Code 4B3T

4B3T ist ein Blockcode, der jeweils vier Binärstellen auf drei ternäre Schritte abbildet. Er war in Deutschland der Leitungscode des ISDN-Basisanschlusses auf der Teilnehmeranschlussleitung — also auf dem Stück zwischen Vermittlungsstelle und Hausanschluss.

Der Name ist das Verfahren: 4 Bit binär, 3 Schritte ternär.

Warum drei Schritte für vier Bit genügen

Die Rechnung dahinter ist der Kern des Codes. Vier Binärstellen ergeben 16 mögliche Werte. Drei ternäre Schritte — jeder mit den Zuständen plus, null und minus — ergeben 3³ = 27 mögliche Kombinationen.

Es gibt also elf Kombinationen mehr als nötig. Diese Redundanz ist kein Abfall, sondern der Zweck: Für viele Eingangswerte stehen mehrere Ausgangsmuster zur Wahl, und der Coder nimmt jeweils das, welches die Gleichspannungsbilanz der Leitung ausgleicht.

Dafür führt er eine laufende Summe mit und wechselt zwischen vier Codetabellen, je nachdem, ob die Leitung gerade im positiven oder negativen Bereich steht. Dieses Verfahren trägt den Namen MMS43 (Modified Monitoring State 4B3T) und ist die in Deutschland eingesetzte Ausprägung des Codes.

Das Ergebnis sind drei Eigenschaften, auf die es bei einer langen Kupferleitung ankommt: Das Signal ist im Mittel gleichspannungsfrei und damit über Übertrager führbar, es enthält genug Flanken für die Taktrückgewinnung, und es kommt mit einer niedrigen Schrittrate aus.

Was 4B3T an Schrittrate spart

Der praktische Gewinn liegt in der Bandbreite. Der Basisanschluss überträgt auf der U-Schnittstelle brutto 160 kbit/s — zwei B-Kanäle mit je 64 kbit/s, den D-Kanal mit 16 kbit/s und den Rest für Rahmen und Betriebsinformationen.

Ohne Codierung bräuchte das 160.000 Schritte je Sekunde. Mit 4B3T sind es drei Viertel davon:

160 kbit/s × 3/4 = 120 kBaud

Eine niedrigere Schrittrate bedeutet ein schmaleres Spektrum, und ein schmaleres Spektrum bedeutet weniger Dämpfung auf der Leitung. Genau das entscheidet über die Reichweite: Mit 4B3T waren Anschlussleitungen von mehreren Kilometern Länge ohne Zwischenverstärker möglich — die Voraussetzung dafür, ISDN flächendeckend über die vorhandene Kupferinfrastruktur anzubieten.

Wo 4B3T eingesetzt wurde

Auf der U-Schnittstelle des ISDN-Basisanschlusses, in Deutschland als Uk0 bezeichnet. Das ist die Zweidrahtleitung von der Vermittlungsstelle bis zum NTBA; hinter dem NTBA beginnt mit dem S0-Bus eine andere Welt mit eigener Codierung.

Die Wahl war nicht international einheitlich. In Nordamerika kam auf derselben Strecke 2B1Q zum Einsatz, das zwei Bit auf einen von vier Pegeln abbildet. Beide Codes lösen dieselbe Aufgabe mit unterschiedlichen Mitteln:

2B1Q kommt mit weniger Schritten aus, muss dafür vier Pegel auseinanderhalten — bei gleichem Rauschen also anfälliger. 4B3T hat den besseren Störabstand und die aufwendigere Codierung. Beide Entscheidungen waren vertretbar; die Welt hat sie unterschiedlich getroffen.

Mit dem Ende der ISDN-Anschlüsse ist 4B3T aus dem Betrieb verschwunden. Als Beispiel für einen Blockcode mit nutzbarer Redundanz bleibt er lehrreich — dasselbe Prinzip trägt 4B5B bei Fast Ethernet und 8B10B in der seriellen Datenübertragung.

Abgrenzung

2B1Q ist das nordamerikanische Gegenstück auf derselben Schnittstelle.

AMI und HDB3 arbeiten ebenfalls mit drei Pegeln, bilden aber jedes Bit einzeln ab statt in Blöcken. HDB3 ist der Code des Primärmultiplexanschlusses.

4B5B und 8B10B sind Blockcodes derselben Bauart im Binären: Sie setzen vier auf fünf beziehungsweise acht auf zehn Bit um und nutzen die Redundanz für Taktgehalt und Sonderzeichen.

MMS43 ist die konkrete Ausführung von 4B3T mit vier Codetabellen und laufender Bilanz.

Leitungscodes ordnet die Verfahren und ihre Auswahlkriterien ein.

Quellen

• ITU-T G.961: Digital transmission system on metallic local lines for ISDN basic rate access
• ETSI ETR 080: Integrated Services Digital Network (ISDN); Digital transmission on metallic local lines
• ITU-T I.430: Basic user-network interface — Layer 1 specification