Aufgaben:Exercise 1.3: Frame Structure of ISDN

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Rahmenstruktur der $\rm S_{0}$–Schnittstelle

Die Grafik zeigt die Rahmenstruktur der $\rm S_{0}$–Schnittstelle. Jeder Rahmen der Dauer $T_{\rm R}$ beinhaltet $48$ Bit, darunter:

• $16$ Bit für den Bearer Channel B1 (hellblau),
• $16$ Bit für den Bearer Channel B2 (dunkelblau),
• $4$ Bit für den Data Channel D (grün).

Gelb eingezeichnet sind die erforderlichen Steuerbits.

Vorgegeben wird für diese Aufgabe, dass jeder der beiden Basiskanäle B1 und 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.

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. Bitnummer $48$ beinhaltet das so genannte L–Bit. Dieses ist in der Teilaufgabe (6) so zu setzen, dass das Signal $s(t)$ gleichsignalfrei wird.

Hinweise:

• Die Aufgabe gehört zum Kapitel ISDN-Basisanschluss.
• Der (modifizierte) AMI–Code wird ausführlich in Fourierreihe im Buch „Digitalsignalübertragung” beschrieben. *Anzumerken ist ferner, dass die ersten $47$ Bit genau $22$ „Nullen” enthalten.

Fragebogen

1

Wie groß ist die Rahmendauer $T_{\rm R}$?

$T_{\rm R} \ = \ $ $\ \rm \mu s$

2

Wie groß ist die Bitdauer $T_{\rm B}$ (= Symboldauer nach der AMI–Codierung)?

$T_{\rm B} \ = \ $ $\ \rm \mu s $

3

Wie groß ist die Gesamt–Bruttodatenrate $R_{\rm ges}$?

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

4

Wieviele Steuerbits ($N_{\rm St}$) werden pro Rahmen übertragen?

$N_{\rm St} \ = \ $

5

Mit welchen Spannungswerten $(0 \ {\rm V}, +0.75 \ {\rm V}, –0.75 \ {\rm V})$ werden Bit $10, 11$ und $12$ (grau hinterlegter Block) dargestellt?

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

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

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

6

Welchen Spannungswert $(0 \ {\rm V}, ±0.75 \ {\rm V}) besitzt das L–Bit am Ende?

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

Musterlösung

Solution

(1)  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:

$$R_{\rm B} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{T_{\rm R}} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm R} = \frac{16\,\,{\rm bit}}{64 \cdot 10^3\,\,{\rm bit/s}} \hspace{0.15cm}\underline{= 250 \,{\rm \mu s}} \hspace{0.05cm}.$$

(2)  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)  Die Bruttodatenrate ist gleich dem Kehrwert der Bitdauer:

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

(4)  Die Anzahl der Steuerbit beträgt:

$$N_{\rm St} = 48 - 2 \cdot 16 -4 \hspace{0.15cm}\underline{= 12} \hspace{0.05cm}.$$

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)  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

$\ \ \ \ \ b_{12} = 0$ 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)  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 gleich $0 \ \rm V$ zu setzen.