ISDN Basic Access

1. Examples of Communication Systems
2. ISDN – Integrated Services Digital Network
3. ISDN Basic Access

• Previous page
• Next page

• Previous page
• Next page

Some explanations of terms

The most common type of ISDN connection is the so-called  basic rate interface  (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  (TE1, ISDN terminal equipment),
• Terminal Equipment Type 2  (TE2, analog terminal equipment),
• Terminal Adapter  (TA),
• Network Termination 1  (NT1),
• Network Termination 2  (NT2, optional),
• Line Termination  (LT),
• Exchange Termination  (ET).

The reference points between the individual function groups are designated  $\rm R$,  $\rm S$,  $\rm T$,  $\rm U$  and  $\rm V$.  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 (B channels) with 64 kbit/s each and one signaling channel (D channel) with 16 kbit/s.

Logical channels with ISDN

• A  $\rm B$ channel  (  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  $\rm D$ channel  (  Data 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. The subscriber has

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

a total net bandwidth of 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:

• 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 (TE1):   This includes, for example, ISDN-capable telephones, ISDN group 4 fax devices and ISDN PC cards. These terminal equipments are connected directly to the  $\rm S_{\rm 0}$  interface via the network termination  (Network Termination for ISDN Basic rate Access, NTBA). 

• Terminal Equipment Type 2 (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 (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.

Configuration for an ISDN basic rate interface

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

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 the message-technical sense. TE2 terminals of any kind (telephone, fax, modem, etc.) can be connected to this port.

• Port 2 consists of an N-encoded  (the "N" stands for  non-voice devices)
  TAE socket such as fax, answering machine, etc. and an F-encoded socket for a telephone. For port 2, only one of the two inputs can be active at a 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 (NTBA or NT) and the ISDN terminal equipment (TE). Up to eight terminal devices 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 Number  (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).

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

From the graphic you can see:

• Of a four-core copper cable, two cores (one twisted pair) are used to transport data from the terminal equipment (TE) to the NTBA (transmission line) and the other twisted pair is used to transfer data from the NTBA to the TE (reception line).
• 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.
• The  $\rm S_{\rm 0}$ bus provides two B channels (B1 and B2) for user data transmission with 64 kbit/s each and additionally the D channel with 16 kbit/s for signaling during connection setup and for various synchronization data.
• 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 (Network Termination for ISDN Basic Rate Access, NTBA) via the   $\rm S_{\rm 0}$ bus.

Please note the following:

• The open line ends must be terminated with the wave impedance of 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.
• The possible cabling types for the  $\rm S_{\rm 0}$ bus in the multi-device connection operating mode are shown in the graphic below.

Cabling types for the  $\rm S_{\rm 0}$ bus

The usual connection type is the short passive bus with a maximum length of 150 meters. Up to eight terminal equipment – distributed as required – can be connected to this bus. We will not use the term "passive" in the following, nor for the other connection types.

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").

Message-related aspects of the S₀ interface

On the  $\rm S_0$ bus, the two B channels and the D 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:

• 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.
• 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.
• 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 send a logical "1" - i.e. the zero level. If only one device sends the logical "0", this is also received.
• 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 D channel always transmit a "0" with the same polarity, pulses cannot cancel each other out.

$\text{Example 2:}$  The graphic illustrates the difference between modified and  "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 normal 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 now is a "continuous one" signal, but this never (or only extremely rarely) occurs in voice transmission.

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 (NTBA) and the subscriber terminal equipment (TE) - is shown in the upper part of the following graphic. The lower part shows the frame structure in the opposite direction  (TE  →  NTBA).

Each frame consists of

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

$\rm S_0$ frame structure

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 kbit/s.

The  twelve bits for control information  are composed as follows:

• A bit:  activation bit (marked in brown),
• E bits:  bits for echo channel (marked red),
• F bit:  frame synchronization bit,
• FA bit:  additional frame synchronization bit,
• L bits:  DC equalization bits,
• N bit:  inverted FA bit,
• S bits:  reserved for future applications.

The interaction of these control bits is described in  $\text{Example 3}$. First of all, only this much:

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

• The first bit of each frame is the frame synchronization bit  $($F bit$)$. This is always "0" with positive polarity   ⇒   $+0.75 \ \rm V$.
• This is followed by a DC compensation bit  $($L bit: "0" with negative polarity   ⇒   $-0.75 \ \rm V)$  to prevent a DC component.
• Since an  L bit   $($with level $+0.75 \ \rm V)$  has also occurred at the end of the last frame, the  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.
• The 14th bit is an additional frame synchronization bit  $($FA bit$)$ which is always set to "0 negative"  $(-0.75 \ \rm V)$.
• Since the subframe between bits 3 and 13 is always DC-free, the  FA bit  (#14) also generates an intentional code violation together with the  L bit  (#2).
• 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.

In  Senderichtung  (untere Grafik) können verschiedene Endgeräte gleichzeitig senden:

• Jedes 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  an der Position 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:

• Das dreizehnte Bit ist das Aktivierungsbit  $($A–Bit$)$. Dieses wird bei Aktivierung auf „0” und bei Deaktivierung auf „1” gesetzt.
• Das  N–Bit  auf Bitposition 15 folgt stets direkt dem  FA–Bit  und ist gegenüber diesem invertiert, also auf „1” gesetzt   ⇒   $0 \ \rm V$.
• Die  S–Bits  S1 und S2 sind für künftige Anwendungen reserviert und derzeit immer auf logisch „0” (mit unterschiedlicher Polarität) 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.

Kollissionsfreier Zugriff auf den D–Kanal

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  $\rm C$arrier $\rm S$ense $\rm M$ultiple $\rm A$ccess  (CSMA), das in aller Kürze wie folgt beschrieben werden kann:

• In den Datenstrom für die Richtung  NTBA → TE  wird der so genannte  Echo–Kanal  eingefügt. Darunter versteht man die Gesamtheit der in der Grafik (auf der vorherigen Seite) rot markierten  "E–Bits", die jeweils ein zuvor empfangenes D–Bit wieder zurück an die Endgeräte übertragen.
• 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” meldet – 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  $(0 \ \rm V)$  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.

Im  $\text{Beispiel 4}$  wird gezeigt, welchem Endgerät Priorität eingeräumt wird, wenn zwei Endeinrichtungen gleichzeitig mit dem Senden beginnen wollen.

D–Kanal–Zugriff und Zusammenspiel mit dem Echo-Kanal

$\text{Beispiel 4:}$  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 $t_2)$.
• 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 fünfte Bit von TE2 eine „0” ist und das fünfte Bit von TE1 eine „1” (rote Markierungen).
• 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  $t_5$  und sendet danach  $(t_6)$  wieder ein Flag.

Allgemeine Beschreibung der U_K0–Schnittstelle

Die  $\rm U$–Schnittstelle ist nach dem  ISO–OSI–Referenzmodell  allgemein die Verbindung zwischen dem Netzabschluss (Network Termination for ISDN Basic rate Access, 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. $\rm K$  steht hier für das Übertragungsmedium „Kupfer” und  $0$  für den Basisanschluss.
• 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.

ISDN–Basisanschluss mit NTBA,  $\rm S_{0}$–Bus  und  $\rm U_{K0}$–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:

• Der  $\rm U_{K0}$–Bus wird durch Zweidrahtübertragung über eine einzige Kupferdoppelader realisiert, wobei Reichweiten von 8 Kilometer (bei 0.6 Millimeter Durchmesser) bzw. von 6 km (bei 0.4 mm Durchmesser) möglich sind.
• Die Bruttodatenübertragungsrate beträgt in beiden 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  $±2.5 \ \rm V$  und  $±0.83 \ \rm V$. 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.

Nachrichtentechnische Aspekte der U_K0–Schnittstelle

Im ISDN–Netz der Deutschen Telekom wird – ebenso wie in Belgien – für die Übertragung auf dem $\rm U_{K0}$–Bus der  MMS43–Code  $(\rm M$odified $\rm M$onitored $\rm S$um $4$B$3$T$)$  eingesetzt. Dieser Pseudoternärcode wurde bereits in  Aufgabe 2.6  des Buches „Digitalsignalübertragung” behandelt. Weitere Informationen finden Sie im Kapitel  Blockweise Codierung mit 4B3T-Codes  des gleichen Buches. Die Grafik zeigt die vier Codetabellen des MMS43–Codes.

Codetabellen des MMS43–Codes

Im Folgenden sollen nur die wichtigsten Eigenschaften zusammengefasst werden:

• Bei jedem 4B3T–Code werden jeweils vier Binärsymbole  $\rm (4B)$  durch drei Ternärsymbole  $\rm (3T)$  dargestellt, die hier vereinfachend mit „–”, „0” und „+” bezeichnet werden. Diese Symbole stehen für die Signalpegel  $–2.5 \ \rm V$,  $0 \ \rm V$  und  $+2.5\ \rm V$. Der ternäre Entscheider besitzt zwei Schwellenwerte.
• Gegenüber dem Binärcode – und auch gegenüber dem AMI–Code – ist die Schrittgeschwindigkeit (Symbolrate) um  $25\%$  kleiner. Das heißt:   Die Bitrate $160 \ \rm kbit/s$  führt hier zur Symbolrate  $120 \ \rm kBaud$  $(120 \hspace{0.08cm}000$  Ternärsymbole pro Sekunde$)$ und nicht zu  $160 \ \rm kBaud$  wie auf dem  $\rm S_0$–Bus.
• Die Symbolrate ist zwar größer als beim 2B1Q–Code  $(80 \ \rm kBaud)$. Ein wesentlicher Vorteil des redundanten 4B3T–Codes ist jedoch, dass dieser gleichsignalfrei ist. Es kann also nicht über einen längeren Zeitraum ein konstanter Spannungswert  $+2.5\ \rm V$  bzw.  $-2.5\ \rm V$  auftreten.
• 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  ${\it Σ}_l$  (der Ternärwerte) ausgewählt werden. Die Grafik zeigt diese Tabellen.
• Sechs der insgesamt  $16$  Einträge (durch rote Pfeile markiert) 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:   ${\it Σ}_{l+1} = {\it Σ}_l$.
• Betrachten wir nun ein Binärwort mit unterschiedlichen Einträgen:   Ist   ${\it Σ}_l= 0$, so wird die Binärfolge „0000” durch „+ 0 +” ersetzt und damit  $\rm LDS$  um  $2$  erhöht. In allen anderen Fällen wird „0 – 0” ausgegeben, wodurch  $\rm LDS$  um  $1$  vermindert wird.
• Die beiden Zeilen der Tabelle für  ${\it Σ}_l= 1$  und  ${\it Σ}_l= 2$  unterscheiden sich nur in zwei Einträgen, die in der Grafik durch blaue Umrahmungen hervorgehoben sind. Nur dadurch unterscheidet sich der MMS43–Code vom herkömmlichen MS43–Code, der mit nur drei Codetabellen auskommt.

Rahmenstruktur der U_K0–Schnittstelle

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)  $120 \ \rm kBaud$.

Rahmenstruktur der  $\rm U_{K0}$–Schnittstelle

Die Grafik verdeutlicht die  $\rm U_{K0}$–Rahmenstruktur,

• im oberen Teil in der Richtung vom Netzabschluss  (NTBA) zur  Line Termination  (LT) in der Ortsvermittlungsstelle,
• unten in Gegenrichtung, vom LT zum NTBA.

Man erkennt:

• Die Informationssymbole sind in vier Teilrahmen  $\rm T1$, ... ,  $\rm T4$  zu je 27 ternären Symbolen eingebettet, die sich nach der 4B3T–Codierung aus 36 Eingangsbit ergeben.
• Diese 36 Bit setzen sich aus je 16 Bit der beiden B–Kanäle  $\rm B1$  und  $\rm B2$  und vier Bit des  $\rm D$–Kanals zusammen, die ineinander verschachtelt werden.
• Weiter gibt es ein aus dem Barker–Code abgeleitetes Synchronisationswort  $(\rm Sync)$  mit elf Ternärsymbolen, die für die beiden Richtungen in Position und Inhalt unterschiedlich sind.
• Das Maintenance–Symbol  $\rm M$  (rote Markierung) wird aus acht Überrahmen abgeleitet und dient vorwiegend zu Servicezwecken.

Netzabschluss (NTBA)

Ein Netzabschlussgerät für den ISDN–Basisanschluss  $($englisch:  $N\hspace{-0.05cm}$etwork  $T\hspace{-0.05cm}$ermination  for  ISDN  $B\hspace{-0.05cm}$asic  Rate  $A\hspace{-0.05cm}$ccess, $\rm NTBA)$

• verbindet ein hauseigenes ISDN–Endgerät  (Terminal Equipment,  TE)  über die Vermittlungsstelle mit dem übergeordneten Ortsnetz,
• realisiert die Umsetzung vom ISDN–Zugangsnetz, das zweiadrig beim NTBA anliegt, auf die vieradrige Hausanschlussleitung.
• ist eine äußerst wichtige ISDN–Netzkomponente, da er den Übergang zwischen dem  $\rm S_0$–Bus und dem  $\rm U_{K0}$–Bus ermöglicht.

Netzabschlussgerät (NTBA) als Verbindung zwischen  $\rm S_0$- und nbsp; $\rm U_{K0}$-Bus

Im Allgemeinen setzt sich der NTBA aus zwei Teilen zusammen, die "NT1" und "NT2" genannt werden.

Die Aufgaben des obligatorischen Abschlusses  NT1  sind:

• die Umsetzung von Zweidraht– auf Vierdrahtleitung (und umgekehrt) sowie die Codeumsetzung zwischen 4B3T–Code  $(\rm U_{K0})$  und AMI–Code  $(\rm S_0)$,
• die Stromversorgung für den  $(\rm S_0)$–Bus  $(230\ \rm V$, maximal $4.5\ \rm W$  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  $\rm S_0$–Schnittstelle im Notbetrieb; hierzu muss der NT1 an eine sichere Stromversorgung angeschlossen werden,
• die Ausführung aller Betriebsfunktionen; hierzu gehören u. a. das Erkennen von Rahmenfehlern und die Durchführung von Tests und so genannten Schleifenbildungen.

Der optionale  NT2  wird nur gebraucht, wenn hinter dem Netzabschluss eine Nebenstellenanlage angeschlossen werden soll:

• Im Netz der Deutschen Telekom lassen sich aber bis zu acht Endgeräte (maximal vier ISDN–Telefone) über den passiven  $\rm S_0$–Bus anschließen.
• In diesem Fall kann auf den NT2 auch bei Nebenstellenkonfiguration verzichtet werden. Der NTBA besteht dann nur aus dem NT1.

Directional separation method

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 Frequenzband übertragen werden.

Verdeutlichung des Richtungstrennungsverfahrens

Die Signale der Sende– und Empfangsrichtung werden mit Hilfe einer  Gabelschaltung  voneinander getrennt, wie in der Grafik dargestellt ist. Die Realisierung wird im  $\text{Beispiel 5}$  ausführlich erklärt. Hier nur eine kurze Erläuterung der Arbeitsweise am Beispiel von Teilnehmer  $\rm A$:

• Beim Empfänger  $\rm A$  sollte nur das Signal  $r_{\text{A}}(t)$  ankommen, das ohne Störungen, Verzerrungen und Echos gleich dem Sendesignal  $s_{\text{B}}(t)$  von Teilnehmer  $\rm B$  wäre (rot eingezeichnete Komponente).
• Dem Signal  $r_{\text{A}}(t)$  überlagert sich aber nun das Signal  $s_{\text{A}}\hspace{-0.03cm}'(t)$, 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  $s_{\text{A}}\hspace{-0.03cm}'(t)$  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:

• Der Sender gibt regelmäßig Testsignale  ab und misst das jeweils ankommende Signal, das zum einen über die Gabelschaltung vom Teilnehmer  $\rm B$  herrührt, zum anderen aber auch durch Nahnebensprechen an den eigenen Empfänger gelangt.
• 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.

$\text{Beispiel 5:}$  Die Grafik zeigt eine gängige Realisierung der  Gabelschaltung. Man erkennt

Realisierung der Gabelschaltung

• links die Sende– und Empfangsleitung der  $\rm S_0$–Schnittstelle, und
• rechts den Zweidrahtanschluss der bidirektionalen  $\rm U_{K0}$–Schnittstelle.

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:

• Der grau hinterlegte Signalanteil  $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t)$  auf der Empfangsleitung sollte verschwinden oder zumindest sehr klein sein.

Diese Schaltung funktioniert in folgender Weise:

• $Z_{\rm L}(f)$  ist der Eingangswiderstand der über den Übertrager angekoppelten Kupferleitung des ISDN–Zugangsnetzes und  $Z_{\rm N}(f)$  die künstliche Leitungsnachbildung in der Gabelschaltung.
• Gilt  $Z_1/Z_{\rm N}(f) = Z_2/Z_{\rm L}(f)$, so ist  $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t) = 0$. Hierbei bezeichnen  $Z_1$  und  $Z_2$  reelle Widerstände. $Z_{\rm L}(f)$  und  $Z_{\rm N}(f)$  sind komplex und damit frequenzabhängig.

• Bei Schmalbandsignalen gelingt die Nachbildung von  $Z_{\rm L}(f)$  durch  $Z_{\rm N}(f)$  relativ gut, so dass  $s_{\text{A} }\hspace{-0.03cm}'(t)$  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.

Hierarchie von Vermittlungsstellen

$\text{Vorbemerkungen:}$ 

• Die folgenden Angaben haben früher so gegolten. Heute (2017) gelten sie sicher nicht mehr ganz, da ISDN auch in Deutschland keine große Zukunft mehr haben wird – in anderen Ländern hatte es nie diese Bedeutung.
• Die Deutsche Telekom hat schon vor längerer Zeit angekündigt, dass ISDN 2018 abgeschaltet und durch das Next Generation Network  $\rm (NGN)$  mit paketvermittelter Netzinfrastruktur ersetzt wird. Spätestens 2022 wird Vodafone diesem Beispiel folgen. Wir belassen es trotzdem bei diesem (inzwischen eher historischen) Kapitel, benutzen aber hier die Vergangenheitsform.

Eine Vermittlungsstelle  (englisch:  Exchange)  stellte 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) bildeten die unterste Ebene. Eine OVSt – später DIVO (Digitale Vermittlungsstelle Ort ) genannt – verwaltete bis zu 100 000 Teilnehmer und erfüllte alle vermittlungstechnischen Funktionen innerhalb eines Ortsnetzes und den Einstieg in das Fernnetz.
• Darüber lagen so genannte  Knotenvermittlungsstellen  (KVSt), die untereinander vermascht und mit verschiedenen Hauptvermittlungsstellen verbunden waren. Im Gebiet der Deutschen Telekom gab es ca. 620 Knotenvermittlungsstellen.
• Die nächste Hierarchiestufe bildeten die  Hauptvermittlungsstellen  (HVSt), von denen es in der Bundesrepublik Deutschland etwa 50 gab. Auch diese waren untereinander und mit der darüber liegenden Hierarchieebene (ZVSt) verbunden.
• Die  Zentralvermittlungsstellen  (ZVSt) ergaben die oberste Hierarchiestufe des Fernnetzes und versorgten große regionale Gebiete, zum Beispiel die Rufnummern "02..." in Nordrhein–Westfalen oder "07..." in Baden–Württemberg.
• Jede ZVSt war zudem auch mit einer Auslandsvermittlungstelle (DIVA, Digitale Vermittlungsstelle Ausland) verbunden.

Hierarchischer Aufbau von Vermittlungsstellen (historisch); 2018 so sicher nicht mehr gültig

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 war eine etwas veränderte Strukturierung gegeben.

• Eine Ortsvermittlungsstelle (OVSt) realisiert den Referenzpunkt  $\rm V$ des  ISDN–Netzes.
• Sie wird zum Teilnehmer hin (Ende der  $\rm U_{K0}$–Schnittstelle) durch den Leitungsabschluss  (LT:  Line Termination)  einer Kupfer–Doppelader begrenzt.
• Die zweite Begrenzung ist der Vermittlungsabschluss  (ET:  Exchange Termination)  zum darüberliegenden Fernnetz.

Aufgaben zum Kapitel

Aufgabe 1.3: ISDN–Rahmenstruktur

Aufgabe 1.3Z: Bussystem und Schnittstellen von ISDN

Aufgabe 1.4: AMI– und MMS43–Code

Aufgabe 1.4Z: Modifizierter MS43–Code