Kapitel 2: Technologien im Überblick

2.2. Ein Überblick über HDSL

2.2.1. Die Bedeutung von HDSL ...

Schon vor über einem Jahrhundert begannen Telefongesellschaften damit, Kupferkabel zum Zweck der Telekommunikation zu verlegen. Inzwischen stellen diese Netze ein kollektives Gut von immensem Wert dar. Obwohl viel für den Ausbau der Datenautobahnen getan wird, ist ein Großteil dieser "Straße" in der Realität noch mit Kupfer gepflastert.

Neuartige DSL-Technologien setzen hier zunehmend ungenutze Kapazitäten in bestehenden Telefonnetzen frei. HDSL und seine Nachfolger stellt eine neue Methode zur Übertragung digitaler Daten über twisted pair Kupferleitungen dar.

Früher wurden einzelne Häuser und Firmen mit der Zentrale ihrer Telefongesellschaft über eigene T1/E1-Leitungen verbunden. Solche T1/E1 Leitungen bestanden aus 24 bzw. 30 Telefonleitungen und waren einer digitalen Pipeline vergleichbar. Im einfachsten Fall handelte es sich bei T1/E1-Systemen um einfache 1,544 Mbit/s bzw. 2,048 Mbit/s-Systeme, welche für eine breite Palette von öffentlichen und privaten Kommunikationsdiensten eingesetzt werden konnten, jedoch aus heutiger Sicht sehr langsam waren.

Die physikalischen Eigenschaften von Kupferkabeln machen die Hochgeschwindigkeitsübertragung schwierig. Da jedoch insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen der Einsatz von Kupferkabeln geboten war, entwickelten Ingenieure eine Möglichkeit, Signale mit einer relativ hohen Geschwindigkeit über Kupferkabel zu senden. Die Grundidee bestand darin, Repeater einzusetzen - es entstand das sogenannte repeatered T1/E1.

2.2.2. repeatered T1/E1

Kupferkabel verzerren Signale, daher müssen an vorgeschriebenen Stellen Repeater oder Filter zur Signalregeneration installiert werden. Doch genau darin besteht auch schon ein schwerwiegender Nachteil von repeatered T1/E1. In den heutigen Systemen müssen solche Repeater jeden Kilometer eingefügt werden - ein zeit- und kostenintensiver Prozeß. Repeatered T1/E1 hat darüber hinaus noch eine Menge anderer signifikanter Nachteile:

• Die Kosten zur Installation einer repeatered T1/E1-Leitung können in die Tausende gehen.
• Die Installation ist mühsam und erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand. Es müssen bestimmte Leitungsparameter beachtet werden und der Umstellungsprozeß kann für eine Leitung mehrere Wochen in Anspruch nehmen.
• Repeatered T1/E1 hat schlechtere Signalqualitäten im Vergleich zu Lichtwellenleitern und HDSL.
• Jedes Segment - Leitungsabschnitt zwischen zwei Repeatern - der Leitung muß überprüft werden; Doppeladern müssen sorgfältig ausgewählt werden, um Nebensprechen zu vermeiden.
• Die Installation von Repeatern erfordert u.U. ein re-engineering.
• Die Anzahl der benötigten Repeater kann sehr groß sein und Fehler, Fehlerbehandlung und Wartung sind kostenintensiv.
• Um repeatered T1/E1 Leitungen für weitere Dienste zu rekonfigurieren, müssen die Repeater physikalisch entfernt werden, wodurch neue Kosten anfallen.

Angesichts dieser Nachteile suchte man nach besseren Methoden der Datenübertragung und in den späten Achtzigern wurde in den Laboratorien von Bellcore HDSL geboren.

2.2.3. Die Geburt von HDSL ...

Die zugrundeliegende Idee war klar: einen leistungsstarken und kosteneffektiven Weg für die Übertragung von mehr als 2 Mbit/s über existierende Kupferkabel zu realisieren. Die neue Methode sollte ferner leicht adaptierbar und schneller sein. Zudem sollte die Verwendung von Repeatern vermieden werden, sowie eine spezielle Vorbereitung der Leitung unnötig sein.

Ursprünglich verlief die Entwicklung von HDSL sehr langsam, sobald jedoch die Preise fielen, entwickelte sich die Methode zu einer der schnellsten und kostengünstigsten Verfahren.

Für diesen gravierenden Durchbruch waren insbesondere zwei Eigenschaften von HDSL verantwortlich.

Zum einen spielten die adaptiven Fähigkeiten von HDSL eine entscheidende Rolle, die Signalqualitäten vergleichbar zu Lichtwellenleitern garantierte. Zum anderen konnten Dienste nun innerhalb weniger Stunden statt mehrerer Wochen angeboten werden, da keine Leitungsmodifizierungen mehr nötig waren [3].

2.2.4. Wie HDSL prinzipiell arbeitet ...

HDSL bildet digitale Hochgeschwindigkeitskanäle auf Kupferleitungen, zur Realisierung von Mehrwertdiensten sowohl im öffentlichen als auch im privaten Bereich, ab. Es findet heute seine Hauptanwendung bei der Bereitstellung digitaler Dienste für local loop Kunden und corporate network Nutzer.

Die durch HDSL erreichte Übertragungsqualität ist der von Lichtwellenleitern her bekannten vergleichbar. Letztlich liefert HDSL produktivere Dienste zu reduzierten Kosten, da die Übertragungsrate ohne Verwendung von Repeatern vervierfacht wird.

Zum Betrieb einer HDSL-Leitung wird eine HDSL-Karte in der Zentrale angebracht und eine weitere Karte beim Kunden installiert. Die Systeme verwenden komplexe digitale Signalverarbeitungstechniken. HDSL sendet seine Signale mit normaler "Stärke". Die einzigartige Fähigkeit von HDSL liegt darin die Signalintegrität, angesichts der schlechten Übertragungseigenschaften von Kupfer, zu erhalten oder wiederherzustellen. Es wird ein mathematisches Modell der Kupferleitungen erzeugt, das dem Übertragungsgerät erlaubt, präzise die im Hochfrequenzbereich auftretenden Störungen auf Kupferleitungen zu kompensieren. Diese Anpassung wird kontinuierlich durchgeführt, so daß das Übertragungssignal auch dann nicht abnimmt, wenn sich die Leitung oder die Umgebungsbedingungen ändern.

HDSL stellt die ideale Lösung dar, wenn verstreut liegende Gebäude und Nutzer verbunden werden müssen und Zeit, Geld und Leistung die signifikanten Faktoren darstellen.

2.2.5. HDSL-Technik

In dem ETSI-Report zu HDSL sind zwei alternative HDSL-Strukturen vorgesehen. Zum einen die Dreifach-Duplex-Übertragung für drei Doppeladern, zum anderen die Doppel-Dupplex-Übertragung, die bereits mit zwei Doppeladern auskommt. Da die Doppel-Duplex-Übertragung in der Praxis eher eingesetzt wird als die Dreifach-Duplex-Übertragung, wollen wir uns diese Systemstruktur näher betrachten.

Bild 2.2.5.1. Prinzipielle HDSL-Systemstruktur für eine 2048 Mbit/s-Vierdraht-Doppel-Duplex-Übertragung

In Bild 2.2.5.1. wird die prinzipielle HDSL-Systemstruktur nach ETSI für eine 2,048 Mbit/s-Vierdraht-Doppel-Duplex-Übertragung skizziert [5], [12]. Die Leistung eines HDSL-Systems hängt stark von der Gestaltung der Transceiver - kombinierte Sender-Empfänger - ab. Für den Fall der Basisbandübertragung ist die prinzipielle Struktur eines Transceivers in Bild 2.2.5.2. dargestellt.

Werden beim Anschlußmultiplexer die Hin- und Rückrichtung der quaternären 2,048-Mbit/s-Übertragung getrennt über zwei Doppeladern geführt, erreicht man eine bidirektionale Signalübertragung in Frequenzgleichlage auf jeder Doppelader. Für die Richtungstrennung wird neben der eingezeichneten Gabelschaltung noch ein Echokompensator benötigt. Der Echokompensator stellt eine Signalentkopplung von Sende- und Empfangssignal sicher. Dazu produziert er ein Abbild des Echos vom zu übertragenden Signal, welches anschließend vom Empfangssignal subtrahiert wird.

Bild 2.2.5.2. Prinzipieller Aufbau eines Transceivers für Basisbandübertragung [5], [12]

Die Struktur eines HDSL-Systems besteht aus einem Leitungsendgerät LT und dem Netzabschluß NT. Dieses System wird von ETSI in einen anwendungsspezifischen Teil und einen mit Kern bezeichneten Teil aufgeteilt, vgl. Bild 2.2.5.1..

Dies ist vor allem im Hinblick auf zukünftige Erweiterungen des Systems günstig. Im anwendungsspezifischen Teil werden die Schnittstellen vermittlungs- und teilnehmerseitig festgelegt. Der Anpassung an die festliegenden HDSL-Rahmen dient die Bildung anwendungsspezifischer Formate von Anwendungs- und Kern-Rahmen. Der anwendungsunabhängige Kern schließlich enthält alle zur Übertragung benötigten Komponenten. Für jede Leitungsschleife wird ein definierter HDSL-Rahmen gebildet, der sich aus Nutzinformationen sowie Zusatzinformationen (Overhead) zusammensetzt. Zur Rahmensynchronisation wird ein aus sieben Symbolen bestehender Barker Code verwendet, der am Anfang jedes HDSL-Rahmens steht. Schon seit längerem sind für die Dreifach-Duplex-Übertragung Transceiver mit Übertragungsraten von 784 kbit/s bzw. jetzt auch schon mit 1168 kbit/s auf dem Markt. Diese verwenden vorwiegend eine störungsprädikative quantisierte Rückkopplung wie beim Anschlußleitungsmultiplexer. Es werden hier Reichweiten auf 0,4 mm Kupfer bis zu 3 km ohne Verwendung von Repeatern erreicht.

2.2.6. Die Vorteile von HDSL ...

Der Einsatz von HDSL bringt sowohl wirtschaftliche als auch technologische Vorteile im Vergleich zu Vorgängertechnologien [2], [3]:

• HDSL reduziert die Kosten zur Installation von T1/E1-Leitungen und reduziert zudem den Zeitbedarf zur Installation signifikant.
• HDSL erlaubt Verbindungen unter Verwendung von 0,5 mm Kupferkabel bis zu 3,6 km. Mit mehr Hardwareaufwand oder dickeren Kupferleitungen können Verbindungen über Distanzen bis zu 7 km erzielt werden.
• Der adaptive digitale Signalverarbeitungsalgorithmus, der von HDSL verwendet wird, erzielt weitaus bessere Übertragungsqualitäten als repeatered T1/E1.
• Am entfernten Ende der Leitung braucht HDSL nur minimalen Strom, was eine entfernte Stromspeisung von der Zentralstelle aus möglich macht.
• HDSL-Lösungen können in 99% aller Fälle für die letzte Meile des sogenannten local loop eingesetzt werden.
• Es gibt keine Leitungskonditionierung und es wird keine Entfernung von "bridged taps" oder nachträgliche Signalverstärkung vorausgesetzt.
• Die Elemination von Repeatern erhöht die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems und die Übertragungsperformance.

Durch die verwendete fortschrittliche Elektronik ist HDSL sehr resistent gegenüber Nebensprechen und andere Störungen; es werden Signalqualitäten vergleichbar zu Lichtwellenleitern mit Fehlerraten von 10e-10 erzielt.