Synchronisation zwischen Router und DSL-Verteiler

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hallo,
bei Mikrocontroller gibt es ja eine extra Leitung, über der der Takt läuft und den dann angeschlossene Geräte übernehmen können und so die Spannungsschwankung an der Datenleitung als einzelne Bits einteilen können.
Ich denke, dass es bei der Kommunikation der einzelnen Komponenten in einem PC genauso läuft.
Bei einer DSL-Leitung kommen aber bloß zwei Drähte ins Haus. Das ist der Stromkreislauf.
Wie bekommt der Router aber jetzt seinen Takt aufgedrückt, sodass er nach der Demodulation (Entfernen der Trägerfrequenz und Telefonsignale) nun die noch übrig bleibende Spannungsschwankung in einzelne Bits einteilen kann?
Wie funktioniert da die Synchronisation, sodass der Router im gleichen Takt schwingt wie die DSL-Leitung?
Funktioniert das bei W-Lan genauso oder gibt da eine extra Frequenz, über die die Taktung läuft?

Vielen Dank
Tim

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Hallo,

bei Mikrocontroller gibt es ja eine extra Leitung, über der
der Takt läuft und den dann angeschlossene Geräte übernehmen
können und so die Spannungsschwankung an der Datenleitung als
einzelne Bits einteilen können.

Das ist oft so, aber muß nicht immer so sein.
Bei paralleler Übertagung sind natürlich auch Taktsignale in aller
Regel beteiligt
Synchrone serielle Datenübertragung gibt es z.B. bei I²C und SPI-BUS.
http://de.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C#Elektrische_De…
http://de.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Inter…
Bei paralleler Übertagung sind natürlich auch Taktsignale in aller
Regel beteiligt.

Andere Übertragungen, die z.B. über einen UART-Port laufen
http://de.wikipedia.org/wiki/UART
sind asynchron.
Das wohl bekannsteste Beispiel ist die RS232, welche am PC als
COM-Port verbreitet ist.
http://de.wikipedia.org/wiki/RS232#Datenrahmen_und_T…
Hier muß aus dem Bitstrom selbst eine Synchronisierung erfolgen
-> siehe in der Grafik -> Funktion Startbits und Stopbits.

Ähnlich läuft es bei vielem andere ansynchronen Interfaces
wie RS422, RS485, CAN-BUS, HART-BUS, MOD-MUS usw
Auch USB, sATA und FireWire funktionieren prinzipiell so.

Vorteil der asynchronen Datenübertragung ist ja eben der Fakt, dass
kein zusätzlicher Kanal nötig ist, um Taktsignale zu übertragen.
In Praxis bedeutet dies, dass keinen zusätzlichen Kabel, Funkkanäle,
LWL usw. benötigt werden.

Ich denke, dass es bei der Kommunikation der einzelnen
Komponenten in einem PC genauso läuft.
Bei einer DSL-Leitung kommen aber bloß zwei Drähte ins Haus.
Das ist der Stromkreislauf.
Wie bekommt der Router aber jetzt seinen Takt aufgedrückt,
sodass er nach der Demodulation (Entfernen der Trägerfrequenz
und Telefonsignale) nun die noch übrig bleibende
Spannungsschwankung in einzelne Bits einteilen kann?

Indem er sich anhand der Bitrate synchronisiert und seinen Takt
passend generiert.
Damit dies gelingt, sind üblicherweise feste Datenraten definiert.
Selbst wenn also nicht bekannt ist, welche gerade verwendet
wird, kann der Empfänger es durch ausprobieren aller Varianten
rausbekommen. Wenn die richtige gefunden ist, könne sich
Sender und Empfänger durch ein geeignetes Protokoll darüber
verständigen, wie es weiter geht.
Es ist also gar nicht so selten, dass die Verbindungsaufnahme mit einer
niedrigen und störsicheren Datenrate erfolgt und wenn sich beide
Seiten geeinigt haben, geht es mit einer hohen Datenrate weiter.

Funktioniert das bei W-Lan genauso oder gibt da eine extra
Frequenz, über die die Taktung läuft?

Nein, siehe oben.
Gruß Uwi

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Hallo,
vielen Dank für die ausführliche Antwort.

Indem er sich anhand der Bitrate synchronisiert und seinen
Takt
passend generiert.
Damit dies gelingt, sind üblicherweise feste Datenraten
definiert.
Selbst wenn also nicht bekannt ist, welche gerade verwendet
wird, kann der Empfänger es durch ausprobieren aller Varianten
rausbekommen.

Das heißt der Quarz/Schwingkreis des Empfängers wird erstmal angeregt und dieser unterstützt mehrere Resonanzfrequenzen.
Ich kann mir mit dieser Grafik(http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:RS-2…) leider nicht so recht erschließen, wie der Taktgeber damit richtig angeregt wird, weil doch an der Stelle, wo mal zwei bis drei Bits den selben Pegel haben, für den Taktgeber doch die tatsächliche Frequenz nicht recht ersichtlich sein kann.
Ist das halt nur beispielhaft und dass die ganze Übertragung erstmal nur 01010101 im Wechsel sendet, damit sich der Empfänger auf die Taktrate einschwingen kann?
Beziehungsweise eine Wlankarte müsste doch mehrere Schwingkreise/Quarze haben und würde dann alle mal anregen lassen und mit dem, wo dann die Prüfsummen etc. passt, würde dann als Taktgeber gehalten.
Da gibts doch dann bestimmt einen „Cheftaktgeber“ der dann die Empfängertaktungen durchprobieren lässt und die Prüfsummen etc. errechnet und dann die entsprechende auswählt, also 11Mbit/s, 54Mbit/s oder 300Mbit/s etc.
Kommt das so hin?

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Hallo,

Das heißt der Quarz/Schwingkreis des Empfängers wird erstmal
angeregt und dieser unterstützt mehrere Resonanzfrequenzen.

Nein, so wird das nicht gemacht.
Ein Mikroprozessor hat üblicherweise einen Arbeitstakt, aber
aus diesem können für verschiedene Zwecke unterschiedlichste
Taktsignale durch programmierbare Teiler abgeleitet werden.
z.B. kann aus einem 16Mhz-Arbeitstakt ein 1MHz-Takt für I²C
oder SPI durch einen 16:1-Teiler erzeugt werden.
Solche programmierbaren Teiler bzw. Timer sind üblicher Bestandteil
von Prozessoren.

Ich kann mir mit dieser
Grafik(http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:RS-2…)
leider nicht so recht erschließen, wie der Taktgeber damit
richtig angeregt wird, weil doch an der Stelle, wo mal zwei
bis drei Bits den selben Pegel haben, für den Taktgeber doch
die tatsächliche Frequenz nicht recht ersichtlich sein kann.

Deshalb werden bei Verbindungen mit unbekannten Bitraten auch die
verschiedenen Varianten durchprobiert.
Der Sender gibt kontiniuierlich ein Datenprotokoll ab, das speziell
für den Verbindungsaufbau gedacht ist.
Der Empfänger versucht diese zu lesen, indem er nacheinander alle
Datenraten ausprobier (also z.B. 300Baud, 600Baud, 1,2kBaud, 2,4kBaud usw.
bis zu max. Datenrate für RS232 = 115kBaud.
Das einzige was er dabei erstmal nur erkennen kann, ist der beginn
eines Zeichens, weil das immer mit einem Startbit anfängt und danach
die 7oder 8 Datenbits kommen gefolgt von optionalen Paritätsbit
und obligatorischen abschließenden Stopbits. Dann gibt es eine
Pause und dann kann wieder ein Startbit kommen.

Wenn bei irgend einer Datenrate plötzlich das empfangene einen Sinn
ergibt (z.B. 9,6kBaud), ist es die richtige Datenrate und genau mit
dieser wird dann erstmal weiter verhandelt.

Ist das halt nur beispielhaft und dass die ganze Übertragung
erstmal nur 01010101 im Wechsel sendet, damit sich der
Empfänger auf die Taktrate einschwingen kann?

Nein, nur das Start und das Stopbit sind fest definiert.
Die Datenbits enthalten entsprechend einem beidseitig bekannten
Verbindungs-Protokoll bestimmten Informationen die der Empfänger
versucht zu erkennen.

Beziehungsweise eine Wlankarte müsste doch mehrere
Schwingkreise/Quarze haben und würde dann alle mal anregen
lassen und mit dem, wo dann die Prüfsummen etc. passt, würde
dann als Taktgeber gehalten.

Nein, so wird das nicht gemacht. Wäre viel zu aufwendig.
Entweder der Datentakt wird aus einem viel höheren Prozesstakt
durch Teiler gewonnen oder es wird ein Takt syntetisch z.B. mit
einem VCO erzeugt. http://de.wikipedia.org/wiki/VCO
Gruß Uwi

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Ist das halt nur beispielhaft und dass die ganze Übertragung
erstmal nur 01010101 im Wechsel sendet, damit sich der
Empfänger auf die Taktrate einschwingen kann?

Hallo,

ja, genauso wird das gemacht! Damit bei synchroner Übertragung ohne Takt der Takt lokal regeneriert werden kann, sind 2 Massnahmen nötig:

  1. Eine Preambel von mehreren Bytes mit 0101 Muster (bei synchron gibt es ja weder Start- noch Stop-Bit, die Bytes folgen also unmittelbar aufeinander).

  2. Eine Lauflängenbegrenzung: folgen mehr als 5 oder 6 Nullen aufeinander, wird eine zusätzliche 1 eingefügt, die der Empfänger wieder entfernt, ungekehrt wird bei zu vielen 1 eine 0 eingefügt. Die Zeit für 5 Bit ist so kurz, dass die PLL für den Takt nicht wegläuft (so träge muss sie eben ausgelegt sein).

Da das zuverlässig funktioniert und von USART-ICs automatisch gehandhabt wird, verzichtet man meistens drauf, den Takt auf einer getrennten Leitung mitzuübertragen, man kann das aber natürlich machen. Bei alten Postmodems waren dafür noch Leitungen vorgesehen, bei modernen Versionen wie Ethernet, USB, Firewire usw. gibt es aber längst keine Taktleitungen mehr, und auch nicht bei WLAN.

Gruss Reinhard