Der Begriff DSL oder xDSL bedeutet Digital Subscriber Line (digitale Teilnehmer Leitung) und bündelt die Technologien, die den digitalen Transport von Informationen durch eine einfache Telefonleitung ermöglichen. Die xDSL Technologie ist in zwei grosse Bereiche geteilt, zum einen in denjenigen Bereich der symetrischen Datenübertragung und zum anderen in den der asymetrischen Datenübermittlung. Beide Bereiche werden noch ausführlich in dieser Ausführung beschrieben.
Det Begriff ADSL bedeutet Asymmetric Digital Subscriber Line (in francophonen Ländern wird dieser Begriff gelegentlich durch LNPA was soviel bedeutet wie asymmetrisch digitaler Teilnehmeranschluß. Dies System bietet die Möglichkeit der Koexistenz eines Downstreams im Breitband, eines Upstreams mit durchschnittlicher Transferrate und einer Telefonleitung, (genannt POTS was in der Telekommunikation soviel bedeutet wie: Plain Old Telephone Service
Die rasche Entwicklung von Informations- technologien hat neue verlockende Dienstleistungen anhand der neuen Kapazitäten der Übermittlung geschaffen. Schneller Internetzugang, Visiokonferenz, Netzverbünde, Telearbeit, Zugang zu TV-Sendern, usw sind Teil der neuen Multi-Media-Dienstleistungen die der User zuhause und im Büro benötigt.
Die bishigen Breitband-Dienste (Koaxialkabel, Glasfaser) waren nicht ausreichend für die tatsächlichen Bedürfnisse (die Verkabelung mit Glasfaserkabeln ist zu teuer in der Instandhaltung und die Verbindung durch Koaxialkabel zu instabil). Die Idee, Twisted-Pair-Kabel (Kabel mit verdrillten Adernpaaren) zu nutzen schien die beste, da weltweit bereits mehr als 800 Millionen Verbindungen dieses Typs bestehen und es genügt, eine Ausstattung in den Telefonzentralen als auch eine kleine Installation beim Verbraucher hinzuzufügen um Zugang zu ADSL zu haben.
Der Begriff DSL oder xDSL kann in mehrere Gruppen unterteilt werden :HDSL, SDSL, ADSL, RADSL, VDSL. Jede dieser Gruppen entspricht einer bestimmten Verwendung und bestimmten Merkmalen
Der Unterschied zwischen diesen Technologiern zeigt sich durch :
Die Punkt-für Punkt Verbindung wird durch eine Telefonverbindung zwischen zwei Stationen ereicht, der eine Teil, der NT (Network Termination), beim User und der andere Teil, LT (Line Termination) in der Verteilerstation
Die Verbindung erfolgt über Twisted-Par-Kabel mit gleicher Transferrate in auf und absteigender Flux
HDSL (High bit rate DSL) ist die erste DSL-Technik, die es seit Anfang der 90er Jahre gab.
Diese Technik besteht darin, den digitalen Datenstamm des Netzes zu teilenT1 In Amerika und E1 in Europa über 2 Kabelstränge für T1 und 3 Kabelstränge für E1.
Mit dieser Technik wurde es möglich, Geschwindigkeiten bis zu 2Mbps in beide Richtungen über drei Twisted-Pair-Kabel und 1,5 Mpbs in beide Richtungen über zwei Twisted-Pair-Kabel zu erreichen. Eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 2 Mbps kann auf 384 kpbs Sekunden fallen, je nach Qualität der Leitung und der Distanz der Leitung zum letzten Kilometer (zwischen 3 und 7 km je nach Durchmesser des Kabels, der im allgemeinen zwischen 0,4 und 0,8mm liegt).
Eine HDSL-Verbindung kann permanent sein, jedoch gibt es während der Verbindung keinen Telephonkanal.
Das akute Problem dieser Technologie ist die noch nicht ausreichende Standardisierung
SDSL (Single pair DSL, oder symmetric DSL) ist der Pre-Cursor von HDSL2 (diese Technologie, ein Ableger von HDSL, sollte mit nur einem Twisted pair Kabel die gleiche Performance bieten wie dieser).
Diese Technik wurde für kürzere Distanzen als HDSL konzipiert (siehe auch angefügte Tabelle). Die SDSL-Technik wird aufgrund von HDSL2 verschwinden.
| Downstream : [Kbit/s] | Upstream : [Kbit/s] | Distanz: [km] |
|---|---|---|
| 128 | 128 | 7 |
| 256 | 256 | 6.5 |
| 384 | 384 | 4.5 |
| 768 | 768 | 4 |
| 1024 | 1024 | 3.5 |
| 2048 | 2048 | 3 |
Nach unterschiedlichen Fallstudien wurde klar dass es möglich ist, Daten noch schneller über eine Zentrale zum User zu übermitteln. Wenn aber der User umgekehrt Daten zur Zentrale schickt sind diese sehr viel lärmanfälliger durch elektromagnetische Störungen (je näher man der Zentrale kommt, umso höher ist die Dichte der Kabel und dadurch auch mehr Diaphonie).
Die Idee war nun ein asymetrisches System zu verwenden, das geringere Debitzahlen auf dem Weg vom Kunden zur Zentrale verwendet
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) unter dem gleichen Begriff wie HDSL gibt es seit mehreren Jahren und wurde zuerst entwickelt um Fernsehen über das klassische Telefonleitungsnetz zu empfangen. Aber mit der Entwicklung von Internet hat man eine andere Verwendung für dise Technologie gefunden, nämlich schnelles surfen im Netz neben der Telefonverbindung.
ADSL ist auch derzeit die einzig auf dem Markt verfügbare Technologie die den digitalen Transport von TV/Video durch eine Telefonleitung ermöglicht (MPeg1 oder MPEG 2).
Durch ADSL werden auch TCP/IP, ATM und X.25 Daten transportiert.
Der ADSL-Standard wurde 1995 etabliert und sah vor :
Wie bei allen DSL-Technologien darf die Entfernung der Schlaufen zwischen derZentrale und des Users nicht mehr als einige wenige Stufen betragen um einen guten Datentransfer zu garantieren (sieheTabelle).
| Downstream : [Kbit/s] | Upstream : [Kbit/s] | Kabeldurchmesser : [Mm] | Distanz: [km] |
|---|---|---|---|
| 2048 | 160 | 0.4 | 3.6 |
| 2048 | 160 | 0.5 | 4.9 |
| 4096 | 384 | 0.4 | 3.3 |
| 4096 | 384 | 0.5 | 4.3 |
| 6144 | 640 | 0.4 | 3.0 |
| 6144 | 640 | 0.5 | 4.0 |
| 8192 | 800 | 0.4 | 2.4 |
| 8192 | 800 | 0.5 | 3.3 |
Für den Datentransfer wurden den ADSL- Zubehörherstellern zwei Modulationstechniken benutzt
Diese Abbildung stellt die verschiednee Funktionseinheiten einer ADSL Verbindung dar
Die Trennung der beiden Servicekategorien erfolgt im Netz und beim Kunden mit Hilfe von Splittern (s.a. Kapitel 4.2.).
Ende 1998 hat die, IUT (Internationale Telekommunikationsunion) einen neuen Standard normalisiert: ADSL-Lite, welcher in der Tat eine "light"- Version von ADSL darstellt. ADSL - Lite hat eine niederere Debitzahl als sein grosser Bruder ( in der Größenordnung von 1,5 Mbit/s) und erfordert keinen Splitter
Die Technik RADSL (Rate Adaptive DSL) basiert aud ADSL. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist automatisch und dynamisch fixiert. So wird ohne Störung automatisch nach der höchsten Geschwindigkeit in der Leitung gesucht und die Übertragung daran angepasst.
RADSL ermöglicht Debits von aufsteigend 128kbps bis zu 1 Mps und absteigend von 600kbps bis zu 7Mbps Über eine maximale Länge von 5,4 km.
Zu RADSL wird die DMT-Modulation eingesetzt (wie in den meisten Fällen für ADSL). Es wird gerade mit ANSI normalisiert.
VDSL (Very High Bit Rate DSLVDSL ist die schnellste aller DSL- Technologien und basiert auf RADSL. Diese Technologie kann mit einem einzigen Debits von 13 bis 55,2Mbps im Downstream und 1,5 bsi zu 6 Mbps im upstream zu supporten. Bei einer symetrischen Verbindung Debits von 34Mbps in beide Richtungen. Besonders hervorgehoben sei hierbei die Tatsache, dass VDSL für symetrischen und asymetrischen Verbindungen genutzt werden kann.
VDSL wurde hauptsächlich entwickelt, um den Transport von ATM(Asynchronous Transfer Mode) im High Debit über eine kurze Distanz ( bis zu 1,5 km) zu ermöglichen
Der Standard wird gerade normalisiert. Die Modulationen QAM, CAP, DMT, DWMT (Discrete Wavelet MultiTone) und SLC (Simple Line Code) werden gerade geprüft.
Für den Datentransfer bei VDSL wird das Modem mit der Zentralstelle über Glasfaserkabel verbunden, die SDH-Schleifen von 155 Mbps, 622 Mpbs oder 2,5 Gbps bilden. Der Transport einer Stimme kann bei VDSL ebenfalls über Kupferleitungen erfolgen.
Das Twisted Pair Kabel besteht aus zwei Kupferleitungen mit einem Durchmesser von 0,4 und 0,8mm (selten auch 1mm). Die Leitungen sind isoliert und verdrillt um die Diaphonie zu verringern. Meistens sind die Twisted-Pair-Kabel zu viert in einem Kabel verlegt, das von einem Plastikmantel geschützt wird. Die für das Telefonnetz verlegten Kabel sind zwischen 2 und 2'400 Kabel und sind nicht geschirmt.
Die herkömmlichen Telefondienst- leistungen benötigen eine Bandbreite von 3,1 kHz (Verbindungsleitung von 300Hz und 3400 HZ). Die Kabel, die die Kunden mit den Telefonzentralen verbinden, besitzen alle eine hohe Verbindungsleitung in der Größenordnung von mehreren hundert kHz. In diesem Kabelzugansnetz haben sich die xDSL-Techniken entwickelt.
Im Hochfrequenzbereich sind Entfernungsprobleme noch gravierender (Schwächung, Diaphonie, Phasendistordierung). Im Niederfrequenzbereich kommen die Schwierigkeiten vom Impulslärm, der im Bereich bis zu 1Mhz dominiert. Eine darüber hinaus gehende Nutzung erweist sich als schwierig und benötigt sehr hoch entwickelte Übertragungssysteme.
33'600 bit/s im upstream und 56'000 (theoretisch) im downstream ist die maximale Geschwindigkeit die in einem analogen Netz erreicht werden kann.
Dahererklärt sich die Notwendigkeit einer Technologie, die über eine Netzverbindung von 3,1 kHz hinausgeht.
Schon die Nutzung eines ISDN Anschlusses benötigt eigentlich schon die XDSL-Technologie, da diese ein Spektrum bis zu 80Khz abdeckt.
Wie schon in Kapitel 2.3.1 beschrieben, wurde die CAP-Modulationstechnik zugunsten der DMT-Technik fallengelassen die besser für den ANSI T1.413-1995 Standard geeignet schien.
DMT (Discret Multi Ton) ist eine mehrtragende Modulationsform. Für seine ADSL-Verwendung wurde das Frequenzspektrum von 0 Hz und 1,104 MHz in 256 Unterkanäle von 4,3125 kHz geteilt. Diese untergeordneten Unterkanäle werden in der Regel für POTS genutzt, nur die Unterkanäle 1 bis 6 (bis 25,875 kHz) bleiben für analoge Telefondienste ungenutzt.
Bei T1.413 können nur die Unterkanäle 1 bis 31 für einen upstream debit genutzt werden.
Upstream und downstream Debits sind getrennt, entweder durch EC (Echo Cancelling), dass für down- und upstream die untergeordneten Unterkanäle (von 1-31) nutzt, oder durch meistegnutzte FDM (Frequency Division Multiplexing), dass einfacher und billiger ist und die upstream/downstream Unterkanäle durch einen passiven Filter trennt.
Unterteilung der DMT-Kanäle in POTS durch EC
Die Unterkanäle 1 bis 6 werden für Telefon genutzt, die Unterkanäle 7 bis 31 für den steigenden Flux, Unterkanal 32 ist reserviert, die Unterkanäle 33 bis 256 werden vom absteigenden Flux genutzt.
Hervorgehoben sei, dass die Unterkanäle 16 und 64 für den Transport eines Pilotsignales genutzt werden könnenund die Kanäle 250 à 256 als Verbindungsleitung von kurzer Länge. Unterhalb von 1 MHz sind die Verwerfungen zu groß für einen stabilen Flux.
In diesem Fall wendet DMT eine Technik zur Echovermeidung in seinen Unterkanälen an, welche gleichzeitig den doppelten Flux der Unterkanäle 7 bis 31 zum Effekt hat. Wenn DMT an dieser Stelle FDM anwenden würde, würden nur die höhergeordneten Unterkanäle (33-256) für den downstream verwendet.
Aufteilung der DMT Kanäle auf ISDN mit FDM
Wie gerade gesehen benötigt ISDN eine Verbindungsleitung kleiner als 80 KHz (für ISDN mit 2B1Q - 2 Binary 1 Quaternary, Verschlüsselung zweier binärer Elemente im gleichzeitig mit der quaternary modulation). Um eine gleichzeitige Nutzung von ISDN und ADSL in der gleichen Telefonleitung zu ermögichen, sind die Kanäle 1 bis 28 frei.
Die Verbindungsleistung des Users ist schwächer als die der Zentrale. Damit beim Senden von niederen Frequenzen das Signal möglichst wenig beeinträchtig wird, nutzt man die untergeordneten Kanäle für den Upstream.
Für den Downstream werden übergeordnete Kanäle benutzt, da das Material in den Zentralen von den Hochfrequenzübertragungsgeräten stark beeinträchtigt wird. Für ein besseres Signal/Rauschen- Verhältnis ist es effizienter, über die übegeordneten Kanäle zu emittieren.
DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) ist die in den Telefonzentralen in der Regel installierte Ausstattung, die sicherstellt, dass der Mehrfachbetrieb des ATM-Fluxes zum Transportnetz gewährleistet ist
Dieses Element enthält nicht nur ADSL-Karten, sondern auch verschiedene DSL-Dienste wie SDSL oder HDSL, die in die Karten des entsprechenden Mehrfachbetrieb eingespeist sind. Jede Karte supportet mehrere ADSL-Modems.
Die im DSLAM zusammengefügten Elemente werden ATU-C (ADSL Transceiver Unit, Central office end).
Alle Netzdienstleistungen (Internet, LAN-MAN WN, Teleshopping, Video MPEG) kommen über Broadband von einer DSLAM-Station und werden dann an die Verbraucher weitergeleitet.
Die Wartung und die Konfiguration von DSLAM und dem Adsl-Zubehör findet zentral statt.
In den vorhergegangen Kapiteln wurde dargestellt wie die Daten zum User kommen. Jetzt müssen die übertragenen Daten vom Modem entschlüsselt werden, das sogenannte ATU-R (ADSL Transceiver Unit, Remote terminal end).
Aktuell exisiteren drei Typen von Modem je nach Bedarf des Users :
mit Interface 10/100 baseT für PCs mit Ethernet-Karte
ATMD 25 für Pcs mit ATM-Karte oder für die ADSL-Weiterleitung auf ein ATM-Netz
Mit Interface USB für Pcs mit USB-Interface
Wenn der User ADSL über sein Netz weiterleiten möchte, wird die Nutzung eines Routers mit ADSL-Interface angeraten.
Der Splitter ist in jedem Fall in den Telefon- zentralen installiert, absteigend vom DSLAM und switch audio.
Wenn der user eine ISDN-Verbindung hat, muss er bei sich einen Splitter installieren, aufsteigend von seinem Modem und seinem NT ISDN.
Wenn der User eine hekömmliche analoge Verbindung besitzt benötigt er keinen Splitter aber einen Mikrofilter vor jedemTelefongerät.
Aufgabe des Splitters : der Splitter ist ein Verzweigungsfilter, der den Datenfluss des Telefondienstes vom Datenfluss der ADSL-Übertragung trennt. Er sorgt für eine ausreichende Entkoppelung, um zu vermeiden, dass ausgehende Signale aus einem der Frequanzbänder die Funktionstüchtigkeit eines anderen beeinträchitg. Wichtig ist, dass die Installation eines Splitters obligatorisch für die Funktion von ADSL mit einer ISDN-Verbindung ist.
Rolle des Mikrofilters : der Mikrofilter ist ein Tiefpassfilter und ist für analoge Verbindungen installiert. Dort wird kein Splitter benötigt.
Dank des digitalen Sendestandards des erdumspannenden Hertz-Netzes, dem DVB-T (Digital Video Broadcasting), wird es nun möglich, digitales Fernsehen im MPEG-Format über einen Decoder an einem Fernseher zu empfangen
Julien Perriard