Difference between revisions of "Examples of Communication Systems/ISDN Basic Access"

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==Einige Begriffserklärungen ==
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==Some explanations of terms ==
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The most common type of ISDN connection is the&nbsp; '''basic rate interface'''&nbsp; $\rm (BRI)$,&nbsp; which is used in particular by residential customers and medium-sized companies.
  
Die häufigste ISDN–Anschlussart ist der so genannte '''Basisanschluss''' (englisch: ''Basic Rate Interface'' – BRI), der insbesondere von Privatkunden und mittleren Unternehmen genutzt wird.
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[[File:EN_Bei_T_1_2_S1_ganzneu.png|right|frame|ISDN reference configuration]]
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As shown in the diagram, an ISDN connection consists of the following functional groups:
  
Wie in der Grafik dargestellt, besteht ein ISDN–Anschluss aus folgenden Funktionsgruppen:
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*&nbsp; Terminal Equipment Type 1&nbsp; $\rm (TE1$,&nbsp; ISDN terminal equipment$)$,
[[File:P_ID1495__Bei_T_1_2_S1_v1.png|right|frame|ISDN-Referenzkonfiguration]]
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<br><br>
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*&nbsp; Terminal Equipment Type 2&nbsp; $\rm (TE2$,&nbsp; analog terminal equipment$)$,
*''Terminal Equipment'' Typ 1 ('''TE1''', ISDN–Endgerät),
+
 
*''Terminal Equipment'' Typ 2 ('''TE2''', analoges Endgerät),
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*&nbsp; Terminal Adapter&nbsp; $\rm (TA)$,
*''Terminal Adapter'' ('''TA''', Endgeräte–Adapter),
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*''Network Termination'' 1 ('''NT1''', Netzabschluss 1),
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*&nbsp; Network Termination 1&nbsp; $\rm (NT1)$,
*''Network Termination'' 2 ('''NT2''', Netzabschluss 2, optional),
+
 
*''Line Termination'' ('''LT''', Leitungsabschluss),
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*&nbsp; Network Termination 2&nbsp; $\rm (NT2$,&nbsp; optional$)$,
*''Exchange Termination'' ('''ET''', Vermittlungsabschluss).
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*&nbsp; Line Termination&nbsp; $\rm (LT)$,
Die Referenzpunkte zwischen den einzelnen Funktionsgruppen werden mit '''R''', '''S''', '''T''', '''U''' und '''V''' bezeichnet. Daraus ergeben sich auch die üblichen ISDN–Bezeichnungen verschiedener Busse:
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* $\rm S_{\rm 0}$–Bus: &nbsp; Referenzpunkt '''S''' zwischen Teilnehmeranschlussbereich und Netzabschluss; die '''0''' steht für Basisanschluss.
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*&nbsp; Exchange Termination&nbsp; $\rm (ET)$.
* $\rm U_{\rm K0}$–Bus: &nbsp; Referenzpunkt '''U''' zwischen  Netzabschluss und Ortsvermittlungsstelle; das '''K''' steht für Kupferkabel, die '''0''' wieder für Basisanschluss.
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The reference points between the individual function groups are designated
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&nbsp; &nbsp; &nbsp; $\rm R$, &nbsp;$\rm S$, &nbsp;$\rm T$, &nbsp;$\rm U$&nbsp; $\rm V$.&nbsp;
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This also results in the usual ISDN designations of various buses:
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* $\rm S_{\rm 0}$&nbsp; bus: &nbsp; Reference point &nbsp;$\rm S$&nbsp; between subscriber line area and network termination; the &nbsp;"$\rm 0$"&nbsp; stands for basic rate interface.
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* $\rm U_{\rm K0}$&nbsp; bus: &nbsp; Reference point &nbsp;$\rm U$&nbsp; between network termination and local exchange; the &nbsp;"$\rm K$"&nbsp; stands for&nbsp; "copper cable",&nbsp; the &nbsp;"$\rm 0$"&nbsp; again for&nbsp; "basic rate interface".
  
  
Auf den nächsten Seiten werden diese Teilnehmeranschlusskonfiguration sowie die Schnittstellen des ISDN–Basisanschlusses im Detail beschrieben.
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The following sections describe this subscriber line configuration and the interfaces of the ISDN basic rate interface in detail.
  
 
 
 
 
==Logische Kanäle==   
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==Logical channels==   
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The basic rate interface consists of at least three channels, namely
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*two&nbsp; "user channels"&nbsp; resp.&nbsp; "bearer channels" &nbsp; &rArr; &nbsp; "B channels"&nbsp; with&nbsp; $\text{64 kbit/s}$&nbsp; each,&nbsp; and
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*one&nbsp; "signaling channel"&nbsp; resp.&nbsp; "data channel" &nbsp; &rArr; &nbsp; "D channel"&nbsp; with&nbsp; $\text{16 kbit/s}$.
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[[File:EN_Bei_T_1_2_S2.png|right|frame|Logical channels with ISDN]]
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&rArr; &nbsp; A bearer channel is used for the transmission of user information&nbsp; $($voice, &nbsp;texts,&nbsp; images,&nbsp; data,&nbsp; etc.$)$.&nbsp; Two B channels can be active at the same time,&nbsp; operate independently of each other and have different destination devices.
  
Der Basisanschluss besteht aus mindestens drei Kanälen, nämlich zwei Nutzkanälen (B–Kanäle) mit jeweils 64 kbit/s und einem Signalisierungskanal (D–Kanal) mit 16 kbit/s.
 
[[File:P_ID1496__Bei_T_1_2_S2_v1.png|right|frame|Logische Kanäle bei ISDN]]
 
*Ein '''B-Kanal''' (englisch: ''Bearer Channel'') wird zur Übertragung von Nutzinformationen (Sprache, Texte, Bilder, Daten, usw.) verwendet. Zwei B–Kanäle können gleichzeitig aktiv sein, unabhängig voneinander operieren und verschiedene Zieleinrichtungen haben.
 
*Der '''D–Kanal''' (englisch: ''Data Channel'') ist hauptsächlich für die Steuerung der B–Kanäle zuständig. Er sorgt insbesondere für den Auf– und Abbau der Verbindungen und für die Kommunikationssteuerung.
 
*Zusätzlich kann der D–Kanal für die '''Datenübertragung''' genutzt werden. Aufgrund der niedrigen Datenrate (16 kbit/s) ist dies aber nur für Anwendungen mit sehr geringem Datenaufkommen interessant, zum Beispiel für Überwachungsanlagen oder Online–Buchungssysteme.
 
  
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&rArr; &nbsp; The D channel is mainly responsible for controlling the B channels.&nbsp; In particular,&nbsp; it is responsible for establishing and terminating connections and for communication control.
  
Die Grafik zeigt die logischen Kanäle des ISDN–Basisanschlusses. Dem Teilnehmer steht mit den beiden Basiskanälen (je 64 kbit/s) und dem kombinierten Daten– und Signalisierungskanal (16 kbit/s) somit eine '''Gesamt–Nettobandbreite von 144 kbit/s''' zur Verfügung.
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&rArr; &nbsp; In addition,&nbsp; the D channel can be used for&nbsp; '''data transmission'''.&nbsp; Due to the low data rate (16 kbit/s),&nbsp; however,&nbsp; this is only of interest for applications with very low data volumes,&nbsp; for example,&nbsp; monitoring systems or online booking systems.
Alle logischen Kanäle sind bidirektional. Im unteren Teil der Grafik ist die Umsetzung im Basisanschluss dargestellt:
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*Zwischen der Vermittlungsstelle und dem Netzabschluss also auf dem $\rm U_{\rm K0}$–Bus gibt es eine '''Zweidrahtverbindung''', die in beiden Richtungen betrieben wird.
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*Dagegen wird im Hausanschlussbereich auf dem $\rm S_{\rm 0}$–Bus die '''Vierdrahtübertragung''' genutzt, wobei für die beiden Richtungen je eine Doppelader benötigt wird.
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&rArr; &nbsp; The graphic shows the logical channels of the ISDN basic rate interface.&nbsp; With
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*the two user channels&nbsp; (64 kbit/s each),&nbsp; and
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*the combined data and signaling channel&nbsp; (16 kbit/s)  
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the subscriber has a total net bandwidth of&nbsp; $\text{144 kbit/s}$&nbsp; at his disposal.
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&rArr; &nbsp; All logical channels are bidirectional.&nbsp; The lower part of the graphic shows the implementation in the basic rate interface&nbsp; $\rm (BRI)$:
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*Between the exchange and the network termination i.e. on the&nbsp; $\rm U_{\rm K0}$ bus there is a &nbsp;'''two-wire connection'''&nbsp; that is operated in both directions.
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*In contrast, &nbsp; '''four-wire transmission'''&nbsp; is used in the house connection area on the&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$ bus whereby one twisted pair is required for each of the two directions.
 
 
 
 
  
==Endeinrichtungen für ISDN  ==
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==Terminal equipment for ISDN  ==
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There are two different types of terminal equipment for ISDN:
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*'''Terminal Equipment Type 1'''&nbsp; $\rm (TE1)$: &nbsp; This includes,&nbsp; for example,&nbsp; ISDN-capable telephones,&nbsp; ISDN group 4 fax devices and ISDN PC cards.&nbsp; These terminal equipment are connected directly to the&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$&nbsp; interface via the network termination&nbsp; $\rm (NTBA)$.&nbsp;
  
Man unterscheidet bei ISDN zwei verschiedene Arten von Endgeräten:
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*'''Terminal Equipment Typ 1''' (TE1): Hierzu gehören beispielsweise ISDN–fähige Telefone, ISDN–Faxgeräte der Gruppe 4 und ISDN–PC–Karten. Diese Endgeräte werden unmittelbar an der Schnittstelle S0 über den Netzabschluss (NTBA) angeschlossen.
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*'''Terminal Equipment Type 2'''&nbsp; $\rm (TE2)$: &nbsp;This refers to terminal equipment for the analog telephone network&nbsp; (telephones, group 3 fax machines and conventional modems)&nbsp; that must be connected to the &nbsp; $\rm S_{\rm 0}$ interface via a terminal adapter.
*'''Terminal Equipment Typ 2''' (TE2): Darunter versteht man Endeinrichtungen für das analoge Fernsprechnetz (Telefone, Faxgeräte der Gruppe 3 und herkömmliche Modems), die über einen ''Terminal Adapter'' an die S0–Schnittstelle angeschlossenen werden müssen.
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*'''Terminal Adapter''' (TA): Damit können bei ISDN auch TE2–Geräte genutzt werden. Solche Adapter können analoge Schnittstellen zum Endgerät (so genannte a/b–Schnittstellen) besitzen oder auch digitale Schnittstellen, zum Beispiel zum Anschluss von Endgeräten über V.24 oder X21.
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*'''Terminal Adapter'''&nbsp; $\rm (TA)$: &nbsp;This allows TE2 devices to be used with ISDN.&nbsp; Such adapters can have analog interfaces to the terminal&nbsp; (so-called a/b interfaces)&nbsp; or digital interfaces,&nbsp; for example for connecting terminals via V.24 or X21.
  
  
[[File:P_ID1497__Bei_T_1_2_S3_v1.png|right|frame|Konfiguration für einen ISDN-Basisanschluss]]
 
 
{{GraueBox|TEXT=   
 
{{GraueBox|TEXT=   
$\text{Beispiel 1:}$&nbsp;
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$\text{Example 1:}$&nbsp;
Die Grafik zeigt eine ISDN–Konfiguration. In der Mitte ist der Terminal–Adapter „TA2a/b Komfort” der Deutschen Telekom dargestellt, der Bestandteil des uni@home–Paketes ist.
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The graphic shows a possible ISDN configuration.
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[[File:EN_Bei_T_1_2_S3.png|right|frame|Configuration for an ISDN basic rate interface]]
  
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In the center is the terminal adapter&nbsp; "TA2a/b Komfort"&nbsp; from Deutsche Telekom,&nbsp; which is part of the uni@home package.&nbsp; This has two integrated &nbsp;'''a/b ports'''&nbsp; with three TAE sockets for analog terminals:
  
Dieser besitzt zwei integrierte a/b–Ports mit drei TAE–Steckbuchsen für analoge Endgeräte:
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*Der Port 1 ist universal–codiert; man spricht hier wirklich von „Codierung”, auch wenn diese Steckerbelegung mit einer Codierung im nachrichtentechnischen Sinne nichts zu tun hat. An diesen Port kann man TE2–Endgeräte jeder Art (Telefon, Fax, Modem, usw.) anschließen.
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*Port 1 is universal coded;&nbsp; one really speaks of&nbsp; "encoding"&nbsp; here,&nbsp; even if this pin assignment has nothing to do with an encoding in communications.&nbsp; TE2 terminals of any kind&nbsp; $($telephone, fax, modem, etc.$)$&nbsp; can be connected to this port.
*Der Port 2 besteht aus einer N–codierten (steht für ''Non–Voice''–Geräte) TAE–Buchse wie Fax, Anrufbeantworter, usw. und einer F–codierten Buchse für ein Telefon. Bei Port 2 kann nur jeweils einer der beiden Eingänge aktiv sein.}}
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*Port 2 consists of an N-encoded TAE socket such as fax,&nbsp; answering machine,&nbsp; etc.&nbsp; and an F-encoded socket for a telephone.&nbsp; (The&nbsp; "N"&nbsp; here stands for&nbsp; "non-voice devices").&nbsp; For port 2,&nbsp; only one of the two inputs can be active at the same time.}}
 
   
 
   
 
 
 
 
  
== Allgemeine Beschreibung der S<sub>0</sub>–Schnittstelle ==  
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== General description of the S<sub>0</sub> interface ==  
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<br>
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The&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$&nbsp; bus is an in-house bus and represents the connection between the network termination adapter&nbsp; $\rm (NTBA$&nbsp; or&nbsp; $\rm NT)$&nbsp; and the ISDN terminal equipment&nbsp; $\rm (TE)$.&nbsp;
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[[File:EN_Bei_T_1_2_S4a.png|right|frame|$\rm S_{\rm 0}$ bus and connection options]]
  
Der $\rm S_{\rm 0}$–Bus ist ein hausinterner Bus und stellt die Verbindung zwischen Netzabschlussadapter (NTBA oder NT) und den ISDN–Endgeräten (TE) dar. An maximal zwölf Anschlussdosen lassen sich gleichzeitig bis zu acht Endgeräte anschließen wie zum Beispiel Telefone, Faxgeräte, ISDN–Karten und auch ISDN–Nebenstellenanlagen. Ein solcher '''ISDN–Mehrgeräteanschluss''' verfügt über:
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Up to eight terminal equipment such as telephones,&nbsp; fax machines,&nbsp; ISDN cards and also ISDN private branch exchanges can be connected simultaneously to a maximum of twelve connection sockets.
*drei Mehrfachrufnummern (''Multiple Subscriber Number'', MSN) – bis auf zehn erweiterbar,
 
*zwei Nutzkanäle (B–Kanäle) mit jeweils 64 kbit/s für die verschiedenen Dienste,
 
*einen Signalisierungs– bzw. Datenkanal mit 16 kbit/s,
 
*zwölf Anschlussdosen mit bis zu acht angeschlossenen Geräten (aber nur vier Sprach–Endgeräte).
 
  
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Such an &nbsp;'''ISDN multiple subscriber line'''&nbsp; has:
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*three Multiple Subscriber Numbers&nbsp; $\rm (MSN)$ – expandable up to ten,
  
[[File:P_ID1498__Bei_T_1_2_S4a_v1.png|center|frame|$\rm S_{\rm 0}$–Bus und Anschlussmöglichkeiten]]
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*two user channels&nbsp; ("B channels")&nbsp; with 64 kbit/s each for the various services,
  
Aus der Grafik erkennt man:
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*one signaling or data channel with 16 kbit/s,
*Von einer vieradrigen Kupferleitung werden zwei Adern (eine Doppelader) für den Transport der Daten vom Endgerät (TE) zum NTBA belegt (Sendeleitung) und die andere Doppelader für den Datentransfer vom NTBA zum TE (Empfangsleitung).
 
*Beachten Sie bitte, dass in manchen Fachartikeln die Richtung TE → NTBA als Empfangsleitung und die Gegenrichtung NTBA → TE als Sendeleitung bezeichnet wird. Diese gegenüber unserem Tutorial unterschiedliche Beschreibung ergibt sich aus der Sicht des NTBA.
 
*Der $\rm S_{\rm 0}$–Bus stellt zwei B–Kanäle (B1 und B2) für die Nutzdatenübertragung mit je 64 kBit/s und den D–Kanal mit 16 kbit/s für die Signalisierung beim Verbindungsaufbau und für verschiedene Synchronisationsdaten bereit.
 
*Daraus ergibt sich für den $\rm S_{\rm 0}$–Bus eine '''Netto'''–Übertragungsrate von '''144 kbit/s''' pro Richtung. Die '''Brutto'''–Übertragungsrate unter Berücksichtigung von Steuerbits beträgt '''192 kbit/s'''.
 
  
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*twelve connection sockets with up to eight connected devices&nbsp; (but only four voice terminals).
  
Über den $\rm S_{\rm 0}$–Bus können mehrere Endgeräte an den Netzabschluss (''Network Termination for ISDN Basic Rate Access'', NTBA) parallel angeschlossen werden.  Hierbei ist zu beachten:
 
*Die offenen Leitungsenden müssen mit dem Wellenwiderstand von 100 Ω (reell) terminiert werden, da es sonst zu Reflexionen kommt.
 
*Der $\rm S_{\rm 0}$–Bus reagiert im allgemeinen tolerant gegenüber Fehlanpassungen, doch sind in diesem Fall gewisse Längenbegrenzungen und Installationsregeln zu beachten.
 
*Die möglichen Verkabelungsarten für den $\rm S_{\rm 0}$–Bus in der Betriebsart Mehrgeräteanschluss sind in der unteren Grafik dargestellt.
 
  
[[File:P_ID1499__Bei_T_1_2_S4b_v1.png|center|frame|Verkabelungsarten für den $\rm S_{\rm 0}$–Bus]]
 
  
Die übliche Anschlussart ist der '''kurze passive Bus''' mit maximal 150 Meter Länge. An diesen können bis zu acht Endgeräte – beliebig verteilt – angeschlossen werden. Auf den Zusatz „passiv” verzichten wir im Folgenden, auch bei den anderen Anschlussarten.
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From the graphic you can see:
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# Of a four-core copper cable,&nbsp; two cores&nbsp; (one twisted pair)&nbsp; are used to transport data from the terminal equipment&nbsp; $\rm (TE)$&nbsp; to the&nbsp; $\rm NTBA$&nbsp; $($"transmission line"$)$&nbsp; and the other twisted pair is used to transfer data from the NTBA to the TE&nbsp; $($"reception line"$)$.
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#Please note that in some technical articles the direction&nbsp; "TE → NTBA"&nbsp; is referred to as the reception line and the opposite direction&nbsp; "NTBA → TE"&nbsp; as the transmission line.&nbsp; This different description compared to our tutorial results from the view of the NTBA.
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#The&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$&nbsp; bus provides two bearer channels&nbsp; $($B1 and B2$)$&nbsp; for user data transmission with 64 kbit/s each and additionally the data channel with 16 kbit/s for signaling during connection setup and for various synchronization data.
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#This results in a &nbsp; '''net''' transmission rate of&nbsp; $\text{144 kbit/s}$ &nbsp; per direction for the&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$ bus.&nbsp; The&nbsp; '''gross''' transmission rate,&nbsp; taking control bits into account,&nbsp; is &nbsp;$\text{192 kbit/s}$.
  
Der '''erweiterte Bus''' ist mindestens 100 Meter und höchstens 500 Meter lang. Es können maximal vier Endgeräte angeschlossen werden, allerdings dürfen diese nur innerhalb der letzten 50 Meter vor dem Abschlusswiderstand positioniert sein.
 
  
Bei einem Punkt–zu–Punkt–Anschluss kann die Kabellänge bis zu 1000 Meter betragen. Man spricht in diesem Fall von einem '''langen Bus'''. Es ist zu beachten, dass bei dieser Länge aber nur ein einziges Endgerät angeschlossen werden kann („Einzelanschluss”).
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Several terminals can be connected in parallel to the&nbsp; "Network Termination for ISDN Basic Rate Access"&nbsp; $\rm (NTBA)$&nbsp; via the &nbsp; $\rm S_{\rm 0}$ bus.
  
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Please note the following:
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*The open line ends must be terminated with the wave impedance of&nbsp; $\rm 100\ Ω$&nbsp; $($real$)$,&nbsp; otherwise reflections will occur.
  
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*The&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$ bus generally reacts tolerantly to mismatching,&nbsp; but in this case certain length limitations and installation rules must be observed.
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[[File:EN_Bei_T_1_2_S4b.png|right|frame|Cabling types for the&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$ bus]]
  
==Nachrichtentechnische Aspekte der S<sub>0</sub>–Schnittstelle== 
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*The possible cabling types for the&nbsp; $\rm S_{\rm 0}$ bus in the multi-device connection operating mode are shown in the graphic on the right.
  
Auf dem $\rm S_0$–Bus werden die beiden B–Kanäle und der D–Kanal zusammen mit Synchronisations– und Steuerbits in Rahmen zu je 48 Bit im Zeitmultiplex übertragen. Anwendung findet der '''modifizierte AMI–Code''' (der Name steht für ''Alternate Mark Inversion''), der wie folgt charakterisiert werden kann:
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*Die logische (binäre) „1” wird durch den Spannungswert $0\ \rm  V$ dargestellt und die logische (binäre) „0” abwechselnd mit $+s_0$ bzw. $-s_0$, wie der Vergleich des oberen und des unteren Signalverlaufs in der Grafik von Beispiel 2 zeigt. Bei ISDN ist der Aussteuerbereich $s_0 = 0.75\ \rm  V$ festgelegt.
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&rArr; &nbsp; The usual connection type is the&nbsp;  '''short  bus'''&nbsp; with a maximum length of&nbsp; $150$&nbsp; meters.&nbsp; Up to eight terminal equipment – distributed as required – can be connected to this bus.&nbsp;
*Die Pseudoternärcodierung stellt sicher, dass der $\rm S_0$–Bus jederzeit gleichspannungsfrei bleibt. Die Redundanz von $1 - 1/\log_2 (3) ≈ 37\%$ wird bei ISDN beispielsweise zur Rahmensynchronisation verwendet, in dem man zur Markierung von Rahmen die AMI–Codierregeln gezielt verletzt.
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*Der $\rm S_0$–Bus ist durch die logische UND–Verknüpfung beschreibbar. Das heißt, dass der NTBA nur dann die logische „1” empfängt, wenn alle Endgeräte eine logische „1” – also den Nullpegel – senden. Sendet auch nur ein Gerät die logische „0”, so wird diese auch empfangen.
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*Alle Endgeräte beziehen ihren Takt vom NTBA und arbeiten bitsynchron. Das Ruhesignal ist stets der Nullpegel, also die logische „Dauer–Eins”. Da zudem im D–Kanal alle Geräte eine „0” immer mit gleicher Polarität senden, können sich Impulse nicht gegenseitig auslöschen.
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&rArr; &nbsp; The&nbsp; '''extended bus'''&nbsp; is at least&nbsp; $100$&nbsp; meters and at most&nbsp; $500$&nbsp; meters long.&nbsp; A maximum of four terminal equipment can be connected,&nbsp; but these may only be positioned within the last&nbsp; $50$&nbsp; meters before the terminating impedance.
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&rArr; &nbsp; For a point-to-point connection,&nbsp; the cable length can be up to&nbsp; $1000$&nbsp; meters.&nbsp; In this case,&nbsp; it is referred to as a&nbsp; '''long bus'''.&nbsp; It should be noted,&nbsp; however,&nbsp; that only one terminal equipment can be connected at this length&nbsp; $($"single connection"$)$.
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<br clear=all>
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==Telecommunications aspects of the S<sub>0</sub> interface== 
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On the&nbsp; $\rm S_0$ bus,&nbsp; the two bearer channels and the data channel are transmitted together with synchronization and control bits in frames of&nbsp; $48$&nbsp; bits each in time division multiplex.&nbsp; The &nbsp;'''modified AMI code'''&nbsp; $($the name stands for "alternate mark inversion"$)$&nbsp; is used,&nbsp; which can be characterized as follows:
 +
# The logical&nbsp; (binary)&nbsp; "1"&nbsp; is represented by the voltage value&nbsp; $0\ \rm  V$&nbsp; and the logical&nbsp; (binary)&nbsp; "0"&nbsp; alternately by &nbsp; $+s_0$ &nbsp; or &nbsp; $-s_0$,&nbsp; as the comparison of the upper and lower signal waveforms in the graphic of&nbsp; $\text{Example 2}$&nbsp; shows.&nbsp; For ISDN,&nbsp; the modulation range&nbsp; $s_0 = 0.75\ \rm  V$&nbsp; is fixed.
 +
# The pseudo-ternary coding ensures that the&nbsp; $\rm S_0$&nbsp; bus remains free of DC voltage at all times.&nbsp; The redundancy of &nbsp; $1 - 1/\log_2 (3) ≈ 37\%$ &nbsp; is used in ISDN,&nbsp; for example,&nbsp; for frame synchronization by deliberately violating the AMI coding rules to mark frames.
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# The&nbsp; $\rm S_0$ bus is writable by the logical&nbsp; "AND"&nbsp; operation.&nbsp; This means that the NTBA only receives the logical&nbsp; "1"&nbsp; if all terminal devices equipment send a logical&nbsp; "1" - i.e. the zero level.&nbsp; If only one device sends the logical&nbsp; "0",&nbsp; this is also received.
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# All terminal equipment obtains its clock from the NTBA and operates bitsynchronously.&nbsp;The quiescent signal is always the zero level,&nbsp; i.e. the logical&nbsp; "continuous one".&nbsp; In addition,&nbsp; since all devices in the data channel always transmit a&nbsp; "0"&nbsp; with same polarity,&nbsp; pulses cannot cancel each other out.
  
  
 
{{GraueBox|TEXT=   
 
{{GraueBox|TEXT=   
$\text{Beispiel 2:}$&nbsp;
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$\text{Example 2:}$&nbsp;
Die Grafik verdeutlicht den Unterschied zwischen modifiziertem und [[Digitalsignalübertragung/Symbolweise_Codierung_mit_Pseudoternärcodes#Eigenschaften_des_AMI-Codes|herkömmlichem AMI–Code]], nämlich die Vertauschung von „0” und „1” beim Binärsignal. Der Grund für diese Vertauschung ist:
+
The graphic illustrates the difference between the&nbsp; "modified"&nbsp; and the&nbsp; [[Digital_Signal_Transmission/Symbolwise_Coding_with_Pseudo-Ternary_Codes#Properties_of_the_AMI_code|"conventional AMI code"]],&nbsp; namely the swapping of&nbsp; "0"&nbsp; and&nbsp; "1"&nbsp; in the binary signal.&nbsp; The reason for this interchange is:
[[File:P_ID1500__Bei_T_1_2_S5_neu.png|right|frame|AMI–Code und modifizierter AMI–Code]]
+
[[File:EN_Bei_T_1_2_S5_neu.png|right|frame|AMI code and modified AMI code]]
*Beim normalen AMI-Code werden bei einer Sprachpause auch keine Symbole übertragen, oder anders ausgedrückt, über einen längeren Zeitraum nur Impulse mit der Amplitude $0 \ \rm V$ (siehe mittleres Diagramm). Dies erschwert die Taktsynchronierung.
+
*With the conventional AMI code,&nbsp; no symbols are transmitted during a speech pause either.&nbsp; Or in other words,&nbsp; only pulses with the amplitude&nbsp; $0 \ \rm V$&nbsp; are transmitted over a longer period of time&nbsp; $($see middle diagram$)$.&nbsp; This makes clock synchronization more difficult.
*Beim modifizierten AMI–Code (unteres Diagramm) wechseln sich positive und negative Impulse ab  &nbsp; ⇒  &nbsp; einfache Taktsynchronierung bei &bdquo;Dauer–Null&bdquo;. Kritisch ist nun ein &bdquo;Dauer–Eins&bdquo;&ndash;Signal, was aber bei Sprachübertragung nie (oder nur extrem selten) auftritt.
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*With the modified AMI code&nbsp; $($lower diagram$)$,&nbsp; positive and negative pulses alternate &nbsp; ⇒  &nbsp; simple clock synchronization at&nbsp; "duration zero".&nbsp; Critical is now a&nbsp; "continuous one"&nbsp; signal,&nbsp; but this  occurs in voice transmission never&nbsp;  (or only extremely rarely).
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We received this note on the practical significance of the modified AMI code from Prof. Peter Richert&nbsp; (FH Münster).&nbsp; Many thanks!}}
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==Frame structure of the S<sub>0</sub> interface ==
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The frame structure of the&nbsp; $\rm S_0$ interface - i.e. the bus between the network termination&nbsp; $\rm (NTBA)$&nbsp; and the subscriber terminal equipment&nbsp; $\rm (TE)$&nbsp; - is shown in the upper part of the following graphic.&nbsp; The lower part shows the frame structure in the opposite direction&nbsp; $\rm (TE&nbsp; → &nbsp;NTBA)$.
  
Diesen Hinweis zur praktischen Bedeutung des modifizierten AMI–Codes erhielten wir von Prof. Peter Richert (FH Münster). Herzlichen Dank!}}
+
[[File:EN_Bei_T_1_2_S6_v2.png|right|frame|$\rm S_0$ frame structure]]
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Each frame consists of
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*$2 · 8 = 16$&nbsp; bits for each of the two bearer channels&nbsp; $(32$&nbsp; bits in total$)$,
  
 +
*$4$&nbsp; bits for the data channel&nbsp; (marked green),&nbsp; and
  
==Rahmenstruktur der S<sub>0</sub>–Schnittstelle ==
+
*another&nbsp; $12$&nbsp; control bits,&nbsp; which are different for the two transmission directions.
  
Der Rahmenaufbau der $\rm S_0$–Schnittstelle – also der Bus zwischen dem Netzabschluss (NTBA) und der Teilnehmerendeinrichtung (TE) – ist im oberen Teil der folgenden Grafik dargestellt. Der untere Teil zeigt die Rahmenstruktur in der Gegenrichtung (TE → NTBA). Ein jeder Rahmen besteht aus
+
<br>Each frame is thus composed of&nbsp; $48$&nbsp; bits,&nbsp; which are transmitted in&nbsp; $250$&nbsp; microseconds&nbsp; $(4000$&nbsp; frames per second$)$.
*je 2 · 8 = 16 Bit für jeden der beiden B–Kanäle (insgesamt 32 Bit),
 
*4 Bit für den D–Kanal (grün markiert) und
 
*weiteren 12 Steuerbits, die für die beiden Übertragungsrichtungen unterschiedlich sind.
 
  
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This results in a&nbsp; '''total gross bit rate'''&nbsp; of&nbsp; $48 · 4000 = 192\ \rm  kbit/s$.
  
[[File:P_ID1501__Bei_T_1_2_S6_v4.png|right|frame|$\rm S_0$–Rahmenstruktur]]
+
The&nbsp; '''twelve bits for control information''' &nbsp;are composed as follows:
Jeder Rahmen setzt sich somit aus 48 Bit zusammen, die in 250 Mikrosekunden übertragen werden (4000 Rahmen pro Sekunde). Hieraus ergibt sich die Gesamtbruttobitrate von 48 · 4000 = 192 kbit/s.
+
*$\rm A$ bit:&nbsp; Activation bit&nbsp; (marked in brown),
 +
*$\rm E$ bits:&nbsp; Bits for echo channel&nbsp; (marked red),
 +
*$\rm F$ bit:&nbsp; Frame synchronization bit,
 +
*$\rm FA$ bit:&nbsp; Additional frame synchronization bit,
 +
*$\rm L$ bits:&nbsp; DC equalization bits,
 +
*$\rm N$ bit:&nbsp; Inverted&nbsp; $\rm FA$&nbsp; bit,
 +
*$\rm S$ bits:&nbsp; Reserved for future applications.
  
Die '''12 Bit für Steuerinformationen''' setzen sich wie folgt zusammen:
 
*A–Bit: Aktivierungsbit (braun markiert),
 
*E–Bits: Bits für Echo–Kanal (rot markiert),
 
*F–Bit: Rahmensynchronisationsbit,
 
*FA–Bit: Zusätzliches Rahmensynchronisationsbit,
 
*L–Bits: Gleichstrom–Ausgleichbits,
 
*N–Bit: invertiertes FA–Bit,
 
*S–Bits: reserviert für zukünftige Anwendungen.
 
  
 +
The interaction of these control bits is described in&nbsp; $\text{Example 3}$.
  
Das Zusammenwirken dieser Steuerbits wird im Beispiel 3 beschrieben. Vorneweg nur soviel:
+
{{BlaueBox|TEXT= 
*Jeder Rahmen ist aus Teilrahmen zusammengesetzt, wobei jeder Teilrahmen und somit auch der gesamte Rahmen – gleichstromfrei gehalten werden muss. Um dies zu erreichen, verwendet man in jedem Teilrahmen so genannte L–Bits.
+
$\text{In advance only so much:}$&nbsp;
*Ein solches '''L–Bit''' ist immer dann logisch „0” mit positiver oder negativer Polarität $(±0.75 \ \rm V)$, wenn die Anzahl der Polaritätswechsel nach dem letzten L–Bit ungerade ist. Ist dagegen die Anzahl der Polaritätswechsel gerade, so ist das L–Bit logisch „1” &nbsp; ⇒ &nbsp;  $0 \ \rm V$.
+
 
 +
# Each frame is composed of subframes,&nbsp; whereby each subframe and thus the entire frame - must be kept DC&ndash;free.  
 +
# To achieve this,&nbsp; so-called&nbsp; $\rm L$ bits&nbsp; are used in each subframe.
 +
# Such a&nbsp; $\rm L$ bit&nbsp; is always logical&nbsp; "0"&nbsp; with positive or negative polarity&nbsp; $(±0.75 \ \rm V)$,&nbsp; if the number of polarity changes after the last&nbsp; $\rm L$ bit&nbsp; is odd.  
 +
# On the other hand,&nbsp; if the number of polarity changes is even,&nbsp; the &nbsp; $\rm L$ bit&nbsp; is&nbsp; logical&nbsp; "1" &nbsp; ⇒ &nbsp;  $0 \ \rm V$.}}
  
  
 
{{GraueBox|TEXT=   
 
{{GraueBox|TEXT=   
$\text{Beispiel 3:}$&nbsp;
+
$\text{Example 3:}$&nbsp;
Die folgende Beschreibung der Bitbelegung, die von der Übertragungsrichtung abhängt, basiert auf der obigen Grafik zur $\rm S_0$–Rahmenstruktur. In '''beiden Richtungen''' gilt:
+
The following description of the bit assignment&nbsp; $($depending on the transmission direction$)$&nbsp; is based on the above graphic for the&nbsp; $\rm S_0$ frame structure.
*Das erste Bit eines jeden Rahmens ist das Rahmensynchronisationsbit ('''F–Bit'''). Dieses ist stets „0” mit positiver Polarität &nbsp;  ⇒  &nbsp; $+0.75 \ \rm V$.
 
*Danach folgt ein Gleichstrom-Ausgleichsbit ('''L–Bit''': „0” mit negativer Polarität  &nbsp; ⇒  &nbsp; $-0.75 \ \rm V$) zum Verhindern eines Gleichstromanteils.
 
*Da am Ende des letzten Rahmens ebenfalls ein '''L–Bit''' (mit Pegel $+0.75 \ \rm V$) aufgetreten ist, führt das '''F–Bit''' des aktuellen Rahmens zu einer absichtlichen Verletzung der AMI–Codierregel (violette Markierung in der Grafik), was zur Rahmensynchronisation genutzt wird.
 
*Das 14. Bit ist ein zusätzliches Rahmensynchronisationsbit ('''FA–Bit'''), das immer auf „0 negativ” $(-0.75 \ \rm V)$ gesetzt ist.
 
*Da der Teilrahmen zwischen Bit 3 und 13 stets gleichstromfrei ist, erzeugt das '''FA–Bit''' (14) zusammen mit dem '''L–Bit''' (2) ebenfalls eine beabsichtigte Codeverletzung.
 
*Diese zweite Codeverletzung bestätigt die vom '''F–Bit''' herrührende Codeverletzung. Damit wird vermieden, dass ein Übertragungsfehler fälschlicherweise als Rahmenanfang interpretiert wird.
 
*Ein Verlust der Rahmensynchronität wird angenommen, wenn innerhalb zweier Rahmen keine Codeverletzungspaare identifiziert werden.
 
*Die Rahmensynchronisation ist abgeschlossen, wenn drei aufeinander folgende Codeverletzungen erkannt wurden: '''F – FA – F'''.
 
  
 +
&rArr; &nbsp; In&nbsp; '''both directions''':&nbsp;
 +
#&nbsp; The first bit of each frame is the frame synchronization bit &nbsp;$(\rm F$&nbsp; bit$)$.&nbsp; This is always&nbsp; "0"&nbsp; with positive polarity &nbsp;  ⇒  &nbsp; $+0.75 \ \rm V$.
 +
#&nbsp; This is followed by a DC compensation bit &nbsp;$\rm (L$&nbsp; bit:&nbsp; "0"&nbsp; with negative polarity  &nbsp; ⇒  &nbsp; $-0.75 \ \rm V)$&nbsp; to prevent a DC component.
 +
#&nbsp; Since an  &nbsp;$\rm L$&nbsp; bit &nbsp;$($with level&nbsp; $+0.75 \ \rm V)$&nbsp; has also occurred at the end of the last frame,&nbsp; the &nbsp;$\rm F$&nbsp; bit of the current frame leads to a deliberate violation of the AMI coding rule&nbsp; $($purple marking in the graphic$)$,&nbsp; which is used for frame synchronization.
 +
#&nbsp; The 14th bit is an additional frame synchronization bit &nbsp;$(\rm FA$&nbsp; bit$)$&nbsp; which is always set to&nbsp; "0 negative"&nbsp; $(-0.75 \ \rm V)$.
 +
#&nbsp; Since the subframe between bits 3 and 13 is always DC-free, the &nbsp;$\rm FA$&nbsp; bit&nbsp; also generates an intentional code violation together with the &nbsp;$\rm L$.
 +
#&nbsp; This second code violation confirms the code violation originating from the&nbsp; $\rm F$&nbsp; bit.&nbsp; This prevents a transmission error from being incorrectly interpreted as a frame start.
 +
#&nbsp; Loss of frame synchronization is assumed when no code violation pairs are identified within two frames.
 +
#&nbsp; Frame synchronization is complete when three consecutive code violations have been detected: &nbsp; "$\rm F – FA – F$".
  
In '''Senderichtung''' (untere Grafik) können verschiedene Endgeräte gleichzeitig senden. Jedes einzelne Gerät muss durch das jeweilige L–Bit nach jedem '''B–Kanal (Bit 11, 24, 35, 46)''' und '''D–Kanal (Bit 13, 26, 37, 48)''' gleichstromfrei sein. Das L–Bit 15 ist immer „0” mit positiver Polarität $(+0.75 \ \rm V)$.
 
  
In '''Empfangsrichtung''' (obere Grafik) sendet allein der NTBA und somit reicht ein einziges Ausgleichsbit '''(L–Bit)''' außer Bit 2 am Ende. Daneben gibt es in dieser Richtung (NTBA → TE) weitere Steuerbits:
+
&rArr; &nbsp; Different terminal equipment can transmit simultaneously in the&nbsp; '''transmitting direction'''&nbsp; (lower graphic):
*Das dreizehnte Bit ist das Aktivierungsbit ('''A–Bit'''). Dieses wird bei Aktivierung auf „0” und bei Deaktivierung auf „1” gesetzt.
+
#&nbsp; Each device must be DC-free by the respective &nbsp;$\rm L$&nbsp; bit after each bearer channel&nbsp; $($bit 11, 24, 35, 46$)$&nbsp; and data channel&nbsp; $($bit 13, 26, 37, 48$)$.&nbsp; 
*Das '''N–Bit''' auf Bitposition 15 folgt stets direkt dem FA–Bit und ist gegenüber diesem invertiert, also auf „1” gesetzt ⇒ 0 V.
+
#&nbsp;  The&nbsp;$\rm L$&nbsp; bit at position 15 is always&nbsp; "0"&nbsp; with positive polarity&nbsp; $(+0.75 \ \rm V)$.
*Die '''S–Bits''' S1 und S2 sind für künftige Anwendungen reserviert und momentan immer auf logisch „0” (mit unterschiedlichen Polaritäten) gesetzt.
+
 
*Die insgesamt vier '''E–Bits''' (Bits für den Echo–Kanal) in Empfangsrichtung hängen von den D–Bits der Senderichtung ab. Anhand dieser Bits kann entschieden werden, welche Endgeräte momentan senden dürfen. Hierauf wird auf der nächsten Seite noch im Detail eingegangen.}}
+
 
 +
&rArr; &nbsp; In the&nbsp; '''reception direction'''&nbsp; (upper graphic),&nbsp; only the NTBA transmits and thus a single compensation bit &nbsp;$\rm L$&nbsp; bit$)$&nbsp;  is sufficient except for bit 2 at the end.&nbsp; In addition,&nbsp; there are further control bits in this direction&nbsp; $\rm (NTBA → TE)$:
 +
#&nbsp; The thirteenth bit is the activation bit &nbsp;$(\rm A$&nbsp; bit$)$.&nbsp; This is set to&nbsp; "0"&nbsp; when activated and to&nbsp; "1"&nbsp; when deactivated.
 +
#&nbsp; The &nbsp;$\rm N$&nbsp; bit at bit position&nbsp; 15&nbsp; always directly follows the &nbsp;$\rm FA$&nbsp; bit&nbsp; and is inverted with respect to it,&nbsp; i.e. set to&nbsp; "1" &nbsp; &nbsp; $0 \ \rm V$.
 +
#&nbsp; The bits&nbsp; $\rm S1$&nbsp; and&nbsp; $\rm S2$&nbsp; are reserved for future applications and are currently always set to logical&nbsp; "0"&nbsp; $($with different polarity$)$.
 +
#&nbsp; The total of four &nbsp;$\rm E$&nbsp; bits&nbsp; (for the echo channel)&nbsp; in the reception direction depend on the data bits of the transmission direction.  
 +
#&nbsp; These bits can be used to decide which terminals are currently allowed to transmit.&nbsp; This will be discussed in detail in the next section.}}
 
 
 
 
  
==Kollissionsfreier Zugriff mehrerer Endeinrichtungen auf den D&ndash;Kanal ==
+
==Collision-free access to the data channel ==
Abschließend soll gezeigt werden, wie bei ISDN mehreren Endeinrichtungen ein '''Zugang zum D–Kanal''' ermöglicht wird, ohne dass es zu Kollisionen kommt, und welche Endeinrichtung Priorität beim Senden hat. Man verwendet für die Blockierung bzw. die Freischaltung des D–Kanals das Verfahren '''''C'''arrier '''S'''ense '''M'''ultiple '''A'''ccess'' (CSMA), das in aller Kürze wie folgt beschrieben werden kann:
+
<br>
*In den Datenstrom für die Richtung NTBA → TE wird der so genannte Echo–Kanal eingefügt. Darunter versteht man die Gesamtheit der in der Grafik rot markierten E–Bits, die jeweils ein zuvor empfangenes D–Bit wieder zurück an die Endgeräte übertragen.
+
Finally,&nbsp; it will be shown how ISDN allows several terminals to&nbsp; '''access the data channel'''&nbsp; without collisions,&nbsp; and which terminal has priority when transmitting.&nbsp;
*Ein E–Bit ergibt sich aus der '''UND–Verknüpfung''' aller Teilnehmer. Das heißt: Im '''Echo–Kanal''' tritt die logische „1” nur dann auf, wenn jeder Teilnehmer eine „1” – also nichts – sendet. Eine „0” im Echo–Kanal zeigt an, dass ein Gerät Zugriff auf den D–Kanal hat oder dies zumindest wünscht.
 
*Jedes Endgerät überprüft durch '''Mithören auf dem Echo–Kanal''', ob der D–Kanal frei oder belegt ist. Dazu wartet das Endgerät auf mindestens N aufeinander folgende logische Einsen (0 V) im Echo–Kanal. Bei einer Fernsprecheinrichtung gilt $N$ = 8, bei Dateneinrichtungen $N$ = 10.
 
*Nach $N$ Einsen kann man mit genügender Sicherheit von einem freien D–Kanal ausgehen und das Gerät beginnt zu senden. Zur Übertragungssicherung beginnt und endet jede Nutzinformation mit dem Bitmuster 01111110 ('''Flag''') gemäß dem Protokoll der Schicht 2 des OSI–Referenzmodells.
 
  
 +
The &nbsp;$\rm C$arrier $\rm S$ense $\rm M$ultiple $\rm A$ccess&nbsp; $\rm (CSMA)$&nbsp; method is used for blocking and unblocking the data channel and can be described briefly as follows:
 +
*The &nbsp;'''echo channel'''&nbsp; is inserted into the data stream for the direction&nbsp; $\rm NTBA → TE$.&nbsp; This is the totality of the &nbsp;$\rm E$&nbsp; bits marked in red in the graphic&nbsp; $($on the previous section$)$,&nbsp; each of which transmits a previously received&nbsp; $\rm D$&nbsp; bit back to the terminals.
  
Im nachfolgenden Beispiel wird gezeigt, welchem Endgerät Priorität eingeräumt wird, wenn zwei Endeinrichtungen gleichzeitig mit dem Senden beginnen wollen.
+
*An &nbsp; &nbsp;$\rm E$&nbsp; bit&nbsp; results from the&nbsp; '''AND operation'''&nbsp; of all participants.&nbsp; This means: &nbsp;In the echo channel,&nbsp; the logical&nbsp; "1"&nbsp; only occurs if every participant reports a&nbsp; "1"&nbsp; - i.e. sends nothing.&nbsp; A&nbsp; "0"&nbsp; in the echo channel indicates that a device has access to the data channel or at least wishes to do so.
  
 +
*Each terminal equipment checks whether the data channel is free or busy by&nbsp; '''listening on the echo channel'''.&nbsp; For this purpose,&nbsp; the terminal waits for at least&nbsp; $N$&nbsp; consecutive logical ones&nbsp; $(0 \ \rm V)$&nbsp; in the echo channel.&nbsp; For a telephone device&nbsp; $N = 8$,&nbsp; for data devices&nbsp; $N = 10$.
  
{{Beispiel}}
+
*After&nbsp; $N$&nbsp; ones,&nbsp; one can assume with sufficient certainty that there is a free data channel and the device starts to transmit.&nbsp; For transmission security,&nbsp; each piece of user information starts and ends with the bit pattern&nbsp; "01111110" &nbsp; &rArr; &nbsp; $\rm (flag)$&nbsp; according to the protocol of layer&nbsp; '''2'''&nbsp; of the OSI reference model.
Zwei Endgeräte TE1 und TE2 wollen gleichzeitig auf den D–Kanal zugreifen. Sie warten beide $N$ = 8 aufeinander folgende logische Einsen auf dem Echo–Kanal ab (in der Grafik blau markiert, Zeitmarke $t_1$). Danach senden beide – wieder gleichzeitig – ein Flag (grüne Markierung, Zeitmarke $t_2$).
 
  
[[File:P_ID1502__Bei_T_1_2_S6b_v1.png|center|frame|D–Kanal–Zugriff und Zusammenspiel mit Echo-Kanal]]
 
  
Zum Zeitpunkt $t_3$ senden nun beide Endgeräte ihre eigentlichen Informationen. Im Echo–Kanal erkennt man eine Kollision nur dann, wenn sich die Bits von TE1 und TE2 unterscheiden. Priorität hat dabei die logische „0” gegenüber der logischen „1”. Im Beispiel hat somit TE2 Priorität gegenüber TE1, da das 5. Bit von TE2 eine „0” ist und das 5. Bit von TE1 eine „1” (rote Markierungen).
+
An example
Somit wird TE1 den Sendebetrieb stoppen. Er kann seine Information erst zum Zeitpunkt $t_7$ absetzen, nachdem TE2 seine Sendung mit einem Flag abschließt ( $t_4$ ), und damit der D–Kanal ab $t_5$ wieder frei ist. Dies überprüft TE1 während der Zeitmarke t5 und sendet danach ( $t_6$ ) wieder ein Flag.
+
shows which terminal equipment is given priority when two terminal equipment want to start transmitting at the same time.
  
{{end}}
+
{{GraueBox|TEXT= 
 +
$\text{Example 4:}$&nbsp; Two terminal devices&nbsp; $\rm TE1$&nbsp; and&nbsp; $\rm TE2$&nbsp; want to access the data channel at the same time.&nbsp;  They both wait for&nbsp; $N = 8$&nbsp; consecutive logical ones on the echo channel $($marked blue in the graphic, time marker&nbsp; $t_1)$.
 +
[[File:EN_Bei_T_1_2_S6b.png|right|frame|Data channel access and interaction with the echo channel]]
 +
 +
# &nbsp; After that,&nbsp;  both send&nbsp; &ndash; again simultaneously &ndash;&nbsp; a flag&nbsp; $($green mark,&nbsp; time marker&nbsp; $t_2)$.
 +
# &nbsp; At time&nbsp; $t_3$,&nbsp; both terminals send their information.&nbsp; In the echo channel,&nbsp; a collision is detected if the bits of TE1 and TE2 differ.
 +
# &nbsp;  The logical&nbsp; "0"&nbsp; has priority over the logical&nbsp; "1".&nbsp; In the example,&nbsp; TE2 has priority over TE1,&nbsp; because the fifth bit of TE2 is a&nbsp; "0"&nbsp; and the fifth bit of TE1 is a&nbsp; "1"&nbsp; $($red marks$)$.
 +
# &nbsp; Thus TE1 will stop the transmission.&nbsp; It can only send its information at time&nbsp; $t_7$&nbsp; after TE2 completes its transmission with a flag&nbsp; $(t_4)$,&nbsp; and thus the data channel is free again from&nbsp; $t_5$.&nbsp;
 +
# &nbsp; TE1 checks this at time marker&nbsp; $t_5$&nbsp; and sends a flag again afterwards&nbsp; $(t_6)$.&nbsp; }}
  
  
==Allgemeine Beschreibung der U<sub>K0</sub>–Schnittstelle ==  
+
==General description of the U<sub>K0</sub> interface ==  
 +
<br>
 +
According to the&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/ISDN_Basic_Access#Some_explanations_of_terms|"ISO-OSI reference model"]],&nbsp; the&nbsp; $\rm U$ interface is generally the connection between the network termination&nbsp; ("Network Termination for ISDN Basic rate Access",&nbsp; $\rm NTBA)$&nbsp; and the line termination&nbsp; $\rm (LT)$&nbsp; in the exchange.
 +
*In the case of the ISDN basic rate interface,&nbsp; this point is called the&nbsp; $\rm U_{K0}$ interface and the associated bus the&nbsp; $\rm U_{K0}$ bus.&nbsp; "$\rm K$"&nbsp; stands here for the transmission medium&nbsp; "copper"&nbsp; and &nbsp;"$0$"&nbsp; for the basic rate interface.
  
Die U–Schnittstelle ist nach dem ISO–OSI–Referenzmodell allgemein die Verbindung zwischen dem Netzabschluss (NTBA) und dem Leitungsabschluss (''Line Termination'', LT) in der Vermittlungsstelle. Beim ISDN–Basisanschluss nennt man diesen Punkt die $\rm U_{K0}$–Schnittstelle und den dazugehörigen Bus den $\rm U_{K0}$–Bus. „K” steht hier für das Übertragungsmedium Kupfer und „0” für den Basisanschluss.
+
*The line termination&nbsp; $\rm (LT)$&nbsp; forms the transmission-technical termination on the network side.&nbsp; It handles all switching and operational tasks,&nbsp; line coding,&nbsp; transmission control,&nbsp; remote power supply,&nbsp; and test and monitoring functions.
Der Leitungsabschluss (LT) bildet den übertragungstechnischen Abschluss auf der Netzseite. Dieser übernimmt alle vermittlungs– und betriebstechnischen Aufgaben, die Leitungscodierung, die Übertragungssteuerung, die Fernspeisung sowie Test– und Überwachungsfunktionen.
 
  
[[File:P_ID1503__Bei_T_1_2_S7_v1.png|center|frame|ISDN–Basisanschluss mit NTBA, S0–Bus und UK0–Bus]]
 
  
Die Grafik zeigt die $\rm U_{K0}$–Schnittstelle als den Netzzugang für einen Teilnehmer. Diese Schnittstelle (bzw. der zugehörige Bus) zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:
+
The graphic shows the&nbsp; $\rm U_{K0}$ interface as the network access for a subscriber.&nbsp; This interface&nbsp; $($or the associated bus$)$&nbsp; is characterized by the following features:
*Der  $\rm U_{K0}$–Bus wird durch Zweidrahtübertragung über eine einzige Kupferdoppelader realisiert, wobei Reichweiten von 8 Kilometer (bei 0.6 Millimeter Aderndurchmesser) bzw. von 6 km (bei 0.4 mm Durchmesser) möglich sind.
+
[[File:EN_Bei_T_1_2_S7a_neu.png|right|frame|ISDN basic rate interface with NTBA, &nbsp;$\rm S_{0}$ bus&nbsp; and&nbsp; $\rm U_{K0}$ bus <br><br><br><br><br>]]
*Die Bruttodatenübertragungsrate beträgt in beide Richtungen jeweils 160 kbit/s, die sich auf zwei B–Nutzkanäle zu je 64 kbit/s, den D–Kanal mit 16 kbit/s und einen zusätzlichen 16kbit/s–Kanal für Synchronisation und Service verteilen.
 
*Man benutzt hier im Gegensatz zum $\rm S_0$–Bus (modifizierter AMI–Code) einen Übertragungscode mit weniger Redundanz. In Deutschland und Belgien verwendet man einen 4B3T–Code (siehe nächste Seite), in anderen europäischen Ländern den redundanzfreien Quaternärcode (2B1Q).
 
*Beim 2B1Q–Code werden jeweils zwei Binärsymbole auf ein Quaternärzeichen abgebildet; die vier möglichen Spannungswerte sind ±2.5 V und ±0.83 V. Der Vorteil ist die kleinere Symbolrate (Schrittgeschwindigkeit) von 80000 Quaternärsymbolen pro Sekunde (80 kBaud) und damit eine größere Reichweite. Der Nachteil ist, dass Übertragungsfehler wegen der fehlenden Redundanz nicht erkannt werden können und dass der 2B1Q–Code nicht gleichsignalfrei ist.
 
  
 +
#&nbsp; The&nbsp;  $\rm U_{K0}$ bus is implemented by two-wire transmission over a single copper twin wire,&nbsp; with ranges of&nbsp; $8$&nbsp; kilometers&nbsp; $($with&nbsp; $0.6$&nbsp; millimeter diameter)&nbsp; or&nbsp; $6$&nbsp; km&nbsp; (with&nbsp; $0.4$&nbsp; mm diameter)&nbsp; possible.
 +
#&nbsp; The gross data transmission rate is&nbsp; $\text{160 kbit/s}$&nbsp; in both directions, distributed over two user channels of&nbsp; $\text{64 kbit/s}$&nbsp;  each,&nbsp; the data channel with&nbsp; $\text{16 kbit/s}$&nbsp; and an additional&nbsp; $\text{16 kbit/s}$&nbsp; channel for synchronization and service.
 +
#&nbsp; In contrast to the&nbsp; $\rm S_0$ bus&nbsp; $($modified AMI code$)$,&nbsp; a line code with less redundancy is used here.&nbsp; In Germany and Belgium,&nbsp; a&nbsp; $\rm 4B3T$ code&nbsp; is used&nbsp; (see next section),&nbsp; in other European countries the redundancy-free quaternary code&nbsp; $\rm (2B1Q)$.
 +
#&nbsp; In the 2B1Q code,&nbsp; two binary symbols are mapped to one quaternary symbol each;&nbsp; the four possible voltage values are&nbsp; $±2.5 \ \rm V$&nbsp; and&nbsp; $±0.83 \ \rm V$.&nbsp;
 +
#&nbsp; The advantage is the smaller symbol rate of&nbsp; $80000$&nbsp; quaternary symbols per second&nbsp; $\text{(80 kBaud)}$ &nbsp; &rArr; &nbsp; a larger operating range.
 +
#&nbsp; The disadvantage is that transmission errors cannot be detected due to the lack of redundancy and that the 2B1Q code is not DC-signal-free.
  
==Nachrichtentechnische Aspekte der U<sub>K0</sub>–Schnittstelle ==
 
  
Im ISDN–Netz der Deutschen Telekom wird – ebenso wie in Belgien – für die Übertragung auf dem UK0–Bus der '''MMS43–Code''' ('''''M'''odified '''M'''onitored '''S'''um'' 4B3T) eingesetzt. Dieser Pseudoternärcode wurde bereits in Aufgabe A2.6 des Buches „Digitalsignalübertragung” behandelt. Weitere Informationen finden Sie im Kapitel 2.3 des zitierten Buches. Im Folgenden sollen nur die wichtigsten Eigenschaften zusammengefasst werden:
+
==Telecommunications aspects of the U<sub>K0</sub> interface ==
*Bei jedem '''4B3T'''–Code werden jeweils vier Bit (4B) durch drei Ternärsymbole (3T) dargestellt, die hier vereinfachend mit „–”, „0” und „+” bezeichnet werden. Diese Symbole stehen für die Signalpegel –2.5 V, 0 V und +2.5 V. Der ternäre Entscheider besitzt zwei Schwellen.
+
<br>
*Gegenüber dem Binärcode – und auch gegenüber dem AMI–Code – ist die Schrittgeschwindigkeit (Symbolrate) um 25% kleiner. Das heißt: Die Bitrate 160 kbit/s führt hier zur Symbolrate 120 kBaud (120 000 Ternärsymbole pro Sekunde) und nicht zu 160 kBaud wie auf dem $\rm S_0$–Bus.
+
In the ISDN network of&nbsp;  "Deutsche Telekom",&nbsp;  the &nbsp; $\rm MMS43$&nbsp;  code &nbsp; &rArr; &nbsp; "$\rm M$odified $\rm M$onitored $\rm S$um $4$B$3$T"&nbsp; is used for transmission on the&nbsp;  $\rm U_{K0}$ bus.  
*Die Symbolrate ist zwar größer als beim 2B1Q–Code (80 kBaud). Ein wesentlicher Vorteil des redundanten 4B3T–Codes ist jedoch, dass dieser gleichsignalfrei ist. Es kann also nicht über einen längeren Zeitraum ein konstanter Spannungswert +2.5 V bzw. –2.5 V auftreten.
+
*This pseudo-ternary code has already been discussed in&nbsp; [[Aufgaben:Exercise_2.6:_Modified_MS43_Code| "Exercise 2.6"]]&nbsp; of the book "Digital Signal Transmission".  
*Ein weiteres Kennzeichen des MMS43–Codes ist, dass für die Umsetzung von binär auf ternär vier verschiedene Codetabellen zur Verfügung stehen, die nach der laufenden digitalen Summe $Σ_l$ (der Ternärwerte) ausgewählt werden. Die untere Grafik zeigt diese Tabellen.
+
*For more information, refer to the chapter&nbsp; [[Digital_Signal_Transmission/Block_Coding_with_4B3T_Codes|"Block Coding with 4B3T Codes"]]&nbsp; of the same book.  
*Sechs der insgesamt 16 Einträge (rote Pfeile) sind in allen vier Zeilen gleich und gelten somit unabhängig von der laufenden digitalen Summe (LDS). Diese Ternärfolgen enthalten jeweils ein „+” und ein „–”, so dass der LDS–Wert erhalten bleibt: Σl+1 = Σl.
 
*Betrachten wir nun ein Binärwort mit unterschiedlichen Einträgen: Ist Σl = 0, so wird die Binärfolge „0000” durch „+ 0 +” ersetzt und damit LDS um 2 erhöht. In allen anderen Fällen wird „0 – 0” ausgegeben, wodurch LDS um 1 vermindert wird.
 
*Die beiden Zeilen der Tabelle für $Σ_l$ = 1 und $Σ_l$ = 2 unterscheiden sich nur in zwei Einträgen, die in der Grafik durch blaue Umrahmungen hervorgehoben sind. Dadurch unterscheidet sich der MMS43–Code vom herkömmlichen MS43–Code, der mit nur drei Codetabellen auskommt.
 
  
Die Grafik zeigt die vier Codetabellen des MMS43–Codes.
 
  
[[File:P_ID1504__Bei_T_1_2_S7b_v1.png|center|frame|Codetabellen des MMS43–Codes]]
+
The graphic below shows the four code tables of the MMS43 code.&nbsp; In the following, only the most important properties will be summarized:
 +
# In each 4B3T code, four binary symbols &nbsp;$\rm (4B)$&nbsp; are represented by three ternary symbols &nbsp;$\rm (3T)$,&nbsp; which are simplified here as "&ndash;",&nbsp; "0"&nbsp; and&nbsp; "+".&nbsp; These symbols represent the signal levels&nbsp; $–2.5 \ \rm V$,&nbsp; $0 \ \rm V$&nbsp; and&nbsp; $+2.5\ \rm  V$.&nbsp; The ternary decision has two thresholds.
 +
# Compared to the binary code and also compared to the AMI code,&nbsp; the symbol rate is&nbsp; $25\%$&nbsp; smaller.&nbsp; This means: &nbsp; The bit rate&nbsp; $160 \ \rm  kbit/s$&nbsp; leads here to the symbol rate&nbsp; $120 \ \rm  kBaud$&nbsp; $(120 \hspace{0.08cm}000$&nbsp; ternary symbols per second$)$&nbsp; and not to&nbsp; $160 \ \rm  kBaud$&nbsp; as on the&nbsp; $\rm S_0$ bus.
 +
# The symbol rate is larger than for the 2B1Q code&nbsp; $(80 \ \rm  kBaud)$.&nbsp; However,&nbsp; a significant advantage of the redundant 4B3T code is that it is free of DC signals.&nbsp; This means that a constant voltage value of&nbsp; $+2.5\ \rm  V$&nbsp; or&nbsp; $-2.5\ \rm  V$&nbsp; cannot occur over a longer period of time.
 +
# Another characteristic of the MMS43 code is that four different code tables are available for the conversion from binary to ternary,&nbsp; which are selected according to the running digital sum&nbsp; ${\it  Σ}_l$&nbsp; $($of the ternary values$)$.&nbsp; The graph shows these tables.
 +
# Six of the total&nbsp; $16$&nbsp; entries&nbsp; $($marked by red arrows$)$&nbsp; are the same in all four lines and thus apply independently of the running digital sum&nbsp; $\rm (RDS)$.&nbsp; These ternary sequences each contain a&nbsp; "+"&nbsp; and a&nbsp; "&ndash;",&nbsp; so that the RDS value is preserved: &nbsp; ${\it  Σ}_{l+1} = {\it  Σ}_l$.
 +
# Let us now consider a binary word with different entries: &nbsp; If &nbsp;  ${\it  Σ}_l= 0$,&nbsp; the binary sequence "0000" is replaced by&nbsp; "+ 0 +",&nbsp; increasing &nbsp;$\rm RDS$&nbsp; by&nbsp; $2$.&nbsp; In all the other cases, "0 &ndash; 0" is output,&nbsp; decreasing &nbsp;$\rm RDS$&nbsp; by&nbsp; $1$.&nbsp;
 +
# The two lines of the table for&nbsp; ${\it  Σ}_l= 1$&nbsp; and&nbsp; ${\it  Σ}_l= 2$&nbsp; differ only in two entries,&nbsp; which are highlighted in the graphic by blue frames.&nbsp; This is the only difference between the MMS43 code and the conventional MS43 code,&nbsp; which makes do with only three code tables.
 +
 
 +
 
 +
[[File:EN_Bei_T_1_2_S7b.png|center|frame|Code tables of the MMS43 code]]
 
 
 
 
==Rahmenstruktur der U<sub>K0</sub>–Schnittstelle==   
+
==Frame structure of the U<sub>K0</sub> interface==   
 +
<br>
 +
Each frame on the&nbsp; $\rm U_{K0}$ bus is made up of&nbsp; $120$&nbsp; ternary symbols and is transmitted in one millisecond. This results in a&nbsp; symbol rate of&nbsp; $120 \ \rm kBaud$.
  
Jeder Rahmen auf dem $\rm U_{K0}$–Bus setzt sich aus 120 Ternärsymbolen zusammen und wird in einer Millisekunde übertragen. Daraus resultiert die ''Symbolrate'' (Schrittgeschwindigkeit) 120 kBaud.
+
[[File:EN_Bei_T_1_2_S9_v2.png|rightr|frame|Frame structure of the&nbsp; $\rm U_{K0}$ interface]]
  
[[File:P_ID1505__Bei_T_1_2_S9_v1.png|center|frame|Rahmenstruktur der UK0–Schnittstelle]]
+
The graphic illustrates the&nbsp; $\rm U_{K0}$ frame structure,
 +
# in the upper part in the direction from the network termination&nbsp; $\rm (NTBA)$&nbsp; to the&nbsp; line termination&nbsp; $\rm (LT)$&nbsp; in the local exchange,
 +
# below in the opposite direction,&nbsp; from&nbsp; $\rm (LT)$&nbsp; to &nbsp; $\rm (NTBA)$.
  
Die Grafik verdeutlicht die $\rm U_{K0}$–Rahmenstruktur, im oberen Teil in der Richtung vom NTBA zur ''Line Termination'' (LT) in der Ortsvermittlungsstelle, unten in Gegenrichtung. Man erkennt:
+
 
*Die Informationssymbole sind in vier Teilrahmen T1, ... , T4 zu je 27 Ternärsymbolen eingebettet, die sich nach der 4B3T–Codierung aus 36 Eingangsbit ergeben.
+
It can be seen:
*Diese 36 Bit setzen sich aus je 16 Bit der beiden B–Kanäle B1 und B2 und vier Bit des D–Kanals zusammen, die ineinander verschachtelt werden.
+
*The information symbols are embedded in four subframes&nbsp; $\rm T1$, ... ,&nbsp; $\rm T4$&nbsp; of&nbsp; $27$&nbsp; ternary symbols each,&nbsp; which result from&nbsp; $36$&nbsp; input bits according to the 4B3T coding.
*Weiter gibt es ein aus dem Barker–Code abgeleitetes Synchronisationswort (Sync) mit elf Ternärsymbolen, die für die beiden Richtungen in Position und Inhalt unterschiedlich sind.
+
 
*Das ''Maintenance–Symbol'' '''M''' (rote Markierung) wird aus acht Überrahmen abgeleitet und dient vorwiegend zu Servicezwecken.
+
*These&nbsp; $36$&nbsp; bits are composed of&nbsp; $16$&nbsp; bits each of the two bearer channels&nbsp; $\rm B1$&nbsp; and&nbsp; $\rm B2$&nbsp; and four bits of the data channel,&nbsp; which are interleaved.
 +
 
 +
*Furthermore,&nbsp; there is a synchronization word&nbsp; $(\rm Sync)$&nbsp; derived from the Barker code with eleven ternary symbols that differ in position and content for the two directions.
 +
 
 +
*The&nbsp; "maintenance symbol" &nbsp; $\rm M$&nbsp; (red marking)&nbsp; is derived from eight overframes and is mainly used for service purposes.
 
 
 
 
  
==Netzabschluss (NTBA)  ==
+
==Network termination==
 +
<br>
 +
[[File:EN_Bei_T_1_2_S10a.png|right|frame|Network termination device&nbsp; $\rm  (NTBA)$&nbsp; as a connection between&nbsp; $\rm S_0$ and &nbsp; $\rm U_{K0}$ bus]]
 +
The&nbsp; $\rm NTBA$&nbsp; $(N\hspace{-0.05cm}$etwork&nbsp; $T\hspace{-0.05cm}$ermination&nbsp; for&nbsp; ISDN&nbsp; $B\hspace{-0.05cm}$asic&nbsp; Rate&nbsp; $A\hspace{-0.05cm}$ccess$)$
 +
 
 +
*connects an in-house ISDN terminal equipment&nbsp; $\rm (TE)$&nbsp; to the higher-level local network via the exchange,
 +
 
 +
*implements the conversion from the ISDN access network,&nbsp; which has two wires at the NTBA,&nbsp; to the four-wire house access line.
 +
 
 +
*is an extremely important ISDN network component,&nbsp; as it enables the transition between the&nbsp; $\rm S_0$ bus and the&nbsp; $\rm U_{K0}$ bus.
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 +
 
 +
 
 +
In general,&nbsp; the NTBA is composed of two parts called&nbsp; "NT1"&nbsp; and&nbsp; "NT2".
 +
 
 +
The tasks of the mandatory termination&nbsp; $\rm NT1$&nbsp; are:
 +
# Conversion from two-wire to four-wire&nbsp; (and vice versa)&nbsp; and the code conversion between 4B3T code&nbsp; $(\rm U_{K0})$&nbsp; and AMI code&nbsp;  $(\rm S_0)$,
 +
# Power supply for the&nbsp; $\rm S_0$ bus&nbsp; $(230\ \rm  V$, max. $4.5\ \rm  W$&nbsp; power output$)$,&nbsp; whereby the NT1 is supplied by the exchange via the&nbsp; $\rm U_{K0}$ interface during normal operation,
 +
# Power supply of up to four terminal equipment of the&nbsp; $\rm S_0$ interface in emergency operation;&nbsp; for this purpose,&nbsp; the NT1 must be connected to a safe power supply,
 +
# Execution of all operating functions;&nbsp; this includes,&nbsp; among other things,&nbsp; the detection of frame errors and the execution of tests and so-called&nbsp; "loop formations".
 +
 
  
Ein Netzabschlussgerät für den ISDN–Basisanschluss (englisch: '''''N'''etwork '''T'''ermination'' for ISDN '''''B'''asic '''R'''ate '''A'''ccess'', NTBA)
+
The optional &nbsp;$\rm NT2$&nbsp; is only needed if a private branch exchange is to be connected behind the network termination:
*verbindet ein hauseigenes ISDN–Endgerät (''Terminal Equipment'', TE) über die Vermittlungsstelle mit dem übergeordneten Ortsnetz,
+
#In the&nbsp; "Deutsche Telekom" network,&nbsp; however, up to eight terminals&nbsp; (maximum four ISDN telephones)&nbsp; can be connected via the passive&nbsp; $\rm S_0$ bus.
*realisiert die Umsetzung vom ISDN–Zugangsnetz, das zweiadrig beim NTBA anliegt, auf die vieradrige Hausanschlussleitung.
+
#In this case,&nbsp; the NT2 can also be dispensed with in the extension configuration.&nbsp; The NTBA then consists only of the NT1.
*ist eine äußerst wichtige ISDN–Netzkomponente, da er den Übergang zwischen zwei verschiedenen Bussystemen ($\rm S_0$–Bus und $\rm U_{K0}$–Bus) ermöglicht.
 
  
[[File: P_ID1506__Bei_T_1_2_S10a_v1.png|center|frame|Netzabschlussgerät (NTBA) als Verbindung zwischen S0- und UK0-Bus]]
+
==Directional separation method ==
 +
<br>
 +
Because of its transmission characteristics&nbsp; $($long transmission range,&nbsp; low bandwidth$)$, the&nbsp; '''full-duplex frequency-division method'''&nbsp; is used on the&nbsp; $\rm U_{K0}$ bus,&nbsp; i.e.&nbsp; the signals are transmitted in both directions via a two-wire line at the same time and in the same frequency band.
  
Im Allgemeinen setzt sich der NTBA aus zwei Teilen zusammen, die NT1 und NT2 genannt werden. Die Aufgaben des unabdingbaren '''Netzabschlusses NT1''' sind:
+
The signals of the transmitting and receiving directions are separated from each other by means of a&nbsp; '''fork circuit''',&nbsp; as shown in the diagram.  
*die Umsetzung von Zweidraht– auf Vierdrahtleitung (und umgekehrt) sowie die Codeumsetzung zwischen 4B3T–Code ( $\rm U_{K0}$ ) und AMI–Code ( $\rm S_0$ ),
+
[[File:EN_Bei_T_1_2_S9_Gabel.png|right|frame|Illustration of direction separation methods]]
*die Stromversorgung für den $S_0$–Bus (230 V, maximal 4.5 W Leistungsabgabe), wobei der NT1 im Normalbetrieb von der Vermittlungsstelle über die $\rm U_{K0}$–Schnittstelle gespeist wird,
 
*die Stromversorgung von bis zu vier Endgeräten der $S_0$–Schnittstelle im Notbetrieb, wobei in diesem Fall der NT1 an eine sichere Stromversorgung angeschlossen werden muss,
 
*die Ausführung aller Betriebsfunktionen; hierzu gehören unter anderem das Erkennen von Rahmenfehlern und die Durchführung von Tests und so genannten Schleifenbildungen.
 
  
 +
<br>&rArr; &nbsp; The realization is explained in detail in&nbsp; $\text{Example 5}$.&nbsp; Here only a short explanation of the operations using the example of subscriber&nbsp; $\rm A$:
 +
*At receiver&nbsp; $\rm A$,&nbsp; only the signal&nbsp; $r_{\text{A}}(t)$&nbsp; should arrive,&nbsp; which would without noise,&nbsp; distortions and echoes be equal to the transmitted signal&nbsp; $s_{\text{B}}(t)$&nbsp; from subscriber&nbsp; $\rm B$&nbsp;  $($component shown in red$)$.
  
Der optionale '''NT2''' wird nur gebraucht, wenn hinter dem Netzabschluss eine Nebenstellenanlage angeschlossen werden soll. Im Netz der Deutschen Telekom lassen sich bis zu acht Endgeräte (maximal vier ISDN–Telefone) über den passiven $\rm S_0$–Bus anschließen. In diesem Fall kann auf den NT2 verzichtet werden; der NTBA besteht dann nur aus dem NT1.
+
*However,&nbsp; the signal&nbsp; $r_{\text{A}}(t)$&nbsp; is now superimposed by the signal&nbsp; $s_{\text{A}}\hspace{-0.03cm}'(t)$,&nbsp; which reaches the receiver via the fork circuit from its own transmitter.&nbsp; This is indicated by the blue arrow.
  
==Richtungstrennungsverfahren ==
+
*The task of the fork circuit is now to keep this component&nbsp; $s_{\text{A}}\hspace{-0.03cm}'(t)$&nbsp; of the received signal as low as possible.&nbsp;
  
Wegen seiner Übertragungseigenschaften (große Übertragungsreichweite, geringe Bandbreite) wird auf dem $\rm U_{K0}$–Bus das so genannte '''Vollduplex–Frequenzgleichlageverfahren''' angewandt, das heißt, dass die Signale in Sende– und Empfangsrichtung über eine Zweidrahtleitung zur gleichen Zeit und im gleichen Frequenzbereich übertragen werden.
 
  
[[File:P_ID1507__Bei_T_1_2_S11a_v1.png|center|frame|Richtungstrennungsverfahren]]
 
  
Die Signale der Sende– und Empfangsrichtung werden mit Hilfe einer '''Gabelschaltung''' voneinander getrennt, wie in der Grafik dargestellt ist. Die Realisierung wird auf der nächsten Seite im Detail erklärt. Hier nur eine kurze Erläuterung der Arbeitsweise am Beispiel von Teilnehmer A:
+
&rArr; &nbsp;This is generally very successful for narrowband transmitted signals &ndash; for example speech &ndash; but not for a broadband signal.&nbsp; In this case,&nbsp; the &nbsp; '''echo cancellation method''' &nbsp; must also be used&nbsp; $($see green blocks in the above graphic$)$.  
*Beim Empfänger A sollte nur das Signal $r_{\text{A}}(t)$ ankommen, das ohne Störungen, Verzerrungen und Echos gleich dem Sendesignal $s_{\text{B}}(t)$ von Teilnehmer B wäre (rot eingezeichnete Komponente).
 
*Dem überlagert sich aber nun das Signal $s_{\text{A'}}(t)$, das über die Gabelschaltung vom eigenen Sender an den Empfänger gelangt. Dies ist durch den blauen Pfeil angedeutet.
 
*Aufgabe der Gabelschaltung ist es nun, diesen Anteil $s_{\text{A'}}(t)$ des Empfangssignals möglichst gering zu halten. Dies gelingt bei schmalbandigem Sendesignal – zum Beispiel Sprache – im Allgemeinen sehr gut, nicht jedoch für ein Breitbandsignal.
 
  
In diesem Fall muss zusätzlich das '''Echokompensationsverfahren''' angewandt werden (siehe grün hinterlegte Blöcke in obiger Grafik). Dessen Funktionsweise lässt sich in aller Kürze wie folgt darstellen:
+
Its mode of operation can be described very briefly as follows:
*Der Sender gibt regelmäßig ''Testsignale'' ab und misst das jeweils ankommende Signal, das zum einen über die Gabelschaltung, zum anderen aber auch durch Nahnebensprechen an den eigenen Empfänger gelangt.
+
*The transmitter regularly emits&nbsp; "test signals"&nbsp; and measures the respective incoming signal,&nbsp; which on the one hand originates from subscriber&nbsp; $\rm B$&nbsp; via the fork circuit,&nbsp; but on the other hand also reaches its own receiver via near-end crosstalk.
*Aus der ermittelten ''Echo–Impulsantwort'' berechnet der Echokompensator das erwartete Echo im Normalbetrieb des eigenen Senders und subtrahiert dieses vom Empfangssignal.
+
 
*Der Echokompensator lässt sich zum Beispiel durch ein ''Transversalfilter'' realisieren, dessen Filterkoeffizienten von einem Prozessor eingestellt und nachgeregelt werden.
+
*From the determined&nbsp; "echo impulse response",&nbsp; the echo canceller calculates the expected echo in normal operation of its own transmitter and subtracts this from the received signal.&nbsp; The echo canceller can be implemented,&nbsp;&nbsp; for example, by a "transversal filter"&nbsp; whose coefficients are set and re-adjusted by a processor.
 
 
 
 
  
Die Grafik zeigt eine gängige Realisierung der '''Gabelschaltung'''. Man erkennt
+
{{GraueBox|TEXT= 
*links die Sende– und Empfangsleitung der $\rm S_0$–Schnittstelle, und
+
$\text{Example 5:}$&nbsp; The graphic shows a common realization of the &nbsp;'''fork circuit'''. One can see
*rechts den Zweidrahtanschluss der bidirektionalen $\rm U_{K0}$–Schnittstelle.
+
[[File:EN_Bei_T_1_2_S9_Schalt.png|right|frame|Realization of the fork circuit]]
 +
*on the left,&nbsp; the transmitted and received line of the&nbsp; $\rm S_0$ interface,&nbsp; and
  
[[File:P_ID1508__Bei_T_1_2_S11b_v1.png|center|frame|Realisierung der Gabelschaltung]]
+
*on the right,&nbsp; the two-wire connection of the bidirectional&nbsp; $\rm U_{K0}$ interface.
  
Die Aufgabe der Gabelschaltung ist es, das (blaue) Sendesignal $s_{\text{A}}(t)$ von der $\rm S_0$– auf die $\rm U_{K0}$–Seite durchzuschalten und das (rote) Empfangssignal $r_{\text{A}}(t)$ in die Gegenrichtung. Dabei ist darauf zu achten, dass der $\rm S_0$–Empfänger möglichst vollständig vom $\rm S_0$–Sender entkoppelt ist. Das heißt, dass der grau hinterlegte Signalanteil $s_{\text{A'}}(t)$ auf der Empfangsleitung verschwinden oder zumindest sehr klein sein sollte. Diese Schaltung funktioniert in der folgenden Weise:
 
*Gilt für die Brückenschaltung $Z_1/Z_N(f) = Z_2/Z_L(f)$, so ist $s_{\text{A'}}(t)$ = 0. Hierbei bezeichnen $Z_1$ und $Z_2$ reelle Widerstände. $Z_L(f)$ und $Z_N(f)$ sind komplex und damit frequenzabhängig.
 
* $Z_L(f)$ ist der Eingangswiderstand der über den Übertrager angekoppelten Kupferleitung des ISDN–Zugangsnetzes und $Z_N(f)$ die künstliche Leitungsnachbildung in der Gabelschaltung.
 
*Bei Schmalbandsignalen gelingt die Nachbildung von $Z_L(f)$ durch $Z_N(f)$ relativ gut, so dass $s_{\text{A'}}(t)$ bereits durch die Gabelschaltung hinreichend klein gemacht werden kann.
 
*Dagegen ist dies bei breitbandigen Signalen nicht für den gesamten Frequenzbereich möglich. Hier muss zusätzlich die auf der letzten Seite beschriebene Echokompensation angewandt werden.
 
  
 +
The task of the fork circuit is
 +
*to switch the&nbsp; (blue)&nbsp; transmitted signal&nbsp; $s_{\text{A} }(t)$&nbsp; from the&nbsp; $\rm S_0$ to the&nbsp; $\rm U_{K0}$ side,
  
==Hierarchie von Vermittlungsstellen==
+
* and the&nbsp; (red)&nbsp; received signal&nbsp; $r_{\text{A} }(t)$&nbsp; in the opposite direction.
  
Eine Vermittlungsstelle (englisch: ''Exchange'') stellt die '''Vermittlungstechnik''' für das Fernsprechnetz und für den logischen und physikalischen Verbindungsprozess zwischen den Teilnehmeranschlussleitungen her. Im Fernsprechnetz der Deutschen Telekom hat man bis vor wenigen Jahren zwischen mehreren Hierarchiestufen unterschieden:
 
*Die '''Ortsvermittlungsstellen''' (OVSt) bilden die unterste Ebene. Eine OVSt – neuerdings DIVO (''Digitale Vermittlungsstelle Ort'') genannt – verwaltet bis zu 100 000 Teilnehmer und erfüllt alle vermittlungstechnischen Funktionen innerhalb eines Ortsnetzes und den Einstieg in das Fernnetz.
 
*Darüber liegen sog. '''Knotenvermittlungsstellen''' (KVSt), die untereinander vermascht und mit verschiedenen Hauptvermittlungsstellen verbunden sind. Im Gebiet der Deutschen Telekom gibt es ca. 620 Knotenvermittlungsstellen.
 
*Die nächste Hierarchiestufe bilden die '''Hauptvermittlungsstellen''' (HVSt), von denen es in der Bundesrepublik Deutschland etwa 50 gibt. Auch diese sind untereinander und mit der darüber liegenden Hierarchieebene (ZVSt) verbunden.
 
*Die '''Zentralvermittlungsstellen''' (ZVSt) ergeben die oberste Hierarchiestufe des Fernnetzes und versorgen große regionale Gebiete, zum Beispiel die Rufnummern 02... in Nordrhein–Westfalen oder 07... in Baden–Württemberg. Jede ZVSt ist auch mit einer Auslandsvermittlungstelle (DIVA, ''Digitale Vermittlungsstelle Ausland'') verbunden.
 
  
[[File:P_ID1509__Bei_T_1_2_S12_v1.png|center|frame|Hierarchischer Aufbau von Vermittlungsstellen]]
+
Care must be taken that the&nbsp; $\rm S_0$ receiver is as completely decoupled as possible from the&nbsp; $\rm S_0$ transmitter.&nbsp; That means:&nbsp; The signal component&nbsp; $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t)$&nbsp; with a gray background on the received line should disappear or at least be very small.
 +
 
 +
This circuit works in the following way:
 +
# $Z_{\rm L}(f)$&nbsp; is the input impedance of the copper line of the ISDN access network coupled via the transformer.
 +
# $Z_{\rm N}(f)$&nbsp; is the artificial line replica in the hybrid circuit.
 +
#If&nbsp; $Z_1/Z_{\rm N}(f) = Z_2/Z_{\rm L}(f)$,&nbsp; then&nbsp; $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t) = 0$.
 +
# Here&nbsp; $Z_1$&nbsp; and&nbsp; $Z_2$&nbsp; denote real impedances.
 +
# $Z_{\rm L}(f)$&nbsp; and&nbsp; $Z_{\rm N}(f)$&nbsp; are complex and thus frequency-dependent.
 +
 
 +
 
 +
&rArr; &nbsp; For narrowband signals,&nbsp; the replication of&nbsp; $Z_{\rm L}(f)$&nbsp; by&nbsp; $Z_{\rm N}(f)$&nbsp; succeeds relatively well,&nbsp; so that&nbsp; $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t)$&nbsp; can already be made sufficiently small by the fork circuit.&nbsp; In contrast,&nbsp; this is not possible for the entire frequency range in the case of broadband signals.&nbsp; Here,&nbsp; the echo cancellation must be applied additionally.}}
 +
 
 +
 
 +
==Hierarchy of exchanges==
 +
<br>
 +
An&nbsp; '''exchange'''&nbsp; provided the switching technology for the telephone network and for the logical and physical connection process between the subscriber lines.&nbsp; One distinguished between several hierarchical levels.&nbsp; The graphic summarizes this hierarchical structure.
 +
[[File:EN_Bei_T_1_2_S11a.png|right|frame|Hierarchical structure of exchanges&nbsp; $($historical$)$;&nbsp; certainly not completely valid in 2018]]
 +
*The&nbsp; '''local exchanges'''&nbsp; $\rm (LE)$&nbsp;  formed the lowest level.&nbsp; An LE realizes the reference point&nbsp; $\rm V$&nbsp; of the network,&nbsp;  managed up to&nbsp; $100,000$&nbsp; ISDN subscribers,&nbsp; fulfilled all switching functions and is the entry into the&nbsp; "long-distance network".
 +
 
 +
*Above this were&nbsp; '''node exchanges'''&nbsp; $\rm (NE)$,&nbsp; which were meshed together and connected to various main exchanges.&nbsp; In Deutsche Telekom's territory,&nbsp; there were approximately&nbsp; $620$&nbsp; node exchanges.
 +
 
 +
*The next level was formed by the&nbsp; '''main exchanges'''&nbsp; $\rm (ME)$,&nbsp; of which there were about&nbsp; $50$&nbsp; in the Federal Republic of Germany.&nbsp; These were also connected to each other and to the hierarchy highest level.
 +
 
 +
*The&nbsp; '''central exchanges'''&nbsp; $\rm (CE)$&nbsp; formed the top hierarchical level of the long-distance network and served large regional areas. Each CE was also connected to an international exchange.
  
Die Grafik fasst diesen hierarchischen Aufbau zusammen. Hierbei sind die Aufgaben der KVSt, HVST und ZVSt zur Fernvermittlungsstelle (DIVF, ''Digitale Vermittlungsstelle Fern'') zusammengefasst. Bei größeren Städten ist eine etwas veränderte Strukturierung gegeben.
 
Eine Ortsvermittlungsstelle (OVSt) realisiert den Referenzpunkt V des ISDN–Netzes (siehe Grafik auf der ersten Seite dieses Abschnitts). Sie wird zum Teilnehmer hin (Ende der UK0–Schnittstelle) durch den Leitungsabschluss (LT: ''Line Termination'') einer Kupfer–Doppelader begrenzt. Die zweite Begrenzung ist der Vermittlungsabschluss (ET: ''Exchange Termination'') zum darüberliegenden Fernnetz.
 
  
 
   
 
   
==Aufgaben zu Kapitel 1.2 ==
+
==Exercises for the chapter ==
 +
<br>
 +
[[Aufgaben:Exercise_1.3:_Frame_Structure_of_ISDN|Exercise 1.3: Frame Structure of ISDN]]
 +
 
 +
[[Aufgaben:Exercise_1.3Z:_ISDN_Bus_System_and_Interfaces|Exercise 1.3Z: ISDN Bus System and Interfaces]]
 +
 
 +
[[Aufgaben:Exercise_1.4:_AMI_and_MMS43_Code|Exercise 1.4: AMI and MMS43 Code]]
 +
 
 +
[[Aufgaben:Exercise_1.4Z:_Modified_MS43_Code|Exercise 1.4Z: Modified MS43 Code]]
  
  

Latest revision as of 17:39, 16 November 2022


Some explanations of terms


The most common type of ISDN connection is the  basic rate interface  $\rm (BRI)$,  which is used in particular by residential customers and medium-sized companies.

ISDN reference configuration

As shown in the diagram, an ISDN connection consists of the following functional groups:

  •   Terminal Equipment Type 1  $\rm (TE1$,  ISDN terminal equipment$)$,
  •   Terminal Equipment Type 2  $\rm (TE2$,  analog terminal equipment$)$,
  •   Terminal Adapter  $\rm (TA)$,
  •   Network Termination 1  $\rm (NT1)$,
  •   Network Termination 2  $\rm (NT2$,  optional$)$,
  •   Line Termination  $\rm (LT)$,
  •   Exchange Termination  $\rm (ET)$.


The reference points between the individual function groups are designated

      $\rm R$,  $\rm S$,  $\rm T$,  $\rm U$  $\rm V$. 

This also results in the usual ISDN designations of various buses:

  • $\rm S_{\rm 0}$  bus:   Reference point  $\rm S$  between subscriber line area and network termination; the  "$\rm 0$"  stands for basic rate interface.
  • $\rm U_{\rm K0}$  bus:   Reference point  $\rm U$  between network termination and local exchange; the  "$\rm K$"  stands for  "copper cable",  the  "$\rm 0$"  again for  "basic rate interface".


The following sections describe this subscriber line configuration and the interfaces of the ISDN basic rate interface in detail.


Logical channels


The basic rate interface consists of at least three channels, namely

  • two  "user channels"  resp.  "bearer channels"   ⇒   "B channels"  with  $\text{64 kbit/s}$  each,  and
  • one  "signaling channel"  resp.  "data channel"   ⇒   "D channel"  with  $\text{16 kbit/s}$.
Logical channels with ISDN


⇒   A bearer channel is used for the transmission of user information  $($voice,  texts,  images,  data,  etc.$)$.  Two B channels can be active at the same time,  operate independently of each other and have different destination devices.


⇒   The D channel is mainly responsible for controlling the B channels.  In particular,  it is responsible for establishing and terminating connections and for communication control.


⇒   In addition,  the D channel can be used for  data transmission.  Due to the low data rate (16 kbit/s),  however,  this is only of interest for applications with very low data volumes,  for example,  monitoring systems or online booking systems.


⇒   The graphic shows the logical channels of the ISDN basic rate interface.  With

  • the two user channels  (64 kbit/s each),  and
  • the combined data and signaling channel  (16 kbit/s)


the subscriber has a total net bandwidth of  $\text{144 kbit/s}$  at his disposal.


⇒   All logical channels are bidirectional.  The lower part of the graphic shows the implementation in the basic rate interface  $\rm (BRI)$:

  • Between the exchange and the network termination – i.e. on the  $\rm U_{\rm K0}$ bus – there is a  two-wire connection  that is operated in both directions.
  • In contrast,   four-wire transmission  is used in the house connection area – on the  $\rm S_{\rm 0}$ bus – whereby one twisted pair is required for each of the two directions.


Terminal equipment for ISDN


There are two different types of terminal equipment for ISDN:

  • Terminal Equipment Type 1  $\rm (TE1)$:   This includes,  for example,  ISDN-capable telephones,  ISDN group 4 fax devices and ISDN PC cards.  These terminal equipment are connected directly to the  $\rm S_{\rm 0}$  interface via the network termination  $\rm (NTBA)$. 


  • Terminal Equipment Type 2  $\rm (TE2)$:  This refers to terminal equipment for the analog telephone network  (telephones, group 3 fax machines and conventional modems)  that must be connected to the   $\rm S_{\rm 0}$ interface via a terminal adapter.


  • Terminal Adapter  $\rm (TA)$:  This allows TE2 devices to be used with ISDN.  Such adapters can have analog interfaces to the terminal  (so-called a/b interfaces)  or digital interfaces,  for example for connecting terminals via V.24 or X21.


$\text{Example 1:}$  The graphic shows a possible ISDN configuration.

Configuration for an ISDN basic rate interface

In the center is the terminal adapter  "TA2a/b Komfort"  from Deutsche Telekom,  which is part of the uni@home package.  This has two integrated  a/b ports  with three TAE sockets for analog terminals:


  • Port 1 is universal coded;  one really speaks of  "encoding"  here,  even if this pin assignment has nothing to do with an encoding in communications.  TE2 terminals of any kind  $($telephone, fax, modem, etc.$)$  can be connected to this port.


  • Port 2 consists of an N-encoded TAE socket such as fax,  answering machine,  etc.  and an F-encoded socket for a telephone.  (The  "N"  here stands for  "non-voice devices").  For port 2,  only one of the two inputs can be active at the same time.


General description of the S0 interface


The  $\rm S_{\rm 0}$  bus is an in-house bus and represents the connection between the network termination adapter  $\rm (NTBA$  or  $\rm NT)$  and the ISDN terminal equipment  $\rm (TE)$. 

$\rm S_{\rm 0}$ bus and connection options

Up to eight terminal equipment such as telephones,  fax machines,  ISDN cards and also ISDN private branch exchanges can be connected simultaneously to a maximum of twelve connection sockets.

Such an  ISDN multiple subscriber line  has:

  • three Multiple Subscriber Numbers  $\rm (MSN)$ – expandable up to ten,
  • two user channels  ("B channels")  with 64 kbit/s each for the various services,
  • one signaling or data channel with 16 kbit/s,
  • twelve connection sockets with up to eight connected devices  (but only four voice terminals).


From the graphic you can see:

  1. Of a four-core copper cable,  two cores  (one twisted pair)  are used to transport data from the terminal equipment  $\rm (TE)$  to the  $\rm NTBA$  $($"transmission line"$)$  and the other twisted pair is used to transfer data from the NTBA to the TE  $($"reception line"$)$.
  2. Please note that in some technical articles the direction  "TE → NTBA"  is referred to as the reception line and the opposite direction  "NTBA → TE"  as the transmission line.  This different description compared to our tutorial results from the view of the NTBA.
  3. The  $\rm S_{\rm 0}$  bus provides two bearer channels  $($B1 and B2$)$  for user data transmission with 64 kbit/s each and additionally the data channel with 16 kbit/s for signaling during connection setup and for various synchronization data.
  4. This results in a   net transmission rate of  $\text{144 kbit/s}$   per direction for the  $\rm S_{\rm 0}$ bus.  The  gross transmission rate,  taking control bits into account,  is  $\text{192 kbit/s}$.


Several terminals can be connected in parallel to the  "Network Termination for ISDN Basic Rate Access"  $\rm (NTBA)$  via the   $\rm S_{\rm 0}$ bus.

Please note the following:

  • The open line ends must be terminated with the wave impedance of  $\rm 100\ Ω$  $($real$)$,  otherwise reflections will occur.
  • The  $\rm S_{\rm 0}$ bus generally reacts tolerantly to mismatching,  but in this case certain length limitations and installation rules must be observed.
Cabling types for the  $\rm S_{\rm 0}$ bus
  • The possible cabling types for the  $\rm S_{\rm 0}$ bus in the multi-device connection operating mode are shown in the graphic on the right.



⇒   The usual connection type is the  short bus  with a maximum length of  $150$  meters.  Up to eight terminal equipment – distributed as required – can be connected to this bus. 


⇒   The  extended bus  is at least  $100$  meters and at most  $500$  meters long.  A maximum of four terminal equipment can be connected,  but these may only be positioned within the last  $50$  meters before the terminating impedance.


⇒   For a point-to-point connection,  the cable length can be up to  $1000$  meters.  In this case,  it is referred to as a  long bus.  It should be noted,  however,  that only one terminal equipment can be connected at this length  $($"single connection"$)$.

Telecommunications aspects of the S0 interface


On the  $\rm S_0$ bus,  the two bearer channels and the data channel are transmitted together with synchronization and control bits in frames of  $48$  bits each in time division multiplex.  The  modified AMI code  $($the name stands for "alternate mark inversion"$)$  is used,  which can be characterized as follows:

  1. The logical  (binary)  "1"  is represented by the voltage value  $0\ \rm V$  and the logical  (binary)  "0"  alternately by   $+s_0$   or   $-s_0$,  as the comparison of the upper and lower signal waveforms in the graphic of  $\text{Example 2}$  shows.  For ISDN,  the modulation range  $s_0 = 0.75\ \rm V$  is fixed.
  2. The pseudo-ternary coding ensures that the  $\rm S_0$  bus remains free of DC voltage at all times.  The redundancy of   $1 - 1/\log_2 (3) ≈ 37\%$   is used in ISDN,  for example,  for frame synchronization by deliberately violating the AMI coding rules to mark frames.
  3. The  $\rm S_0$ bus is writable by the logical  "AND"  operation.  This means that the NTBA only receives the logical  "1"  if all terminal devices equipment send a logical  "1" - i.e. the zero level.  If only one device sends the logical  "0",  this is also received.
  4. All terminal equipment obtains its clock from the NTBA and operates bitsynchronously. The quiescent signal is always the zero level,  i.e. the logical  "continuous one".  In addition,  since all devices in the data channel always transmit a  "0"  with same polarity,  pulses cannot cancel each other out.


$\text{Example 2:}$  The graphic illustrates the difference between the  "modified"  and the  "conventional AMI code",  namely the swapping of  "0"  and  "1"  in the binary signal.  The reason for this interchange is:

AMI code and modified AMI code
  • With the conventional AMI code,  no symbols are transmitted during a speech pause either.  Or in other words,  only pulses with the amplitude  $0 \ \rm V$  are transmitted over a longer period of time  $($see middle diagram$)$.  This makes clock synchronization more difficult.


  • With the modified AMI code  $($lower diagram$)$,  positive and negative pulses alternate   ⇒   simple clock synchronization at  "duration zero".  Critical is now a  "continuous one"  signal,  but this occurs in voice transmission never  (or only extremely rarely).


We received this note on the practical significance of the modified AMI code from Prof. Peter Richert  (FH Münster).  Many thanks!


Frame structure of the S0 interface


The frame structure of the  $\rm S_0$ interface - i.e. the bus between the network termination  $\rm (NTBA)$  and the subscriber terminal equipment  $\rm (TE)$  - is shown in the upper part of the following graphic.  The lower part shows the frame structure in the opposite direction  $\rm (TE  →  NTBA)$.

$\rm S_0$ frame structure

Each frame consists of

  • $2 · 8 = 16$  bits for each of the two bearer channels  $(32$  bits in total$)$,
  • $4$  bits for the data channel  (marked green),  and
  • another  $12$  control bits,  which are different for the two transmission directions.


Each frame is thus composed of  $48$  bits,  which are transmitted in  $250$  microseconds  $(4000$  frames per second$)$.

This results in a  total gross bit rate  of  $48 · 4000 = 192\ \rm kbit/s$.

The  twelve bits for control information  are composed as follows:

  • $\rm A$ bit:  Activation bit  (marked in brown),
  • $\rm E$ bits:  Bits for echo channel  (marked red),
  • $\rm F$ bit:  Frame synchronization bit,
  • $\rm FA$ bit:  Additional frame synchronization bit,
  • $\rm L$ bits:  DC equalization bits,
  • $\rm N$ bit:  Inverted  $\rm FA$  bit,
  • $\rm S$ bits:  Reserved for future applications.


The interaction of these control bits is described in  $\text{Example 3}$.

$\text{In advance only so much:}$ 

  1. Each frame is composed of subframes,  whereby each subframe – and thus the entire frame - must be kept DC–free.
  2. To achieve this,  so-called  $\rm L$ bits  are used in each subframe.
  3. Such a  $\rm L$ bit  is always logical  "0"  with positive or negative polarity  $(±0.75 \ \rm V)$,  if the number of polarity changes after the last  $\rm L$ bit  is odd.
  4. On the other hand,  if the number of polarity changes is even,  the   $\rm L$ bit  is  logical  "1"   ⇒   $0 \ \rm V$.


$\text{Example 3:}$  The following description of the bit assignment  $($depending on the transmission direction$)$  is based on the above graphic for the  $\rm S_0$ frame structure.

⇒   In  both directions

  1.   The first bit of each frame is the frame synchronization bit  $(\rm F$  bit$)$.  This is always  "0"  with positive polarity   ⇒   $+0.75 \ \rm V$.
  2.   This is followed by a DC compensation bit  $\rm (L$  bit:  "0"  with negative polarity   ⇒   $-0.75 \ \rm V)$  to prevent a DC component.
  3.   Since an  $\rm L$  bit  $($with level  $+0.75 \ \rm V)$  has also occurred at the end of the last frame,  the  $\rm F$  bit of the current frame leads to a deliberate violation of the AMI coding rule  $($purple marking in the graphic$)$,  which is used for frame synchronization.
  4.   The 14th bit is an additional frame synchronization bit  $(\rm FA$  bit$)$  which is always set to  "0 negative"  $(-0.75 \ \rm V)$.
  5.   Since the subframe between bits 3 and 13 is always DC-free, the  $\rm FA$  bit  also generates an intentional code violation together with the  $\rm L$.
  6.   This second code violation confirms the code violation originating from the  $\rm F$  bit.  This prevents a transmission error from being incorrectly interpreted as a frame start.
  7.   Loss of frame synchronization is assumed when no code violation pairs are identified within two frames.
  8.   Frame synchronization is complete when three consecutive code violations have been detected:   "$\rm F – FA – F$".


⇒   Different terminal equipment can transmit simultaneously in the  transmitting direction  (lower graphic):

  1.   Each device must be DC-free by the respective  $\rm L$  bit after each bearer channel  $($bit 11, 24, 35, 46$)$  and data channel  $($bit 13, 26, 37, 48$)$. 
  2.   The $\rm L$  bit at position 15 is always  "0"  with positive polarity  $(+0.75 \ \rm V)$.


⇒   In the  reception direction  (upper graphic),  only the NTBA transmits and thus a single compensation bit  $\rm L$  bit$)$  is sufficient except for bit 2 at the end.  In addition,  there are further control bits in this direction  $\rm (NTBA → TE)$:

  1.   The thirteenth bit is the activation bit  $(\rm A$  bit$)$.  This is set to  "0"  when activated and to  "1"  when deactivated.
  2.   The  $\rm N$  bit at bit position  15  always directly follows the  $\rm FA$  bit  and is inverted with respect to it,  i.e. set to  "1"   ⇒   $0 \ \rm V$.
  3.   The bits  $\rm S1$  and  $\rm S2$  are reserved for future applications and are currently always set to logical  "0"  $($with different polarity$)$.
  4.   The total of four  $\rm E$  bits  (for the echo channel)  in the reception direction depend on the data bits of the transmission direction.
  5.   These bits can be used to decide which terminals are currently allowed to transmit.  This will be discussed in detail in the next section.


Collision-free access to the data channel


Finally,  it will be shown how ISDN allows several terminals to  access the data channel  without collisions,  and which terminal has priority when transmitting. 

The  $\rm C$arrier $\rm S$ense $\rm M$ultiple $\rm A$ccess  $\rm (CSMA)$  method is used for blocking and unblocking the data channel and can be described briefly as follows:

  • The  echo channel  is inserted into the data stream for the direction  $\rm NTBA → TE$.  This is the totality of the  $\rm E$  bits marked in red in the graphic  $($on the previous section$)$,  each of which transmits a previously received  $\rm D$  bit back to the terminals.
  • An    $\rm E$  bit  results from the  AND operation  of all participants.  This means:  In the echo channel,  the logical  "1"  only occurs if every participant reports a  "1"  - i.e. sends nothing.  A  "0"  in the echo channel indicates that a device has access to the data channel or at least wishes to do so.
  • Each terminal equipment checks whether the data channel is free or busy by  listening on the echo channel.  For this purpose,  the terminal waits for at least  $N$  consecutive logical ones  $(0 \ \rm V)$  in the echo channel.  For a telephone device  $N = 8$,  for data devices  $N = 10$.
  • After  $N$  ones,  one can assume with sufficient certainty that there is a free data channel and the device starts to transmit.  For transmission security,  each piece of user information starts and ends with the bit pattern  "01111110"   ⇒   $\rm (flag)$  according to the protocol of layer  2  of the OSI reference model.


An example shows which terminal equipment is given priority when two terminal equipment want to start transmitting at the same time.

$\text{Example 4:}$  Two terminal devices  $\rm TE1$  and  $\rm TE2$  want to access the data channel at the same time.  They both wait for  $N = 8$  consecutive logical ones on the echo channel $($marked blue in the graphic, time marker  $t_1)$.

Data channel access and interaction with the echo channel
  1.   After that,  both send  – again simultaneously –  a flag  $($green mark,  time marker  $t_2)$.
  2.   At time  $t_3$,  both terminals send their information.  In the echo channel,  a collision is detected if the bits of TE1 and TE2 differ.
  3.   The logical  "0"  has priority over the logical  "1".  In the example,  TE2 has priority over TE1,  because the fifth bit of TE2 is a  "0"  and the fifth bit of TE1 is a  "1"  $($red marks$)$.
  4.   Thus TE1 will stop the transmission.  It can only send its information at time  $t_7$  after TE2 completes its transmission with a flag  $(t_4)$,  and thus the data channel is free again from  $t_5$. 
  5.   TE1 checks this at time marker  $t_5$  and sends a flag again afterwards  $(t_6)$. 


General description of the UK0 interface


According to the  "ISO-OSI reference model",  the  $\rm U$ interface is generally the connection between the network termination  ("Network Termination for ISDN Basic rate Access",  $\rm NTBA)$  and the line termination  $\rm (LT)$  in the exchange.

  • In the case of the ISDN basic rate interface,  this point is called the  $\rm U_{K0}$ interface and the associated bus the  $\rm U_{K0}$ bus.  "$\rm K$"  stands here for the transmission medium  "copper"  and  "$0$"  for the basic rate interface.
  • The line termination  $\rm (LT)$  forms the transmission-technical termination on the network side.  It handles all switching and operational tasks,  line coding,  transmission control,  remote power supply,  and test and monitoring functions.


The graphic shows the  $\rm U_{K0}$ interface as the network access for a subscriber.  This interface  $($or the associated bus$)$  is characterized by the following features:

ISDN basic rate interface with NTBA,  $\rm S_{0}$ bus  and  $\rm U_{K0}$ bus




  1.   The  $\rm U_{K0}$ bus is implemented by two-wire transmission over a single copper twin wire,  with ranges of  $8$  kilometers  $($with  $0.6$  millimeter diameter)  or  $6$  km  (with  $0.4$  mm diameter)  possible.
  2.   The gross data transmission rate is  $\text{160 kbit/s}$  in both directions, distributed over two user channels of  $\text{64 kbit/s}$  each,  the data channel with  $\text{16 kbit/s}$  and an additional  $\text{16 kbit/s}$  channel for synchronization and service.
  3.   In contrast to the  $\rm S_0$ bus  $($modified AMI code$)$,  a line code with less redundancy is used here.  In Germany and Belgium,  a  $\rm 4B3T$ code  is used  (see next section),  in other European countries the redundancy-free quaternary code  $\rm (2B1Q)$.
  4.   In the 2B1Q code,  two binary symbols are mapped to one quaternary symbol each;  the four possible voltage values are  $±2.5 \ \rm V$  and  $±0.83 \ \rm V$. 
  5.   The advantage is the smaller symbol rate of  $80000$  quaternary symbols per second  $\text{(80 kBaud)}$   ⇒   a larger operating range.
  6.   The disadvantage is that transmission errors cannot be detected due to the lack of redundancy and that the 2B1Q code is not DC-signal-free.


Telecommunications aspects of the UK0 interface


In the ISDN network of  "Deutsche Telekom",  the   $\rm MMS43$  code   ⇒   "$\rm M$odified $\rm M$onitored $\rm S$um $4$B$3$T"  is used for transmission on the  $\rm U_{K0}$ bus.


The graphic below shows the four code tables of the MMS43 code.  In the following, only the most important properties will be summarized:

  1. In each 4B3T code, four binary symbols  $\rm (4B)$  are represented by three ternary symbols  $\rm (3T)$,  which are simplified here as "–",  "0"  and  "+".  These symbols represent the signal levels  $–2.5 \ \rm V$,  $0 \ \rm V$  and  $+2.5\ \rm V$.  The ternary decision has two thresholds.
  2. Compared to the binary code and also compared to the AMI code,  the symbol rate is  $25\%$  smaller.  This means:   The bit rate  $160 \ \rm kbit/s$  leads here to the symbol rate  $120 \ \rm kBaud$  $(120 \hspace{0.08cm}000$  ternary symbols per second$)$  and not to  $160 \ \rm kBaud$  as on the  $\rm S_0$ bus.
  3. The symbol rate is larger than for the 2B1Q code  $(80 \ \rm kBaud)$.  However,  a significant advantage of the redundant 4B3T code is that it is free of DC signals.  This means that a constant voltage value of  $+2.5\ \rm V$  or  $-2.5\ \rm V$  cannot occur over a longer period of time.
  4. Another characteristic of the MMS43 code is that four different code tables are available for the conversion from binary to ternary,  which are selected according to the running digital sum  ${\it Σ}_l$  $($of the ternary values$)$.  The graph shows these tables.
  5. Six of the total  $16$  entries  $($marked by red arrows$)$  are the same in all four lines and thus apply independently of the running digital sum  $\rm (RDS)$.  These ternary sequences each contain a  "+"  and a  "–",  so that the RDS value is preserved:   ${\it Σ}_{l+1} = {\it Σ}_l$.
  6. Let us now consider a binary word with different entries:   If   ${\it Σ}_l= 0$,  the binary sequence "0000" is replaced by  "+ 0 +",  increasing  $\rm RDS$  by  $2$.  In all the other cases, "0 – 0" is output,  decreasing  $\rm RDS$  by  $1$. 
  7. The two lines of the table for  ${\it Σ}_l= 1$  and  ${\it Σ}_l= 2$  differ only in two entries,  which are highlighted in the graphic by blue frames.  This is the only difference between the MMS43 code and the conventional MS43 code,  which makes do with only three code tables.


Code tables of the MMS43 code

Frame structure of the UK0 interface


Each frame on the  $\rm U_{K0}$ bus is made up of  $120$  ternary symbols and is transmitted in one millisecond. This results in a  symbol rate of  $120 \ \rm kBaud$.

Frame structure of the  $\rm U_{K0}$ interface

The graphic illustrates the  $\rm U_{K0}$ frame structure,

  1. in the upper part in the direction from the network termination  $\rm (NTBA)$  to the  line termination  $\rm (LT)$  in the local exchange,
  2. below in the opposite direction,  from  $\rm (LT)$  to   $\rm (NTBA)$.


It can be seen:

  • The information symbols are embedded in four subframes  $\rm T1$, ... ,  $\rm T4$  of  $27$  ternary symbols each,  which result from  $36$  input bits according to the 4B3T coding.
  • These  $36$  bits are composed of  $16$  bits each of the two bearer channels  $\rm B1$  and  $\rm B2$  and four bits of the data channel,  which are interleaved.
  • Furthermore,  there is a synchronization word  $(\rm Sync)$  derived from the Barker code with eleven ternary symbols that differ in position and content for the two directions.
  • The  "maintenance symbol"   $\rm M$  (red marking)  is derived from eight overframes and is mainly used for service purposes.


Network termination


Network termination device  $\rm (NTBA)$  as a connection between  $\rm S_0$ and   $\rm U_{K0}$ bus

The  $\rm NTBA$  $(N\hspace{-0.05cm}$etwork  $T\hspace{-0.05cm}$ermination  for  ISDN  $B\hspace{-0.05cm}$asic  Rate  $A\hspace{-0.05cm}$ccess$)$

  • connects an in-house ISDN terminal equipment  $\rm (TE)$  to the higher-level local network via the exchange,
  • implements the conversion from the ISDN access network,  which has two wires at the NTBA,  to the four-wire house access line.
  • is an extremely important ISDN network component,  as it enables the transition between the  $\rm S_0$ bus and the  $\rm U_{K0}$ bus.


In general,  the NTBA is composed of two parts called  "NT1"  and  "NT2".

The tasks of the mandatory termination  $\rm NT1$  are:

  1. Conversion from two-wire to four-wire  (and vice versa)  and the code conversion between 4B3T code  $(\rm U_{K0})$  and AMI code  $(\rm S_0)$,
  2. Power supply for the  $\rm S_0$ bus  $(230\ \rm V$, max. $4.5\ \rm W$  power output$)$,  whereby the NT1 is supplied by the exchange via the  $\rm U_{K0}$ interface during normal operation,
  3. Power supply of up to four terminal equipment of the  $\rm S_0$ interface in emergency operation;  for this purpose,  the NT1 must be connected to a safe power supply,
  4. Execution of all operating functions;  this includes,  among other things,  the detection of frame errors and the execution of tests and so-called  "loop formations".


The optional  $\rm NT2$  is only needed if a private branch exchange is to be connected behind the network termination:

  1. In the  "Deutsche Telekom" network,  however, up to eight terminals  (maximum four ISDN telephones)  can be connected via the passive  $\rm S_0$ bus.
  2. In this case,  the NT2 can also be dispensed with in the extension configuration.  The NTBA then consists only of the NT1.

Directional separation method


Because of its transmission characteristics  $($long transmission range,  low bandwidth$)$, the  full-duplex frequency-division method  is used on the  $\rm U_{K0}$ bus,  i.e.  the signals are transmitted in both directions via a two-wire line at the same time and in the same frequency band.

The signals of the transmitting and receiving directions are separated from each other by means of a  fork circuit,  as shown in the diagram.

Illustration of direction separation methods


⇒   The realization is explained in detail in  $\text{Example 5}$.  Here only a short explanation of the operations using the example of subscriber  $\rm A$:

  • At receiver  $\rm A$,  only the signal  $r_{\text{A}}(t)$  should arrive,  which would without noise,  distortions and echoes be equal to the transmitted signal  $s_{\text{B}}(t)$  from subscriber  $\rm B$  $($component shown in red$)$.
  • However,  the signal  $r_{\text{A}}(t)$  is now superimposed by the signal  $s_{\text{A}}\hspace{-0.03cm}'(t)$,  which reaches the receiver via the fork circuit from its own transmitter.  This is indicated by the blue arrow.
  • The task of the fork circuit is now to keep this component  $s_{\text{A}}\hspace{-0.03cm}'(t)$  of the received signal as low as possible. 


⇒  This is generally very successful for narrowband transmitted signals – for example speech – but not for a broadband signal.  In this case,  the   echo cancellation method   must also be used  $($see green blocks in the above graphic$)$.

Its mode of operation can be described very briefly as follows:

  • The transmitter regularly emits  "test signals"  and measures the respective incoming signal,  which on the one hand originates from subscriber  $\rm B$  via the fork circuit,  but on the other hand also reaches its own receiver via near-end crosstalk.
  • From the determined  "echo impulse response",  the echo canceller calculates the expected echo in normal operation of its own transmitter and subtracts this from the received signal.  The echo canceller can be implemented,   for example, by a "transversal filter"  whose coefficients are set and re-adjusted by a processor.


$\text{Example 5:}$  The graphic shows a common realization of the  fork circuit. One can see

Realization of the fork circuit
  • on the left,  the transmitted and received line of the  $\rm S_0$ interface,  and
  • on the right,  the two-wire connection of the bidirectional  $\rm U_{K0}$ interface.


The task of the fork circuit is

  • to switch the  (blue)  transmitted signal  $s_{\text{A} }(t)$  from the  $\rm S_0$ to the  $\rm U_{K0}$ side,
  • and the  (red)  received signal  $r_{\text{A} }(t)$  in the opposite direction.


Care must be taken that the  $\rm S_0$ receiver is as completely decoupled as possible from the  $\rm S_0$ transmitter.  That means:  The signal component  $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t)$  with a gray background on the received line should disappear or at least be very small.

This circuit works in the following way:

  1. $Z_{\rm L}(f)$  is the input impedance of the copper line of the ISDN access network coupled via the transformer.
  2. $Z_{\rm N}(f)$  is the artificial line replica in the hybrid circuit.
  3. If  $Z_1/Z_{\rm N}(f) = Z_2/Z_{\rm L}(f)$,  then  $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t) = 0$.
  4. Here  $Z_1$  and  $Z_2$  denote real impedances.
  5. $Z_{\rm L}(f)$  and  $Z_{\rm N}(f)$  are complex and thus frequency-dependent.


⇒   For narrowband signals,  the replication of  $Z_{\rm L}(f)$  by  $Z_{\rm N}(f)$  succeeds relatively well,  so that  $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t)$  can already be made sufficiently small by the fork circuit.  In contrast,  this is not possible for the entire frequency range in the case of broadband signals.  Here,  the echo cancellation must be applied additionally.


Hierarchy of exchanges


An  exchange  provided the switching technology for the telephone network and for the logical and physical connection process between the subscriber lines.  One distinguished between several hierarchical levels.  The graphic summarizes this hierarchical structure.

Hierarchical structure of exchanges  $($historical$)$;  certainly not completely valid in 2018
  • The  local exchanges  $\rm (LE)$  formed the lowest level.  An LE realizes the reference point  $\rm V$  of the network,  managed up to  $100,000$  ISDN subscribers,  fulfilled all switching functions and is the entry into the  "long-distance network".
  • Above this were  node exchanges  $\rm (NE)$,  which were meshed together and connected to various main exchanges.  In Deutsche Telekom's territory,  there were approximately  $620$  node exchanges.
  • The next level was formed by the  main exchanges  $\rm (ME)$,  of which there were about  $50$  in the Federal Republic of Germany.  These were also connected to each other and to the hierarchy highest level.
  • The  central exchanges  $\rm (CE)$  formed the top hierarchical level of the long-distance network and served large regional areas. Each CE was also connected to an international exchange.


Exercises for the chapter


Exercise 1.3: Frame Structure of ISDN

Exercise 1.3Z: ISDN Bus System and Interfaces

Exercise 1.4: AMI and MMS43 Code

Exercise 1.4Z: Modified MS43 Code