Hintergrund

Geschäftsbereich Communication

Im Geschäftsbereich Communication beschäftigt sich SHF mit der Entwicklung von Komponenten und Messgeräten für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung. Die Datenübertragungstechnik ist ein Bereich der Kommunikationstechnologie, in der die Technologien für die technisch gestützte Kommunikation zusammengefasst werden (z.B. Telekommunikation, Mobilkommunikation, Satellitenkommunikation, Netzwerktechnik usw.).

Unter Datenübertragung versteht man alle Methoden, um Informationen von einem Sender (Informationsquelle) zu einem Empfänger (Informationssenke) zu übermitteln. Die physikalischen Erscheinungsformen von Informationen werden als Signale bezeichnet. Eine Information kann durch ein Signal transportiert werden. Technisch wird dazu vom Sender eine physikalische Größe (meist eine elektrische Spannung oder die Frequenz elektromagnetischer Wellen) zeitlich variiert ausgesendet und vom Empfänger gemessen. Dabei kann man zwischen elektrischen und optischen Signalen unterscheiden. Elektrische Signale übermitteln Informationen in Form von elektrischen Spannungen und elektrischen Strömen. Optische Signale übermitteln Informationen mit Hilfe des Lichts.

In der Datenübertragung bezeichnet man die zu übermittelnden Nachrichten oder Informationen als Daten. Daten werden auf der Grundlage der Maßeinheit Bit dargestellt. Ein Informationsträger, der sich in genau einem von zwei Zuständen befinden kann, kann die Datenmenge 1 Bit darstellen. Beispiele wären: Licht an oder aus, bei optischer Übertragung, oder eine Spannung, die größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist, bei elektrischer Übertragung. Ein Bit stellt demnach zwei Zustände (symbolisiert durch die Zahl 0 oder 1) dar.

In Rechnernetzen werden die Daten zumeist in Form von Bitfolgen übertragen. Auf einer physikalischen Übertragungsschicht wird die digitale Bitübertragung auf einer leitungsgebundenen oder leitungslosen Übertragungsstrecke bewerkstelligt. Diese Schicht stellt mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physikalische Verbindungen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen. Das können zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtleiter, Laser), elektromagnetische Wellen (drahtlose Netze) oder Schall sein. Übertragungsmedien können zum Beispiel Kupferkabel, Glasfaserkabel oder das Stromnetz sein.

Eine maßgebliche Größe ist die Datenübertragungsrate. Als Datenübertragungsrate bezeichnet man die Datenmenge, die innerhalb einer Zeiteinheit über ein Übertragungsmedium übertragen wird. Die maximal mögliche Datenübertragungsrate, die fehlerfrei über einen Kanal übertragen werden kann, wird als Kanalkapazität bezeichnet. Diese ist ein Maß für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines Kanals. Ein Kanal kann eine Verbindung im Rechnernetz, eine Verbindung zum Internetdienstanbieter oder eine Schnittstelle zu einem Datenspeicher sein. Die Datenübertragungsrate wird durch das Zählen von Dateneinheiten pro Zeiteinheit gemessen. Die kleinste Dateneinheit ist das Bit, weshalb sie häufig als Bitrate in der Einheit Bit pro Sekunde (bit/s oder engl. bps) angegeben wird. Vielfache dieser Einheit werden oft mit Einheitenvorsätzen gebildet. So steht 1 Mbit/s für 1.000.000 bit/s.

Über einen perfekten Übertragungskanal könnte man theoretisch Daten in unbegrenzter Menge übertragen. Da aber real existierende Kanäle sowohl in ihrer Bandbreite begrenzt als auch verschiedenen Störungen unterworfen sind, ist die maximal mögliche Übertragungsrate begrenzt. Die Bandbreite des Übertragungsweges bestimmt, wie viele einzelne Bits pro Zeiteinheit sicher übertragen werden können. Die Stärke der auf dem Übertragungsweg entstandenen bzw. eingefangenen Störungen begrenzt den maximalen Informationsgehalt eines Symbols, d. h. wie viele unterschiedliche Symbole am Empfänger noch sicher unterschieden werden können. Ein realer Übertragungskanal hat, abhängig von seinen physikalischen Eigenschaften, eine untere und eine obere Grenzfrequenz. Innerhalb dieses Frequenzbands ist eine Signalübertragung möglich. Frequenzen, die darüber oder darunter liegen, werden stärker gedämpft.

Um eine optimale Ausnutzung der Leitungen und Frequenzen zu erreichen, die in der Elektronik und Kommunikationstechnik als Übertragungswege zur Verfügung stehen, wurden Multiplexverfahren entwickelt. Beim Multiplexen werden mehrere verschiedene Signale mittels eines Multiplexers (kurz MUX) gebündelt oder zeitlich ineinander verschachtelt, um sie ohne gegenseitige Beeinflussung simultan und gemeinsam übertragen zu können. Ein Demultiplexer oder kurz DEMUX ist das Gegenstück zu einem Multiplexer. Man unterscheidet verschiedene Multiplexverfahren, von denen in der Kommunikationstechnik das Wellenlängenmultiplexverfahren und das Zeitmultiplexverfahren am häufigsten eingesetzt werden. Beim Wellenlängenmultiplexverfahren (auch WDM für Wavelength Division Multiplex) werden aus verschiedenen Spektralfarben (Lichtfrequenzen) bestehende Lichtsignale zur Übertragung in einem Lichtwellenleiter verwendet. Jede dieser Spektralfarben bildet einen eigenen Übertragungskanal, auf den man nun die Daten eines Senders modulieren kann. Am Ziel dieser optischen Multiplexverbindung werden die einzelnen optischen Übertragungskanäle durch passive optische Filter oder Empfängerelemente wieder getrennt. Beim Zeitmultiplexverfahren (auch TDM für Time Division Multiplex) werden in bestimmten Zeitabschnitten (Zeitschlitzen) die Daten (Signale) verschiedener Sender auf einem Kanal übertragen, d. h. die Daten werden ineinander verschachtelt. Beispielsweise ergibt sich bei vier Eingangsdatenkanälen ein Übertragungskanal in dem die Daten der Eingangskanäle 1 bis 4 aufeinander folgend übertragen werden wie 12341234…

In der Datenübertragungstechnik sind sogenannte integrierte Schaltkreise (auch IS oder engl. Integrated Circuit, IC, genannt) die Grundlage jeglicher komplexer elektronischer Systeme. Es handelt sich dabei um einen auf einem einzigen Stück Halbleitersubstrat (Chip) untergebrachten (integrierten) elektronischen Schaltkreis. Auf oder in einem einkristallinen Substrat sind eine große Zahl von verschiedenartigen oder gleichen aktiven und passiven Halbleiterbauelementen sowie verbindende Leiterzüge vorhanden. Die Größe des Substrats beträgt dabei in der Regel nur wenige Quadratmillimeter. Erst durch die Integration solcher Schaltkreise ist es möglich, umfangreiche Funktionalität auf kleinstem Raum zur Verfügung zu stellen. SHF entwickelt teilweise solche integrierten Schaltungen selbst unter Verwendung der technologischen Prozesse, die von sogenannten Foundries zur Verfügung gestellt werden. Foundries sind Halbleiterfabriken in denen integrierte Schaltungen in Auftragsfertigung hergestellt werden.

Die integrierten Schaltungen sind wiederum Bestandteil komplexer Baugruppen, mit denen elektrische Verbindungen hergestellt werden müssen. Hierbei kommt der Aufbau- und Verbindungstechnik entscheidende Bedeutung für die erzielbaren technischen Eigenschaften der Gesamtbaugruppe zu. Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT, engl. Packaging) umfasst als ein Bereich der Mikrosystemtechnik die Gesamtheit der Technologien und Entwurfswerkzeuge, die zur Integration mikroelektronischer Komponenten auf engstem Raum benötigt werden.

Unter Verwendung der von SHF selbst entworfenen oder auch von zugekauften integrierten Schaltungen werden unter Anwendung der SHF-eigenen Aufbau- und Verbindungstechnik verschiedene Baugruppen wie Breitbandverstärker und Digitalmodule entwickelt und gefertigt. Diese Verstärker und Digitalmodule, wie Multiplexer und Demultiplexer, bilden wiederum die Basis der Messgeräte, die im Geschäftsbereich Communication entwickelt und gefertigt werden. Bei den Kunden von SHF finden sie Verwendung in der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet neuer Datenübertragungstechnologien, wie sie z. B. in Universitäten durchgeführt wird. Breitbandverstärker, die von SHF speziell für den Einsatz in kommerziellen Datenübertragungsnetzen entwickelt werden (sogenannte Systemverstärker), werden von den Kunden von SHF in Transpondern oder Line-Cards verbaut. Diese Transponder und Line-Cards sind Vorprodukte für Router und Switches.

Router und Switches transportieren Daten und bilden damit die Grundlage des Internets sowie aller anderen Netzwerke. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Netzwerken: Local Area Networks (LAN) und Wide Area Networks (WAN). Ein LAN versetzt Computer innerhalb eines räumlichen begrenzten Gebiets in die Lage, miteinander zu kommunizieren, z.B. einen gemeinsamen Server oder Drucker anzusteuern. Switches werden verwendet, um mehrere solcher Geräte in einem LAN miteinander zu verbinden. Mit Routern hingegen werden mehrere räumlich getrennte LAN (im WAN) miteinander verknüpft.

Die durch den Geschäftsbereich Communication entwickelten und gefertigten Messgeräte erlauben die Prüfung der Übertragungsqualität von Netzwerken sowie die qualitative Überprüfung der z.B. in Routern verwendeten Subkomponenten.