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Kleines Computer Tutorial, Grundlagen der Datenübertragung.Schon des öfteren wurde das Fehlen einer Einführung in die Techniken der Datenübertragung bemängelt: "Es wird so erklärt, daß es nur die verstehen, die es sowieso schon wissen!" Ich hoffe, daß ich mit diesem Artikel dem ein klein wenig abhelfen kann.Der Fernschreibcode (Baudot-Code)Ein sehr gutes Beispiel für die Datenfernübertragung ist der einfache Fernschreiber. Fast jeder kennt die Lochstreifen, die man mit vielen dieser Fernschreiber stanzen kann. Diese Lochstreifen haben sechs Reihen von Löchern nebeneinander. Eine dieser Reihen besteht aus kleineren Löchern, die kontinuierlich auf dem ganzen Lochstreifen gestanzt sind. Diese Reihe dient nur dem Transport des Lochstreifens durch den Lochstreifenleser und wird deshalb "Transportlochung" genannt. In den anderen fünf Reihen sind nicht überall die größeren Löcher gestanzt. Das Muster dieser größeren Löcher stellt die Textinformation des Lochstreifens dar.
Mit fünf mal Loch oder kein Loch können 2' = 32 verschiedene Zeichen dargestellt
werden. Da man 26 Buchstaben, 10 Ziffern und einige Sonderzeichen übertragen
will, reicht das nicht aus. Im Baudot-Code sind deshalb die Zeichen doppelt
belegt. Zwischen den beiden Belegungen wird mit Hilfe besonderer Umschaltzeichen
Zur Übertragung der Fernschreibzeichen auf dem Leitungsnetz werden die
Fernschreibzeichen in Stromimpulse umgewandelt. Wenn kein Betrieb auf der Leitung
ist, fließt dort ein Strom von 40-50 mA. Die Zeichen werden als Unterbrechungen
des Stromflusses übertragen. Dabei bedeutet "Loch" "mark" = "Strom" und "kein
Loch" "space" = ''kein Strom". Damit man weiß, wann ein Zeichen beginnt, wird als
"Startschritt" grundsätzlich einmal "kein Stom" vorangestellt. Es folgen die fünf
den Löchern entsprechenden Informationsschritte. Wenn man den Lochstreifen so
hält, daß die Zeichen von links noch rechts zu lesen sind und die
Transportlochung in der oberen Hälfte liegt, so wird das untere Loch zuerst, das
obere zuletzt ausgesandt. Zum Abschluß des Zeichens folgt ein "Stoppschritt"
"Strom", der 1.5mal so lang ist wie die übrigen Schritte. Ein komplettes
Fernschreibzeichen auf der Leitung ist also insgesamt 7.5 Schritte lang.
Die Schrittgeschwindigkeit wird in Schritte/Sekunde bzw. Bits/Sekunde genannt
"baud" gemessen. (baud kommt aus dem Französischen und wird "bohd"
ausgesprochen.) Der normale Fernschreibverkehr in Europa verwendet eine
Schriftweite von 20 ms, entsprechend 50 baud, die U.S.A. und die Funkamateure
benutzen eine Schrittweite von 22 ms, entsprechend 45.45 baud. Nachrichtendienste
schreiben auch mit 75 baud.
Zur Ubertragung auf dem Funkwege strahlt man die Fernschreibzeichen als einen
Wechsel von zwei Frequenzen aus. Im Amateurfunk hat sich als Norm durchgesetzt,
"Strom" als die höhere, "kein Strom" als die niedrigere Frequenz zu benutzen.
Meist verwendet man dort die Methode des "Audio Frequency Shift Keying", kurz
AFSK. Dabei werden zwei niederfrequente (hörbare) Töne erzeugt, z.B. 2125 Hz für
"mark" und 1275 Hz für "space". Diese Töne benutzt man, um damit einen
Ein-Seitenband-Sender anzusteuern, der die niederfrequenten Töne in hochfrequente
Schwingungen verwandelt. Auf der Empängerseite wandelt man wieder in umgekehrter
Richtung um: Hochfrequenz -> Niederfrequenz -> Stromschritte.
Es ist nun eine sehr einfache Sache, die niederfrequenten Töne auch für eine
Übertragung durch das Telefonnetz zu benutzen. Dazu schließt man an den
Tonerzeuger (die AFSK) einen Lautsprecher an und hält diesen vor die
Sprechmuschel des Teleforihörers. STOP! So etwas ist natürlich nicht erlaubt, da
eine Amateurfunk-AFSK und ein Lautsprecher nicht FTZ-geprüft sind. Aber
theoretisch geht es.
Der ASCII-Code wird auf Leitungen genauso übertragen wie der Baudot-Code. Nur
fließen auf der Strornschleife nicht 40-50 mA, sondern nur 20 mA. Gebräuchlicher
für den ASCII-Code ist jedoch die Verwendung von Signalen nach einer
Schnittsteilerinorm, die man oft als "V.24" Schnittstelle bezeichnet. Diese Norm
geht zurück auf die EIA RS 232 A Norm, die von ISO überarbeitet und ols V.24
bekannt wurde /1/. Seit 1972 werden jedoch in V.24 (entspricht DIN 66020) nur
noch die Schnittstellenleitungen festgelegt.
Die elektrischen Eigenschaften sind in V.28 (entsprechend DIN 66259 Teil 1)
definiert und gelten für Übertragungsraten bis zu 20 kbit/s: Ist der
Spannungspegel einer Leitung -15 bis -3 V gegen über der Betriebserde, so
entspricht dieses dem Signalzustund "1 " oder "mark" bei Datenleitungen bzw.
"AUS" bei Signal- oder Meldeleitungen, Ein Spannungspegel von +3 bis +15 V wird
als ''0'' oder "space" bzw. als "EIN" erkannt. Der Spannungsbereich von -3 bis +3
V gilt als "undefiniert" oder "offen", wird aber so an die nachfolgende Schaltung
weitergeleitet, als läge die Spannung für "mark" an. Durch diese Definition ist
es möglich, die Schnittstelle auch ohne negative Spannungen zu betreiben.
Beim Sender darf der Betrag der Leerlaufspannung 25 V, der Kurzschlußstrom 500 mA
nicht überschreiten. Er dürfen bei Kurzschluß gegen Masse oder eine andere
Leitung der Schnittstelle oder bei Leerlauf keine Beschädigungen des Senders
auftrefen. Der Quellenwiderstand muß so ausgelegt sein, daß der Betrag der
Spannung auf der Leitung zwischen 5 und 15 V liegt, wenn die Leitung mit einem
Lastwiderstand von 3 k0 bis 7 kf) abgeschlossen ist. Außerdem muß eine
Flankensteilheit von max. 1 ms oder 3% der Schrittdauer (es gilt der kleinere
Wert) gewährleistet sein, wenn der Sender zusätzlich mit 2.5 nF belastet wird.
Der Empfänger muß Eingangsspannungen vorn Betrag bis 15 V verarbeiten können. Der
Betrag der Leerlaufspannung Soll kleiner als 2 V sein, die Lastkapazität kleiner
als 2.5 nF. Der Lastwiderstand soll zwischen 3 und 7 k0hm liegen.
Die genauen Angaben sind in /11/ DIN 66259 nachzulesen, die Definition der
Schnittstellenleitungen in DIN 66020. Für die Steckerbelegung ist die iS0 Norm
2110 im Entwurf, die einen 25poligen Stecker vorsieht.
Auch im ASCII-Code beginnt man die Aussendung eines Zeichens mit einem
"space"-Schritt (siehe DIN 66022 /1/). Es folgen die 7 Datenbits, das Bit mit der
niedrigsten Wertigkeit zuerst, das mit der höchsten zuletzt. Als achtes Bit wird
dann noch ein Paritätsbit mitübertragen, das die Anzahl der "marks" eines
Zeichens bei asynchroner Übertagung auf eine gerade Zahl ergänzt (gerade
Paritöt). Abgeschlossen wird das Zeichen durch ein oder zwei Stopschritte, die
auf"mark"-Potential liegen. Zur synchronen Übertragung (ohne Start-
und Stopschritte) wird auf eine ungerade Zahlvon "marks" ergänzt, damit mindestes
ein Bit jedes Zeichens "mark" oder "space" ist, und so die Synchronisation nicht
verlorengeht. Gebräuchliche Geschwindigkeiten für den ASCII-Code sind 110, 134,
150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 und 19200 baud.Außerdem verwendet man 75
baud im sogenannten "Hilfskanal" bei Quasi-Vollduplex-Obertragungen über
Telefonleitungen, wenn die Bandbreite für eine Vollduplex-Obertragung nicht
ausreicht und die Richtung vom Rechner zum Terminal mit 600 oder 1200 Baud arbeitet
(z.B. bei BTX). Für Geschwindigkeiten bis zu 200 Baud sind bei elektromechanischen
Geräten (mechanische Fernschreiber wie der ASR-33 z.B.)zwei Stopschritte
vorgesehen. In allen anderen Fällen soll nur ein Stopschritt verwendet werden.
A) VoIlduplex-Verbindungen, bei deren auf der Leitung der Verkehr in beiden
Richtungen gleichzeitig möglich ist, dafür aber nur bis 300 baud,
B) Halbduplex-Verbindungen mit Geschwindigkeiten bis zu 1200 baud
und Umschaltung der Richtung durch Trägersteuerung oder Kontrollzeichen,oder
C) Haibduplex-Verbindungen auch mit Geschwindigkeiten bis zu 1200 baud und einem
langsameren Rückkanal bis zu 75 baud, der entweder zur Steuerung der Richtung des
Hauptkanals verwendet wird, oder (als Quasi-Vollduplex) für die Verbindung vom
Terminal ZUM Rechner (z.B. Bildschirmtext).
Bei den Vollduplex-Verbindungen unterscheidet man zwischen der anrufenden Station
"originate" und der angerufenen ."answer", die jeweils ein anderes Frequenzpaar
zum Senden benutzen.
Durchweg verwendet die "originate"-Station das niedrigere Frequenzpaar zum
Senden und das höhere zum Empfangen, die "answer"-Station umgekehrt.
In allen Anwendungen gibt die angerufene Station zunbchst einen "Antwort-ton"
auf die Leitung. In einigen Telefonnetzen wird dieser dazu verwendet evtl.
vorhandene Rücksprechdämpfungen auszuschalten, die sonst verhindern,
daß man sich selbst zu laut aus der Hörmuschel hört, aber beim
Vollduplexbetrieb stören würden.
Die Töne der Sendeseite in Hz sind im Einzelnen (siehe /3/):
BELL 103 "originate", 300 baud, 1070 "space", 1270 "mark".
BELL 103 "answer", 300 baud, 2025 "space'', 2225 "mark", 2225 "Anwortton".
BELL 202, 1200 baud, 2200 "space", 1200 "mark", 2025 "Anwortton".
BELL 202 ROckkanal, 5 baud, 387, Ein-/Auslastung zur Richtungsumschaltung.
CCITT V.21 "originate", 300 baud, 1180 "space'', 980 "mark".
CCITT V.21 "cinswer'', 300 baud, 1850 "space'', 1650 "mark", 2100 ''Antwortton".
CCITT V.23 Mode 1. 600 baud, 1700 "space", 1300 "mark", 2100 "Antwortton".
CCITT V.23 Mode 2, 1200 baud, 2100 "space", 1300 "mark", 2100 "Antwortton".
CCITT V.23 RUckkanal, 75 baud, 450 "space", 390 "mark".
In Deutschland wird offiziell nur mit den Tönen nach CCITT gearbeitet. Verwendet
man die Bell-Töne, so sollte man ein besonderes Augenmerk auf die nächste
Gebührenrechnung der Post richten. Es isf nicht ouszuschließen, dcß der Zähler
für die Gesprächseinheiten ungnädig auf "falsche Töne" reagiert.
A. D.
Literaturnachweis:
/l/ DIN Taschenbuch 25, "Informationsverarbeitung 1", Beuth Verlag GmbH, Berlin,
Kö1n.
/2/ DIN Taschenbuch 166, "Informationsverarbeitung 4", Beuth Verlag GrnbH,
Berlin, Köln.
/3/ Am79110, "FSK Modem World-Chip", Datenblaff, Advanced Micro Devices.
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Kleines Computer Tutorial, Grundlagen der Datenübertragung.