Interaktive Breitbandkommunikation: Nutzungsformen und Technik von Systemen mit Rückkanälen

202 Pages·1982·8.36 MB·German

by  Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kaiser (auth.)

Telecommunications
Ver6ffentlichungen des / Publications of the
Miinchner Kreis
Ubemationale Vereinigung fUr Kommunikationsforschung
Supranational Association for Communications Research
Band / Volume 8
W Kaiser
Interaktive Breitband
kommunikation
Nutzungsformen und Technik
von Systemen mit Rlickkanalen
Unter Mitarbeit von
H. Armbruster, H.G. Bauer, K. Brepohl, 1 Gerlach,
H. Th. Hagmeyer, L.J. Issing, H. Knuttel
H. Krahmer, W Kurz, P. Mahnkopf, R. Schnee,
R. Scholz, Wl Thurl, W Tinnefeldt, G. Vogt,
M. Welzenbach, B. Wiest
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York 1982
Miinchner Kreis
Ubemationale Vereinigung fiii Koinriuiriikationsforschung
Supranational Association for Communications Research
Barerstr. 14, D-8000 Miinchen 2, Telefon: [phone]
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kaiser
Institut fUr Nachrichteniibertragung, Universitat Stuttgart
BreitscheidstraBe 2,7000 Stuttgart 1
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Kaiser, Wolfgang:
Interaktive Breitbandkommunikation : Nutzungsformen u. Technik von Systemen mit RiickkanaIen /
W. Kaiser. Unter Mitarb. von H. Armbriister .
[Miinchner Kreis, Obernationale Vereinigung fUr Kommunikalionsforschungj. -
Berlin; Heidelberg; New York: Springer, 1982.
(Telecommunications; Bd. 8)
ISBN-13:978-3-540-11895-4 e-ISBN-13:978-3-642-81918-6
DOl: 10.1007/978-3-642-81918-6
NE:GT
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Miinchen, wahrgenommen.
© Springer-¥erlag Berlin Heidelberg 1982
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berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nieht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne
der Warenzeichen-und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten waren und daber von jeder
mann benutzt werden diirl'ten.
Fotosatz: Drucken & Werben/Stuttgart
2362/30201543210
Vorwort
Das Gebiet der Telekommunikation befmdet sich derzeit in einer sttirmischen Entwick
lungsphase. Nach vielen Dekaden relativ besUindiger Weiterentwicklung treten wir in
einen Zeitabschnitt ein, in dem sich groBe Vedinderungen abzeichnen. Das gilt sowohl
fUr die neuen technischen Verfahren zur Nachrichtentibermittlung als auch die damit
moglich gewordenen neuen Formen ihrer Nutzung. Unter dem Wort Breitbandkommu
nikation verstand man bis vor kurzem lediglich den Empfang von Horfunk-und Femseh
programmen, und dies meist nur mittels einer auf dem Hausdach montierten Antenne.
Immer mehr Bundesbtirger sind aber bereits an ein Breitbandkabelnetz angeschlossen
und konnen damit eine groBere Zahl von Programmen mit guter QualiHit empfangen.
Von Monat zu Monat entstehen neue Inselnetze dieser Art, die im Laufe der Zeit zu re
gionalen N etzen zusammengeschlossen werden konnten. Durch RtickkanaJ.e, d. h. Ver
bindungen vom Teilnehmer zuriick zur Zentrale, lassen sich diese N etze mit relativ ge
ringem Aufwand so erweitem, daB ganz neue Formen der Nutzung von Breitbandkom
munikationsnetzen moglich werden.
Der MUN CHNER KREIS hat es sich zur Aufgabe gesetzt, tiber neue Moglichkeiten der
Telekommunikation zu informieren und damit einenBeitrag zu der so dringend notwen
digen Briicke des VersHindnisses zwischen den Entwicklem, Betreibem und Nutzem
eines Telekommunikationssystems zu leisten. Da das Wissen um diese neuen Moglich
keiten, die u. a. auch in den in der Offentlichkeit viel diskutierten Pilotprojekten erprobt
werden solien, als liickenhaft empfunden wurde, hat der ForschungsausschuB des
MDNCHNER KREISES den Fragenkomplex in einem Arbeitskreis naher untersucht
und legt als Resultat der Diskussionen und Einzelbeitrage den vorliegenden Bericht als
Gemeinschaftswerk vor.
Das Buch beschreibt zunachst die in Breitbandkommunikationssystemen mit Rtick
kanalen moglichen Nutzungsformen, erlautert dann die verschiedenen Verfahren zur
technischen Realisierung und die Probleme des Datenschutzes, gibt einen Uberblick
tiber die im Ausland in Erprobung befmdlichen Anlagen und schlieBt mit einigen Anga
ben zu den Kosten derartiger Systeme. Bei der Darstellung der technischen Gestaltungs
linien wird nicht nur auf die heutige Koaxialkabeltechnik, sondem auch auf die mehr in
die Zukunft gerichtete optische Ubertragung aufGlasfasem eingegangen. Dabei waren
wir stets um groBtmogliche Verstandlichkeit bemtiht, um das Wissen tiber diese neuen
Formen der Telekommunikation einer moglichst breiten, interessierten Offentlichkeit
nahezubringen, und haben manche, im Grunde wichtigen technischen Details nur ge
streift oder auch gar nicht erwahnt. Fachausdriicke werden in dem beigefUgten Glossar
erlautert.
Der Dank fUr das Zustandekommen dieses Berichtes gebtihrt den Mitgliedem des Ar
beitskreises, die durch ihre Mitwirkung die Veroffentlichung erst ermoglicht haben. Be
sonders umfangreiche Beitrage stammen von H. G. Bauer, P.Mahnkopf, R. Schnee Jlnd
VI
M. Welzenbach. Bei der kritischen Durchsicht und redaktionellen Uberarbeitung des
Werkes haben sichH.Th.liagmeyer,R. Scholz und M. Welzenbach besonders einge
setzt. Allen sei hiermit herzlich gedankt.
Stuttgart, JuIi 1982 W. Kaiser
Inhaltsverzeichnis
1 Einfuhrung und Uberblick 1
2 Formen der Rtickkanalnutzung 5
2.1 Einleitung . . . . . . . . . . . 5
2.2 Einsatzmoglichkeiten fUr Systeme mit Rtickkanalen 6
2.2.1 FernmesseniFemsteuem . 6
2.2.2 BestelleniReservieren .. 7
2.2.3 N achrichtenl Auskunft . . 7
2.2.3.1 Information aus Archiven 9
2.2.3.2 Ausktinfte von und tiber BehOrden 10
2.2.3.3 Dienstleistungen . . . . . . . . 10
2.2.3.4 Handel ............ . 11
2.2.3.5 Geldwesen und Versicherungen 11
2.2.3.6 Wirtschaft .......... . 11
2.2.3.7 Adressen ........... . 12
2.2.3.8 Individuelle N achrichten und Ausktinfte 13
2.2.4 Zugriff auf exteme Datenbanken . 13
2.2.5 Spiele ....... . 13
2.2.5.1 Zufallsspiele . . . . . 14
2.2.5.2 Algorithmische Spiele 15
2.2.5.3 Kommunikative Spiele 16
2.2.6 Lemen ....... . 17
2.2.6.1 Ausktinfte tiber Bildungsveranstaltungen . 18
2.2.6.2 Aufsuchen von Einzelinformationen fUr Lemzwecke . 19
2.2.6.3 Zeitunabhiingiges Abrufen von Bildungssendungen 20
2.2.6.4 Adaptives Lemen ................. . 20
2.2.6.5 Dialog mit dem Tutor . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.7 AnleitungiBeratung ................ . 22
2.2.7.1 Die Nutzung von Rtickkanalsystemen zur Hilfe fUr Behinderte 22
2.2.7.2 Die Nutzung des Rtickkanals im medizinischen Bereich 25
2.2.7.3 Verbraucherberatung . . . . . . . . . . . 28
2.2.7.4 Hilfe beim Lohnsteuerjahresausgleich . . 30
2.2.8 Schreib-und Btirotatigkeiten . . . . . . . 31
2.2.9 Individual-und Gruppenkommunikation . 34
2.2.10 Audiothek und Videothek . . . . . . . . 36
2.3 Systematische Gliederung der Nutzungsarten 38
2.3.1 FemmesseniFemsteuem . 41
2.3.2 BestelleniReservieren ........... . 42
VIII
2.3.3 N achrichtenl Auskunft . . . . 42
2.3.4 Zugriff auf extemeDatenbanken . 43
2.3.5 Spiele ...... . 43
2.3.6 Lemen .......... . 43
2.3.7 Anleitung/Beratung ... . 44
2.3.8 Schreib-und Biirotatigkeiten 44
2.3.9 Individual-und Gruppenkommunikation . 44
2.4 Schatzwerte fUr die Nutzung ...... . 46
3 Technische Gestaltung . . . 53
3.1 Heutige Breitbandkommunikations (BK) -Netze ohne Riickkanal 53
3.1.1 ProgrammzufUhrung und Signalaufbereitung . 54
3.1.2 Verteilnetz . . . . . . . . . . 54
3.1.2.1 Ubertragungsfrequenzbereiche . . . . 54
3.1.2.2 N etzstruktur . . . . . . . . . . . . . 56
3.1.2.3 Kabel, Dampfung ......... . 57
3.1.2.4 Streckenverstarker, Verstarkerfeldliinge 57
3.1.3 Standardtechnik der Deutschen Bundespost fUr BK-Anlagen 59
3.1.3.1 Bezugskette ........ . 59
3.1.3.2 Ubertragungsfrequenzbereiche . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.4 Hausverteilanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 Kategorien von Riickkaniilen . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3 Riickkanalsysteme ffir Verteilnetze in Koaxialkabeltechnik 66
3.3.1 Struktur der Riickkanalsysteme ............ . 66
3.3.1.1 Netzstrukturen in Verteil-und Dialognetzen ...... . 66
3.3.1.2 Riickkanalsysteme auf der Basis heutiger Standard-BK-Netze 71
3.3.1.3 Erweiterung der heutigen BK-Netzstrukturen ...... . 72
3.3.1.4 Realisierung der Riickkanalsysteme durch getrennte N etze 79
3.3.2 Ubertragungstechnik fUr Riickkanalsysteme ....... . 80
3.3.2.1 Ubertragungsmedien und Multiplexverfahren ...... . 80
3.3.2.2 Ubertragungstechnik fUr Riickkanalsysteme auf der Basis heutiger
BK-Netze ........................... . 82
3.3.2.3 Ubertragungstechnik fUr Riickkanalsysteme, die eine Erweiterung der
heutigen BK-Netzstruktur voraussetzen .............. . 82
3.3.2.4 Ubertragungstechnik fUr Riickkanalsysteme in getrennten N etzen . . 86
3.3.3 Ausblick auf zukiinftige digitale N etze mit Dienstintegration (ISDN) . 88
3.4 Riickkanalsysteme in Netzen mit Glasfaserkabeln .... 90
3.4.1 Eigenschaften optischer Komponenten der Glasfasemetze 91
3.4.1.1 Glasfaser ........ . 91
3.4.1.2 Verbindungstechnik .. . 97
3.4.1.3 Elektro-optische Wandler 97
3.4.1.4 Opto-elektrische Wandler 98
3.4.2 Ubertragungstechnik . . . 99
3.4.2.1 Multiplexbildung im optischen Bereich . 100
3.4.2.2 Multiplexbildung und Modulationsverfahren im elektrischen Bereich 101
3.4.2.3 Bildung von Rlickkanalen in Glasfasemetzen 104
3.4.3 Struktur von Ortsnetzen in Glasfasertechnik . . . 106
3.4.4 Ausblick auf zuklinftige Breitband-Universalnetze 108
3.5 Teilnehmerendgedite . . . . . . . . . . 110
3.5.1 Anforderungen . , . . . . . ~. . . . . . 110
3.5.2 Beschreibung von Eingabeeinheiten . . 115
IX
3.5.3 Beschreibung von Ausgabeeinheiten . . . . . . . . . . 115
3.5.4 Beschreibung von Verarbeitungs- und Speichereinheiten 115
3.5.5 Beispiele von Endgeraten ............... 118
3.5.6 Pay-TV (Femsehen gegen zusatzliches Entgelt) 119
3.6 Die Zentrale in Breitbandkommunikationssystemen mit Rlickkanalen 120
3.6.1 Gesamtausstattung einer Zentrale flir interaktive Breitband-
kommunikation (IBK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.6.2 Ablauf von interaktiven Diensten ................. 123
3.6.3 Anforderungen an die Informationszentrale flir interaktive Dienste 126
3.6.4 Das Rechnersystem flir die interaktive Informationszentrale . . . . 128
3.6.5 Realisierung der audiovisuellen Informationsbank . . . . . . . . . 130
3.6.6 Zuklinftige Tendenzen bei Informationszentralen flir interaktive Dienste 132
4 Gesichtspunkte des Datenschutzes . . . . . . 133
4.1 Rechtliche Aspekte. . . . . . . . . . . . . . 133
4.2 Technische und organisatorische MaBnahmen 135
4.2.1 Eingriffsmoglichkeiten in das technische System 135
4.2.2 MaBnahmen in der Informationszentrale . . . . 13 7
4.2.3 MaBnahmen im Ubertragungssystem und beim Teilnehmergerat . 138
4.3 Mogliche Chiffrierverfahren 139
4.3.1 Prinzip der Chiffrierung 139
4.3.2 Blockv.ersch1i.isselung.... 139
4.3.3 Bitstrom-Verschllisselung.. 140
4.3.4 Schltisselzuteilung und -verwaltung 141
5 Breitbandkommunikationsanlagen mit Rtickkanalen im Ausland 142
5.1 Breitbandkommunikationsanlagen mit Rlickkanalen in den USA. 142
5.1.1 Das Projekt Reading (Pennsylvania) ............. 142
5.1.2 Das Qube-System (Columbus, Ohio) . . . . . . . . . . . . . 144
5.2 Breitbandkommunikationsanlagen mit Rlickkanalen in Japan 145
5.2.1 Das System CCIS (Tama New Town) 145
5.2.2 Video Response System (VRS) . . . . 146
5.2.3 Das Hi-OVIS-System (Higashi-Ikoma) 147
6 Einige Angaben zu den Systemkosten 150
6.1 Vorbemerkung............ 150
6.2 Investitions-und Betriebskosten . . . 152
6.3 Kosten flir die laufende Bereitstellung von Programmen und
Informationen 155
7 Glossar 157
8 Literaturverzeichnis 170
Liste der Autoren 184
Sachverzeichnis 186
1 Einfiihmng und Oberblick
Die heutige Situation auf dem Gebiet der Telekommunikation ist gekennzeichnet durch
getrennte Ubertragungswege flir die schmalbandigen Telekommunikationsdienste
(Femsprechen, Daten-und Textkommunikation) einerseits und die Verteilung der breit
bandigen Telekommunikationsformen (H6rfunk und Femsehen) andererseits. Flir die
schmalbandigen Dienste betreibt die Deutsche Bundespost 6ffentliche Wahlnetze, die
einen individuellen Dialog zwischen Teilnehmem erm6glichen. Zu dieser Kategorie
von Netzen zahlen z.B. das Femsprechwiihlnetz und die Datenwiihlnetze. 1m Gegensatz
zu den auf derartigen Netzen m6glichen Formen der Individualkommunikation steht
die Massenkommunikation, bei der von einer Zentrale aus Signale an alle verbreitet
werden, wie es beispielsweise beim Rundfunk der Fall ist.
Gepriigt durch die verschiedenartigen Anforderungen bei der Individual-und Massen
kommunikation haben sich in der Vergangenheit unterschiedliche Netze entwickelt.
Flir die Femsprech-, Daten- und Textkommunikation ist der Teilnehmer liber eine
sog. TeilnehmeranschluBleitung mit dem Vermittlungsnetz verbunden, das eine beid
seitig gerichtete individuelle Nachrichtenlibertragung zwischen zwei beliebigen Teil
nehmem gestattet. Die sternf6rmig von der Vermittlungsstelle zu jedem Teilnehmer
flihrende Leitung besteht aus einem Paar dlinner Kupferadem von z.B. 0,4 mm Durch
messer, das Signale mit einem nur geringen Bedarf an Frequenzbandbreite libertragen
kann.
Zur Ubertragung eines oder gar mehrerer Femsehprogramme und damitftir die Massen
kommunikation sind diese TeilnehmeranschluBleitungen untauglich; man ben6tigt
dafur Kabel, die eine wesentlich gr6Bere Bandbreite aufweisen. Bei Einzelantennen
anlagen dienen Koaxialkabel zur Zufuhrung der an der Antenne aufgenommenen
Signale zu den einzelnen Femseh-und H6rfunkgeriiten. Es hat sich aber bald gezeigt,
daB es wirtschaftlicher ist und daB auBerdem ein besserer Empfang erreicht werden
kann, wenn sich einige oder gar viele Teilnehmer an eine Gemeinschaftsantennenanlage
anschlieBen. In dem dazu notwendigen Netz von Koaxialkabeln werden die H6rfunk
und Femsehsignale - ausgehend von der Zentrale - bis hin zu den Teilnehmersteck
dosen geflihrt, wobei die Ubertragung einseitig gerichtet, also nur in Vorwiirtsrichtung,
erfolgt. Man spricht von einem baumartig strukturierten Verteilnetz, da die einzelnen,
hierarchisch gegliederten Ubertragungsstrecken mit dem Stamm, den Asten, den
Zweigen und schlieBlich den Blattstengeln eines Baumes verglichen werden k6nnen.
1m Hinblick auf die immer gr6Bere Verbreitung von Gemeinschaftsantennenanlagen
und ihre m6gliche spiitere Einbindung in ein libergreifendes, vielleicht sogar bundes
weites Breitbandkommunikationsnetz hat die Deutsche Bundespost eine einheitliche
Technik flir derartige Anlagen festgelegt. Sie entsprach damit weitgehend einer Empfeh
lung der »Kommission flir den Ausbau des technischen Kommunikationssystems
(KtK)«/126/. Dabei sieht die Planung der Deutschen Bundespost derzeit eine Kapazitiit
von 12 Femsehkaniilen und zusiitzlich 24 UKW-H6rfunkkaniilen mit Stereoqualitiit vor.
. ~-. - -
2
Es ist immer wieder vorgeschlagen und an einigen Stellen im Ausland auch schon erprobt
worden, Verteilnetz~ mit·Riickkanalenauszustatten, um dem Teilnehmer die Mog
lichkeit der Kommunikation zuruck zur Zentrale des Netzes zu eroffnen. Um diesem
Wunsch Rechnung zu tragen, ist das Pflichtenheft der Deutschen Bundespost so ausge
legt, daB im Frequenzbereich 5-10 MHz Riickkanille angeordnet werden konnen. Auch
in den von der KtK vorgeschlagenen Kabelfernsehpilotprojekten sollen Verteilnetze
mit Riickkanalen zum Einsatz kommen, urn neue Kommunikationsformen erproben
zukonnen.
In Breitbandverteilnetzen konnen zusatzlich zu den Fernseh-und Horfunkprogrammen
weitere Allgemeininformationen (z.B. Texte) angeboten werden, aber alle miissen der
Kategorie »Verteilen« zugeordnet werden. Erst durch das Einbringen von Riickkanalen
kann der Teilnehmer Nachrichten zuriick zur Zentrale senden. Damit eroffnet sich ein
breites Spektrum neuer Telekommunikationsformen, die man in die Kategorien
»Abrufen« d.h. ein Verteilen nach Anforderung, »Sammeln« von Informationen durch
die Zentrale und »Dialog mit der Zentrale«, also ein Frage-und Antwortspiel mit der
Zentrale, einordnen kann. Bei einigen Nutzungsformen wird auBer dem Riickkanal
auch ein individueller Vorwartskanal benotigt, der zumindest vorubergehend einem
Teilnehmer fest zugeordnet werden kann. Sofern in der Zentralstelle daruber hinaus in
begrenztem Urnfang die Moglichkeit gegeben ist, Teilnehmer iiber eine Vermittlungs
einrichtung unmittelbar zu verbinden, so konnen diese in direkten Dialog miteinander
treten. Derartige Nutzungsformen konnten eine groBere Verbreitung finden und damit
ein Stiick mehr individualisierte Telekommunikation bieten, jedoch ist bisher zu wenig
daruber bekannt.
Der MUNCHNER KREIS will mit diesem Buch einen Beitrag zu diesem Themenkreis
liefern und versuchen, das Neuland so weit aufzuarbeiten, daB ein breites Verstandnis
der neuen Moglichkeiten und ihrer Realisierungsformen erreicht wird. Dabei bleibt
die Betrachtung nicht auf Fernsehverteilnetze mit Riickkanalen, wie sie beispielsweise
fUr die Pilotprojekte vorgesehen sind, beschrankt, sondern urnfaBt auch die in fernerer
Zukunft zu erwartenden Entwicklungen.
Die Kommunikationstechnik befmdet sich derzeit im Umbruch, von der Analog- zur
Digitaltechnik, von Kupfer zu Glas und von den Einzelnetzenzu einem integrierten N etz.
Die optische Nachrichteniibertragung auf Glasfaserkabeln hat beachtliche Fortschritte
aufzuweisen und kann somit in Balde als eine realistische Alternative zu der heute
verwendeten elektrischen Ubertragung aufKabeln mit Kupferleitern betrachtet werden.
Natiirlich hat dies tiefgreifenden EinfluB auf die Gestaltung von Breitbandkommunika
tionsnetzen, da nicht einfach ein Koaxialkabel-Baumnetz durch ein in gleicher Weise
strukturiertes Netz in Glasfasertechnik ersetzt werden kann. Vor allem deutet sich an,
daB die bisher analog iibertragenen Fernseh-und Horfunksignale dann digital iibertragen
werden. Die in dieser neuen Technik entstehenden Breitbandkommunikationsnetze
konnen gleichzeitig aber auch fUr die Ubertragung von Signalen mit geringerer Band
breite verwendet werden, so daB das Konzept eines integrierten Ubermittlungsnetzes
Gestalt annehmen kann. Obwohl diese Entwicklung noch weiterin die Zukunft gerichtet
ist und N etze dieser Art erst allmahlich eine gewisse Verbreitung fmden werden, versucht
dieses Buch, die Gestaltungslinien auch fUr Riickkanale in solchen Breitbandkommuni
kationssystemen aufzuzeigen.
Der Bericht beschreibt in dem folgenden Kapitel 2 zunachst einige der moglichen
Formen der Nutzung von Breitbandsystemen mit Riickkaniilen. Die Verfasser standen
dabei vor dem Problem, wie sie die l:l.ngewohnli~ch groBe Vielfalt an moglichen Kommu-