Einführung in G.703.

G.703 ist ein ITU-T-Standard, der die Anschlussart von digitalen Hochgeschwindigkeitsleitungen behandelt. Er ist zur Basis aller Telekommunikationsnetzwerke geworden. Dieser Standard entwickelte sich nicht gerade über Nacht. Alexander Graham Bell erfand 1876 das Telefon, aber es brauchte noch mehr als 50 Jahre, bis der Bell-Ingenieur Henry Nyquist die digitale Sprachübertragung berechnete.

Nyquist hatte die 20er Jahre mit der Arbeit an Telegrafiegeschwindigkeiten verbracht. 1933 ermittelte er, dass das analoge Sprachmuster 8000 Mal pro Sekunde abgetastet werden musste, um Sprache zu digitalisieren. Die Theorie wurde jedoch nicht gleich in die Praxis umgesetzt. Damit hat sich die Telefonie über einen viel längeren Zeitraum entwickelt als die Datenkommunikation.

Ursprünglich wurden Sprachkanäle über Frequenzmultiplexer gebündelt. Diese wiesen jedem Sprachkanal eine Bandbreite von 3.4 kHz zu, und ein “Wachton“ zwischen allen Kanälen des Multiplexers minimierte Nebensprechen oder Interferenzen. Dies war die erste analoge Form von Multiplexen, aber die Qualität des Sprachsignals war nicht überwältigend.

Dann kam die Digitalisierung, mit der 8 Bits der Telefonsprache bei 8000 Mal pro Sekunde abgetastet werden. Die Formel dazu sieht etwa so aus: 8 x 8000 = 64000 oder 64 Kbps. Diese Digitalisiermethode ist das so genannte PCM (Pulse Code Modulation), das detailliert vom G.711-Standard beschrieben wird. Durch das Kompander-Verfahren wird der Amplitudenbereich eines Signals vor der Übertragung komprimiert und dann beim Empfang expandiert. Damit wird die Anzahl der Bits minimiert, die PCM im analogen Sprachsignal abtasten muss, bevor es in eine digitale Form codiert oder “quantisiert” wird. Das Kompander-Verfahren gibt es in zwei Codiervarianten: der A-Codierung, die in Europa verwendet wird, und der Mew-Codierung (oder µ-Law), die in Nordamerika und Japan üblich ist.

Die physikalische G.703-Schnittstelle.
G.703 ist ein spezieller Standard, der physikalische und elektrische Eigenschaften einer digitalen E1-Schnittstelle abdeckt. Unter ihm können Daten über symmetrische Paare (120 Ohm) oder unsymmetrische Koaxleitungen (dual 75 Ohm) übertragen werden. RJ45-Anschlüsse werden für die symmetrische Version verwendet, ein Paar BNC-Anschlüsse für die unsymmetrische Schnittstelle. Beide arbeiten auf der Schicht 1 (Datenübertragungsschicht) des OSI-Modells mit sieben Schichten.

Im Vereinigten Königreich richtete BT®, der ursprüngliche Telefonieanbieter, seine G.703-Infrastruktur unter Verwendung von BNC-Anschlüssen mit 75 Ohm ein. Die meisten Telekommunikationsgesellschaften im UK sind dem gleichen Standard und Schnittstellentyp eng gefolgt. Aus diesem Grund wurde es diesen Anbietern ermöglicht, die vorhandene Infrastruktur der BT zu verwenden, als sich der Telekommunikationsmarkt öffnete. Europäische Telekommunikationsgesellschaften haben dagegen die 120 Ohm Schnittstelle mit RJ45-Anschlüssen eingesetzt.

• Das unstrukturierte/ungerahmte/Clear Channel(TM) G.703 liefert dem Benutzer die volle Bandbreite von 2.048 Mbps beim Betrieb über europäische E1-Leitungen bzw. 1.544 Mbps Bandbreite über nordamerikanische T1-Leitungen.
• Das strukturierte/gerahmte G.703 bietet einem Benutzer zwischen 64 Kbps und 1.984 Mbps Bandbreite in Schritten von 64 Kbps. Es wird auch "gerahmter" Dienst genannt (die G.704-Spezifikation beschreibt genau, wie G.703 im "gerahmten" oder "framed2 Modus arbeitet). Bei strukturiertem G.703 kann auch CRC-4 (Cyclic Redundancy Check-4) zur Bitfehlerüberwachung innerhalb des ersten 64K Zeitschlitzes verwendet werden (Zeitschlitz 0).

Leitungscodierung mit G.703.
Die Leitungscodierung ist die Methode, mit der alle Einsen (1) und Nullen (0), d.h. die eigentlichen Daten, physikalisch auf die physikalischen Leitungen gegeben werden. G.703 verwendet Codierungssysteme wie HDB3 (High-Density Bipolar 3) in Europa und AMI (Alternate Mark Inversion) sowie B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution) in Nordamerika. Sie arbeiten alle auf der Transportschicht (Schicht 2) des OSI-Modells mit sieben Schichten.

Alle diese Leitungscodiertechniken sind Codierschemen mit drei Stufen. Im Gegensatz zu den meisten Datenkommunikationsprotokollen, in denen typischerweise nur zweistufige Schemen Ein (1) und Aus (0) markieren, ermöglicht das dreistufige System einen zusätzlichen Zustandswechsel (d.h. einen enthaltenen Takt). Dieses Schema wird verwendet, um Spannungen über den Leitungen auszugleichen und, was viel wichtiger ist, einen Takt zusammen mit der Datenstruktur zu codieren. Das Signal ist ein 1-Volt-Signal on Scheitelpunkt zu Scheitelpunkt.

Gerahmte im Vergleich zu ungerahmten Diensten.
Wie bereits erwähnt kann ein G.703-Dienst zwischen zwei Standorten gerahmt (framed) oder ungerahmt (unframed) sein. Ein ungerahmter Dienst läuft mit 2.048 Mbps und teilt die Datenrate in keiner Weise.

Ein gerahmter Dienst dagegen teilt den 2.048 Mbps Datenstrom in 32 Zeitschlitze (Timeslots) mit 64K. Der erste Zeitschlitz wird nicht nur zur ursprünglichen Einstellung der Rahmung verwendet, sondern auch zur Übertragung von zusätzlichen Informationen vom einen Ende der Leitung zum anderen — oft, wenn Dienste international werden. Damit bleiben 1.984 Mbps für Benutzerdaten.

Die Dienstart, die ein Telekommunikationsunternehmen anbietet, ist üblicherweise die ungerahmte Variante. Fast überall in Europa kann ein gerahmter Dienst von Ende zu Ende beauftragt werden, im Vereinigten Königreich ist dies jedoch nicht möglich.

Wenn Sie mehrere Geräte haben, die auf jeder Seite angeschlossen werden müssen, ist die Verwendung von Multiplexern obligatorisch, die G.704-Rahmung unterstützen. Nur auf diese Weise können Multiplexer die Bandbreite in Blöcke teilen, die einzelnen Endbenutzergeräten zugewiesen werden können. Wenn die Geräte keine G.704-Rahmung unterstützen, können sie die Bandbreite nicht so teilen, dass sie zur Unterstützung von mehreren Geräten geeignet ist. Wenn Sie aber nur ein Endbenutzergerät unterstützen müssen, muss Rahmung nicht unterstützt werden und die Einrichtung ist viel einfacher. Hier umfasst die Einrichtung nur die Wahl einer Taktquelle, ob der Takt intern erzeugt (im Master-Mode) oder extern über das Netzwerk empfangen werden soll (Slave-Mode).

PBX-Signalgebungstechniken
Es gibt zwei Hauptarten der Anlagenanschluss-oder PBX-Signalgebung (Private Branch Exchange oder Public Branch Exchange): CCS (Common Channel Signalling) und CAS (Channel Associated Signalling ).

CCS verwendet Zeitschlitz 16 zur Übertragung eines Protokolls (ein definierter Satz von Nachrichten oder Anweisungen, den Anschlussgeräte gemeinsam haben) zwischen den Nebenstellenanlagen. Innerhalb dieses Protokolls werden Nachrichten ausgetauscht, die sich für jeden der 30 Sprachkanäle auf Informationen beziehen — wie Telefonhörer abgenommen, gewählte Nummer, Klingelton, Besetztzeichen.

Es gibt folgende CCS-Protokolle:

• QSIG, das zwischen zwei ISDN-Nebenstellenanlagen verwendet wird.
• Q.931, das zwischen einer ISDN-Nebenstellenanlage und der Aussenwelt verwendet wird.
• DPNSS (Digital Private Network Signalling System), das zwischen zwei Nicht-ISDNNebenstellenanlagen verwendet wird.
• DASS2 (Digital Access Network Signalling System 2), das zwischen einer Nicht-ISDNNebenstellenanlage und der Aussenwelt verwendet wird.
• CCITT7, ein weiteres Beispiel eines weit verbreiteten Protokolls; es wird auch Signalgebung Nummer 7, System 7 oder CCS #7 genannt.

G.704 Timeslot Zuweisung

Dieses Diagramm zeigt die Zuweisung von Zeitschlitzen für einen G.704-Rahmen über einen 2.048 Mbps G.703-Link. Jeder Zeitschlitz ist 64 Kbps(64K) gross, d.h. in jeweils 1 Sekunde gibt es 2.048 Megabit Daten (Einsen und Nullen), die in 32 gleiche Zeitschlitze von je 64K aufgeteilt sind. Dies wird G.704- Rahmung genannt. Der erste Zeitschlitz (Zeitschlitz 0) wird von den Endgeräten zur Initiierung der G.704-Rahmung verwendet. Dieses hat drei Synchhronisationsbits, eine CRC-Prüfung (CRC-4) und anschliessend nationale oder Internationale Bits (je nach Verwendung der Leitung). Einige Hersteller verwenden diese Bits, um Fernverwaltungsinformationen über den Link zu senden.

Nach Zeitschlitz 0 folgen weitere 31 Zeitschlitze, von denen jeder für Benutzerdaten (Sprache, Daten oder Video) verwendet werden kann. Der einzige weitere spezielle Zeitschlitz ist Zeitschlitz 16, der bei Verbindungen zwischen Nebenstellenanlagen für Signalgebungsinformationen verwendet wird (wie Telefonhörer abgenommen, gewählte Nummer, Klingelton, Besetztzeichen und weitere Funktionen). Obwohl diese Informationen in jedem beliebigen Zeitschlitz übertragen werden können (ausser Zeitschlitz 0), verwendet es üblicherweise Zeitschlitz 16. CCS (Common Channel Signalling) und CAS (Channel Associated Signalling) sind die beiden Hauptarten der Nebenstellenanlagen-Signalgebung.

CAS verwendet Bits innerhalb von Zeitschlitz 16 der 32 Zeitschlitze (0-31), um den Status jedes einzelnen der 30 Sprachkanäle darzustellen (siehe Diagramm oben). Es gibt 8 Bits in Zeitschlitz 16 (wie bei den anderen 31 Zeitschlitzen auch), und jeder vollständige E1/T1-Rahmen führt Informationen, die sich auf 2 Zeitschlitze beziehen. Damit stellen innerhalb der 8 Bit die ersten 4 Bit den ersten Zeitschlitz dar, und die letzten 4 Bits stellen die Sekunde dar. Der erste Rahmen stellt Zeitschlitz 1 und 17 dar (Sprachanrufe), der nächste Rahmen würde Zeitschlitz 2 und 18 darstellen und so weiter bis 15 und 31. Damit werden 16 Rahmen, zusammen "Super-Frame" (oder "Multi-Frame") genannt, benötigt, um die Informationen auf allen Kanälen zu liefern.