Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 1.1: ISDN Supply Lines"

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{{quiz-Header|Buchseite=Beispiele von Nachrichtensystemen/Allgemeine Beschreibung von ISDN
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[[File:EN_Bei_A_1_1.png|right|frame|Main bundle, basic bundle, and star quad]]
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In ISDN  ("Integrated Services Digital Network")  the final branch  (near the subscriber)  is connected to a  "local exchange"  $\rm (LE)$  by a copper twisted pair,  whereby two twisted pairs are twisted into a so-called  "star quad".  Several such star quads are then combined to form a  "basic bundle",  and several basic bundles are combined to form a  "main bundle"  (see graphic).
  
[[File:P_ID1577__Bei_A_1_1.png|right|frame|Hauptbündel, Grundbündel und Sternvierer]]
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In the network of  "Deutsche Telekom"  (formerly:  "Deutsche Bundespost"),  mostly copper lines with  $0.4$  mm core diameter are found,  for whose attenuation and phase function the following equations are given in  '''[PW95]''': 
Bei ISDN ist der Endverzweiger (in der Nähe des Teilnehmers) mit einer Ortsvermittlungsstelle (OVSt) durch eine Kupfer–Doppelader verbunden, wobei jeweils zwei Doppeladern zu einem so genannten Sternvierer verdrillt sind. Mehrere solcher Sternvierer sind dann zu einem Grundbündel zusammengefasst, und mehrere Grundbündel zu einem Hauptbündel (siehe Grafik).
 
 
 
Im Netz der Deutschen Telekom (ehemals: Deutsche Bundespost) findet man meist Kupferleitungen mit 0.4 mm Aderdurchmesser, für deren Dämpfungs– und Phasenfunktion in [PW95] die folgenden Gleichungen angegeben werden:
 
 
:$$\frac{a_{\rm K}(f)}{\rm dB} = \left [ 5.1 + 14.3 \cdot \left (\frac{f}{\rm MHz}\right )^{0.59}\right ]\cdot\frac{l}{\rm km}
 
:$$\frac{a_{\rm K}(f)}{\rm dB} = \left [ 5.1 + 14.3 \cdot \left (\frac{f}{\rm MHz}\right )^{0.59}\right ]\cdot\frac{l}{\rm km}
 
     \hspace{0.05cm},$$
 
     \hspace{0.05cm},$$
 
:$$\frac{b_{\rm K}(f)}{\rm rad} = \left [ 32.9 \cdot \frac{f}{\rm MHz} + 2.26 \cdot \left (\frac{f}{\rm MHz}\right )^{0.5}\right ]\cdot\frac{l}{\rm km}    \hspace{0.05cm}.$$
 
:$$\frac{b_{\rm K}(f)}{\rm rad} = \left [ 32.9 \cdot \frac{f}{\rm MHz} + 2.26 \cdot \left (\frac{f}{\rm MHz}\right )^{0.5}\right ]\cdot\frac{l}{\rm km}    \hspace{0.05cm}.$$
Hierbei bezeichnet $l$ die Leitungslänge.
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Here  $l$  denotes the cable length.
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''Hinweise:''
 
*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_ISDN|Allgemeine Beschreibung von ISDN]].
 
*Insbesondere wird Bezug genommen auf die Seite [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_ISDN#Netzinfrastruktur_f.C3.BCr_das_ISDN|Netzinfrastruktur für das ISDN]].
 
*Weitere Informationen zum Dämpfungsverhalten von Kupferleitungen finden Sie im Kapitel „Eigenschaften elektrischer Leitungen”  des Buches [[Lineare zeitinvariante Systeme]].
 
*[PW95] bezieht sich auf die folgende Veröffentlichung: Pollakowski, P.; Wellhausen, H.-W.: Eigenschaften symmetrischer Ortsanschlusskabel im Frequenzbereich bis 30 MHz. Deutsche Telekom AG, Forschungs- und Technologiezentrum Darmstadt, 1995.
 
*Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.
 
  
  
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<u>Notes:</u>
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*The exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_ISDN|"General Description of ISDN"]].
  
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*In particular,&nbsp; reference is made to the section&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_ISDN#Network_infrastructure_for_ISDN|"Network infrastructure for ISDN"]].
  
===Fragebogen===
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*Further information on the attenuation of copper lines can be found in the chapter&nbsp; "Properties of Electrical Cables"&nbsp; of the book&nbsp; [[Lineare zeitinvariante Systeme|"Linear and Time Invariant Systems"]].
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*'''[PW95]'''&nbsp; refers to the following&nbsp; (German language)&nbsp;  publication:&nbsp; Pollakowski, P.; Wellhausen, H.-W.: Eigenschaften symmetrischer Ortsanschlusskabel im Frequenzbereich bis 30 MHz. Deutsche Telekom AG, Forschungs- und Technologiezentrum Darmstadt, 1995.
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===Questions===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
  
{Wieviele Teilnehmer ($N$) können durch das dargestellte Hauptkabel an eine ISDN–Ortsvermittlungsstelle angeschlossen werden?
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{How many subscribers&nbsp; $(N)$&nbsp; can be connected to an ISDN local exchange through the main cable shown?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$N \ = \ $ { 50 3% }  
 
$N \ = \ $ { 50 3% }  
  
{Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Zweidrahtübertragung?
+
{What are the consequences of two-wire transmission?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Die beiden Übertragungsrichtungen stören sich gegenseitig.
+
+ The two transmission directions interfere with each other.
+ Es kann zu Nebensprechstörungen kommen.
+
+ Crosstalk noise may occur.
- Es treten Impulsinterferenzen auf.
+
- Intersymbol interference occurs.
  
{Ein Gleichsignal wird um den Faktor $4$ gedämpft. Wie groß ist die Kabellänge $l$?
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{A DC signal is attenuated by a factor of&nbsp; $4$.&nbsp; What is the cable length&nbsp; $l$&nbsp;?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$l \ = \ $ { 2.36 3% } $\ \rm km$
 
$l \ = \ $ { 2.36 3% } $\ \rm km$
  
{Welcher Dämpfungs– und Phasenwert ergibt sich daraus für die Frequenz f = 120 kHz?
+
{Which attenuation and phase value results from this for the frequency&nbsp; $f = 120 \ \rm kHz$&nbsp;?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$a_{\rm K}(f = 120 \ \rm kHz) \ = \ $ { 21.7 3% } $\ \rm dB$
 
$a_{\rm K}(f = 120 \ \rm kHz) \ = \ $ { 21.7 3% } $\ \rm dB$
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</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Im Anschlussbereich wird eine Zweidrahtübertragung verwendet. Die möglichen Anschlüsse sind somit gleich der Anzahl der Doppeladern im Hauptkabel: $\underline{N = 50}$.
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'''(1)'''&nbsp; Two-wire transmission is used in the connection area.&nbsp; The possible connections are equal to the number of pairs in the main cable: &nbsp;
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:$$\underline{N = 50}.$$
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'''(2)'''&nbsp; <u>Solutions 1 and 2</u>&nbsp; are correct:
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*Two-wire transmission requires a directional separation method,&nbsp; namely the so-called&nbsp; "fork circuit".&nbsp; This has the task that at receiver &nbsp;$\rm A$&nbsp; only the transmitted signal of subscriber &nbsp;$\rm B$&nbsp; arrives,&nbsp; but not the own transmitted signal.&nbsp; This is generally quite successful with narrowband signals – for example,&nbsp; speech – but not completely.
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*Due to inductive and capacitive couplings,&nbsp; crosstalk can occur from the twin wire located in the same star quad,&nbsp; whereby&nbsp; "near-end crosstalk"&nbsp;&nbsp; $($i.e. the interfering transmitter and the interfered receiver are located together$)$&nbsp; leads to greater impairments than&nbsp; "far-end crosstalk".
  
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*On the other hand,&nbsp; the last solution is not applicable.&nbsp; Intersymbol interference – i.e. the mutual interference of neighboring symbols – can certainly occur,&nbsp; but it is not related to two-wire transmission.&nbsp; The reason for this are rather&nbsp; (linear)&nbsp; distortions due to the specific attenuation and phase curves.
  
'''(2)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1 und 2</u>:
 
*Bei Zweidrahtübertragung ist ein Richtungstrennungsverfahren erforderlich, nämlich die so genannte Gabelschaltung. Diese hat die Aufgabe, dass beim Empfänger '''A''' nur das Sendesignal von Teilnehmer '''B''' ankommt, nicht jedoch das eigene Sendesignal. Dies gelingt bei schmalbandigen Signalen – zum Beispiel Sprache – im allgemeinen recht gut, jedoch nicht vollständig.
 
*Aufgrund von induktiven und kapazitiven Kopplungen kann es zu Übersprechen von der im gleichen Sternvierer befindlichen Doppelader kommen, wobei Nahnebensprechen (das heißt: der störende Sender und der gestörte Empfänger liegen örtlich zusammen) zu größeren Beeinträchtigungen führt als Fernnebensprechen.
 
*Nicht zutreffend ist dagegen der letzte Lösungsvorschlag. Impulsinterferenzen – also die gegenseitige störende Beeinflussung benachbarter Symbole – können zwar durchaus auftreten, hängen aber nicht mit der Zweidrahtübertragung zusammen. Der Grund hierfür sind vielmehr (lineare) Verzerrungen aufgrund des spezifischen Dämpfungs– und Phasenverlaufs.
 
  
  
'''(3)'''&nbsp; Die Gleichsignal–Dämpfung um den Faktor 4 kann wie folgt ausgedrückt werden:
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'''(3)'''&nbsp; The DC signal attenuation by a factor of&nbsp; $4$&nbsp; can be expressed as follows:
 
:$$a_{\rm K}(f = 0) = 20 \cdot {\rm lg}\,\,(4) = 12.04\,{\rm dB}\hspace{0.05cm}.$$
 
:$$a_{\rm K}(f = 0) = 20 \cdot {\rm lg}\,\,(4) = 12.04\,{\rm dB}\hspace{0.05cm}.$$
Mit dem angegebenen Koeffizienten 5.1 dB/km ergibt sich somit die Leitungslänge $l = 12.04/5.1hspace{0.15cm}\underline = 2.36 \ \rm km$.
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*With the given coefficient&nbsp; $\text{5.1 dB/km}$,&nbsp; this gives the cable length&nbsp; $l = 12.04/5.1\hspace{0.15cm}\underline{ = 2.36 \ \rm km}$.
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'''(4)'''&nbsp; Mit den angegebenen Gleichungen und$ l = 2.36 \ \rm km$ erhält man:
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'''(4)'''&nbsp; Using the given equations and&nbsp; $ l = 2.36 \ \rm km$,&nbsp; we obtain:
 
:$$a_{\rm K}(f = 120\,{\rm kHz})= (5.1 + 14.3 \cdot 0.12^{\hspace{0.05cm}0.59}) \cdot 2.36\,{\rm dB} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 21.7\,{\rm dB}}\hspace{0.05cm},$$
 
:$$a_{\rm K}(f = 120\,{\rm kHz})= (5.1 + 14.3 \cdot 0.12^{\hspace{0.05cm}0.59}) \cdot 2.36\,{\rm dB} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 21.7\,{\rm dB}}\hspace{0.05cm},$$
 
:$$b_{\rm K}(f = 120\,{\rm kHz}) = (32.9 \cdot 0.12 + 2.26 \cdot 0.12^{\hspace{0.05cm}0.5}) \cdot 2.36\,{\rm rad}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 11.2\,{\rm rad}}\hspace{0.05cm}.$$
 
:$$b_{\rm K}(f = 120\,{\rm kHz}) = (32.9 \cdot 0.12 + 2.26 \cdot 0.12^{\hspace{0.05cm}0.5}) \cdot 2.36\,{\rm rad}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 11.2\,{\rm rad}}\hspace{0.05cm}.$$
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[[Category:Aufgaben zu Beispiele von Nachrichtensystemen|^1.1 Allgemeine Beschreibung von ISDN^]]
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[[Category:Examples of Communication Systems: Exercises|^1.1 General Description of ISDN^]]

Latest revision as of 15:18, 26 October 2022

Main bundle, basic bundle, and star quad

In ISDN  ("Integrated Services Digital Network")  the final branch  (near the subscriber)  is connected to a  "local exchange"  $\rm (LE)$  by a copper twisted pair,  whereby two twisted pairs are twisted into a so-called  "star quad".  Several such star quads are then combined to form a  "basic bundle",  and several basic bundles are combined to form a  "main bundle"  (see graphic).

In the network of  "Deutsche Telekom"  (formerly:  "Deutsche Bundespost"),  mostly copper lines with  $0.4$  mm core diameter are found,  for whose attenuation and phase function the following equations are given in  [PW95]

$$\frac{a_{\rm K}(f)}{\rm dB} = \left [ 5.1 + 14.3 \cdot \left (\frac{f}{\rm MHz}\right )^{0.59}\right ]\cdot\frac{l}{\rm km} \hspace{0.05cm},$$
$$\frac{b_{\rm K}(f)}{\rm rad} = \left [ 32.9 \cdot \frac{f}{\rm MHz} + 2.26 \cdot \left (\frac{f}{\rm MHz}\right )^{0.5}\right ]\cdot\frac{l}{\rm km} \hspace{0.05cm}.$$

Here  $l$  denotes the cable length.



Notes:

  • [PW95]  refers to the following  (German language)  publication:  Pollakowski, P.; Wellhausen, H.-W.: Eigenschaften symmetrischer Ortsanschlusskabel im Frequenzbereich bis 30 MHz. Deutsche Telekom AG, Forschungs- und Technologiezentrum Darmstadt, 1995.



Questions

1

How many subscribers  $(N)$  can be connected to an ISDN local exchange through the main cable shown?

$N \ = \ $

2

What are the consequences of two-wire transmission?

The two transmission directions interfere with each other.
Crosstalk noise may occur.
Intersymbol interference occurs.

3

A DC signal is attenuated by a factor of  $4$.  What is the cable length  $l$ ?

$l \ = \ $

$\ \rm km$

4

Which attenuation and phase value results from this for the frequency  $f = 120 \ \rm kHz$ ?

$a_{\rm K}(f = 120 \ \rm kHz) \ = \ $

$\ \rm dB$
$b_{\rm K}(f = 120 \ \rm kHz) \ = \ $

$\ \rm rad$


Solution

(1)  Two-wire transmission is used in the connection area.  The possible connections are equal to the number of pairs in the main cable:  

$$\underline{N = 50}.$$


(2)  Solutions 1 and 2  are correct:

  • Two-wire transmission requires a directional separation method,  namely the so-called  "fork circuit".  This has the task that at receiver  $\rm A$  only the transmitted signal of subscriber  $\rm B$  arrives,  but not the own transmitted signal.  This is generally quite successful with narrowband signals – for example,  speech – but not completely.
  • Due to inductive and capacitive couplings,  crosstalk can occur from the twin wire located in the same star quad,  whereby  "near-end crosstalk"   $($i.e. the interfering transmitter and the interfered receiver are located together$)$  leads to greater impairments than  "far-end crosstalk".
  • On the other hand,  the last solution is not applicable.  Intersymbol interference – i.e. the mutual interference of neighboring symbols – can certainly occur,  but it is not related to two-wire transmission.  The reason for this are rather  (linear)  distortions due to the specific attenuation and phase curves.


(3)  The DC signal attenuation by a factor of  $4$  can be expressed as follows:

$$a_{\rm K}(f = 0) = 20 \cdot {\rm lg}\,\,(4) = 12.04\,{\rm dB}\hspace{0.05cm}.$$
  • With the given coefficient  $\text{5.1 dB/km}$,  this gives the cable length  $l = 12.04/5.1\hspace{0.15cm}\underline{ = 2.36 \ \rm km}$.


(4)  Using the given equations and  $ l = 2.36 \ \rm km$,  we obtain:

$$a_{\rm K}(f = 120\,{\rm kHz})= (5.1 + 14.3 \cdot 0.12^{\hspace{0.05cm}0.59}) \cdot 2.36\,{\rm dB} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 21.7\,{\rm dB}}\hspace{0.05cm},$$
$$b_{\rm K}(f = 120\,{\rm kHz}) = (32.9 \cdot 0.12 + 2.26 \cdot 0.12^{\hspace{0.05cm}0.5}) \cdot 2.36\,{\rm rad}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 11.2\,{\rm rad}}\hspace{0.05cm}.$$