Aufgaben:Aufgabe 1.4: AMI– und MMS43–Code: Unterschied zwischen den Versionen
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| − | Bei ISDN werden zwei verschiedene ternäre Übertragungscodes eingesetzt, die in der Grafik an einem beispielhaften binären Eingangssignal verdeutlicht werden sollen. | + | 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. | + | Im oberen Diagramm sind $12$ Bit $($jeweils mit der Bitdauer $T_{\rm B})$ dargestellt. |
| − | *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 | + | *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. |
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| + | *Dagegen wird auf der $\rm U_{K0}$–Schnittstelle der '''MMS43–Code''' $($'''M'''odified '''M'''onitoring '''S'''um '''4'''B'''3'''T$)$ eingesetzt, wobei jeweils vier Binärsymbole durch drei 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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| + | <u>Hinweise:</u> | ||
| + | *Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/ISDN-Basisanschluss|"ISDN-Basisanschluss"]]. | ||
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| + | *Angaben zum MMS43–Code finden Sie im Kapitel [[Digitalsignalübertragung/Blockweise_Codierung_mit_4B3T-Codes|"Blockweise Codierung mit 4B3T-Codes"]] des Buches „Digitalsignalübertragung”. | ||
| − | + | *Angaben zum AMI–Code gibt es im Kapitel [[Digitalsignalübertragung/Symbolweise_Codierung_mit_Pseudoternärcodes|"Symbolweise Codierung mit Pseudoternärcodes"]] des gleichen Buches. | |
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| − | *Angaben zum AMI–Code gibt es im Kapitel [[Digitalsignalübertragung/Symbolweise_Codierung_mit_Pseudoternärcodes|Symbolweise Codierung mit Pseudoternärcodes]] des gleichen Buches. | ||
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- Die binäre „1” wird alternierend mit $+s_{0}$ und $-s_{0}$ repräsentiert. | - Die binäre „1” wird alternierend mit $+s_{0}$ und $-s_{0}$ repräsentiert. | ||
| − | {Wie groß ist die relative Redundanz des (modifizierten) AMI–Codes? | + | {Wie groß ist die relative Redundanz des $($modifizierten$)$ AMI–Codes? |
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$r_{\rm AMI} \ = \ $ { 36.9 3% } $\ \%$ | $r_{\rm AMI} \ = \ $ { 36.9 3% } $\ \%$ | ||
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$r_{\rm MMS43} \ = \ $ { 15.9 3% } $\ \%$ | $r_{\rm MMS43} \ = \ $ { 15.9 3% } $\ \%$ | ||
| − | {Wie groß ist die Symbolrate auf dem $\rm U_{\rm K0}$–Bus, wenn pro Millisekunde $12$ ternäre Synchronisations– und Steuersymbole zu berücksichtigen sind? | + | {Wie groß ist die Symbolrate auf dem $\rm U_{\rm K0}$–Bus, wenn pro Millisekunde zusätzlich $12$ ternäre Synchronisations– und Steuersymbole zu berücksichtigen sind? |
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$R_{\rm U_{K0}} \ = \ $ { 120000 3% } $\ \rm Ternärsymbole/Sekunde$ | $R_{\rm U_{K0}} \ = \ $ { 120000 3% } $\ \rm Ternärsymbole/Sekunde$ | ||
| − | {Es gelte $s_{0} = 2.5 \hspace{0.1cm} {\rm V}$ und $R = 100 \hspace{0.1cm} {\rm \Omega }$. Wie groß ist die Sendeleistung? | + | {Es gelte $s_{0} = 2.5 \hspace{0.1cm} {\rm V}$ und $R = 100 \hspace{0.1cm} {\rm \Omega }$. Wie groß ist die Sendeleistung? Hinweis: Gehen Sie vereinfachend von gleichwahrscheinlichen Ternärsymbolen aus. |
|type="{}"} | |type="{}"} | ||
$P_{\rm S,\ MMS43} \ = \ $ { 4.2 3% } $\ \rm mW$ | $P_{\rm S,\ MMS43} \ = \ $ { 4.2 3% } $\ \rm mW$ | ||
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| − | '''(1)''' Richtig sind <u>die zwei ersten Aussagen</u>: | + | '''(1)''' Richtig sind <u>die zwei ersten Aussagen</u>: |
| − | *Der modifizierte AMI–Code ist ein so genannter Pseudo–Ternärcode mit $T_{\rm S} = T_{\rm B}$ und symbolweiser Codierung. | + | *Der modifizierte AMI–Code ist ein so genannter Pseudo–Ternärcode mit $T_{\rm S} = T_{\rm B}$ und symbolweiser Codierung. Die angegebenen Zuordnungen gelten für den herkömmlichen AMI–Code. |
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| − | *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. | + | *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. |
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| + | '''(2)''' Die äquivalente Bitrate des AMI–codierten Signals beträgt $R_{\rm C} = {\rm log_2}\hspace{0.05cm}(3)/T_{\rm S}$. | ||
| − | + | * Die Bitrate des redundanzfreien binären Quellensignals ist gleich $R_{\rm B} = 1/T_{\rm B}$. | |
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| + | *Mit $T_{\rm S} = T_{\rm B}$ erhält man entsprechend dem Kapitel [[Digitalsignalübertragung/Grundlagen_der_codierten_Übertragung|"Grundlagen der codierten Übertragung"]] des Buches „Digitalsignalübertragung” für die (relative) Redundanz des modifizierten AMI–Codes: | ||
:$$r_{\rm AMI} = \frac{R_{\rm C}-R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{1}{{\rm ld}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 36.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$ | :$$r_{\rm AMI} = \frac{R_{\rm C}-R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{1}{{\rm ld}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 36.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$ | ||
| − | '''(3)''' Unter Verwendung des Einheitswiderstandes $R = 1 \ \rm \Omega $ gilt für die Sendeleistung (mit der Einheit $\rm V^{2}$ | + | |
| + | '''(3)''' Unter Verwendung des Einheitswiderstandes $R = 1 \ \rm \Omega $ gilt für die Sendeleistung $($mit der Einheit $\rm V^{2})$: | ||
:$$P_{\rm S,\,AMI} = {1}/{2} \cdot {s_0}^2 = {1}/{2} \cdot {0.75\,{\rm V}}^2 \approx 0.28\,{\rm V^2} \hspace{0.05cm}.$$ | :$$P_{\rm S,\,AMI} = {1}/{2} \cdot {s_0}^2 = {1}/{2} \cdot {0.75\,{\rm V}}^2 \approx 0.28\,{\rm V^2} \hspace{0.05cm}.$$ | ||
| − | 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: | + | *Hierbei ist berücksichtigt, dass das AMI–codierte Signal in der Hälfte der Zeit gleich $0 \ \rm V$ ist. |
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| + | *Bei Berücksichtigung des Widerstandes $R = 100 \ \rm \Omega$ ergibt sich schließlich: | ||
:$$P_{\rm S,\,AMI} = \frac{0.28\,{\rm V^2}}{100\,\Omega} \hspace{0.15cm}\underline{ = 2.8\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$ | :$$P_{\rm S,\,AMI} = \frac{0.28\,{\rm V^2}}{100\,\Omega} \hspace{0.15cm}\underline{ = 2.8\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$ | ||
| − | '''(4)''' Der MMS43–Code arbeitet tatsächlich blockweise, wobei $m_{q} = 4 | + | |
| + | '''(4)''' Der MMS43–Code arbeitet tatsächlich blockweise, wobei $m_{q} = 4$ Binärsymbole durch $m_{c} = 3$ Ternärsymbole ersetzt werden: | ||
:$$4 \cdot T_{\rm B} = 3 \cdot T_{\rm S}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm S} = {4}/{3} \cdot T_{\rm B} \hspace{0.05cm}.$$ | :$$4 \cdot T_{\rm B} = 3 \cdot T_{\rm S}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm S} = {4}/{3} \cdot T_{\rm B} \hspace{0.05cm}.$$ | ||
| − | Das heißt: Der erste Lösungsvorschlag trifft nicht zu ebenso wie der letzte. | + | *Das heißt: Der erste Lösungsvorschlag trifft nicht zu ebenso wie der letzte. Richtig ist nur der <u>Vorschlag 2</u>: |
| − | + | *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 ${\it \Sigma}_{0} = 0$ ausgeht (siehe Grafik auf der Angabenseite): | |
| − | *Bei Blockcodierung kann das Binärsymbol „0” nicht einheitlich durch das gleiche Codesymbol ersetzt werden. | ||
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:$$\mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{0 + +}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_1 = 2)\hspace{0.05cm},$$ | :$$\mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{0 + +}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_1 = 2)\hspace{0.05cm},$$ | ||
:$$ \mathbf{0 1 1 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0 \,\,+}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_2 = 2)\hspace{0.05cm},$$ | :$$ \mathbf{0 1 1 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0 \,\,+}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_2 = 2)\hspace{0.05cm},$$ | ||
:$$ \mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0\,\,\, 0}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_3 = 1) \hspace{0.05cm}.$$ | :$$ \mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0\,\,\, 0}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_3 = 1) \hspace{0.05cm}.$$ | ||
| − | In der [[Aufgaben:Aufgabe_1.4Z:_Modifizierter_MS43–Code|Aufgabe 1.4Z]] wird der MMS43–Code noch ausführlicher behandelt. | + | *In der [[Aufgaben:Aufgabe_1.4Z:_Modifizierter_MS43–Code|Aufgabe 1.4Z]] wird der MMS43–Code noch ausführlicher behandelt. |
| + | |||
| − | '''(5)''' Der MMS43–Code gehört zur Klasse der 4B3T–Codes. Für | + | '''(5)''' Der MMS43–Code gehört zur Klasse der 4B3T–Codes. Für diese gilt: |
:$$R_{\rm B} = \frac{1}{T_{\rm B}}, \hspace{0.2cm} R_{\rm C} = \frac{{\rm ld}\,(3)}{T_{\rm S}}\hspace{0.3cm} | :$$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}.$$ | \Rightarrow \hspace{0.3cm}r_{\rm MMS43} = 1 - \frac{R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{T_{\rm S}/T_{\rm B}}{{\rm ld}\,(3)} = 1 - \frac{4/3}{{\rm log_2}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 15.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$ | ||
| − | '''(6)''' Pro Millisekunde werden auf dem $\rm U_{K0}$–Bus die folgende Anzahl an Ternärsymbolen übertragen: | + | |
| − | *Kanal B1: 64 Binärsymbole ⇒ 48 Ternärsymbole, | + | '''(6)''' Pro Millisekunde werden auf dem $\rm U_{K0}$–Bus die folgende Anzahl an Ternärsymbolen übertragen: |
| − | *Kanal B2: 64 Binärsymbole ⇒ 48 Ternärsymbole, | + | *Kanal B1: $64$ Binärsymbole ⇒ $48$ Ternärsymbole, |
| − | *D–Kanal: 16 Binärsymbole ⇒ 12 Ternärsymbole, | + | *Kanal B2: $64$ Binärsymbole ⇒ $48$ Ternärsymbole, |
| − | *Synchronisations– und Steuersymbole ⇒ 12 Ternärsymbole. | + | *D–Kanal: $16$ Binärsymbole ⇒ $12$ Ternärsymbole, |
| + | *Synchronisations– und Steuersymbole ⇒ $12$ Ternärsymbole. | ||
| − | Dies ergibt als Summe 120 Ternärsymbole pro Millisekunde bzw. | + | Dies ergibt als Summe 120 Ternärsymbole pro Millisekunde bzw. $\underline{120 000}$ Ternärsymbole pro Sekunde</u>. |
| − | '''(7)''' 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)''' Unter Berücksichtigung des Hinweises auf der Angabenseite und der gegenüber dem (modifizierten) AMI–Code größeren Sendeamplitude $s_{0} = 2.5 \ \rm V$ erhält man: |
:$$P_{\rm S,\,MMS43} = \frac{2}{3} \cdot \frac{{s_0}^2}{R} = \frac{2}{3} \cdot \frac{({2.5\,{\rm V}})^2}{100\,{\rm \Omega}} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 4.2\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$ | :$$P_{\rm S,\,MMS43} = \frac{2}{3} \cdot \frac{{s_0}^2}{R} = \frac{2}{3} \cdot \frac{({2.5\,{\rm V}})^2}{100\,{\rm \Omega}} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 4.2\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$ | ||
Aktuelle Version vom 19. Oktober 2022, 16:59 Uhr
Modifizierter AMI–Code und 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.
- 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 $($Modified Monitoring Sum 4B3T$)$ eingesetzt, wobei jeweils vier Binärsymbole durch drei 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.
Hinweise:
- Die Aufgabe gehört zum Kapitel "ISDN-Basisanschluss".
- Angaben zum MMS43–Code finden Sie im Kapitel "Blockweise Codierung mit 4B3T-Codes" des Buches „Digitalsignalübertragung”.
- Angaben zum AMI–Code gibt es im Kapitel "Symbolweise Codierung mit Pseudoternärcodes" des gleichen Buches.
Fragebogen
Musterlösung
(1) Richtig sind die zwei ersten Aussagen:
- Der modifizierte AMI–Code ist ein so genannter 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.
(2) Die äquivalente Bitrate des AMI–codierten Signals beträgt $R_{\rm C} = {\rm log_2}\hspace{0.05cm}(3)/T_{\rm S}$.
- Die Bitrate des redundanzfreien binären Quellensignals ist gleich $R_{\rm B} = 1/T_{\rm B}$.
- Mit $T_{\rm S} = T_{\rm B}$ erhält man entsprechend dem Kapitel "Grundlagen der codierten Übertragung" des Buches „Digitalsignalübertragung” für die (relative) Redundanz des modifizierten AMI–Codes:
- $$r_{\rm AMI} = \frac{R_{\rm C}-R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{1}{{\rm ld}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 36.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$
(3) Unter Verwendung des Einheitswiderstandes $R = 1 \ \rm \Omega $ gilt für die Sendeleistung $($mit der Einheit $\rm V^{2})$:
- $$P_{\rm S,\,AMI} = {1}/{2} \cdot {s_0}^2 = {1}/{2} \cdot {0.75\,{\rm V}}^2 \approx 0.28\,{\rm V^2} \hspace{0.05cm}.$$
- 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:
- $$P_{\rm S,\,AMI} = \frac{0.28\,{\rm V^2}}{100\,\Omega} \hspace{0.15cm}\underline{ = 2.8\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$
(4) Der MMS43–Code arbeitet tatsächlich blockweise, wobei $m_{q} = 4$ Binärsymbole durch $m_{c} = 3$ Ternärsymbole ersetzt werden:
- $$4 \cdot T_{\rm B} = 3 \cdot T_{\rm S}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} T_{\rm S} = {4}/{3} \cdot T_{\rm B} \hspace{0.05cm}.$$
- Das heißt: Der erste Lösungsvorschlag trifft nicht zu ebenso wie der letzte. Richtig ist nur der Vorschlag 2:
- 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 ${\it \Sigma}_{0} = 0$ ausgeht (siehe Grafik auf der Angabenseite):
- $$\mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{0 + +}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_1 = 2)\hspace{0.05cm},$$
- $$ \mathbf{0 1 1 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0 \,\,+}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_2 = 2)\hspace{0.05cm},$$
- $$ \mathbf{0 1 0 1} \hspace{0.1cm} \ \Rightarrow \ \hspace{0.1cm}\mathbf{- \,0\,\,\, 0}\hspace{0.2cm}({\it \Sigma}_3 = 1) \hspace{0.05cm}.$$
- In der Aufgabe 1.4Z wird der MMS43–Code noch ausführlicher behandelt.
(5) Der MMS43–Code gehört zur Klasse der 4B3T–Codes. Für diese gilt:
- $$R_{\rm B} = \frac{1}{T_{\rm B}}, \hspace{0.2cm} R_{\rm C} = \frac{{\rm ld}\,(3)}{T_{\rm S}}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}r_{\rm MMS43} = 1 - \frac{R_{\rm B}}{R_{\rm C}} = 1 - \frac{T_{\rm S}/T_{\rm B}}{{\rm ld}\,(3)} = 1 - \frac{4/3}{{\rm log_2}\,(3)} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 15.9\,\%} \hspace{0.05cm}.$$
(6) Pro Millisekunde werden auf dem $\rm U_{K0}$–Bus die folgende Anzahl an Ternärsymbolen übertragen:
- Kanal B1: $64$ Binärsymbole ⇒ $48$ Ternärsymbole,
- Kanal B2: $64$ Binärsymbole ⇒ $48$ Ternärsymbole,
- D–Kanal: $16$ Binärsymbole ⇒ $12$ Ternärsymbole,
- Synchronisations– und Steuersymbole ⇒ $12$ Ternärsymbole.
Dies ergibt als Summe 120 Ternärsymbole pro Millisekunde bzw. $\underline{120 000}$ Ternärsymbole pro Sekunde.
(7) Unter Berücksichtigung des Hinweises auf der Angabenseite und der gegenüber dem (modifizierten) AMI–Code größeren Sendeamplitude $s_{0} = 2.5 \ \rm V$ erhält man:
- $$P_{\rm S,\,MMS43} = \frac{2}{3} \cdot \frac{{s_0}^2}{R} = \frac{2}{3} \cdot \frac{({2.5\,{\rm V}})^2}{100\,{\rm \Omega}} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 4.2\,{\rm mW}} \hspace{0.05cm}.$$
