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Digital Subscriber Line

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T-DSL-Modem

Digital Subscriber Line (engl. für Digitale Teilnehmeranschlussleitung; Abk.: DSL, xDSL) bezeichnet verschiedene Techniken, um über zwei bis vier Kupferadern des Telefonnetzes, d. h. die Teilnehmeranschlussleitung, Daten mit hoher Datenübertragungsrate zu übertragen. Dabei kann es sich um beliebige Daten handeln, also auch um Sprache und Video.

Geschichte

Ursprünglich wurde unter dem Begriff "Digital Subscriber Line" die Übertragungstechnik für den Basisanschluss von ISDN verstanden, d. h. das Echokompensationsverfahren. Ende der 1980er- und Anfang der 1990er-Jahre wurden digitale Signalprozessoren mit sehr hoher Rechenleistung verfügbar. Das erste DSL-Verfahren, das mit diesen Bausteinen entwickelt wurde, war HDSL. Normungsbehörden in Amerika (ANSI) und Europa (ETSI) begannen damals sofort damit, diese Technik zu standardisieren, um sie in großem Maßstab für Standleitungen einzusetzen. Es gab wichtige Randbedingungen: es sollten die bereits für Telefonie verlegten Kupfer-Doppeladern verwendet werden, es sollten in USA eine Bitrate von 1,544 MBit/s (T1), in Europa 2,048 Mbit/s (E1) erreicht werden, es sollte eine Reichweite von 3 bis 4 km erzielt werden. HDSL wurde standardisiert und einige Jahre lang für Standleitungen verwendet. Es wurde aber inzwischen von SDSL abgelöst, das eine höhere Reichweite bei geringerem Stromverbrauch bietet.

In den 1990er-Jahren wurden eine Reihe weiterer DSL-Verfahren entwickelt. Ursprünglich war ADSL, nach HDSL die nächste zur Verfügung stehende Technik, die Technik für Video on Demand, einen Dienst, der sich aber aus den verschiedensten Gründen nur sehr langsam entwickelte. Als aber der Internet-Verkehr so hohe Wachstumsraten aufzuweisen begann, dass der Ausbau der Netze kaum mehr mit dem wachsenden Bedarf an Bandbreite Schritt halten konnte, sollten nicht nur die Backbones ausgebaut werden, sondern auch den Benutzern höhere Geschwindigkeiten geboten werden. Das inzwischen verfügbare ADSL wurde als Technik für den Hochgeschwindigkeitszugang zum Internet ausgewählt und weltweit von den Netzbetreibern im Telefonnetz zugelassen.

In Deutschland wurde die Bezeichnung DSL zunächst als Synonym für einen breitbandigen Internetzugang über ADSL bekannt, so dass inzwischen auch andere breitbandige Internetzugänge (zum Beispiel über Satellit) als »DSL« vermarktet werden. Die DSL-Techniken wurden jedoch auch für andere Anwendungen als den Internetzugang konzipiert. Ursprünglich verwendet für Standleitungen, die keine hohe Stückzahl haben, waren Internetzugänge die erste Massenanwendung. Besonders Video-Anwendungen sollen künftig über fortgeschrittene DSL-Techniken mit hoher Bitrate neue Märkte erschließen.

Verbreitung

Weltweit stieg die Zahl der ADSL-Anschlüsse von 58 Mio. im Jahr 2003 auf 107 Mio. ersten Quartal 2005. Quelle: Bitkom-Studie "Daten zur Informationsgesellschaft" 2004 [1]

In Deutschland meldete die Deutsche Telekom zum Ende des Geschäftsjahres 2003 eine Steigerung der Anzahl von ADSL-Anschlüssen auf 4 Millionen, was eine Steigerung von 40% gegenüber dem Vorjahr bedeutet. Laut Angaben der Telekom-Festnetztochter T-Com ist vier Jahre nach Beginn der Vermarktung am 23. September 2004 der fünfmillionste ADSL-Anschluss in Betrieb genommen worden. Nach einer PointTopic-Studie gab es im ersten Quartal 2005 7,45 Millionen ADSL-Anschlüsse in Deutschland. Diese Zahl wird laut einer Bitkom-Studie bis 2006 auf rund 8,2 Mio. steigen. Bis 2007 will die Telekom die Zahl der ADSL-Anschlüsse auf zehn Millionen verdoppeln. Ein Ende des Wachstums ist nicht absehbar.

Absoluter Spitzenreiter bei der reinen Zahl der ADSL-Anschlüsse in einem Staat ist China mit 19,5 Millionen, was bei 1.3 Mrd. Einwohnern eine Quote von 15 DSL-Anschlüssen je 1000 Einwohner ergibt. Spitzenreiter bei der ADSL-Durchdringung ist Südkorea mit 28,9%. Den Angaben der PointTopic-Studie zufolge stammen rund 95% aller ADSL-Nutzer aus Süd- und Südostasien. Dahinter folgen die USA mit etwas mehr als 15 Mio. Anschlüssen. Der am schnellsten wachsende etablierte ADSL-Markt ist Großbritannien. Das Vereinigte Königreich verzeichnete im ersten Quartal 2005 einen Zuwachs an ADSL-Anschlüssen um 20% auf knapp 5 Mio. Die Europäische Union bleibt die Region mit den weltweit meisten DSL-Nutzern: Fast jeder dritte ADSL-Anschlusskunde kommt aus einem der EU-Mitgliedstaaten.

Gemessen an der reinen Zahl der ADSL-Anschlüsse liegt Deutschland im internationalen Vergleich an vierter Stelle. Im Verhältnis zu den vorhandenen Telefonanschlüssen schneidet die Bundesrepublik jedoch weitaus schlechter ab und liegt weltweit nur auf Platz 19: Auf 1000 Telefonanschlüsse kommen hierzulande 139 ADSL-Anschlüsse. Ursachen dafür liegen in der starken Nutzung von ISDN-Anschlüssen, speziell im gewerblichen Bereich, dem Ausbau der ostdeutschen Gebiete mit Glasfaser (OPAL).

Die T-Com hat im September 2005 einen ADSL-Testbetrieb mit deutlich gesteigerten maximalen Übertragungsraten aufgenommen. Bis zu 800 Pilotkunden in Hamburg und Stuttgart werden ADSL mit 16- bzw. 25Mbit/s Downloadrate testen können.

Verfügbarkeit

Aufgrund der technischen Infrastruktur (v.a. Verfügbarkeit von Kupfer-Teilnehmeranschlussleitungen, Entfernung zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle, Rentabilität des Ausbaus einer Vermittlungsstelle) ist ADSL in ganz Europa und insbesondere in Deutschland nicht überall verfügbar, weswegen alternative Zugangsarten wie z. B. Internetzugang über Satellit Zulauf erhalten. Auf dem Internetportal kein-dsl.de treffen Betroffene aus unversorgten Gebieten zusammen. Sehr viel Druck auf die Telekom und die Politik geht auch von der "Initiative gegen digitale Spaltung" aus.

Arten von DSL-Verfahren

Es gibt verschiedene Arten von DSL-Techniken, die unter der Bezeichnung »DSL« oder »xDSL« (x als Platzhalter für das spezifische Verfahren) zusammengefasst werden:

  • ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line, eine asymmetrische Datenübertragungstechnologie, z. B. mit Datenübertragungsraten von z. B. 8 Mbit/s zum Teilnehmer (downstream) und 1 Mbit/s in der Gegenrichtung (upstream);
  • HDSL - High Data Rate Digital Subscriber Line, eine symmetrische Datenübertragungstechnologie mit Datenraten zwischen 1,54 und 2,04 Mbit/s;
  • SDSL - Symmetrical Digital Subscriber Line, eine symmetrische Datenübertragungstechnologie mit Bitraten von bis zu 3 Mbit/s symmetrisch, das heißt im Download wie auch im Upload; bei 4-adriger Anschaltung (2*Cu-Doppelader) können max. 4 Mbit/s übertragen werden. Alternativ kann mit 4-adriger Anschaltung auch die Reichweite auf Kosten der Bandbreite erhöht werden.
  • VDSL - Very High Speed Digital Subscriber Line, eine asymmetrische Datenübertragungstechnologie mit Bitraten von 12,9 bis 51,8 Mbit/s (downstream) beziehungsweise 1,6 bis 2,3 Mbit/s (upstream);
  • UADSL, UDSL - Universal (Asymmetric) Digital Subscriber Line
  • SkyDSL, Download über Satellit und Upload über separate Internetverbindung (z. B. analog, ISDN)

ADSL

Der grundlegende strukturelle Unterschied zwischen ADSL und herkömmlichen Datenverbindungen über POTS oder ISDN besteht darin, dass eine DSL-Verbindung nicht zwischen zwei Teilnehmern (Endpunkten), sondern nur auf der letzten Meile zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle (genauer: CO Location) aufgebaut wird. Vom DSL-Modem des Kunden kommend wird das analoge DSL-Signal in der CO Location in einem DSL-Multiplexer (DSLAM) demoduliert, digitalisiert und über einen breitbandigen Backbone von der CO Location über einen Konzentrator (DSL-AC) zum Provider übertragen. Durch die im Vergleich zu einem Kanal im Telefonnetz sehr hohe Übertragungskapazität der Backbone-Anbindung kann die Übertragungskapazität der Teilnehmeranschlussleitung (TAL) besser ausgenutzt werden als bei analoger oder ISDN-Datenübertragung. Dies geschieht durch verbesserte Modulationsverfahren und die Nutzung einer größeren Bandbreite, vgl. unten. 

 DSL Verbindung (vereinfacht):

 Kunde                          CO Location              Provider
                    TAL                                  
 DSL-Modem ----------------------- DSLAM --------------- ATM Router
               DSL-Verbindung              ATM-Backbone

Reichweite

Es gibt einige Faktoren, die die Reichweite bzw. die erzielbare Bitrate für eine Kupferleitung beeinträchtigen. Vor allem ist die Länge der Leitung entscheidend, aber auch ihr Durchmesser. Die in Deutschland verlegten Kupferadern haben Durchmesser zwischen 0,25 bis 0,6 mm, je nach Länge der Leitung. Für lange Leitungen, d. h. Leitungen von 6 km Länge und mehr wurden die dickeren Kupferadern verwendet. Zu den Störfaktoren gehört besonders das Übersprechen. Um zu verhindern, dass durch Nebensprechen benachbarte Doppeladern in einem Kabelbaum von einer DSL-Übertragung beeinträchtigt werden, werden in der Regel nicht alle Doppeladern eines Kabelbaums mit DSL-Abschlüssen beschaltet.

Generell gilt: Je weiter ein Teilnehmer von der Vermittlungsstelle entfernt ist, desto niedriger ist die maximal erzielbare Datenübertragungsrate. Die Bedingung für die Verfügbarkeit von DSL ist eine geringe Dämpfung der Teilnehmeranschlussleitung (gemessen in dB) - je niedriger diese ist, desto höher die maximale Datenübertragungsrate.

Bandbreite, Datenübertragungsrate und Dämpfung

Bandbreite   Datenübertragungsrate
POTS 300 Hz - 3.4 kHz bis ca. 56 kbit/s, typisch 3 kByte/s
ISDN 0 - 130 kHz 2x64 kbit/s, typisch 14 kByte/s
ADSL 138 kHz - 1.1 MHz z. B. 1 Mbit/s downstream, 0,1 Mbit/s upstream
VDSL - 12 MHz

Faktoren, die die Datenübertragungsrate beeinflussen sind

  • Leitungsdämpfung (abhängig unter anderem von Länge und Durchmesser der Kupferleitungen und dem Frequenzspektrum des Signals)
  • Modulationsverfahren
  • Leitungscode

Die Dämpfung stellt die Minderung der übertragenen Energie eines Signals im Verlauf einer Übertragungsstrecke dar und ist somit ein entscheidender Wert für DSL. Ist die Dämpfung zu hoch, kann kein bzw. nur ein langsameres DSL geschaltet werden. Daraus resultieren verschiedende Dämpfungsgrenzen, bis zu welcher Dämpfung eine gewisse DSL-Geschwindigkeit geschaltet werden kann.

Dämpfungsgrenzen bei T-DSL

  • 384 kbit/s bis 50 dB
  • 768 kbit/s bis 46 dB
  • 1.024 kbit/s bis 43 dB
  • 1.536 kbit/s bis 39,5 dB
  • 2.048 kbit/s bis 36,5 dB
  • 2.304 kbit/s bis 35 dB
  • 3.072 kbit/s bis 32 dB
  • 6.016 kbit/s bis 18 dB

Für FastPath je 4 dB weniger bzw. 3 dB weniger bei 6.016 kbit/s

Dämpfungsgrenzen bei Arcor:

  • DSL 1000 bis 46dB
  • DSL 2000 bis 41dB
  • DSL 3000 bis 33dB
  • DSL 6000 bis 25dB

Dämpfungsvergrößerung bei Pupinleitungen

Bespulte (pupinisierte, durch Spulen dämpfungsgeminderte) Leitungen sind kein Weg, die DSL-Reichweite zu erhöhen. Pupinleitungen bilden einen Tiefpass (Frequenzfilter), der theoretisch die von DSL benutzten Frequenzen nicht durchlässt. In der Praxis kann man auf einer Pupinleitung dennoch häufig DSL-Signale übertragen, allerdings nur auf einer erheblichen kürzeren Leitungslänge als bei unbespulter Leitung. Im deutschen Telefonnetz sind bespulte Leitungen nicht mehr vorhanden. Sie sind aber nach wie vor bei Daten-Standleitungen (Typ: Analog-G), auch von der Telekom, anzutreffen.

Andere als »DSL« bezeichnete Verfahren

Der Zugang über den Satelliten ermöglicht bei den genannten Produkten lediglich den Downstream von Daten, zum Senden wird ein herkömliches Modem oder eine ISDN-Verbindung verwendet.

Anwendungen

Während ISDN in erster Linie für die Telefonie mit zwei Amtsleitungen genutzt wird, ist ADSL die erste Technologie, die Netzbetreiber für den schnellen Internet-Zugang von Privatkunden installiert haben. SDSL ist für beide Bereiche geeignet und kommt hauptsächlich für Geschäftskunden zum Einsatz. ISDN hat somit im Privatkundenbereich einen Konkurrenten durch DSL erhalten.

Die Tendenz geht dahin, mehrere Dienste über eine einzige Doppelader übertragen zu können - idealerweise das Triple Play aus Telefonie (siehe DSL-Telefonie), Internet-Zugang und Video (siehe auch Line-Sharing)

ADSL-Geräte

Für den ADSL-Zugang werden folgende Hardwarebauteile benötigt:

Kundenseitig

  • DSL-Modem, verallgemeinernd CPE (Customer Premise Equipment) oder im Spezialfall ADSL ATU-R (ADSL Transceiver Unit - Remote) genannt
  • Breitband-Anschlusseinheit (BBAE), umgangssprachlich Splitter genannt, je nach Leitungstyp einen der Folgenden:
    • POTS-Splitter sind (passive) Frequenzweichen, um Daten- und Sprachfrequenzband zu trennen. Ihre Grenzfrequenz bildet sich aus 4 kHz Sprachband und 12 kHz für den Gebührenimpuls und liegt somit bei 16 kHz.
    • ISDN-Splitter haben die gleiche Funktion wie POTS-Splitter, jedoch ist ihre Grenzfrequenz bei 130 kHz.
    • in Deutschland werden generell ISDN-Splitter installiert, auch wenn der zugrunde liegende Telefonanschluss kein ISDN-Anschluss ist. POTS-Splitter sind nicht üblich.

Anbieterseitig

  • DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) oder ATU-C (ADSL Transceiver Unit - Central Office), auch COE (Central Office Equipment) genannt. Im DSLAM sind Splitter und Modems integriert.
  • DSL-AC (Digital Subscriber Line Access Concentrator) oder auch Breitband-PoP

Dazu kann je nach technischer Realisierung weiteres Equipment wie RADIUS-Server für die Benutzeranmeldung und -Verwaltung und das Billing (Verbrauchsdatenspeicherung zum Zwecke der Rechnungserstellung), oder Splitter zur Abtrennung von ISDN-/POTS-Signalen kommen. Im erweiterten Sinne gehört auch noch der PC oder der Router des Kunden zur DSL-Ausrüstung, weil dort die PPPoE-Strecke vom DSL-AC terminiert.

Schnittstellen und Spezifikationen

Schnittstellen und Spezifikationen für DSL-Technologien sind beispielsweise:

  • U-R2 (1TR112) - Ende 2001 von der Telekom definierte Schnittstelle für die Interoperabilität von ADSL-Endgeräten [2]
  • ETSI TS 1010338 und ETSI TS102 080 Annex B (ADSL over ISDN) und Annex A (ADSL over PSTN)
  • ITU-T G.992.1 (auch hier Annex A und B, G.dmt)
  • ITU-T G.992.2 (G.lite)
  • ITU-T G.992.3 (ADSL2)
  • ITU-T G.992.4 (splitterless ADSL2)
  • ITU-T G.992.5 (ADSL2+)

Protokolle

Protokolle für ADSL-Technologien sind beispielsweise:

  • PPP over Ethernet-Protokoll (PPPoE), das die Kapselung von PPP-Paketen in Ethernet-Frames regelt; PPPoE wird zum Beispiel von der Deutschen Telekom für T-DSL verwendet.
  • PPP over ATM-Protokoll (PPPoA), das die Kapselung von PPP-Paketen in ATM-Zellen regelt.
  • Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP), das einen Tunnel über eine PPP-Verbindung herstellt. PPTP wird in Deutschland selten für ADSL verwendet, zum Beispiel in München von M"net bei älteren Anschlüssen. Neue Anschlüsse verwenden auch hier PPPoE, eine Umstellung vorhandener Anschlüsse ist kostenfrei möglich. Häufig wird PPTP jedoch in Österreich verwendet.

Siehe auch


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