Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 1.4: AMI and MMS43 Code"

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{{quiz-Header|Buchseite=Beispiele von Nachrichtensystemen/ISDN-Basisanschluss
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{{quiz-Header|Buchseite=Examples_of_Communication_Systems/ISDN_Basic_Access
 
}}
 
}}
  
[[File:P_ID1582__Bei_A_1_4.png|right|frame|Modifizierter AMI–Code und MMS43–Code]]
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[[File:EN_Bei_A_1_4.png|right|frame|Modified AMI code and MMS43 code]]
Bei ISDN werden zwei verschiedene ternäre Übertragungscodes eingesetzt, die in der Grafik an einem beispielhaften binären Eingangssignal verdeutlicht werden sollen. Im oberen Diagramm sind 12 Bit (jeweils mit der Bitdauer $T_{\rm B}$) dargestellt.
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Two different ternary transmission codes are used with ISDN,  which are to be clarified in the diagram at an exemplary binary input signal.  
*Auf der $\rm S_{0}$–Schnittstelle (zwischen NTBA und Endgerät) verwendet man wird den '''modifizierten AMI–Code'''. Der Unterschied zum herkömmlichen AMI–Code ist die Vertauschung $0 \Leftrightarrow 1$ des binären Eingangssignals.
 
*Dagegen wird auf der $\rm U_{K0}$–Schnittstelle der MMS43–Code ('''M'''odified '''M'''onitoring '''S'''um '''4'''B'''3'''T) eingesetzt, wobei jeweils 4 Binärsymbole durch 3 Ternärsymbole (Spannungswerte $0 \ {\rm V}, +2.5 \ {\rm V}$ und $-2.5 \ {\rm V}$) ersetzt werden. Die Zuordnung erfolgt abhängig von den vorher codierten Symbolen.
 
  
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The upper diagram shows twelve bits  $($each with bit duration  $T_{\rm B})$. 
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*On the  $\rm S_{0}$ interface  $($between NTBA and terminal equipment$)$,  the  $\text{modified AMI code}$  is used.  The difference to the conventional AMI code is the swapping   $0 \Leftrightarrow 1$   of the binary input signal.
  
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*In contrast,  the   $\text{MMS43 code}$  $($'''M'''odified '''M'''onitoring '''S'''um '''4'''B'''3'''T$)$   is used on the   $\rm U_{K0}$ interface,  where four binary symbols are replaced by three ternary symbols  $($voltage values  $0 \ {\rm V}, +2.5 \ {\rm V}$  and  $-2.5 \ {\rm V})$.  The assignment is done depending on the previously coded symbols.
  
  
''Hinweise:''
 
  
*Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/ISDN-Basisanschluss|ISDN-Basisanschluss]].
 
*Angaben zum MMS43–Code finden Sie im Kapitel  [[Digitalsignalübertragung/Blockweise_Codierung_mit_4B3T-Codes|Blockweise Codierung mit 4B3T-Codes]] des Buches „Digitalsignalübertragung” und zum AMI–Code im Kapitel [[Digitalsignalübertragung/Symbolweise_Codierung_mit_Pseudoternärcodes|Symbolweise Codierung mit Pseudoternärcodes]] des gleichen Buches.
 
  
  
  
===Fragebogen===
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Notes:
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*The exercise belongs to the chapter  [[Examples_of_Communication_Systems/ISDN_Basic_Access|"ISDN Basic Access"]].
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*Information on the MMS43 code can be found in the chapter   [[Digital_Signal_Transmission/Block_Coding_with_4B3T_Codes|"Block Coding with 4B3T Codes"]]  of the book  "Digital Signal Transmission".
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*Information on the AMI code can be found in the chapter  [[Digital_Signal_Transmission/Symbolwise_Coding_with_Pseudo-Ternary_Codes|"Symbolwise Coding with Pseudo-Ternary Codes"]]  of the same book.
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
  
{Welche Eigenschaften weist der modifizierte AMI–Code auf?
+
{What are the properties of the modified AMI code?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Symboldauer $T_{\rm S}$ und Bitdauer $T_{\rm B}$ des Binärsignals sind gleich.
+
+ Symbol duration&nbsp; $T_{\rm S}$&nbsp; and bit duration&nbsp; $T_{\rm B}$&nbsp; of the binary signal are the same.
+ Die Codierung geschieht symbolweise.
+
+ The encoding is done symbol-by-symbol.
- Jede binäre „$0$” wird durch „$0 \ \rm V$” dargestellt.
+
- Each binary&nbsp; "0"&nbsp; is represented by&nbsp; $0 \hspace{0.1cm} \rm V$.&nbsp;
- Die binäre „$1$” wird alternierend mit $+s_{0}$ und $–s_{0}$ repräsentiert.
+
- The binary&nbsp; "1"&nbsp; is alternately represented by&nbsp; $+s_{0}$&nbsp; and&nbsp; $-s_{0}$.&nbsp;
  
{Wie groß ist die Redundanz des (modifizierten) AMI–Codes?
+
{What is the relative redundancy of the&nbsp; (modified) &nbsp;AMI code?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$r_{\rm AMI} \ = \ $ { 36.9 3% } $\ \%$
 
$r_{\rm AMI} \ = \ $ { 36.9 3% } $\ \%$
  
{Es gelte $s_{0} = 0.75 \ {\rm V}, R = 100 \ {\rm Ω}$. Wie groß ist die mittlere Sendeleistung?
+
{Let be&nbsp; $s_{0} = 0.75 \hspace{0.1cm} {\rm V}$&nbsp; and&nbsp; $R = 100 \hspace{0.1cm} {\rm Ω}$.&nbsp; What is the average transmitted power?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$P_{\rm S, \ AMI} \ = \ $ { 2.8 3% } $\ \rm mW$
 
$P_{\rm S, \ AMI} \ = \ $ { 2.8 3% } $\ \rm mW$
  
{Welche Eigenschaften zeigt der MMS43–Code?
+
{Which properties does the MMS43 code show?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- Symboldauer $T_{\rm S}$ und Bitdauer $T_{\rm B}$ des Binärsignals sind gleich.
+
- Symbol duration&nbsp; $T_{\rm S}$&nbsp; and bit duration&nbsp; $T_{\rm B}$&nbsp; of the binary signal are the same.
+ Die Codierung erfolgt blockweise.
+
+ The encoding is done block-by-block.
- Jede binäre „$0$” wird durch „$0 \ \rm V$” dargestellt.
+
- Each binary&nbsp; "0"&nbsp; is represented by&nbsp; $0 \hspace{0.1cm} \rm V$.&nbsp;
  
{Wie groß ist die Redundanz des MMS43–Codes?
+
{What is the relative redundancy of the MMS43 code?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$r_{\rm MMS43} \ = \ $ { 15.9 3% } $\ \%$
+
$r_{\rm MMS43} \ = \ $ { 15.9 3% } $\ \%$
  
{Wie groß ist die Symbolrate auf dem $U_{\rm K0}$–Bus, wenn pro Millisekunde $12$ ternäre Synchronisations– und Steuersymbole zu berücksichtigen sind?
+
{What is the symbol rate on the&nbsp; $\rm U_{\rm K0}$ bus if there are&nbsp; $12$&nbsp; ternary synchronization and control symbols to be considered per millisecond?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$R_{\rm UK0} \ = \ $ { 120000 3% } $\ \rm Ternärsymbole/Sekunde$
+
$R_{\rm U_{K0}} \ = \ $ { 120000 3% } $\ \rm ternary \ symbols/second$
  
{Es gelte $s_{0} = 2.5 \ {\rm V}, R = 100 \ {\rm \Omega }$. Wie groß ist die Sendeleistung? Hinweis: Gehen Sie von gleichwahrscheinlichen Ternärsymbolen aus.
+
{Let be&nbsp; $s_{0} = 2.5 \hspace{0.1cm} {\rm V}$&nbsp; and&nbsp; $R = 100 \hspace{0.1cm} {\rm \Omega }$.&nbsp; What is the transmit power?&nbsp; Note: &nbsp; For simplicity,&nbsp; assume equally probable ternary symbols.
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$P_{\rm S,\ MMS43} \ = \ $ { 4.2 3% } $\ \rm mW$
 
$P_{\rm S,\ MMS43} \ = \ $ { 4.2 3% } $\ \rm mW$
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
  
'''(1)'''&nbsp; Richtig sind <u>die zwei ersten Aussagen</u>. Der modifizierte AMI–Code ist ein sog. Pseudo–Ternärcode mit $T_{\rm S} = T_{\rm B}$ und symbolweiser Codierung. Die angegebenen Zuordnungen gelten für den herkömmlichen AMI–Code. Dagegen wird beim modifizierten AMI–Code die binäre „$1$” durch den Spannungswert $0 \ \rm V$ repräsentiert und die binäre „$0$” alternierend durch $+s_{0}$ bzw. $–s_{0}$, wobei für $s_{0} = 0.75 \ \rm V$ zu setzen ist.
+
'''(1)'''&nbsp; <u>The first two statements</u>&nbsp; are correct:
 +
*The modified AMI code is a pseudo-ternary code with&nbsp; $T_{\rm S} = T_{\rm B}$&nbsp; and symbol-wise coding.&nbsp; The stated assignments apply to the conventional AMI code.
  
'''(1)'''&nbsp; Richtig sind <u>die zwei ersten Aussagen</u>. Der modifizierte AMI–Code ist ein sog. Pseudo–Ternärcode mit $T_{\rm S} = T_{\rm B}$ und symbolweiser Codierung. Die angegebenen Zuordnungen gelten für den herkömmlichen AMI–Code. Dagegen wird beim modifizierten AMI–Code die binäre „$1$” durch den Spannungswert $0 \ \rm V$ repräsentiert und die binäre „$0$” alternierend durch $+s_{0}$ bzw. $–s_{0}$, wobei für $s_{0} = 0.75 \ \rm V$ zu setzen ist.
+
*On the other hand,&nbsp; in the modified AMI code the binary&nbsp; "1"&nbsp; is represented by the voltage value&nbsp; $0 \ \rm V$&nbsp; and the binary&nbsp; "0"&nbsp; alternately by&nbsp; $+s_{0}$&nbsp; resp.&nbsp; $-s_{0}$,&nbsp; where for&nbsp; $s_{0} = 0.75 \ \rm V$&nbsp; is to be set.
  
'''(2)'''&nbsp; Die äquivalente Bitrate des AMI–codierten Signals beträgt $R_{\rm C} = {\rm ld}(3)/T_{\rm S}$, während die Bitrate des redundanzfreien binären Quellensignals gleich $R_{\rm B} = 1/T_{\rm B}$ ist. Mit $T_{\rm S} = T_{\rm B}$ erhält man entsprechend dem [[Digitalsignalübertragung/Grundlagen_der_codierten_Übertragung|Grundlagen der codierten Übertragung]] des Buches „Digitalsignalübertragung” für die (relative) Redundanz des modifizierten AMI–Codes:
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'''(2)'''&nbsp; The equivalent bit rate of the AMI encoded signal is&nbsp; $R_{\rm C} = {\rm log_2}\hspace{0.05cm}(3)/T_{\rm S}$.
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* The bit rate of the redundancy-free binary source signal is equal to&nbsp; $R_{\rm B} = 1/T_{\rm B}$.
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*With&nbsp; $T_{\rm S} = T_{\rm B}$,&nbsp; according to the chapter&nbsp; [[Digital_Signal_Transmission/Basics_of_Coded_Transmission|"Basics of Coded Transmission"]]&nbsp; of the book&nbsp; "Digital Signal Transmission",&nbsp; we obtain for the&nbsp; (relative)&nbsp; redundancy of the modified AMI code:
 
:$$r_{\rm AMI} = \frac{R_{\rm C}-R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{1}{{\rm ld}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 36.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$
 
:$$r_{\rm AMI} = \frac{R_{\rm C}-R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{1}{{\rm ld}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 36.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$
  
'''(3)'''&nbsp; Unter Verwendung des Einheitswiderstandes $R = 1 \ \rm \Omega $ gilt für die Sendeleistung (mit der Einheit $\rm V^{2}$):
+
 
 +
'''(3)'''&nbsp; Using the unit impedance&nbsp; $R = 1 \ \rm \Omega $,&nbsp; the following applies to the transmit power&nbsp; $($with the unit&nbsp; $\rm V^{2})$:
 
:$$P_{\rm S,\,AMI} = {1}/{2} \cdot {s_0}^2 = {1}/{2} \cdot {0.75\,{\rm V}}^2 \approx 0.28\,{\rm V^2} \hspace{0.05cm}.$$
 
:$$P_{\rm S,\,AMI} = {1}/{2} \cdot {s_0}^2 = {1}/{2} \cdot {0.75\,{\rm V}}^2 \approx 0.28\,{\rm V^2} \hspace{0.05cm}.$$
Hierbei ist berücksichtigt, dass das AMI–codierte Signal in der Hälfte der Zeit gleich $0 \ \rm V$ ist. Bei Berücksichtigung des Widerstandes $R = 100 \ \rm \Omega$ ergibt sich schließlich:
+
*Here it is considered that the AMI encoded signal is equal to&nbsp; $0 \ \rm V$&nbsp; in half of the time.
 +
 
 +
*Finally,&nbsp; considering the impedance&nbsp; $R = 100 \ \rm \Omega$,&nbsp; we get:
 
:$$P_{\rm S,\,AMI} = \frac{0.28\,{\rm V^2}}{100\,\Omega} \hspace{0.15cm}\underline{ = 2.8\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$
 
:$$P_{\rm S,\,AMI} = \frac{0.28\,{\rm V^2}}{100\,\Omega} \hspace{0.15cm}\underline{ = 2.8\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$
  
'''(4)'''&nbsp; Der MMS43–Code arbeitet tatsächlich blockweise, wobei $m_{q} = 4 \ \rm Binärsymbole$ durch $m_{c} = 3 \ \rm Ternärsymbole$ ersetzt werden:
+
 
 +
'''(4)'''&nbsp; The MMS43 code actually operates in blocks,&nbsp; with&nbsp; $m_{q} = 4$&nbsp; binary symbols&nbsp; replaced by&nbsp; $m_{c} = 3 $&nbsp; ternary  symbols:
 
:$$4 \cdot T_{\rm B} = 3 \cdot T_{\rm S}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm S} = {4}/{3} \cdot T_{\rm B} \hspace{0.05cm}.$$
 
:$$4 \cdot T_{\rm B} = 3 \cdot T_{\rm S}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm S} = {4}/{3} \cdot T_{\rm B} \hspace{0.05cm}.$$
Das heißt: Der erste Lösungsvorschlag trifft nicht zu ebenso wie der letzte. Richtig ist  <u>der Vorschlag 2</u>.
+
*That means:&nbsp; The first solution does not apply as well as the last one.&nbsp; Only&nbsp; <u>solution 2</u>&nbsp; is correct:
Bei Blockcodierung kann das Binärsymbol „$0$” nicht einheitlich durch das gleiche Codesymbol ersetzt werden. Vielmehr lässt sich die Codierung wie folgt beschreiben, wenn man zu Beginn von der laufenden digitalen Summe $\Sigma_{0} = 0$ ausgeht (siehe Grafik auf der Angabenseite):
+
 
 +
*In block coding,&nbsp; the binary symbol&nbsp; "0"&nbsp; cannot be uniformly replaced by the same code symbol.&nbsp; Rather,&nbsp; the encoding can be described as follows,&nbsp; assuming the running digital sum&nbsp; ${\it \Sigma}_{0} = 0$&nbsp; at the beginning&nbsp; $($see graphic in the information section$)$:
 
:$$\mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{0 + +}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_1 = 2)\hspace{0.05cm},$$
 
:$$\mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{0 + +}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_1 = 2)\hspace{0.05cm},$$
 
:$$ \mathbf{0 1 1 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0 \,\,+}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_2 = 2)\hspace{0.05cm},$$
 
:$$ \mathbf{0 1 1 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0 \,\,+}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_2 = 2)\hspace{0.05cm},$$
 
:$$ \mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0\,\,\, 0}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_3 = 1) \hspace{0.05cm}.$$
 
:$$ \mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0\,\,\, 0}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_3 = 1) \hspace{0.05cm}.$$
In der Aufgabe 1.4Z wird der MMS43–Code noch ausführlicher behandelt.
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*[[Aufgaben:Exercise_1.4Z:_Modified_MS43_Code|"Exercise 1.4Z"]]&nbsp; discusses the MMS43 code in more detail.
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'''(5)'''&nbsp; The MMS43 code belongs to the class of 4B3T codes. For these it is valid:
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:$$R_{\rm B} = \frac{1}{T_{\rm B}}, \hspace{0.2cm} R_{\rm C} = \frac{{\rm ld}\,(3)}{T_{\rm S}}\hspace{0.3cm}
 +
\Rightarrow \hspace{0.3cm}r_{\rm MMS43} = 1 - \frac{R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{T_{\rm S}/T_{\rm B}}{{\rm ld}\,(3)} = 1 - \frac{4/3}{{\rm log_2}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 15.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$
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'''(5)'''&nbsp; Der MMS43–Code gehört zur Klasse der 4B3T–Codes. Für diesen gilt:
+
'''(6)'''&nbsp; The following number of ternary symbols are transmitted on the $\rm U_{K0}$ bus per millisecond:
:$$R_{\rm B} = \frac{1}{T_{\rm B}}, \hspace{0.2cm} R_{\rm C} = \frac{{\rm ld}\,(3)}{T_{\rm S}}$$
+
*Channel B1: &nbsp;  $64$&nbsp; binary symbols &nbsp; &rArr; &nbsp;  $48$&nbsp; ternary symbols,
:$$\Rightarrow \hspace{0.3cm}r_{\rm MMS43} = 1 - \frac{R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{T_{\rm S}/T_{\rm B}}{{\rm ld}\,(3)} = 1 - \frac{4/3}{{\rm ld}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 15.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$
+
*Channel B2: &nbsp;  $64$&nbsp; binary symbols &nbsp; &rArr; &nbsp;  $48$&nbsp; ternary symbols,
 +
*D channel: &nbsp;  $16$&nbsp; binary symbols &nbsp; &rArr; &nbsp;  $12$&nbsp; ternary symbols,
 +
*Synchronization and control symbols &nbsp; &rArr; &nbsp;  $12$&nbsp; ternary symbols.
  
'''(6)'''&nbsp; Pro Millisekunde werden auf dem $U_{K0}$–Bus die folgende Anzahl an Ternärsymbolen übertragen:
 
*Kanal B1: $64 \ {\rm Binärsymbole} \Rightarrow 48 \ {\rm Ternärsymbole}$,
 
*Kanal B2: $64 \ {\rm Binärsymbole} \Rightarrow 48 \ {\rm Ternärsymbole}$,
 
*D–Kanal: $16  \ {\rm Binärsymbole} \Rightarrow 12 \ {\rm Ternärsymbole}$,
 
*Synchronisations– und Steuersymbole $\Rightarrow 12 \ {\rm Ternärsymbole}$.
 
  
 +
As a sum,&nbsp; this results in&nbsp; $120$&nbsp; ternary symbols per millisecond or&nbsp; $\underline{120,000}$&nbsp; ternary symbols per second.
  
Dies ergibt als Summe $120$ Ternärsymbole pro Millisekunde bzw. <u>120 000  Ternärsymbole pro Sekunde</u>.
 
  
'''(7)'''&nbsp; Unter Berücksichtigung des Hinweises auf der Angabenseite und der gegenüber dem (modifizierten) AMI–Code größeren Sendeamplitude $s_{0} = 2.5 \ \rm V$ erhält man:
+
'''(7)'''&nbsp; Considering the note in the information section and the larger transmission amplitude&nbsp; $s_{0} = 2.5 \ \rm V$&nbsp; compared to the&nbsp; (modified)&nbsp; AMI code,&nbsp; we obtain:
 
:$$P_{\rm S,\,MMS43} = \frac{2}{3} \cdot \frac{{s_0}^2}{R} = \frac{2}{3} \cdot \frac{({2.5\,{\rm V}})^2}{100\,{\rm \Omega}} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 4.2\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$
 
:$$P_{\rm S,\,MMS43} = \frac{2}{3} \cdot \frac{{s_0}^2}{R} = \frac{2}{3} \cdot \frac{({2.5\,{\rm V}})^2}{100\,{\rm \Omega}} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 4.2\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$
  
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[[Category:Aufgaben zu Beispiele von Nachrichtensystemen|^1.2 ISDN-Basisanschluss^]]
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[[Category:Examples of Communication Systems: Exercises|^1.2 ISDN Basic Access^]]

Latest revision as of 16:54, 24 October 2022

Modified AMI code and MMS43 code

Two different ternary transmission codes are used with ISDN,  which are to be clarified in the diagram at an exemplary binary input signal.

The upper diagram shows twelve bits  $($each with bit duration  $T_{\rm B})$. 

  • On the  $\rm S_{0}$ interface  $($between NTBA and terminal equipment$)$,  the  $\text{modified AMI code}$  is used.  The difference to the conventional AMI code is the swapping   $0 \Leftrightarrow 1$   of the binary input signal.
  • In contrast,  the   $\text{MMS43 code}$  $($Modified Monitoring Sum 4B3T$)$   is used on the   $\rm U_{K0}$ interface,  where four binary symbols are replaced by three ternary symbols  $($voltage values  $0 \ {\rm V}, +2.5 \ {\rm V}$  and  $-2.5 \ {\rm V})$.  The assignment is done depending on the previously coded symbols.





Notes:


Questions

1

What are the properties of the modified AMI code?

Symbol duration  $T_{\rm S}$  and bit duration  $T_{\rm B}$  of the binary signal are the same.
The encoding is done symbol-by-symbol.
Each binary  "0"  is represented by  $0 \hspace{0.1cm} \rm V$. 
The binary  "1"  is alternately represented by  $+s_{0}$  and  $-s_{0}$. 

2

What is the relative redundancy of the  (modified)  AMI code?

$r_{\rm AMI} \ = \ $

$\ \%$

3

Let be  $s_{0} = 0.75 \hspace{0.1cm} {\rm V}$  and  $R = 100 \hspace{0.1cm} {\rm Ω}$.  What is the average transmitted power?

$P_{\rm S, \ AMI} \ = \ $

$\ \rm mW$

4

Which properties does the MMS43 code show?

Symbol duration  $T_{\rm S}$  and bit duration  $T_{\rm B}$  of the binary signal are the same.
The encoding is done block-by-block.
Each binary  "0"  is represented by  $0 \hspace{0.1cm} \rm V$. 

5

What is the relative redundancy of the MMS43 code?

$r_{\rm MMS43} \ = \ $

$\ \%$

6

What is the symbol rate on the  $\rm U_{\rm K0}$ bus if there are  $12$  ternary synchronization and control symbols to be considered per millisecond?

$R_{\rm U_{K0}} \ = \ $

$\ \rm ternary \ symbols/second$

7

Let be  $s_{0} = 2.5 \hspace{0.1cm} {\rm V}$  and  $R = 100 \hspace{0.1cm} {\rm \Omega }$.  What is the transmit power?  Note:   For simplicity,  assume equally probable ternary symbols.

$P_{\rm S,\ MMS43} \ = \ $

$\ \rm mW$


Solution

(1)  The first two statements  are correct:

  • The modified AMI code is a pseudo-ternary code with  $T_{\rm S} = T_{\rm B}$  and symbol-wise coding.  The stated assignments apply to the conventional AMI code.
  • On the other hand,  in the modified AMI code the binary  "1"  is represented by the voltage value  $0 \ \rm V$  and the binary  "0"  alternately by  $+s_{0}$  resp.  $-s_{0}$,  where for  $s_{0} = 0.75 \ \rm V$  is to be set.


(2)  The equivalent bit rate of the AMI encoded signal is  $R_{\rm C} = {\rm log_2}\hspace{0.05cm}(3)/T_{\rm S}$.

  • The bit rate of the redundancy-free binary source signal is equal to  $R_{\rm B} = 1/T_{\rm B}$.
  • With  $T_{\rm S} = T_{\rm B}$,  according to the chapter  "Basics of Coded Transmission"  of the book  "Digital Signal Transmission",  we obtain for the  (relative)  redundancy of the modified AMI code:
$$r_{\rm AMI} = \frac{R_{\rm C}-R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{1}{{\rm ld}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 36.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$


(3)  Using the unit impedance  $R = 1 \ \rm \Omega $,  the following applies to the transmit power  $($with the unit  $\rm V^{2})$:

$$P_{\rm S,\,AMI} = {1}/{2} \cdot {s_0}^2 = {1}/{2} \cdot {0.75\,{\rm V}}^2 \approx 0.28\,{\rm V^2} \hspace{0.05cm}.$$
  • Here it is considered that the AMI encoded signal is equal to  $0 \ \rm V$  in half of the time.
  • Finally,  considering the impedance  $R = 100 \ \rm \Omega$,  we get:
$$P_{\rm S,\,AMI} = \frac{0.28\,{\rm V^2}}{100\,\Omega} \hspace{0.15cm}\underline{ = 2.8\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$


(4)  The MMS43 code actually operates in blocks,  with  $m_{q} = 4$  binary symbols  replaced by  $m_{c} = 3 $  ternary symbols:

$$4 \cdot T_{\rm B} = 3 \cdot T_{\rm S}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm S} = {4}/{3} \cdot T_{\rm B} \hspace{0.05cm}.$$
  • That means:  The first solution does not apply as well as the last one.  Only  solution 2  is correct:
  • In block coding,  the binary symbol  "0"  cannot be uniformly replaced by the same code symbol.  Rather,  the encoding can be described as follows,  assuming the running digital sum  ${\it \Sigma}_{0} = 0$  at the beginning  $($see graphic in the information section$)$:
$$\mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{0 + +}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_1 = 2)\hspace{0.05cm},$$
$$ \mathbf{0 1 1 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0 \,\,+}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_2 = 2)\hspace{0.05cm},$$
$$ \mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0\,\,\, 0}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_3 = 1) \hspace{0.05cm}.$$


(5)  The MMS43 code belongs to the class of 4B3T codes. For these it is valid:

$$R_{\rm B} = \frac{1}{T_{\rm B}}, \hspace{0.2cm} R_{\rm C} = \frac{{\rm ld}\,(3)}{T_{\rm S}}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}r_{\rm MMS43} = 1 - \frac{R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{T_{\rm S}/T_{\rm B}}{{\rm ld}\,(3)} = 1 - \frac{4/3}{{\rm log_2}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 15.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$


(6)  The following number of ternary symbols are transmitted on the $\rm U_{K0}$ bus per millisecond:

  • Channel B1:   $64$  binary symbols   ⇒   $48$  ternary symbols,
  • Channel B2:   $64$  binary symbols   ⇒   $48$  ternary symbols,
  • D channel:   $16$  binary symbols   ⇒   $12$  ternary symbols,
  • Synchronization and control symbols   ⇒   $12$  ternary symbols.


As a sum,  this results in  $120$  ternary symbols per millisecond or  $\underline{120,000}$  ternary symbols per second.


(7)  Considering the note in the information section and the larger transmission amplitude  $s_{0} = 2.5 \ \rm V$  compared to the  (modified)  AMI code,  we obtain:

$$P_{\rm S,\,MMS43} = \frac{2}{3} \cdot \frac{{s_0}^2}{R} = \frac{2}{3} \cdot \frac{({2.5\,{\rm V}})^2}{100\,{\rm \Omega}} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 4.2\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$