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ISDN-Technik Im Unterschied zum analogen Telefon haben wir es bei ISDN mit rein digitaler Kommunikation zu tun und damit auch andere Anforderungen an Leitungen und Verlegung. Beim ISDN-Basisanschluß stehen zwei parallel nutzbare B-Kanäle mit einer Übertragungsrate von je 64000 BPS (Bits pro Sekunde) zur Verfügung. Für Steuer- und Verwaltungszwecke gibt es einen weiteren D-Kanal mit 16000 BPS, der jedoch nicht frei verfügbar ist. Diese Teilnehmerschnittstelle S0 ist genormt. Es lassen sich entweder eine ISDN-Telefonanlage (Anlagenanschluß) oder bis zu acht verschiedene Endgeräte (Mehrgeräteanschluß), darunter auch eine Telefonanlage, anschließen. Der Mehrgeräteanschluß wird also die Regel sein. Für höhere Ansprüche gibt es den ISDN-Primärmultiplexanschluß mit bis zu 32 B-Kanälen, der aber nicht in diesem Artikel behandelt wird. Die Anschlußleitung von der Ortsvermittlung erfolgt über einen Netzabschluß, den Network-Terminator (NT,

UK0-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 UK0-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 UK0. 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

Die Speisung der ISDN-Telefone und einiger ISDN-Datenadapter ohne eigene Stromversorgung erfolgt über die Adern der S0-Schnittstelle mit einer Spannung von zirka 40 V (Toleranz: +5%, –15%). Im Normalfall (lokale Stromversorgung ist am NTBA aktiv) kann die Busspeisung mit maximal 4,5 W belastet werden. Fallt die Stromversorgung am NTBA aus, liefert die Vermittlungsstelle den erforderlichen Betriebsstrom. Dabei muß allerdings berucksichtigt werden, daß die Vermittlungsstelle nur noch rund 1/10 der Leistung zur Verfugung stellen kann, wie sie im Normalbetrieb vom NTBA uber das interne Netzteil nutzbar ist. Wird die Größe der Anschlussbereiche betrachtet, wird schnell deutlich, welche Energien von den Vermittlungssystemen geliefert werden müßten, wenn alle daran angeschlossenen ISDN-Anschlüsse zentral gespeist würden. Ein weiterer Grund fur das dezentrale Speisekonzept für den Normalbetrieb sind die Widerstande der Kupferadern. Im Notbetrieb ist der Anschluss daher nur mit 0,4 W belastbar.

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 UK0-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 UK0-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.
Beide Anforderungen werden dadurch erfüllt, daß die Notspeisespannung mit umgekehrter Polarität in die Leitungen der -Schnittstelle eingespeist wird. Die Umschaltung der Speisequellen erfolgt im NTBA. An Stelle des internen Netzteils erfolgt die Speisung beim Ausfall der lokalen Stromversorgung nun über einen DC-DC-Wandler, der die zulässigen Spannungspotentiale am Bus liefert. Dieser Wandler ist notwendig, notwendig, weil auf der UK0-Schnittstelle bis zu 96 V (bei großen Anschlusslängen) liegen können (Kompensation von Leitungswiderständen). In den Endgeräten sind wiederum ähnliche übertrager mit Mittelanzapfungen zu finden, wie sie am NTBA eingesetzt werden. Die Anzapfung erfolgt aus der Sicht des NTBA auf der Primärseite. Die ausgekoppelte Speisespannung wird über Diodenschaltungen dem Endgerät zur Verfügung gestellt. Wegen der symmetrischen Gestaltung der beiden Primär-Teilwicklungen gibt es keine nennenswerten Signalspannungsverluste. Die Art der Diodenschaltung bestimmt den möglichen Betriebsmodus des Endgeräts.

  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 (UK0) 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 UK0-Schnittstelle wird eine AMI-Variante mit den Pegeln -2 V, 0 V und +2 V eingesetzt.

Merkmale UK0:

  • "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 100 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 UK0-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).

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