechen; höherer ACR bedeutet bessere Leistungsfähigkeit.
• Delay / Delay Skew (Verzögerung / Gruppenlaufzeitdifferenz): Zeitunterschiede zwischen Signalen verschiedener Paare; wichtig für synchronisierte Übertragungen.
• Return Loss: Maß der Reflexionen am Kabelende; gibt an, wieviel Signal zurückgeworfen wird.
• FEXT (Far End Crosstalk): Übersprechen, gemessen am entfernten Ende.

Dies sind typische Parameter für die Zertifizierung von Cat-5/Cat-5e-/Cat-6-Verkabelungen.

34. Was ist strukturierte Verkabelung

Strukturierte Verkabelung ist die standardisierte Verkabelungsinfrastruktur eines Gebäudes zur Verbindung aktiver Geräte. Sie integriert verschiedene Dienste (Daten, Telefonie, Video, Überwachung) in einer einheitlichen, modularen Verkabelungsstruktur.

35. Vorteile der strukturierten Verkabelung

Strukturierte Verkabelung erleichtert die Administration, reduziert Kabelgewirr, ermöglicht einfache Änderungen/Erweiterungen und sorgt für standardisierte Verbindungen sowie bessere Planung und Fehlerdiagnose.

36. Was ist ein Patchpanel, Patchkabel und "Benutzer"

Patchpanel: Ein passives Gerät, in dem alle Netzwerkleitungen zentral terminiert werden. Die Ports des Panels ermöglichen einfache Umverbindungen über Patchkabel.

Patchkabel: Flexible Kabel (UTP, LWL, etc.), die zwei Geräte oder Patchpanel-Ports verbinden (z. B. Switch-Port zu Patchpanel-Port).

Benutzer: Die Person oder das Endgerät, das sich mit dem Netzwerk verbindet (Arbeitsplatz-PC, Telefon usw.).

37. Horizontale und vertikale Verkabelung

Horizontale Verkabelung: Verkabelung vom Bodenverteiler (Floor Distributor) zu den Benutzerendpunkten auf demselben Stockwerk.

Vertikale (Backbone) Verkabelung: Verkabelung zwischen Stockwerken bzw. zwischen Hauptverteilern des Gebäudes.

38. Standard EIA/TIA 568A und 568B

Die Standards definieren zwei Anschlussbelegungen für RJ45-Steckverbinder: T568A und T568B (früher teils als 586 bezeichnet). Beide sind gebräuchliche Verdrahtungsstandards; beide Enden eines Kabels sollten dieselbe Belegung nutzen, außer bei intentionaler Kreuzverdrahtung.

39. Entfernung und Geschwindigkeit über Twisted-Pair-Ethernet

Bei klassischem 100BASE-TX (Fast Ethernet) beträgt die maximale Kabellänge 100 m. Für Gigabit-Ethernet über Kupfer (1000BASE-T) gilt ebenfalls typischerweise 100 m. Höhere Datenraten (z. B. 10GBASE-T) sind möglich, aber oft mit Einschränkungen hinsichtlich Distanz und Kabelkategorie.

40. Einsatzbereiche von Koaxialkabel

Koaxialkabel wurden historisch in Ethernet-Varianten (10BASE2, 10BASE5), für Kabelfernsehen, Breitband-Internet und in einigen Spezialanwendungen verwendet. Sie bieten gute Abschirmung und längere Reichweiten als ungeschirmte Twisted-Pair-Kabel in bestimmten Anwendungen.

41. Koaxialkabel und Stecker für Ethernet-Netzwerke

Typische Koax-Stecker sind BNC (bei 10BASE2). Bei modernen Ethernet-Netzwerken sind Koaxialkabel weniger verbreitet; stattdessen werden Twisted-Pair (RJ45) und Glasfaser verwendet.

42. Vor- und Nachteile von Koaxialkabel

Pro:

• Längere Übertragungsstrecken als ungepaarte UTP-/STP-Kabel bei gleicher Datenrate (historisch gesehen).
• Gute Abschirmung gegen Störungen.
• Günstiger als Glasfaser.

Kontra:

• Unflexibler und oft schwerer als Twisted-Pair.
• Begrenzte Bandbreite im Vergleich zu modernen Glasfaserlösungen.
• Wurde in vielen Netzwerktopologien durch Twisted-Pair und Glasfaser ersetzt.

43. Was ist Glasfaser

Glasfaser ist ein sehr dünner Faden aus transparentem Glas- oder Kunststoffmaterial, durch den Lichtpulse zur Datenübertragung geleitet werden. Glasfaser wird in Datennetzen verwendet, um große Bandbreiten und lange Distanzen zu realisieren.

44. Was ist Brechung und Reflexion

Brechung: Richtungsänderung einer Welle beim Übergang zwischen zwei Medien mit unterschiedlicher Ausbreitungsgeschwindigkeit (z. B. Luft zu Glas). Tritt auf, wenn die Welle schräg auf die Grenzfläche trifft.

Reflexion: Phänomen, bei dem ein Teil der einfallenden Welle an einer Oberfläche zurückgeworfen wird.

45. Fasertypen und ihre Unterschiede

Single-Mode-Faser (SMF)

• Sehr kleiner Kerndurchmesser (ca. 8–10 µm).
• Geringe modale Dispersion, daher sehr hohe Bandbreite und große Reichweiten.
• Einsatz mit Laserquellen, geeignet für Fernstrecken (mehrere Kilometer bis viele 100 km mit geeigneter Verstärkung).

Multimode-Faser (MMF)

• Größerer Kerndurchmesser (z. B. 50 µm oder 62,5 µm).
• Mehrere Lichtmoden führen zu höherer modaler Dispersion, daher kürzere effektive Reichweiten.
• Typische Lichtquellen: LEDs oder VCSELs; gebräuchlich in LAN- und Campus-Umgebungen (Distanzen von einigen 100 m bis zu einigen Kilometern, je nach Typ).

46. Vorteile der Glasfaser

Single-Mode-Faser bietet sehr hohe Bandbreite und geringe modale Dispersion, wodurch große Distanzen mit hohen Datenraten möglich werden. Allgemein bietet Glasfaser hohe Übertragungsraten, Immunität gegen elektromagnetische Störungen und geringe Dämpfung.

47. Typen von Faseranschlüssen

Beispiele für Stecker und Anschlusstypen: D4, SC, SMA, ST, LC, MTP, MTRJ, Volition, E2000, ESCON, FC, FDDI, Biconic, APC.

48. Was ist ein Fiber-Jumper

Ein Jumper (Patchkabel) in der Fasertechnik ist ein kurzes Faseroptik-Kabel mit Steckverbindern an beiden Enden, das zur Verbindung von Faseranschlüssen (z. B. Patchpanel zu SFP-Modul) verwendet wird.

49. Typen von Multimode-Faser

• Step-Index (Festkern) Multimode
• Graded-Index Multimode

50. Maximale Entfernung der Faser

Die maximale Entfernung hängt von Fasertyp, Wellenlänge, Dämpfung und verwendeter Elektronik/Verstärkung ab. Ohne Verstärker/Regeneratoren sind in vielen Fällen Reichweiten bis zu 100 km erreichbar (bei Single-Mode und geeigneter Ausrüstung). Mit aktiver Signalverstärkung oder Wellenlängenmultiplexverfahren sind deutlich größere Distanzen möglich.