Aufgaben:Exercise 1.3: Frame Structure of ISDN: Difference between revisions

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{{quiz-Header|Buchseite=Beispiele von Nachrichtensystemen/ISDN-Basisanschluss
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[[File:P_ID1581__Bei_A_1_3_neu.png|right|frame|Rahmenstruktur der $\rm S_{0}$–Schnittstelle]]
[[File:EN_Bei_A_1_3.png|right|frame|Frame structure of the  $\rm S_{0}$ interface]]
Die Grafik zeigt die Rahmenstruktur der $\rm S_{0}$–Schnittstelle. Jeder Rahmen der Dauer $T_{\rm R}$ beinhaltet $48$ Bit, darunter:
The graphic shows the frame structure of the  $\rm S_{0}$ interface.  Each frame of duration  $T_{\rm R}$  contains  $48$  bits, among them:
*$16$ Bit für den ''Bearer Channel''    $\rm B1$ (hellblau),
*$16$  bits for the bearer channel   $\rm B1$  $($light blue$)$,
*$16$ Bit für den ''Bearer Channel''   $\rm B2$ (dunkelblau),
*$4$ Bit für den ''Data Channel''   $\rm D$ (grün).


*$16$  bits for the bearer channel  $\rm B2$  $($dark blue$)$,


Gelb eingezeichnet sind die erforderlichen Steuerbits.
*$4$  bits for the data channel  $\rm D$  $($green$)$.


Vorgegeben wird für diese Aufgabe, dass jeder der beiden Basiskanäle $\rm B1$ und $\rm B2$ eine Nettodatenrate von $R_{\rm B} = 64 \ \rm kbit/s$ bereitstellen soll.


Anzumerken ist noch, dass die Bitdauer $T_{\rm B}$ des uncodierten Binärsignals gleichzeitig die Symboldauer des (modifizierten) AMI–Codes angibt, der jede binäre „$1$” dem Spannungspegel $0 \ \rm V$ zuordnet und jede binäre „$0$” alternierend mit $+0.75 \ \rm V$ bzw. $–0.75 \ \rm V$ darstellt.
The required control bits are shown in yellow.


For this exercise,  it is specified that each of the two base channels  $\rm B1$  and  $\rm B2$  should provide a net data rate of  $R_{\rm B} = 64 \ \rm kbit/s$. 


Die Zahlenwerte in der Grafik (rot markiert) geben eine Beispielfolge an, die in der Teilaufgabe (5) entsprechend dem modifizierten AMI–Code in Spannungspegel umgesetzt werden soll.
It should also be noted that the bit duration  $T_{\rm B}$  of the uncoded binary signal simultaneously indicates the symbol duration of the  $($modified$)$  AMI code, 
*Bitnummer $48$ beinhaltet das so genannte '''L'''–Bit.
*which assigns each binary  "$1$"  to the voltage level  $0 \ \rm V$  and
*Dieses ist in der Teilaufgabe (6) so zu setzen, dass das Signal $s(t)$ gleichsignalfrei wird.


*alternately represents each binary  "$0$"  with  $+0.75 \ \rm V$  resp.  $–0.75 \ \rm V$. 




The numerical values in the graphic  $($marked in red$)$  indicate an example sequence which is to be converted into voltage levels in subtask  '''(5)'''  according to the modified AMI code.
*Bit number  $48$  contains the so-called  "$\rm L$  bit.
*This is to be set in subtask  '''(6)'''  in such a way that the signal  $s(t)$  becomes DC–free.


''Hinweise:''


*Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/ISDN-Basisanschluss|ISDN-Basisanschluss]].
*Der (modifizierte) AMI–Code wird ausführlich in [[Digitalsignalübertragung/Symbolweise_Codierung_mit_Pseudoternärcodes#Eigenschaften_des_AMI-Codes]] im Buch „Digitalsignalübertragung” beschrieben.
*Anzumerken ist ferner, dass die ersten $47$ Bit genau $22$ „Nullen” enthalten.




<u>Notes:</u>


*This exercise is part of the chapter&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/ISDN_Basic_Access|"ISDN Basic Access"]].
*The AMI code is described in detail in the chapter&nbsp; [[Digital_Signal_Transmission/Symbolwise_Coding_with_Pseudo-Ternary_Codes#Properties_of_the_AMI_code|"Properties of the AMI code"]]&nbsp; of the book&nbsp; "Digital Signal Transmission".


*It should also be noted that the first&nbsp; $47$&nbsp; bits contain exactly&nbsp; $22$&nbsp; "zeros".


===Fragebogen===
 
 
 
 
===Questions===


<quiz display=simple>
<quiz display=simple>


{Wie groß ist die Rahmendauer $T_{\rm R}$?
{What is the frame duration&nbsp; $($German:&nbsp; "Rahmendauer" &nbsp; &rArr; &nbsp; subscript "R"$)$&nbsp;  $T_{\rm R}$?
|type="{}"}
|type="{}"}
$T_{\rm R} \ = \ $ { 250 3% } $\ \rm \mu s$
$T_{\rm R} \ = \ $ { 250 3% } $\ \rm &micro; s$


{Wie groß ist die Bitdauer $T_{\rm B}$ (= Symboldauer nach der AMI–Codierung)?
{What is the bit duration&nbsp; $T_{\rm B}$?&nbsp; Note:&nbsp; This is equal to the symbol duration after AMI coding.
|type="{}"}
|type="{}"}
$T_{\rm B} \ = \ $ { 5.208 3% } $\ \rm \mu s $
$T_{\rm B} \ = \ $ { 5.208 3% } $\ \rm &micro; s $


{Wie groß ist die Gesamt–Bruttodatenrate $R_{\rm ges}$?
{What is the total gross data rate&nbsp; $R_{\rm gross}$?
|type="{}"}
|type="{}"}
$R_{\rm ges} \ = \ $ { 192 3% } $\ \rm kbit/s$
$R_{\rm gross} \ = \ $ { 192 3% } $\ \rm kbit/s$


{Wieviele Steuerbits ($N_{\rm St}$) werden pro Rahmen übertragen?
{How many control bits&nbsp; $(N_{\rm CB})$&nbsp; are transmitted per frame?
|type="{}"}
|type="{}"}
$N_{\rm St} \ = \ $ { 12 3% }  
$N_{\rm CB} \ = \ $ { 12 3% }  


{Mit welchen Spannungswerten $(0 \ {\rm V}, +0.75 \ {\rm V}, –0.75 \ {\rm V})$ werden Bit $10, 11$ und $12$ (grau hinterlegter Block) dargestellt?
{With which voltage values&nbsp; $(0 \ {\rm V}, +0.75 \ {\rm V}, \ –0.75 \ {\rm V})$&nbsp; are the bits 10, 11 and 12&nbsp; (gray shaded block)&nbsp; represented?
|type="{}"}
|type="{}"}
$U_{10} \ = \ $ { -0.8025--0.6975 } $\ \rm V $
$U_{10} \ = \ $ { -0.8025--0.6975 } $\ \rm V $
$U_{11} \ = \ $ { 0 3% } $\ \rm V $
$U_{11} \ = \ $ { 0. } $\ \rm V $
$U_{12} \ = \ $ { 0.75 3% } $\ \rm V $
$U_{12} \ = \ $ { 0.75 3% } $\ \rm V $


{Welchen Spannungswert $(0 \ {\rm V}, ±0.75 \ {\rm V}) besitzt das L–Bit am Ende?
{What is the voltage value&nbsp; $(0 \ {\rm V}, +0.75 \ {\rm V}, \ –0.75 \ {\rm V})$&nbsp; of the&nbsp; $\rm L$&nbsp; bit at the end?
|type="{}"}
|type="{}"}
$U_{48} \ = \ $ { 0 3% } $\ \rm V $
$U_{48} \ = \ $ { 0. } $\ \rm V $
</quiz>
</quiz>


===Musterlösung===
===Solution===
{{ML-Kopf}}
{{ML-Kopf}}


'''(1)'''&nbsp; In jedem Rahmen werden jeweils $16 \ \rm Bit$ der Basiskanäle B1 und B2 übertragen. Mit der Rahmendauer $T_{\rm R}$ gilt somit für die Bitrate ($R_{\rm B} = 64 \ \rm kbit/s$) eines jeden Rahmens:
'''(1)'''&nbsp; In each frame,&nbsp; $16$&nbsp; bits of the base channels&nbsp; $\rm B1$&nbsp; and&nbsp; $\rm B2$&nbsp; are transmitted.
:$$R_{\rm B} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{T_{\rm R}} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm R} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{64 \cdot 10^3\,\,{\rm bit/s}} \hspace{0.15cm}\underline{= 250 \,{\rm \mu s}} \hspace{0.05cm}.$$
*With the frame duration&nbsp; $T_{\rm R}$,&nbsp; the bit rate&nbsp; $(R_{\rm B} = 64 \ \rm kbit/s)$&nbsp; of each frame is thus:
:$$R_{\rm B} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{T_{\rm R}} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm R} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{64 \cdot 10^3\,\,{\rm bit/s}} \hspace{0.15cm}\underline{= 250 \,{\rm &micro; s}} \hspace{0.05cm}.$$
 
 
'''(2)'''&nbsp; Thus,&nbsp; the following time duration is available for each of the&nbsp; $48$&nbsp; bits:
:$$T_{\rm B} = \frac{T_{\rm R}}{48} = \frac{250 \,{\rm &micro; s}}{48} \hspace{0.15cm}\underline{ = 5.208 \,{\rm &micro; s}}$$
*Since in&nbsp; (modified)&nbsp; AMI encoding each binary symbol is replaced by a ternary symbol of the same duration,&nbsp; the symbol duration after AMI encoding is also&nbsp; $T_{\rm B}$.
 
 
 
'''(3)'''&nbsp; The gross data rate is equal to the reciprocal of the bit duration:
:$$R_{\rm gross} = \frac{1}{T_{\rm B}} \hspace{0.15cm}\underline{= 192 \,{\rm kbit/s}} \hspace{0.05cm}.$$
 
 
'''(4)'''&nbsp; The number of control bits&nbsp; $\rm (CB)$&nbsp; is:
:$$N_{\rm CB} = 48 - 2 \cdot 16 -4 \hspace{0.15cm}\underline{= 12} \hspace{0.05cm}.$$
*These are marked in yellow in the graph.
 
*Thus,&nbsp; the total gross data rate calculated in the last subquestion is composed as follows:
:$$R_{\rm gross} = 2 \cdot {R_{\rm B}} + {R_{\rm D}} + {R_{\rm CB}} = 2 \cdot 64 \,{\rm kbit/s} + 16 \,{\rm kbit/s} + 48 \,{\rm kbit/s} = 192 \,{\rm kbit/s} \hspace{0.05cm}.$$


'''(2)'''&nbsp; Für jedes einzelne der 48 Bit steht somit die Zeitdauer
:$$T_{\rm B} = \frac{T_{\rm R}}{48} = \frac{250 \,{\rm \mu s}}{48} \hspace{0.15cm}\underline{ = 5.208 \,{\rm \mu s}}$$
zur Verfügung. Da bei der (modifizierten) AMI–Codierung jedes Binärsymbol durch ein Ternärsymbol gleicher Dauer ersetzt wird, ist die Symboldauer nach der AMI–Codierung ebenfalls gleich $T_{\rm B}$.


'''(3)'''&nbsp; Die Bruttodatenrate ist gleich dem Kehrwert der Bitdauer:
'''(5)'''&nbsp; Note that the first&nbsp; "0"&nbsp; is encoded with positive polarity and all following alternating with&nbsp; $±0.75 \ {\rm V}$:
:$$R_{\rm ges} = \frac{1}{T_{\rm B}} \hspace{0.15cm}\underline{= 192 \,{\rm kbit/s}} \hspace{0.05cm}.$$
*$U_{1} = U_{5} = U_{9} = U_{12} =\text{ ...} = +0.75 \ {\rm V},$


'''(4)'''&nbsp; Die Anzahl der Steuerbit beträgt:
*$ U_{2} = U_{7} = U_{10} = U_{13} = \text{ ...} = -0.75 \ {\rm V}$.
:$$N_{\rm St} = 48 - 2 \cdot 16 -4 \hspace{0.15cm}\underline{= 12} \hspace{0.05cm}.$$
Diese sind in der Grafik gelb markiert. Die in der letzten Teilfrage berechnete Gesamt–Bruttodatenrate setzt sich somit wie folgt zusammen:
:$$R_{\rm ges} = 2 \cdot {R_{\rm B}} + {R_{\rm D}} + {R_{\rm St}} = 2 \cdot 64 \,{\rm kbit/s} + 16 \,{\rm kbit/s} + 48 \,{\rm kbit/s} = 192 \,{\rm kbit/s} \hspace{0.05cm}.$$


'''(5)'''&nbsp; Das Bit $b_{10} = 0$ wird dargestellt durch $U_{10} \underline{= –0.75 \ \rm V}$,


$\ \ \ \ \ b_{11} = 1$ durch $U_{11} \underline{= 0 \ \rm V}$ und
It follows further:
*Bit&nbsp; $b_{10} = 0$&nbsp; is represented by&nbsp; $U_{10} \underline{= -0.75 \ \rm V}$,
*bit&nbsp; $b_{11} = 1$&nbsp; by&nbsp; $U_{11} \underline{= 0 \ \rm V}$,
*bit&nbsp; $b_{12} = 0$&nbsp; by&nbsp; $U_{12} \underline{= +0.75 \ \rm V}$.


$\ \ \ \ \ b_{12} = 0$ durch $U_{12} \underline{= +0.75 \ \rm V}$.


Zu beachten ist, dass die erste „0” mit positiver Polarität codiert wird und alle folgenden alternierend mit $±0.75 \ {\rm V}: U_{1} = U_{5} = U_{9} = U_{12} = ... = +0.75 \ {\rm V}, U_{2} = U_{7} = U_{10} = ... = –0.75 \ {\rm V}$.
'''(6)'''&nbsp;
*The&nbsp; $\rm L$&nbsp; bit has the task of keeping the AMI encoded signal&nbsp; $($over all&nbsp; $48$&nbsp; ternary symbols$)$&nbsp; DC-free.


'''(6)'''&nbsp; Das L–Bit hat die Aufgabe, das AMI–codierte Signal (über alle $48$ Ternärsymbole) gleichsignalfrei zu halten. Da $22$ mal das Binärsymbol „$0$” aufgetreten ist (also je $11$ mal die Spannungswerte $+0.75 \ \rm V$ und $–0.75 \ \rm V$) und dementsprechend $27$ mal das Binärsymbol „$1$(Spannungswert $0 \ \rm V$), ist $U_{48}$ ebenfalls <u>gleich $0 \ \rm V$</u> zu setzen.
*Since the binary symbol&nbsp; "0"&nbsp; has occurred&nbsp; $22$&nbsp; times&nbsp; $($i.e.&nbsp; $11$&nbsp; times each the voltage values&nbsp; $+0.75 \ \rm V$&nbsp; and&nbsp; $-0.75 \ \rm V)$&nbsp; and correspondingly&nbsp; $27$&nbsp; times the binary symbol&nbsp; "1"&nbsp; $($voltage value&nbsp; $0 \ \rm V)$,&nbsp; $U_{48}\hspace{0.15cm}\underline{=0 \ \rm V}$&nbsp; must be set.




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[[Category:Aufgaben zu Beispiele von Nachrichtensystemen|^1.2 ISDN-Basisanschluss^]]
[[Category:Examples of Communication Systems: Exercises|^1.2 ISDN Basic Access^]]
[[de:Aufgaben:Aufgabe 1.3: ISDN–Rahmenstruktur]]

Latest revision as of 17:55, 16 March 2026

Frame structure of the  $\rm S_{0}$ interface

The graphic shows the frame structure of the  $\rm S_{0}$ interface.  Each frame of duration  $T_{\rm R}$  contains  $48$  bits, among them:

  • $16$  bits for the bearer channel  $\rm B1$  $($light blue$)$,
  • $16$  bits for the bearer channel  $\rm B2$  $($dark blue$)$,
  • $4$  bits for the data channel  $\rm D$  $($green$)$.


The required control bits are shown in yellow.

For this exercise,  it is specified that each of the two base channels  $\rm B1$  and  $\rm B2$  should provide a net data rate of  $R_{\rm B} = 64 \ \rm kbit/s$. 

It should also be noted that the bit duration  $T_{\rm B}$  of the uncoded binary signal simultaneously indicates the symbol duration of the  $($modified$)$  AMI code, 

  • which assigns each binary  "$1$"  to the voltage level  $0 \ \rm V$  and
  • alternately represents each binary  "$0$"  with  $+0.75 \ \rm V$  resp.  $–0.75 \ \rm V$. 


The numerical values in the graphic  $($marked in red$)$  indicate an example sequence which is to be converted into voltage levels in subtask  (5)  according to the modified AMI code.

  • Bit number  $48$  contains the so-called  "$\rm L$  bit.
  • This is to be set in subtask  (6)  in such a way that the signal  $s(t)$  becomes DC–free.



Notes:

  • It should also be noted that the first  $47$  bits contain exactly  $22$  "zeros".



Questions

1 What is the frame duration  $($German:  "Rahmendauer"   ⇒   subscript "R"$)$  $T_{\rm R}$?

$T_{\rm R} \ = \ $ $\ \rm µ s$

2 What is the bit duration  $T_{\rm B}$?  Note:  This is equal to the symbol duration after AMI coding.

$T_{\rm B} \ = \ $ $\ \rm µ s $

3 What is the total gross data rate  $R_{\rm gross}$?

$R_{\rm gross} \ = \ $ $\ \rm kbit/s$

4 How many control bits  $(N_{\rm CB})$  are transmitted per frame?

$N_{\rm CB} \ = \ $

5 With which voltage values  $(0 \ {\rm V}, +0.75 \ {\rm V}, \ –0.75 \ {\rm V})$  are the bits 10, 11 and 12  (gray shaded block)  represented?

$U_{10} \ = \ $ $\ \rm V $
$U_{11} \ = \ $ $\ \rm V $
$U_{12} \ = \ $ $\ \rm V $

6 What is the voltage value  $(0 \ {\rm V}, +0.75 \ {\rm V}, \ –0.75 \ {\rm V})$  of the  $\rm L$  bit at the end?

$U_{48} \ = \ $ $\ \rm V $


Solution

(1)  In each frame,  $16$  bits of the base channels  $\rm B1$  and  $\rm B2$  are transmitted.

  • With the frame duration  $T_{\rm R}$,  the bit rate  $(R_{\rm B} = 64 \ \rm kbit/s)$  of each frame is thus:
$$R_{\rm B} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{T_{\rm R}} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm R} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{64 \cdot 10^3\,\,{\rm bit/s}} \hspace{0.15cm}\underline{= 250 \,{\rm µ s}} \hspace{0.05cm}.$$


(2)  Thus,  the following time duration is available for each of the  $48$  bits:

$$T_{\rm B} = \frac{T_{\rm R}}{48} = \frac{250 \,{\rm µ s}}{48} \hspace{0.15cm}\underline{ = 5.208 \,{\rm µ s}}$$
  • Since in  (modified)  AMI encoding each binary symbol is replaced by a ternary symbol of the same duration,  the symbol duration after AMI encoding is also  $T_{\rm B}$.


(3)  The gross data rate is equal to the reciprocal of the bit duration:

$$R_{\rm gross} = \frac{1}{T_{\rm B}} \hspace{0.15cm}\underline{= 192 \,{\rm kbit/s}} \hspace{0.05cm}.$$


(4)  The number of control bits  $\rm (CB)$  is:

$$N_{\rm CB} = 48 - 2 \cdot 16 -4 \hspace{0.15cm}\underline{= 12} \hspace{0.05cm}.$$
  • These are marked in yellow in the graph.
  • Thus,  the total gross data rate calculated in the last subquestion is composed as follows:
$$R_{\rm gross} = 2 \cdot {R_{\rm B}} + {R_{\rm D}} + {R_{\rm CB}} = 2 \cdot 64 \,{\rm kbit/s} + 16 \,{\rm kbit/s} + 48 \,{\rm kbit/s} = 192 \,{\rm kbit/s} \hspace{0.05cm}.$$


(5)  Note that the first  "0"  is encoded with positive polarity and all following alternating with  $±0.75 \ {\rm V}$:

  • $U_{1} = U_{5} = U_{9} = U_{12} =\text{ ...} = +0.75 \ {\rm V},$
  • $ U_{2} = U_{7} = U_{10} = U_{13} = \text{ ...} = -0.75 \ {\rm V}$.


It follows further:

  • Bit  $b_{10} = 0$  is represented by  $U_{10} \underline{= -0.75 \ \rm V}$,
  • bit  $b_{11} = 1$  by  $U_{11} \underline{= 0 \ \rm V}$,
  • bit  $b_{12} = 0$  by  $U_{12} \underline{= +0.75 \ \rm V}$.


(6) 

  • The  $\rm L$  bit has the task of keeping the AMI encoded signal  $($over all  $48$  ternary symbols$)$  DC-free.
  • Since the binary symbol  "0"  has occurred  $22$  times  $($i.e.  $11$  times each the voltage values  $+0.75 \ \rm V$  and  $-0.75 \ \rm V)$  and correspondingly  $27$  times the binary symbol  "1"  $($voltage value  $0 \ \rm V)$,  $U_{48}\hspace{0.15cm}\underline{=0 \ \rm V}$  must be set.