Kapitel 2: Technologien im Überblick

2.1. Einleitung: Digital Subscriber Line (DSL) Technologien

Es gibt inzwischen eine Vielzahl von verschiedenen DSL-Technologien und ebenso viele Akronyme dafür - ADSL, VDSL, VADSL, HDSL, DSL oder SDSL, um nur einige davon zu nennen.

Die meisten dieser Begriffe besitzen relativ klare Definitionen, aber oft gibt es Verwechslungen untereinander oder mit anderen Bezeichnungen [1].

Im folgenden wird ein kurzer Überblick über die Entwicklung der DSL-Technologien gegeben, anschließend sollen einige dieser Technologien im Detail betrachtet werden.

2.1.1. Handelsübliche Modems

Die Geschichte der sogenannten "Copper Access Technologies" - also der zur digitalen Übertragung über Kupferleitungen eingesetzten Technologien - begann mit den uns bekannten handelsüblichen Modems. Solche im Sprachfrequenzbereich arbeitenden Modems erzielen Übertragungsraten bis zu 28,8 kbit/s über existierende Telefonleitungen. Vor etwa 20 Jahren lagen die praktisch erreichbaren Übertragungsraten noch bei etwa 1,2 kbit/s. V.34-Modems haben inzwischen fast die theoretisch möglichen Übertragungsraten - in dem von ihnen benutzten Frequenzbereich - erreicht.

Solche Modems übertragen und empfangen im selben Frequenzbereich und wurden erst durch die großen Fortschritte in der digitalen Signalverarbeitung, der Halbleitertechnologie und den zugrundeliegenden Algorithmen möglich.

Die bisher betrachteten Modems werden an den beiden Enden einer Telefonleitung angeschlossen und übertragen anschließend Daten durch das zugrundeliegende Netzwerk. Dabei werden diese Signale in keinster Weise modifiziert, sondern exakt wie normale Sprachsignale gehandhabt. Dies hat insbesondere den großen Vorteil, daß man solche Modems an jedem beliebigen Telefonanschluß anschließen kann und sie dann sofort einsatzbereit sind.

Filter an den Enden des Telefonnetzes beschränken den zur Übertragung einsetzbaren Frequenzbereich auf 3,3 kHz. Ohne diese Filter könnten Kupferkabel Frequenzen im MHz- Bereich übertragen, allerdings treten hier u.U. starke Signalveränderungen bzw. -störungen auf.

Die Signalform verändert sich mit zunehmender Leitungslänge und Frequenz mehr und mehr, wodurch die praktikable Übertragungsrate über Kupferleitungen beschränkt wird.

2.1.2. DSL - Digital Subscriber Line

Bellcore führte die DSL-Technologien und ihre heute verwendeten Abkürzungen ein. DSL steht für "Digital Subcriber Line", daher könnte man annehmen, es würde eine Leitung damit bezeichnet. DSL bezeichnet jedoch nicht die Leitung als solches, sondern die Leitung mit je einem Modem an den Leitungsenden.

Ursprünglich bezeichnet DSL ein Modem, das für Basic Rate ISDN eingesetzt wird. Ein solches Modem überträgt Daten in beiden Richtungen simultan - es arbeitet also duplex. Dabei wird eine Übertragungsrate von 160 kbit/s über 0,5 mm dicke Kupferleitungen bis zu einer Länge von 5,5 km erreicht. Der Multiplex- und Demultiplexvorgang des Datenstromes in zwei B-Kanäle ( zu je 64 kbit/s) und einen D-Kanal (16 kbit/s) sowie etwas Overhead findet in angeschlossenen Terminals statt. DSL verwendet Echokompensation, um Sende- und Empfangssignal an beiden Enden zu trennen. DSL-Modems verwenden die Bandbreite von 0 bis 80 kHz (bzw. 120 kHz in Europa) und schließen damit die gleichzeitige Verwendung der Leitung für den üblichen Telefondienst POTS (plain old telephone service) aus.

Heutzutage werden DSL-Modems hauptsächlich dazu verwendet, eine einfache Telefonleitung in zwei POTS-Leitungen zu splitten und somit eine weitere Verkabelung einzusparen [1].

2.1.3. T1 oder E1

In den frühen Sechzigern entwickelten Ingenieure der Bell Laboratorien ein "Sprach Multiplexing System" das zunächst Sprache in einen 64 kbit/s Signalstrom digitalisierte und anschließend 24 dieser Ströme zu einem gerahmten Datenstrom zusammenfaßte.

Der resultierende Rahmen war 193 Bit lang und man erreichte eine Datenübertragungsrate von 1,544 Mbit/s. Dieses strukturierte Signal bekam den Namen DS1, wurde aber schon bald mit dem Synonym T1 belegt, das darüber hinaus die "rohe" Datenübertragungsrate unabhängig von der Rahmung und der intendierten Nutzung beschrieb.

In Europa wurde die ursprüngliche Entwicklung von T1 modifiziert und E1 definiert - ein Multiplex-System für 30 Sprachkanäle mit einer Übertragungsrate von 2,048 Mbit/s. Die europäische Bezeichnung E1 steht sowohl für die formatierte Version als auch für die "rohe" Datenübertragungsrate. Seit kurzem werden T1/E1-Systeme unter Verwendung bestehender Kupferleitungen eingesetzt. Dazu werden einfache Transceiver mit dem self-clocking Alternate Mark Inversion (AMI) Protokoll eingesetzt. AMI benötigt Repeater im Abstand von ca. 1km von den Zentralstellen und dann ca. alle 2 km. Es wird eine Bandbreite von 1,5 MHz belegt. Heutzutage existieren bereits einige hunderttausend T1/E1 Leitungen weltweit.

Obwohl T1/E1 sehr verbreitet ist, ist es zur individuellen Verkabelung einzelner Wohnungen äußerst ungeeignet. Zunächst einmal beansprucht T1/E1 viel zuviel Bandbreite und beeinflußt das Kabelspektrum so sehr, daß die Telefongesellschaften nicht mehr als eine T1/E1-Leitung in einem einfachen Kabel mit 50 Doppeladern verwenden können und zudem keine in einem benachbarten Kabel installieren dürfen. Der flächendeckende Einsatz von T1/E1 würde also eine umfassende Neuverkabelung nach sich ziehen.

Außerdem gab es bisher kaum Anwendungen, die solch hohe Übertragungskapazitäten benötigten. Seitdem die Übertragungsratenansprüche im Hinblick auf Multimedia-Anwendungen oder anderen Hochgeschwindigkeitsanwendungen wachsen, sind die Anforderungen in Bezug auf die Übertragungsrate stark asymmetrisch, d.h. es wird ein starker Datenfluß in Richtung Kunde und ein geringer in Richtung Zentrale benötigt. Zudem benötigen neuartige Anwendungen oft schon höhere Übertragungsraten als T1/E1 anbieten.

Daher werden Hochgeschwindigkeitsanwendungen für zu Hause i.a. durch ADSL oder VDSL unterstützt.

2.1.4. HDSL - High data rate Digital Subscriber Line

HDSL erlaubt eine wesentlich effizientere Übertragung von T1- oder E1-Raten über twisted-pair Kupferleitungen. Es benötigt wesentlich weniger Bandbreite und braucht zudem keine Repeater. Unter Verwendung fortschrittlicher Modulationstechniken überträgt HDSL 1,544 Mbit/s oder 2,048 Mbit/s in Bandbreiten von 80 kHz bis 240 kHz.

HDSL erreicht solche Übertragungsraten auf 0,5 mm Kupferkabel bis zu einer Länge von 3,7 km [1], [2], [3].

2.1.5. SDSL - Single Line Digital Subscriber Line

Bei SDSL handelt es sich um eine HDSL-Variante, die zur Übertragung eines T1/E1 Signals nur ein einziges twisted-pair verwendet. SDSL arbeitet in den meisten Fällen oberhalb von POTS, so daß auf einer Leitung POTS und T1/E1 simultan angeboten werden kann. SDSL hat einen wichtigen Vorteil im Vergleich zu HDSL: es trifft die Marktanforderungen eher, da die meisten Kunden nur mit einer Telefonleitung ausgestattet sind.

SDSL ist für Applikationen mit symmetrischen Übertragungsraten ausgelegt und stellt somit das Gegenstück zu ADSL dar. Die Reichweite von SDSL ist jedoch auf ca. 3 km beschränkt [1].

2.1.6. ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line

ADSL stellt eine Weiterentwicklung von HDSL dar. Es soll insbesondere beim letzten Teilstück der Vernetzung eines Kunden - dem sogenannten local loop - eingesetzt werden. Wie der Name schon sagt, überträgt ADSL einen asymmetrischen Datenstrom. Es wird mehr zum Kunden hin als zurück zur Zentrale übertragen. Der Grund hierfür liegt nicht so sehr in der verwendeten Übertragungstechnik, sondern hängt vielmehr mit den Kabelnetzen selbst zusammen. Man bündelt bzw. dreht twisted pairs ineinander um unerwünschte Signalstörungen durch induktive Interferenz oder kapazitive Einflüsse zwischen verschiedenen Kabeln zu minimieren.

Diese Methode ist jedoch nicht perfekt und es entstehen unerwünschte Signalkoppelungen, welche mit der Leitungslänge und der Frequenz zunehmen.

Werden symmetrische Signale in vielen pairs eines Kabels übertragen, wird die mögliche Übertragungsrate und Übertragungsreichweite signifikant begrenzt.

Glücklicherweise erfordern Anwendungen für digital subscriber services - wie z.B. Video on demand oder home shopping - i.a. asymmetrische Übertragungsraten.

Die Übertragungsrate des upstream (Rückkanal zur Zentrale) variiert zwischen 16 kbit/s und 640 kbit/s. Heutige Produkte unterstützen eine Vielzahl von gängigen Übertragungsraten. Die Spannbreite reicht von Geräten mit minimalen downstream Übertragungsraten von 1,544 Mbit/s bzw. 2.048 Mbit/s bis hin zu Geräten mit 9,6 Mbit/s down und 640 kbit/s up.

Alle Geräte arbeiten in Frequenzbereichen oberhalb der für POTS verwendeten. Dadurch ist ein unabhängiger, ungestörter Telefondienst auf der selben Leitung möglich - selbst dann noch, wenn ein ADSL-Modem ausfällt [1], [4], [5], [6].

2.1.7. VDSL - Very high rate Digital Subscriber Line

Als VDSL eingeführt wurde, hieß es noch VADSL, weil zumindest die ersten Geräte höhere asymmetrische Übertragungsraten als ADSL - allerdings bei kürzeren Reichweiten - erreichten. Zur Zeit existieren noch keine Standards für VDSL, die Diskussion geht jedoch von folgenden downstream Übertragungsraten aus:

12.96 Mbps 4,500 feet of wire

25.82 Mbps 3,000 feet of wire

51.84 Mbps 1,000 feet of wire

Die upstream Raten liegen hier zwischen 1,4 Mbit/s und 2,3 Mbit/s. VDSL ist in vielerlei Hinsicht einfacher aufgebaut als ADSL. Kürzere Leitungen bedeuten weniger Übertragungs-Constraints, so daß die zugrundeliegende Transceiver-Technologie weniger komplex - obwohl 10mal schneller - ist. VDSL wird ausschließlich in ATM-Netzwerk-Architekturen eingesetzt, dadurch können bestimmte Anforderungen bzgl. des packet handling von ADSL beiseite gelassen werden. Ferner läßt VDSL passive Netzabschlüsse zu, wodurch mehrere VDSL-Modems an eine Leitung angeschlossen werden können.

Bei näherer Betrachtung gibt es allerdings auch Nachteile. VDSL muß immer noch Fehlerkorrektur zur Verfügung stellen. Zudem gibt es noch kein öffentliches ATM Netz, so daß VDSL zunächst konventionellen Datenverkehr übertragen muß. Darüber hinaus bringt der passive Netzabschluß einige Probleme mit sich, was dazu führen wird, daß VDSL zunächst identisch wie ADSL, jedoch mit höheren Übertragungsraten, arbeitet.

VDSL wird sowohl von POTS als auch von ISDN durch passive Filter getrennt [1], [8].

2.1.8. Andere Begriffe

Vor Juni '95 wurde VDSL VADSL, BDSL oder einfach ADSL genannt, bevor T1E1.4 die offizielle Bezeichnung VDSL einführte. Die anderen Bezeichnungen geistern häufig noch durch ältere Dokumente. Zwischen den europäischen DSL-Technologien und den amerikanischen Versionen gibt es noch kleinere Unterschiede, insbesondere die Übertragungsraten sind unterschiedlich.

Bild 2.1.8.1. Übersicht der DSL-Technologien

2.1.9. Kurzüberblick über Kupferübertragungstechniken

Name	Bedeutung	Datenüber-tragungsrate	Über-tragungs- modus	Anwendung
V.22 [1] V.32 V.34	Sprachband- modem	1200 bit/s bis 28800 bit/s	Duplex [3]	Datenübertragung
DSL	Digital Subscriber Line	160 kbit/s [2]	Duplex	ISDN Sprach- und Datenübertragung
HDSL [6]	High data rate Digital Subsrciber Line	1.544 Mbit/s [4] 2.048 Mbit/s [5]	Duplex	T1/E1 Dienst, Teilnehmeranschluß, WAN, LAN, Server Zugriff
SDSL	Single line Digital Subscriber Line	1.544 Mbit/s	Duplex	wie HDSL zusätzlich Dienste mit symmetrischen Übertragungsraten
ADSL	Asymmetric Digital Subscriber Line	1,5 bis 9 Mbit/s 16 bis 640 kbit/s	Down [8] Up	Internetzugriff, Video on Demand, rLAN Zugriff, interaktive Multi- mediadienste
VDSL [7]	Very high data rate Digital Subscriber Line	13 bis 52 Mbit/s 1,5 bis 2,3 Mbit/s	Down Up [9]	wie ADSL plus HDTV

Tabelle 2.1.9.1. DSL-Technologien im Überblick [1]

1. Bei den Bezeichnungen handelt es sich nicht um Akronyme, sondern um CCITT Empfehlungen.
2. 192 kbit/s auf zwei B-Kanäle zu jeweils 64 kbit/s, einen D-Kanal mit 16 kbit/s und Overhead verteilt.
3. "Duplex" bedeutet, daß upstream und downstream gleichzeitig Daten mit der gleichen Datenübertragungsrate übertragen.
4. Erfordert zwei twisted-pairs.
5. Erfordert drei twisted-pairs.
6. Ein neues System mit dem Namen SDSL, für eine einzelne Leitung, arbeitet mit 1,5 oder 2,0 Mbit/s duplex.
7. Es finden sich oft noch andere Bezeichnungen, wie BDSL, VADSL, oder manchmal ADSL. Die Bezeichnung VDSL ist ANSI und ETSI konform.
8. "Down" steht für downstream und bezeichnet den Datenstrom vom Netzwerk zum Teilnehmer. "Up" steht für upstream und bezeichnet demnach die Rückrichtung.
9. Zukünftige VDSL Systeme haben vielleicht genauso hohe upstream-Datenübertragungsraten wie downstream-Raten, aber über sehr viel kürzere Leitungen.