Telefon und ISDN Prof. Jürgen Plate

2 ISDN-Grundlagen

"I" steht für "Integration"

"S" steht für "Services"

"D" steht für "Digital"

"N" steht für "Netz"

Beim ISDN-Basisanschluß stehen zwei parallel nutzbare Kanäle mit einer Übertragungsrate von je 64000 BPS zur Verfügung. Für Steuer- und Verwaltungszwecke gibt es einen weiteren Kanal mit 16000 BPS, der jedoch nicht frei verfügbar ist. Diese Teilnehmerschnittstelle S₀ ist genormt; es lassen sich bis zu acht Endgeräte anschließen. Für größere Anlagen gibt es einen Multiplexer, der zwölf Basisanschlüsse zeitmultiplex verwaltet. Schließlich kann der ISDN- Konzentrator bis zu 500 Basisanschlüsse mit der Ortsvermittlung koppeln. Derzeit gibt es folgende ISDN-Dienste:

• Telefondienst (3,1 kHz und 7 kHz)
• Telefax Gruppe 3 und Gruppe 4 (400 Bildpunkte/Inch)
• Bildschirmtext
• Teletex
• Datenübertragung 64 kbit/s

Als Dienstmerkmale bietet ISDN:

• Anzeige der Rufnummer des Anrufers
• Anklopfen
• Anrufweiterschaltung
• Durchwahl zu Nebenstellen
• Wahl der Endgeräte am Bus
• Gebührenanzeige
• Telefaxübertragung während eines Gesprächs
• Datenübertragung während eines Gesprächs
• Wechsel des Endgerätes ohne Unterbrechung der Verbindung

Damit die Übertragung trotz der relativ hohen Datenrate störungsfrei verlaufen kann, wird durch eine Adaptionslogik und ein gesteuertes Filter das ISDN-Gerät an die Eigenschaften der Leitung angepaßt, um so Störungen optimal auszufiltern. Das folgende Diagramm zeigt schematisch den Aufbau.

ISDN begann 1987 mit zwei Pilotprojekten in Mannheim und Stuttgart. Mittlerweile sollte überall in Deutschland ein ISDN- Basisanschluß zu erhalten sein. Das Problem ist derzeit, daß es außer Telefonnebenstellenanlagen bisher kaum ISDN-fähige Geräte gibt. Über einen sogenannten "Terminaladapter" (TA) lassen sich jedoch die bisher verwendeten analogen Endgeräte (Telefax, Telefon, Modem) an das ISDN-Netz anschließen.

Eine besondere Eigenschaft von ISDN macht dieses System auch für die Verbindung von Computernetzen interessant. Der Verbindungsaufbau erfolgt im Sekundenbereich. Man kann also die ISDN-Verbindung durch geeignete Hard- und Software nach "außen" hin so erscheinen lassen wie eine Standleitung. So fallen nur dann Gebühren an, wenn wirklich Daten übertragen werden.
Die Datenkommunikation über ISDN kann entweder per ISDN-Schnittstellen (ISDN-Modem oder ISDN-Steckkarte) in den Rechnern zweier Teilnehmer erfolgen (64000 BPS), es gibt jedoch auch Übergänge zu anderen analogen und digitalen Diensten (z. B. Datex-P). Hier hängt die Übertragungsgeschwindigkeit vom Partner ab (Datex-P bis 9600 BPS). Über Terminaladapter mit V.24-Schnittstelle sind Raten bis zu 56000 BPS möglich. Um der Software die Kommunikation mit dem ISDN-Interface zu ermöglichen, existieren zwei Standard-Softwareschnittstellen: CAPI (Common Application Programming Interface) bietet eine genormte Schnittstelle für ISDN-Karten und -Schnittstellen. Der entsprechende Treiber wird vom Hardwarehersteller geliefert. CFOS ist ein FOSSIL-Treiber, der den Befehlssatz analoger Modems emuliert. Er setzt auf dem CAPI-Treiber auf und erlaubt die Ansteuerung der Schnittstelle mit herkömmlichen Kommunikationsprogrammen.

Seit Anfang 1994 steht neben dem nationalen ISDN (nach FTZ 1TR6) ein für ganz Europa einheitliches System, Euro-ISDN (DSS1 = Digital Subscriber Signalling System 1), zur Verfügung. Es unterscheidet sich in einigen Dienstmerkmalen und dem Steuerprotokoll auf dem D-Kanal. Euro-ISDN hat inzwischen das nationale ISDN abgelöst.

In den USA werden abweichende D-Kanal-Protokolle verwendet, der nationale Standard ISDN-1 und das von AT&T eingeführte 5ESS-Verfahren. Bedingt durch eine andere Codierung im B-Kanal werden damit bei der Datenübertragung nur 56 kBit/s erreicht. Je nach Anschluß steht ferner teilweise nur ein einziger B-Kanal zur Verfügung.

Die Technik ist ganz einfach: An die zwei Drähte Ihres bisherigen Telefonanschlusses wird ein Netzabschlußgerät (NT), die Anschlußeinrichtung mit zwei ISDN- Steckdosen (IAE), angeschaltet.
Damit stehen zwei Nutzkanäle (B-Kanäle) für die Datenübertragung mit einer Leistung von 64 KBit/s und ein D-Kanal an Ihrem ISDN-Basisanschluß zur Verfügung. Über den D-Kanal wird der Versand der Daten gesteuert.

Informationen aus Teilnehmersicht:

Quelle: BTX, Seiten *200003551411# ff.

Die Merkmale des Euro-ISDN-Basisanschlusses

Der Euro-ISDN-Basisanschluß als Mehrgeräteanschluß.

An einen Mehrgeräteanschluß können insgesamt 12 ISDN-Steckdosen angeschlossen werden, wobei die Anzahl der angeschlossenen Endgeräte grundsätzlich auf 8 Geräte beschränkt ist (+ 4 Daten-Endeinrichtungen). Es dürfen max. 4 ISDN-Telefone betrieben werden, da sonst die Spannungsversorgung des NT (Netzabschluß) nicht ausreicht. Wenn die Telefone ihre eigene Stromversorgung besitzen, gilt diese Beschränkung natürlich nicht. Die ISDN-Steckdosen (IAE) werden dabei parallel geschaltet.
Vom Netzknoten der Telekom bis zum Netzabschluß beim Kunden reicht eine Kupferdoppelader aus, um einen ISDN-Anschluß zu realisieren. Vom Netzabschluß (NT), der eine 230-Volt-Versorgung braucht, werden die einzelnen Endgeräte im Bussystem vieradrig verdrahtet. Das heißt, es kann in der Regel das vorhandene analoge Leitungsnetz zur Einrichtung eines ISDN-Anschlusses genutzt werden.

Der Euro-ISDN-Basisanschluß als Anlagenanschluß

Auch bei einem Mehrgeräte-Anschluss kann übrigens eine Telefonanlage mehrere (meist auch analoge) Geräte versorgen, doch erhöht sich dadurch die Anzahl der verfügbaren Rufnummern nicht, denn zu diesem Anschlusstyp gehören ja maximal zehn MSNs. Gespräche innerhalb der Telefonanlage kosten keine Gebühren, während ein Telefonat zwischen den direkt am S₀-Bus angeschlossenen Telefonen eines Mehrgeräteanschlusses dasselbe kostet wie ein Ortsgespräch zu einem ganz anderen Teilnehmer.

Anlagen- und Mehrgeräteanschluss verwenden zwar dasselbe D-Kanal-Protokoll, übertragen jedoch auf Grund der unterschiedlichen Anforderungen nicht die gleichen Daten. Ein ISDN-Gerät muss daher nicht nur zum D-Kanal-Protokoll, sondern auch zum Anschlusstyp passen. Die meisten lassen sich umschalten, viele merken auch automatisch, an welchem Anschlusstyp sie stecken. Ähnliches gilt beim Anlagenanschluss für ISDN-Geräte, die innerhalb der Telefonanlage eingesetzt werden sollen. Viele dieser Anlagen verwenden intern den Bus-Typ U_P0 der zum herkömmlichen S₀-Bus inkompatibel und in manchen Punkten herstellerspezifisch ist. In der Regel kann man daher beispielsweise eine ISDN-Karte nur an einer Telefonanlage benutzen, wenn diese auch über einen internen S₀-Bus verfügt.

Der Euro-ISDN-Primärmultiplexanschluß (PMxAs)

Allgemeines zu den Leistungsmerkmalen im Euro-ISDN (Auszüge)

Leistungsmerkmale am Basisanschluß als Mehrgeräteanschluß

* = Leistung im Grundpreis enthalten
- = Leistung nicht im Grundpreis enthalten

Leistungsmerkmale am Basisanschluß als Anlagenanschluß

* = Leistung im Grundpreis enthalten - = Leistung nicht im Grundpreis enthalten

Leistungsmerkmale am Primärmultiplexanschluß als Anlagenanschluß

* = Leistung im Grundpreis enthalten - = Leistung nicht im Grundpreis enthalten

Leistungsmerkmale im Standardpaket

Halten einer Verbindung (nur bei Mehrgeräteanschlüssen)

Umstecken am Bus (nur bei Mehrgeräteanschlüssen)

Durchwahl zu Nebenstellen in TK-Anlagen (nur bei Anlagenanschlüssen)

Mehrfachrufnummer (nur bei Mehrgeräteanschlüssen)

Übermittlung der Rufnummer des Anrufers zum Angerufenen

Leistungsmerkmale im Komfortpaket

Übermittlung der Verbindungsentgelte am Ende der Verbindung

Anrufweiterschaltung

1. Direkte Anrufweiterschaltung
   Ankommende Gespräche werden direkt zum vorher programmierten Ziel weitergeleitet.

2. Anrufweiterschaltung bei Nichtmelden innerhalb von 15 Sek.
   Ankommende Gespräche können innerhalb von 15 s am ISDN-Telefon, von dem aus die Anrufweiterschaltung eingeleitet wird, abgefragt werden. Nach dieser Zeit geht der Ruf zum einprogrammierten Ziel.

3. Anrufweiterschaltung bei Besetzt

   Ankommende Gespräche auf ein besetztes Endgerät werden zu einem vorher programmierten Ziel weitergeschaltet.

Tarifierung der Anrufweiterschaltung

Anklopfen

Zusätzliche Leistungsmerkmale im Euro-ISDN

Geschlossene Benutzergruppe

Dreierkonferenz

Aufteilung der Verbindungspreise

Übermitteln von Informationen über die Rufnummer des Angerufenen

Unterdrückung der Übermittlung von Informationen über die Rufnummer an den Anrufer

Subadressierung

Teilnehmer- zu Teilnehmer-Zeichengabe (inzwischen gesperrt)

Dienstekennung

1 Sprache 2 Daten/Standard 3 Daten/Restricted 4 Sprache 3,1 kHz 5 Sprache 7 kHz

6 Video 7 Packet Mode 8 Adapt. 56 kBit/s 9 Daten+Ansagen 16 Sprache digital

17 Fax G2/3 18 Fax G4-I 19 Fax G4-II/III 20,21,23 Telex 22 Videotex

24 X.400/E-Mail 25 X.200/OSI Layer 26 Sprache 7 kHz 27 Videotelefon L1 28 Videotelefon L2

2.2 Etwas ISDN-Technik

U_K0-Schnittstelle). Auf diese Weise lassen sich bestehende 2-Draht-Anschlußleitungen auf ISDN umrüsten. Teilnehmerseitig gibt es einen passiven 4-Draht-Bus, die S₀-Schnittstelle. An den Bus lassen sich maximal 12 Steckdosen mit RJ-45-Stecker anschließen, wobei nur acht Geräte gleichzeitig betrieben werden können. Die maximale Länge des Busses beträgt je nach Kabel zwischen 120 und 180 m. Bei Verlängerung mit geeignetem Kabelmaterial und unter Beachtung einiger Enschränkungen darf der Bus auch länger werden.

ISDN-Basisanschluß für maximal acht Endgeräte

Der Netzabschluß (NT) ist bei ISDN keine einfache Dose wie beim analogen Telefon. Als erstes fällt einem die Stromversorgung vom 230-V-Netz auf, denn ohne zusätzliche Stromversorgung ist nur eine eingeschränkte Nutzung möglich. Bei Stromausfall versorgt der NT nur ein einziges Telefon oder eine Telefonanlage und sich selbst aus der U_K0-Leitung von der Vermittlungsstelle aus. Beim NT für den Basisanschluß (NTBA) läßt sich die elektrische Beschaltung am einfachsten durchschauen. Auf der Netzseite (Telekom) haben wir die zweiadrige Schnittstelle U_K0. Auf der Benutzerseite steht der vieradrige S₀-Bus zur Verfügung, der auch die Übergabestelle zum Telekom-Kunden darstellt. Zwischen beiden Schnittstellen wird das Signal umgesetzt, und zugleich werden über den S₀-Bus die angeschlossenen Geräte eingeschränkt mit Strom versorgt. Dies geschieht über eine sogenannte "Phantomspeisung". Die Gleichspannung der Stromversorgung im NTBA wird auf der Mittelanzapfung der Übertrager eingspeist und auf die gleiche Art und Weise am Endgerät wieder abgenommen. Durch die Symmetrie der Übertrager und die Aufteilung auf zwei Leiter (durch die jeweils der halbe Strom fließt) kann der Gleichstromanteil das Signal nicht beeinflussen, da die Wirkung sich in beiden Teilwicklungen des Übertragers aufhebt.

Funktionsschaltung des ISDN-Network-Terminators

Speisekonzept am ISDN-Basisanschluss

Damit den Endgeräten über den S₀-Bus der erforderliche Betriebsstrom angeboten wird, muß dieser in die Signaladern eingekoppelt werden. Natürlich ist darauf zu achten, daß weder die Signaladern über die Speisung kurzgeschlossen noch die Sende- und Empfangsbaugruppen beschädigt werden. Es kommen daher klassische Hochfrequenzübertrager mit Mittenanzapfungen zum Einsatz. An der S₀-Schnittstelle, also auf der Seite des NTBA, an der die Endgeräte angeschlossen werden, kommen für jede Signalsenderichtung zwei solche übertrager zum Einsatz. Die Primärseite (aus der Sicht der Vermittlungsstelle) wird direkt an den Ausgang des S0-Schnittstellenbausteins angeschlossen. Auf der Sekundärseite ist eine Mittenanzapfung zu finden, die an ein Potential des internen Netzteils beziehungsweise des DC-DC-Wandlers geführt wird. Weil die Windungsverhältnisse aus der Sicht der Mittenanzapfung der Sekundärwicklung symmetrisch sind, ist jede Ader eines Signalpaares mit dem gleichen Gleichspannungspotenzial belegt. Obwohl ein Anschluss an die Busspeisung vorgenommen wurde, ist zwischen den Signaladern eines Stranges also keine Spannung messbar. Das zweite Potential, das für die Speisung der Endgeräte nötig ist, wird in gleicher Weise in das zweite Adernpaar eingekoppelt. Die Speisespannung ist also nur zwischen Adern unterschiedlicher Senderichtungen messbar. Dies erklärt auch, warum die Abschlusswiderstände, die lediglich zwischen Adern eines Stranges geschaltet werden, die Speisung nicht belasten. Diese Speisung über den S₀-Bus wird als Phantomspeisung bezeichnet.

Auch auf der Seite der U_K0-Schnittstelle befindet sich ein übertrager. Die Sekundärseite ist mit einer durchgängigen Wicklung realisiert. Die Primär-Wicklung wird in der Mitte getrennt und die beiden Wicklungen über einen Kondensator miteinander verbunden. Für den Wechselstrom ist durch diesen Kondensator keine Unterbrechung der Primärwicklung gegeben. Anders sieht dies beim Speise-Gleichstrom für den Notbetrieb aus, der von der Vermittlungsstelle über die Adern der U_K0-Schnittstelle geliefert wird. Die Speisespannung fällt am Kondensator in maximaler Höhe (abzüglich Leitungsverluste) ab und kann dem DC-DC-Wandler im NTBA zugeführt werden. Die besondere Form des U-übertragers ermöglicht damit eine ebenso einfache wie effektive Trennung von Signal- und Speisestrom. Die Gleichstromfreiheit der Signalströme bleibt erhalten.

Funktionsschaltung des ISDN-Network-Terminators

An einem ISDN-Basisanschluß in Mehrgerätekonfiguration muß mindestens eines der angeschlossenen Telefone in der Lage sein, einen lokalen Stromausfall zu erkennen und automatisch in den Notbetrieb umzuschalten. Dazu müssen zwei Voraussetzungen gegeben sein:

• Es muß unterbrechungsfrei eine Notstromversorgung zur Verfügung stehen,
• es muß eine Information über den Status der Anschluss-Speisung geliefert werden.

1. Werden ausschließlich Sperrdioden eingesetzt, die nur dann eine Speisung des Endgeräts erlauben, wenn die Spannung eine bestimmte Polarität hat (Normalzustand), dann wird das Telefon im Notbetrieb nicht funktionieren.
2. Damit das Gerät auch bei Ausfall der lokalen Stromversorgung funktioniert, muß eine Brückenschaltung realisiert werden. Damit wird unabhängig von der Polarität der Spannung am Eingang sichergestellt, daß das Endgerät stets mit der korrekten Spannung in der richtigen Polarität versorgt wird. Zusätzlich muß die Polarität für die Einschränkung der energieintensiven Funktionen ausgewertet werden.
3. Es können auch Endgeräte mit einer eigenen Stromversorgung angeschlossen werden. Diese benötigen an der S₀-Anschluß-Schnittstelle keine übertrager mit einer Mittenanzapfung und arbeiten unabhängig vom Betriebsmodus des Anschlusses stets mit uneingeschränkten Funktionen (sofern der Stromausfall nicht auch die lokale Versorgung des Endgeräts betrifft).

Die Datenübertragung muß wegen der verwendeten Übertrager gleichstromfrei sein. Es wird daher ein ternärer Code, ähnlich dem AMI-Code, verwendet. Zwischen NT und Vermittlung (U_K0) wird eine spezielle Codierung verwendet (MMS43), die jeweils vier aufeinanderfolgende Bits in drei ternären Signalzuständen codiert, wobei zusätzlich aus vier Codealphabeten ausgewählt wird, um das Signal über die Zeit gesehen gleichstromfrei zu halten (die Leitungsverstärker können das Signal als Wechselspannung betrachten). Auf der U_K0-Schnittstelle wird eine AMI-Variante mit den Pegeln -2 V, 0 V und +2 V eingesetzt.

Merkmale U_K0:

• "K" steht für "Kupfer", "0" für "Basisanschluß"
• eine Doppelader als Punkt-zu-Punkt-Verbindung
• Reichweite bis 8 km
• digitale Übertragung mit 4B/3T-Code

Merkmale S₀:

• zwei Doppeladern als Bus
• Reichweite ca. 150 m als passiver Bus oder bis zu 1000 m als Punkt-zu-Punkt-Verbindung
• digitale Übertragung mit AMI-Code

Je nach Hersteller haben die NTBAs unterschiedliche Bauformen, die oben aufgeführten Anschlüsse sind aber in jedem Fall vorhanden. Außerdem besitzt der NTBA noch eine grüne Leuchdiode, welche die generelle Betriebsbereitschaft anzeigt. Dazu gehört auch eine korrekte Verbindung zut Vermittlungsstelle. Leuchtet sie nicht, liegt der Fehler auf der U_K0-Seite des NTBA. Insbesondere beim Wechsel vom analogen Telefonanschluß zu ISDN wird der alte analoge Anschluß einige Stunden vor dem Aufschalten der ISDN-Verbindung abgeklemmt. An der Leuchtdiode erkennt man, wann es sich lohnt, das neue Telefon auszuprobieren. Beim NTBA endet auch die Hoheit der Telekom, alles, was am S₀-Bus angeschlossen wird, gehört zur eigenen Hausinstallation.

Anschlüsse des ISDN-Network-Terminators

Der NTBA muß immer dann ans Stromnetz angeschlossen werden, wenn Endgeräte auf dem S₀-Bus mit Energie versorgt werden müssen. Der NTBA kann aber auch beim Anschluß ans 230-V-Netz nicht unbegrenzt alle Endgeräte mit Energie versorgen, deshalb dürfen nur bis zu vier Telefone aus dem Bus versorgt werden. Weitere Geräte benötigen eine eigene Stromversorgung. Sind alle Geräte am S₀-Bus mit eigener Energieversorgung versehen, braucht der NTBA nicht an das 230-V-Netz angeschlossen zu werden.

Da es bei der Konzeption der Leitungslängen im Wesentlichen auf die Synchronisation zwischen Endgeräten und dem NTBA ankommt, spielt auch die Installationsform eine Rolle. Es sind drei Varianten zu unterscheiden:

• Der direkte Anschluss eines Endgerätes an den NTBA: Bei der Punkt-zu-Punkt-Installation nur eines Endgerätes oder einer ISDN-Anlage an den NTBA kann die längste Distanz zwischen beiden Geräten bestehen.
• Beim passiven S₀-Bus sehen die Richtlinien eine gesamte Anschlusskapazität von zwölf Anschlussdosen vor, wobei an diesen maximal acht Endgeräte (einschließlich Telefonanlagen) zeitgleich angeschlossen sein dürfen. Der Anschluss von mehr als acht Endgeräten führt zu Problemen in höheren Protokollebenen.
• Beim erweiterten passiven Bus stellt der NTBA stets ein Ende des Busses dar, wobei zwischen dem NTBA und dem ersten Endgerät eine vergleichsweise große Kabelstrecke liegen darf. Die Entfernung zwischen dem ersten und dem letzten Endgerät am Bus ist allerdings ausgesprochen kurz.

Im Euro-ISDN wird zwischen NTBA und Vermittlung ein Binärcode verwendet, der zwei Bit des Datenstromes zu einem von vier möglichen Spannungspegeln des Leitungssignales zusammenfasst. Mehr darüber in den folgenden Abschnitten.

Bei der ISDN-Sprachübertragung erzeugt eine annähernd logarithmische Codierung (a-Law in Europa, µ-Law in den USA) aus den von einem 12-Bit-A/D-Umsetzer stammenden Werten 8-Bit-Datenworte. Dadurch wird eine höhere Dynamik als bei reiner 8-Bit-Codierung erreicht. Bei einem Bittakt von 64 kBit/s werden 8000 Analogwerte je Sekunde übertragen. Die maximal übertragbare Sprachfrequenz beträgt somit knapp 4 kHz (nominell 3,5 kHz). Das Verfahren, Sprache oder sonstige Analogdaten wie etwa herkömmliche Fax- und Modem-Signale digital zu codieren, nennt man auch PCM (Puls-Code-Modulation).

Die zwei Nutzkanäle mit je 64000 Bit/s in jeder Richtung nennt man B-Kanäle (Bearer), den 16-kBit/s-Steuerkanal dagegen D-Kanal. Diese drei Kanäle werden zeitlich verschachtelt Über eine gemeinsame Leitung übertragen. Die nutzbare Datenrate im B-Kanal beträgt in den USA gewöhnlich 56 kBit/s und in Europa 64000 Bit/s.

Bei der ISDN-Sprachübertragung erzeugt eine annähernd logarithmische Codierung (A-Law in Europa, µ-Law in den USA) aus den von einem 12-Bit-A/D-Umsetzer stammenden Werten 8-Bit-Datenworte für den B-Kanal (Wertebereich 0 - 255). Dadurch wird eine höhere Dynamik als bei reiner 8-Bit-Wandlung erreicht. Bei einem Bittakt von 64 kBit/s werden 8000 Analogwerte je Sekunde übertragen. Die maximal übertragbare Sprachfrequenz beträgt somit knapp 4 kHz (nominell 3,5 kHz). Das Verfahren, Sprache oder sonstige Analogdaten wie etwa herkömmliche Fax- und Modem-Signale digital zu codieren, nennt man auch PCM (Puls-Code-Modulation).

2.3 ISDN-Protokolle

Die U_K0-Schnittstelle

Echokompensation

Als Leitungscode auf der Anschlussleitung wird in Deutschland beim ISDN-Basisanschluss der 4B/3T-Code, auch MMS43-Code genannt, verwendet (MMS = Modified Monitored Sum). Es werden jeweils 4 Bits des digitalen Datenstromes zu drei Schritten (3 Baud) des ternären Leitungssignals zusammengefasst. Daraus ergibt sich auf der Anschlussleitung eine Schrittgeschwindigkeit von 3/4 * 160 kbit/s = 120 kBaud Durch das Umsetzen von 4 Binärzeichen B in drei Ternärzeichen T wird die gewünschte Datenkompression erzielt. Das heißt, mit einem Übertragungsschritt werden drei mögliche Signalzustände übertragen. Für die Bildung von 4-Bit-Wörtern stehen 2⁴ = 16 Kombinationen zur Verfügung, denen Kombinationen aus drei Signalzuständen, 3³ = 27 Möglichkeiten, zugeordnet werden. Beim 4B3T-Code werden die für die Darstellung des 4-Bit-Wortes benötigten drei Signalzustände so gewählt, dass eine Aneinanderreihung oder Häufung von gleichen Zuständen bei der Codierung verhindert wird. Die Forderung nach einem möglichst ausgeglichenen Ternärwort wird damit erfüllt. Die Zuordnung und Gleichstromfreiheit wird durch vier Codetabellen S1 bis S4 erreicht, die in Abhängigkeit von der letzten ternären Nachricht (Wortsumme) für die Bildung bzw. Codierung des nächstfolgenden binären Wortes verwendet werden (Tabelle). Als erstes Signal geht das am weitesten links stehende Symbol des ternären Signals auf die Leitung. Das nächstfolgende Alphabet wird in einer Tabelle hinter dem jeweiligen Ternärwort angezeigt. Weil die Zahl der möglichen ternären Signale (27) größer ist als die 16 möglichen Kombinationen der 4-Bit-Wörter, bestehen im Ternärcodealphabet(S1 bis S4) durch den jeweiligen Folgestatus weitere Auswahlmöglichkeiten für die Zuordnung.

Beispiele:
Das 4-Bit-Wort 0010 wird nach Alphabet S1 als + - 0 codiert. Diese Zeichenfolge ist ausgeglichen. Das heißt, sollte ein neues 4-Bit-Wortcodiert werden, kann die Codierung im gleichen Alphabet S1 (FS = Folgestatus = 1) erfolgen.
Das 4-Bit-Wort 1100 wird nach Alphabet S1 als + + + codiert. Der Codierstatus wechselt in diesem Fall in das Alphabet S4 (Folgestatus = 4).

Die laufende Summierung der ternären Wortinhalte (RDS = Running Digital Sum) wird zur Fehlererkennung ständig im jeweiligen Decoder des Empfängerkreises berechnet und somit überwacht. Für dieÜbertragung wird ein Ternärsignal als Einzelimpuls mit einer Amplitudevon +2V oder -2V auf die Leitung gegeben. Durch das Zuordnen des Signalzustandes 0 zum Spannungswert 0 Volt sind alle drei Signalzustände übertragbar:

+2V: Signalzustand +
0V: Signalzustand 0
-2V: Signalzustand -

Die besonderen Vorteile des 4B3T-Leitungscodes sind:

• Verringerung des Anteils niedriger Frequenzen
  
• Bessere Erkennung von Codeverletzungen
  
• Verringerung der Schrittgeschwindigkeit
  
• Sichere Übertragung auch bei Entfernungen bis zu 8 km ohneZwischenverstärker.

Der beschriebene 4B3T-Code wird nur in Deutschland und Belgien verwendet. Die anderen europäischen Nachrichtenverwaltungen benutzen für ihre ISDN-Teilnehmeranschlüsse den 2B1Q-Leitungscode (Tabelle). Bei diesem Code werden jeweils zwei Bit des binären Datenstromes in ein Quartärzeichen Q (vier) umgewandelt. Die Übertragungsgeschwindigkeit wird mit diesem Vier-Schritt-Code von 160 kbit/s auf 80 kBaud herabgesetzt.

Damit wird die gewünschte Datenkompression erreicht. Die unterschiedlichen Codes verdeutlichen, dass die U_K0-Schnittstelle international nicht einheitlich standardisiert ist. In der folgenden Abbildung ist der Signalverlauf beider Codes dargestellt.

Das digitale Signal eines ISDN-Basisanschlusses beinhaltet die Daten derB-Kanäle (B1 und B2) sowie die Daten des Steuerkanals (D-Kanal). Für die Übertragung werden diese Daten zu Frames zusammengestellt, die je nach Übertragungsrichtung unterschiedlich aufgebaut sind. Jeder Frame hat eine Länge von 1 ms und setzt sich aus 120 Ternärschritten zusammen. Diese werden für die Darstellung und Übertragung folgender Werte genutzt:

• Vier Blöcke mit jeweils 27 ternären Schritten für die Daten der B-Kanäle und des D-Kanals.
• Synchronwort mit 11 ternären Schritten für die Synchronisation zwischen LT und NT.
• Meldewort mit einem ternären Schritt für die Signalisierung zwischen DIV und NT.

Technische Daten der U_K0-Schnittstelle

Die S₀-Schnittstelle

• Die B1-Schicht sorgt für die physische, ungesicherte Übertragung von Sprache oder Daten:
  • Bit-transparent: Sprach- oder sonstige Daten für analoge Gegenstellen werden ohne Paketierung (Framing) als konstanter Datenstrom übertragen.
  • V.110: Durch gezieltes Einfügen von Füllbits künstlich verlangsamte Datenübertragung, z. B. zur Geschwindigkeits-Reduktion.

  Auf dem S₀-Bus wird ein modifizierter AMI-Code verwendet.

  

  Dieser Code ermöglicht es, beliebige Bitfolgen zu übertragen, ohne daß Gleichstromanteile entstehen. Die Bitdauer beträgt 5,21 Mikrosekunden (+/- 20%). Der Spannungspegel alterniert zwischen +/- 750 mV (+/- 10%). Im Unterschied zum AMI-Code, bei dem der 1-Zustand des binären Signals zwischen +1 und -1 alterniert und dadurch gleichstromfrei ist, wird beim modifizierten AMI-Code (pseudoternärer Code) eine binäre 1 als "kein Leitungssignal", also stromlos oder potentialfrei, und binäre Nullen abwechselnd als positive oder negative (+1 oder -1) Leitungssignale dargestellt. Im Ruhezustand werden die Taktflanken zur Synchronisierung genutzt. Der Begriff "pseudoternär" drückt aus, daß bei drei möglichen Zuständen +1, 0 und -1 die Zustände +1 und -1 den gleichen logischen Zustand (binär 0) mit wechselnder Polarität übertragen. Dabei gilt:

  • binär 1 = 0 Volt
  • binär 0 = +750 mV oder -750 mV
  Die Übertragung der Daten auf der S₀-Schnittstelle erfolgt vierdrähtig über symmetrische Adernpaare mit einer Geschwindigkeit von 192 kbit/s in beide Richtungen und ebenfalls in beide Richtungen (TE-NT und NT-TE) werden die zu übertragenden Bits in Gruppen zu 48 Bit in einem Rahmen von 250 Mikrosekunden zusammengefasst. In den Gruppen sind Informationen für die beiden B-Kanäle, den D-Kanal und weitere Bits für die Aktivierung der S₀-Funktionen enthalten.

  Diese Schicht sorgt für die physikalische, noch ungesicherte Übertragung von Sprache oder Daten. Die Übertragung erfolgt in einer Rahmenstruktur, die sich aus einem 48-Bit-Rahmen von 4000 Frames zusammensetzt. Die prinzipielle Zusammensetzung des Rahmens kann im folgenden Bild erkannt werden.

  

  Die einzelnen Bits bedeuten:

  • B1 und B2:
    Nutzbits der beiden B-Kanäle. Sie sind im Rahmen verschachtelt undübertragen die Nutznachrichten als digitale Werte zum NT bzw. zum Endgerät.Im Rahmen sind jeweils 16 B1-Bits und 16 B2-Bits enthalten. Kanalbitrate: 16 * 4 * 1000/s = 64000 bit/s.
  • D:
    Bits des D-Kanals. Die D-Bits übertragen die Steuerinhalte des D-Kanal-Protokolls zwischen Endgerät und NT bzw. weiter zur DIV und umgekehrt. Das D-Bit ist im Rahmen insgesamt viermal enthalten. Somit ergibt sich eine Bitrate von 4 * 4 * 1000/s = 16000 bit/s.
  • F:
    Rahmenerkennungsbit. Das F-Bit ist das Synchronisierbit für den Rahmenanfang.Der Signalwert beträgt immer 750 mV.
  • L:
    Paritätsbit. Mit den L-Bits werden alle Bits nach dem letzten L-Bit auf eine gerade Parität gebracht. Sie werden somit gleichspannungsmäßig ausgeglichen. Deshalb wird das L-Bit auch als Gleichspannungsausgleichsbit bezeichnet.
  • E:
    Echobit. Mit diesem Bit wird der Zugriff der Endgeräte auf den D-Kanal gesteuert. Das E-Bit ist das als Echo vom NT an die Endgeräte des S0-Busses zurückgesandte D-Bit. Das sendende Endgerät erkennt am E-Bit die fehlerfreie Übertragung; die nicht sendenden Endgeräte erkennen, ob der abgehende D-Kanal genutzt werden kann.
  • A:
    Anzeigebit. Mit diesem Bit zeigt der NT den Synchronisierzustand an.
  • >FA:
    Zusätzliches Rahmenkennungsbit. Ist auf den Wert 0 gesetzt.
  • N:
    Freies Anwendungserkennungsbit. Ist auf den Wert 1 gesetzt.
  • S1 und S2:
    Freie Bits für künftige Anwendungen. Sind auf 0 gesetzt.

  Der D-Kanal ist am S₀-Bus nur einmal vorhanden. Haben zwei Geräte gleichzeitig Signalisierungsbedarf muß der Zugriff auf den Kanal geregelt werden. Alle Endgeräte sind auf den S₀-Bus synchronisiert. Erfolgt der Zugriff von zwei Endgeräten wird das gleiche Bit beeinflußt. Dabei setzen sich die Endgeräte durch, die eine logische 0 senden. Jede Endeinrichtung überprüft während des Sendens, ob das gesendete Bit verfälscht wurde. Dies geschieht durch Vergleich, mit dem E-Bit im Rahmen, der vom NT empfangen wird. Im Ruhezustand ist dieses Bit 1.
  Vor dem Senden muß jedes Endgerät prüfen ob der Bus frei ist. Dazu muß es eine feste Anzahl von 1-Bits im D-Kanal lesen. Die Anzahl legt die Zugriffspriorität fest. Fernsprecheinrichtungen müssen mindestens 8 aufeinader folgende 1-Bits lesen. Dateneinrichtungen müssen mindestens 10 1-Bits erkennen.
  Wurde der D-Kanal als frei erkannt, beginnt die Endeinrichtung mit dem Senden. Dabei ließt sie jedes Bit im E-Bit mit. Beginnen zwei Einrichtungen gleichzeitig mit dem Senden, wird dies solange nicht festgestellt, solange beide eine 0 senden. Stellt eine Einrichtung nach dem Senden einer 1 die Verfälschung fest, stellt sie sofort den Sendevorgang ein und wartet wieder, bis der D-Kanal frei ist.
  Die Endeinrichtung, die ihre Informationen erfolgreich zur Vermittlungsstelle übertragen hat, erniedrigt ihre Priorität, indem sie die Anzahl der abzuwartenden 1-Bits erhöht.

• Die darüberliegende B2-Schicht sorgt (außer bei bit-transparenter Übertragung) für die Korrektheit der Daten durch automatische Blockwiederholungen im Fehlerfall. Hier gibt es folgende Möglichkeiten:
  • X.75 (CCITT-Standard): Gesichertes B2-Protokoll, meist mit 2 KByte Paketlänge, optional mit V.42bis-Datenkompression.
  • HDLC (High-Performance Data Link Control): Von Internet-Providern für PPP-Zugänge (Point-to-Point Protocol) benutztes B2-Protokoll, meist mit 512 Byte Paketlänge.
  • V.120: Anpassung an asynchrone Daten mit Flusskontrolle für Verbindungen zwischen Endgeräten unterschiedlicher Geschwindigkeit.
  • Bit-transparent: Sprache oder sonstige Analogdaten im B-Kanal als Puls-Code-Modulation, ungesicherte Übertragung.

  Standardeinstellung ist meist das HDLC-Protokoll. Die Schicht 2 baut (außer bei bittransparenter Übertragung) wieder eine Rahmenstruktur auf, in der die Oktetts 2 und 3 die verschiedenen Aufgaben wie Adressierung (Dienste), Gruppen (TEI = Terminal Endpoint Identifier). Außerdem wird hier die Flusskontrolle durchgeführt.

  

• Die B3-Schicht ist die Vermittlungsschicht. Ihre Aufgabe ist die Übergabe/Übernahme vermittlungstechnischer Informationen. Sie ist für den Verbindungsauf- und -abbau zuständig. Das Anfordern von Dienstmerkmalen wird ebenfalls über die Schicht 3 erledigt. In dieser Schicht werden ebenfalls die Nachrichten von der Gegenstelle quittiert (Acknowledge). Sie besitzt ebenfalls einen Rahmen aus maximal 260 Oktetten und ist in Schicht 2 eingebettet. Für die B3-Schicht bieten die Treiber von ISDN-Adaptern gewöhnlich folgende Verfahren an:
  • Transparent: Meistbenutztes Verfahren zur Datenübertragung, wenn eine Applikation den ISDN-Kanal exklusiv benutzt, da die Fehlerfreiheit ja bereits von der B2-Schicht gewährleistet wird.
  • T.70, T.90: Mit zusätzlichen Steuer-Bytes am Paketanfang ist eine Zuordnung der Pakete zu unterschiedlichen Applikationen möglich.
  • ISO 8208: Wird für den sogenannten Euro-Filetransfer benutzt; entsprechende Dateitransfer-Software wird mit den meisten ISDN-Karten mitgeliefert.

Technische Daten der S₀-Schnittstelle

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