Grundlagen und Techniken der xDSL-Technologien

Modulationsarten

Verschiedene Arten der Signalmodulation sind:

• ASK (Amplitude Shift Keying)
• FSK (Frequency Shift Keying)
• PSK (Phase Shift Keying)

Einführung in xDSL-Technologien

xDSL beschreibt eine Gruppe von Kommunikationstechnologien, welche die Informationsübertragung über herkömmliche Telefonleitungen bei höheren Geschwindigkeiten ermöglichen, als dies mit herkömmlichen Modems möglich ist.

Funktionsweise von xDSL

Der gemeinsame Faktor aller xDSL-Technologien ist der Betrieb auf einfachen Kupferleitungen. Obwohl jede Technologie eigene Eigenschaften besitzt, nutzen alle Modulationsverfahren, um hohe Datenraten zu erreichen.

Technische Parameter und Grenzen

• Maximale Entfernung: ca. 6 km
• Telefonie-Grenze: 4 kHz
• Maximale Distanz zwischen Kunde und Vermittlungsstelle: bis zu 18.000 Meter.

Die Leistung ist abhängig von:

• Erreichter Geschwindigkeit
• Qualität der Leitungen
• Entfernung
• Drahtstärke
• Verwendetem Modulationsverfahren

Gängige Modulationsverfahren

Derzeit werden für xDSL vor allem drei Modulationsverfahren verwendet: 2B1Q (2 Bit, 1 Quaternary), CAP (Carrier-less Amplitude Phase Modulation) und DMT (Discrete Multitone Modulation).

Die xDSL-Technologieformate unterstützen Datenraten nach Normen wie T1 (1,544 Mbit/s) und E1 (2,048 Mbit/s) und sind flexibel in der Anwendung.

Kanalstruktur bei xDSL

Downstream-Kanal

Der Downstream-Kanal (Abwärtsrichtung) von der Vermittlungsstelle zum Benutzer kann Geschwindigkeiten von 1,544 Mbit/s bis zu 6,3 Mbit/s erreichen. Dieser Kanal kann dem Benutzer je nach Anforderung als einer oder mehrere Unterkanäle bereitgestellt werden. Der Empfang erfolgt im höchsten Frequenzband.

Upstream-Kanal

Der Upstream-Kanal (Aufwärtsrichtung) vom Benutzer zur Vermittlungsstelle arbeitet mit Geschwindigkeiten von 16 kbit/s bis 640 kbit/s. Die Übertragung erfolgt in einem hohen Frequenzblock.

Telefon-Kanal

Der Telefon-Kanal wird für den traditionellen Telefondienst (PSTN) oder ISDN (Integrated Services Digital Network) genutzt. Dieser Kanal wird durch externe Filter (Splitter) von den anderen beiden getrennt. Er bleibt auch bei einem Stromausfall beim Teilnehmer oder im Büro funktionsfähig. Die Übertragung erfolgt im Basisband bis zu 4 kHz.

Verschiedene xDSL-Formate

HDSL (High-bit-rate DSL)

HDSL ist eine verbesserte Technik zur Übertragung auf T1- oder E1-Leitungen über verdrillte Kupferleitungen (T1/E1 erfordern zwei oder drei Paare). Durch fortschrittliche Modulation werden Distanzen bis zu 4 Meilen ohne Repeater erreicht.

SDSL (Symmetric DSL)

SDSL ist die symmetrische Version von HDSL für die Übertragung über ein einzelnes Adernpaar. Es unterstützt die gleichzeitige Übertragung von T1/E1-Frames und Basis-Telefonie, was es für den Wohnbereich interessant macht. Die Nenngeschwindigkeit liegt bei 768 kbit/s bei einer Reichweite von 3 km.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

ADSL ist eine Technologie, die das vorhandene Kupferkabel in ein Medium für Multimedia-Anwendungen verwandelt. Bestehende Telefonnetze werden so für Daten nutzbar, ohne Kabel ersetzen zu müssen, was Betreibern erhebliche Vorteile bringt. Die Reichweite beträgt ca. 5,5 km.

RADSL (Rate Adaptive DSL)

RADSL (oft auch als RXDSL bezeichnet) passt die Geschwindigkeit variabel an die Leitungsbedingungen an. Dies ist nützlich, wenn sich Leitungseigenschaften ändern oder die Umgebungseinflüsse schwanken, was das System empfindlich für atmosphärische Veränderungen macht.

VDSL (Very High-speed DSL)

VDSL ermöglicht höhere Geschwindigkeiten als andere Techniken, jedoch nur über kurze Distanzen. Es erreicht Downstream-Raten von 52 Mbit/s auf 300 m und ca. 13 Mbit/s auf 1500 m, wobei der Upstream zwischen 1,5 und 2,3 Mbit/s liegt. VDSL ist oft als Anbindung an Glasfasernetze konzipiert und nutzt ATM-Zellen.

Details zu ADSL

ADSL gehört zur xDSL-Familie und bietet Breitbanddienste zu geringeren Kosten als konkurrierende Lösungen. Der Begriff steht für Asymmetric Digital Subscriber Line.

Vorteile von ADSL

ADSL ermöglicht theoretische Geschwindigkeiten von bis zu 15 Mbit/s im Downstream, was mehr als das 200-fache der Bandbreite eines 56-kbit/s-Modems entspricht.

Modi der Datenübertragung

• Simplex: Übertragung nur in eine Richtung.
• Half-Duplex: Bidirektional, aber es kann jeweils nur eine Seite zur Zeit senden.
• Full-Duplex: Gleichzeitige Übertragung in beide Richtungen.

Detaillierte Modulationsverfahren

CAP (Carrier-less Amplitude Modulation)

CAP basiert auf der QAM-Modulation. Da Telefonleitungen keine konstante Signalqualität garantieren, ist CAP eine kostengünstige Implementierung für xDSL mit Geschwindigkeiten um 1,544 Mbit/s. Das Signal wird in Segmente unterteilt und das Trägersignal unterdrückt. Die Welle wird durch zwei digitale Filter mit einer Phasendifferenz von π/2 erzeugt. Beim Empfang wird das Signal wieder zusammengesetzt.

DMT (Discrete Multi-Tone Modulation)

DMT ist eine Multi-Carrier-Modulation, die Hochfrequenzverluste und Rauschen auf Kupferleitungen minimiert. Die Bandbreite wird in 256 Unterkanäle aufgeteilt. Mittels diskreter Fourier-Transformation wird die Tragfähigkeit jedes Kanals bestimmt und moduliert.

Protokolle

Für die ADSL-Technologie werden verschiedene Kommunikationsprotokolle genutzt. Ein wichtiges Protokoll ist PPP over ATM (PPPoA). PPP (Point-to-Point Protocol) ist der Nachfolger von SLIP und ermöglicht Verbindungen zwischen Routern und Hosts über synchrone sowie asynchrone Leitungen.