Layer 1 - Physical Layer

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16 Terms

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Bit (binary digit)

Maßeinheit für Informationsgehalt
0 oder 1 → Zwei Zustände

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Speicherplatz

Einheit: Byte
1PiB = 210 TiB = 220 GiB = 230 MiB = 240 KiB = 250 Byte

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Datenrate

Einheit: bps/ Bits per Second
Datenüebrtragungsrate
Menge von Daten die in einer gegeben Zeit über einen physischen Kanal übertragen werden

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Durchsatz

Tatsächlich erreichte (Netto) Datenrate

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Latenz

Zeit, die für die Übertragung eines Bits benötigt wird

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Übertrgungszeit

Zeit zur Übertragung einer vollständigen Nachricht

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Round Trip Time

Zeit bis zu einer Nachricht eine Antwort eintrifft

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Übertragung von digitalen Signalen

Information muss Kodiert werden
- z.B. -5, 0 und +5 Volt
- Schwierigkeiten bei der Übertragung
Mit wachsender Entfernung werden Signale schlechter
- Durch Dämpfung, externe Störungen (Rauschen) oder kanalbedingte Verzerrung
Naturgegebene Begrenzungen als Folge

<ul><li><p>Information muss Kodiert werden</p><ul><li><p>z.B. -5, 0 und +5 Volt</p></li><li><p>Schwierigkeiten bei der Übertragung</p></li></ul></li><li><p>Mit wachsender Entfernung werden Signale schlechter</p><ul><li><p>Durch Dämpfung, externe Störungen (Rauschen) oder kanalbedingte Verzerrung</p></li></ul></li><li><p>Naturgegebene Begrenzungen als Folge<br></p></li></ul><p></p>

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Signalbündelung

Mehrere aufeinanderfolgende Bitwerte können über ein einziges nicht-binäres Signal kodieren werden
Bezeichnung: Baud
Einige Probleme:
- Robustheit gegenüber Störungen schlecht
- Wie kodiert man Funkstille? Reduzierung der Datenrate durch Funkstille mit 0
- Zeitliche Synchronisation schwierig

<ul><li><p>Mehrere aufeinanderfolgende Bitwerte können über ein einziges nicht-binäres Signal kodieren werden</p></li><li><p>Bezeichnung: Baud</p></li><li><p>Einige Probleme:</p><ul><li><p>Robustheit gegenüber Störungen schlecht</p></li><li><p>Wie kodiert man Funkstille? Reduzierung der Datenrate durch Funkstille mit 0 </p></li><li><p>Zeitliche Synchronisation schwierig</p></li></ul></li></ul><p></p>

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Maximale Übertragung

Nyquist Kriterium
- Tr ≤ 2 B · log2 V
- Tr: Übertragungsrate in bps
- B: Bandbreite
- V: Stufen des Signals
Shanon Kriterium
- Tr ≤ B · log2 (1 + S/N)
- S/N: linearer Rauchabstand

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Kupferkabel

Je zwei isolierten Kupferdrähten (ca. 1 mm dick)
Zur Verminderung des Antenneneffekts und Übersprechens spiralförmig umeinander gewickelt
Ethernet-Kabel: vier Adernpaare
Varianten: Unshielded (UTP) und Shielded Twisted Pair (STP) ⇒ einzeln und/oder gesamt geschirmt
Datenrate: 1 Gbps bis 40 Gbps

<ul><li><p>Je zwei isolierten Kupferdrähten (ca. 1 mm dick) </p></li><li><p>Zur Verminderung des Antenneneffekts und Übersprechens spiralförmig umeinander gewickelt</p></li><li><p>Ethernet-Kabel: vier Adernpaare </p></li><li><p>Varianten: Unshielded (UTP) und Shielded Twisted Pair (STP) ⇒ einzeln und/oder gesamt geschirmt</p></li><li><p>Datenrate: 1 Gbps bis 40 Gbps</p></li></ul><p></p>

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Glasfaser

Datenrate pro Faser:
- 150 Tbps (theoretisch)
- 32 Tbps (Im Labor)
- 10 Gbps (Praxis)
Informationsubertragung mittels optischer Signale auch um Kurven
Vorteile: Hohe Datenrate, sehr geringe Dämpfung, störungsunempfindlich, leicht und billig
Nachteile

<ul><li><p>Datenrate pro Faser:</p><ul><li><p>150 Tbps (theoretisch)</p></li><li><p>32 Tbps (Im Labor)</p></li><li><p>10 Gbps (Praxis)</p></li></ul></li><li><p>Informationsubertragung mittels optischer Signale auch um Kurven</p></li><li><p>Vorteile: Hohe Datenrate, sehr geringe Dämpfung, störungsunempfindlich, leicht und billig</p></li><li><p>Nachteile</p></li></ul><p></p>

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Modulationstechniken (Signalkodierung) (1/2)

Amplitudenmethode
- Änderung der Amplitude des Signals
Frequenzmodulation
- Überlagerung der Trägerfrequenz mit zwei unterschiedlichen Frequenzen zur Bit-Kodierung
Phasenmodulation
- Kodierung der Bits mittels Änderung der Phase der Trägerwelle (Wechsel zwischen Sinus / Cosinus)

<ul><li><p>Amplitudenmethode</p><ul><li><p>Änderung der Amplitude des Signals</p></li></ul></li><li><p>Frequenzmodulation</p><ul><li><p>Überlagerung der Trägerfrequenz mit zwei unterschiedlichen Frequenzen zur Bit-Kodierung</p></li></ul></li><li><p>Phasenmodulation</p><ul><li><p>Kodierung der Bits mittels Änderung der Phase der Trägerwelle (Wechsel zwischen Sinus / Cosinus)</p></li></ul></li></ul><p></p>

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Modulationstechniken (Signalkodierung) (2/2)

Manchester Kodierung
- Signalpegelsprung in jedem Bit
- doppelte Rohdatenrate ben¨otigt
Differenzielle Manchester Kodierung
- Signalpegelsprung in jedem Bit
- zusätzl. Signalpegelsprung nur vor ’0’-Bit
- rauschbeständiger; komplexer
Quadratische Amplituden-Modulation
Puls Code Modulation

<ul><li><p>Manchester Kodierung</p><ul><li><p>Signalpegelsprung in jedem Bit</p></li><li><p>doppelte Rohdatenrate ben¨otigt</p></li></ul></li><li><p>Differenzielle Manchester Kodierung</p><ul><li><p>Signalpegelsprung in jedem Bit</p></li><li><p>zusätzl. Signalpegelsprung nur vor ’0’-Bit </p></li><li><p>rauschbeständiger; komplexer</p></li></ul></li><li><p>Quadratische Amplituden-Modulation</p></li><li><p>Puls Code Modulation</p></li></ul><p></p>

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Frequenzmultiplexing

Verschiedene Kanäle mit verschiedenen Frequenzbereichen

<p></p><ul><li><p>Verschiedene Kanäle mit verschiedenen Frequenzbereichen</p></li></ul><p></p>

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Zeitmultiplexing

Zusammenfassung, Übertragung, Auseinanderdividierung und Verteilung verschiedener Datenströme mehrerer Sender
Verwendung von Frames
Keine Analog Bauteile → Billiger

<ul><li><p>Zusammenfassung, Übertragung, Auseinanderdividierung und Verteilung verschiedener Datenströme mehrerer Sender</p></li><li><p>Verwendung von Frames</p></li><li><p>Keine Analog Bauteile → Billiger</p></li></ul><p></p>