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Die Bedeutung von ADSL


 
A-DSL, Asymmetrical Digital Subscriber Line (asymmetrische digitale Teilnehmeranschlußleitung), ist eine mehrere Jahre alte Technik für eine Broadband-Hochgeschwindigkeits-Internetanbindung über die normale (Kupfer-)Telefonleitung (»letzte Meile«).

Bei A-DSL wird das Frequenzband in Teilbänder für die Übertragung von Videodaten und Telefonverkehr unterteilt, wobei beide Frequenzbänder unterschiedliche Bandbreiten haben – daher auch die Bezeichnung asymmetrisch – und durch ein Sicherheitsband getrennt sind.

Mit A-DSL sind Übertragungen bis zu 6 Mbit/s über normale Telefonkabel realisierbar, für die bidirektionale Übertragung steht ein zweites Frequenzband mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 640 kbit/s zur Verfügung.

A-DSL wird auch für interaktives Fernsehen im Endgerätebereich eingesetzt. xDSL-Verfahren wie das V-DSL können für hochauflösendes HDTV (High Definition Television) verwendet werden und bieten Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 52 Mbit/s.

Neben den genannten Verfahren gibt es noch DSL, I-DSL, R-ADSL, S-DSL, H-DSL und C-DSL, die alle anwendungsspezifische Merkmale aufweisen.

Die direkte Konkurrenz zu A-DSL im Hochgeschwindigkeitsbereich ist die Anbindung über ISDN, Kabelmodem, Satellit oder die Stromleitung (Powerline, letzteres befindet sich noch im Versuchsstadium).

ADSL - Mit Highspeed über Kupferleitungen:

Angesichts steigender Datenvolumen stoßen analoge Modemtechnologien und ISDN immer häufiger an technische Grenzen. Abhilfe schafft ADSL.

Aufwendig gestaltete Informationsangebote im Internet und neue Kommunikationsbereiche wie

- Video-on-demand,

- Videoconferencing

- Telearbeit

erfordern höchste Transferraten und somit neue Übertragungstechniken. Dabei ist die analoge Modemtechnologie mit Einführung von V.90 weitgehend ausgereizt und auch ISDN stößt zunehmend an Grenzen: Selbst bei optimalen digitalen Verbindungen sind flüssige Übertragung aufwendiger Animationen aus dem Internet oder Konferenzschaltungen mit Bild und Datenaustausch nur selten möglich.

Bereits seit Anfang der neunziger Jahre gibt es eine technische Lösung, die weitaus höhere Transferraten über das herkömmliche Telefonnetz (POTS, Plain Old Telephone Service) ermöglicht: ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). ADSL ist ein Protokoll aus der xDSL-Familie, das den Vorteil bietet, das herkömmliche Kupferleitungsnetz zu unterstützen - ein teures Umrüsten auf Glasfaserkabel entfällt.

Das DSL-Prinzip: Kanaltrennung:

Ende der Achtziger präsentiert Bellcore (http://www.bellcore.com) mit der DSL-Technologie erstmals eine komplette Protokollfamilie für den schnellen Datenaustausch. Der DSL-Ansatz setzt auf nicht ausgelastete Bandbreiten innerhalb des Kupferkabelnetzes.

Derzeit werden die Kabel lediglich zur Übertragung von Sprache im Telefonverkehr genutzt - was Frequenzen von bis zu 4 kHz belegt. Kupferkabel decken jedoch einen Frequenzbereich bis zu 1,1 MHz ab - bieten also Platz für mehr als 250mal soviel Informationen. Dabei beschränken lediglich Filter im Telefonnetz den nutzbaren Frequenzbereich. Um die brachliegenden Frequenzbereiche also effektiv zu nutzen, ist schlichtweg eine Aufteilung des Kupferkabels erforderlich. Der Nachteil ist allerdings, daß in hohen Frequenzbereichen enorm Verluste auftreten. Aus diesem Grund finden in der Praxis nur Bandbreiten bis 120 kHz Verwendung.


 


Die Kupferleitung wird von xDSL-Modems in drei Kanäle aufgeteilt: Ein Kanal steht wie bisher den Telefondiensten zur Verfügung (POTS-Kanal), ein zweiter wird für die Verbindung vom Anwender zum Provider verwendet (Upstream-Kanal) und der dritte (Downstream-Kanal) dient der Datenübertragung vom Anbieter zurück zum Anwender. Digitale Modems sorgen in den Vermittlungsstellen dafür, daß der POTS-Kanal durch Filter von den beiden anderen Bereichen strikt getrennt wird.

Trennung bietet neue Nutzungsoptionen:

Erst diese Trennung ermöglicht eine gleichzeitige Nutzung des Kabelnetzes für Sprach- und Datenübertragung. Dabei ermöglicht ADSL Übertragungsraten zwischen 0,5 und 55 MBit/s, wobei die Grenzen hauptsächlich von Kabellänge und -querschnitt definiert sind.

Grenzen im analogen Netz, technische Betrachtung:

Die Grenzen der Übertragungskapazität der analogen Telefonleitung sind durch das Nyquist- und das Shannon-Theorem beschrieben. Das Nyquist-Theorem besagt, daß die Schrittgeschwindigkeit bei der verzerrungsfreien Übertragung von Impulsen maximal doppelt so groß wie die Bandbreite des benutzten Übertragungskanals sein darf. Das Shannon-Theorem beschäftigt sich mit Zusammenhängen zwischen der verfügbaren Bandbreite, dem Verhältnis zwischen Signal- und Rauschpegel und der maximal möglichen Anzahl übertragbarer Bits pro Sekunde. Beim derzeitigen analogen Telefonnetz ist die Bandbreite auf 4 kHz beschränkt und das Signal-/Rauschverhältnis liegt bei 30 bis 35 dB. Daraus resultiert eine Übertragungsrate von maximal 35 kBit/s.

Potential und Einschränkungen:

ADSL ermöglicht nun durch die Kanalteilung unterschiedliche Datenübertragungsraten: Während der Telefonkanal wie bisher auf 35 kBit/s begrenzt bleibt, sind die neuen Datenkanäle wesentlich erweiterbar. Durch das asymmetrische Verfahren kann für den Zugang vom Benutzer zum Dienstleister eine geringere Übertragungsgeschwindigkeit eingestellt werden als für das Downloaden von Daten. Dabei weisen die Kanäle lediglich unterschiedliche Frequenzbereiche auf. Untersuchungen belegen, daß die Upload- Datenmengen im Verhältnis zu Downloads unterhalb von zehn Prozent liegen. Diesen Umstand nutzt ADSL und prädestiniert damit die Technologie für den Zugriff auf das Internet.

In der Praxis werden über die Downstream- Leitungen vom Provider zum Anwender Übertragungswerte zwischen 1,5 und 6,1 MBit/s erzielt, was bereits bei der schlechtesten Transferrate gegenüber ISDN eine um den Faktor 24 bessere Performance bietet. Bei Upstream-Verbindungen liegen die Werte bei 16 bis 640 kBit/s auf den Leitungen zum Zugangsknoten. Jeder Kanal läßt sich zudem in weitere Subkanäle unterteilen.

Übertragungsfaktoren

Allerdings ist das Erreichen der maximalen Übertragungsgeschwindigkeit von verschiedenen Faktoren abhängig: Insbesondere die Länge und der Querschnitt des Kupferkabels sowie die Dämpfung begrenzen die theoretisch möglichen Tranferraten. In der Praxis bedeutet das für Anwender, deren Hausanschluß weit von der nächsten Vermittlungsstelle entfernt liegt, Tranferraten im unteren Bereich.

ADSL-Intern

ADSL basiert technisch auf der Trennung des nutzbaren Frequenzspektrums in drei Kanäle. Hierbei finden zwei unterschiedliche Verfahren Verwendung: Frequency Division Multiplexing (FDM) oder Echo Cancellation (EC). Welches System zum Einsatz kommt, liegt bislang noch in Händen der Gerätehersteller. Vorgaben von Seiten der ADSL-Spezifikation gibt es nicht. Es zeichnet sich allerdings ab, daß EC eine untergeordnete Rolle spielt. Grund dafür ist, daß im Gegensatz zu FDM die Kanäle für Up- und Downstream nicht komplett getrennt, sondern überlagert werden. Dies erhöht den technischen Aufwand zur Signaltrennung wesentlich und verteuert die Endgeräte.

FDM hingegen erzeugt einen schmalbandigen Frequenzbereich, der direkt oberhalb der Sprachfrequenzen angesiedelt ist. Der breitbandige Downstream-Bereich schließt direkt an den Upstream-Bereich an.

Datentransfer per ADSL

Frequency Division Multiplexing beziehungsweise Echo Cancellation sorgen lediglich für die Trennung des Frequenzspektrums in entsprechende Kanäle, schaffen also nur die Grundlage für den eigentlichen Datentransfer. Dieser kann wiederum durch verschiedene Übertragungsmethoden realisiert werden. Auch hier läßt die ADSL-Spezifikation, die in Händen von ANSI (American National Standards Institute) und ETSI (European Telecommunications Standards Institute) liegt, verschiedene Methoden zu. Daher kommen derzeit in der Praxis drei Modulationsverfahren zum Einsatz, die zueinander inkompatibel sind. Ähnlich wie anfangs bei der 56k-Technik kann es also dem Anwender passieren, daß eine Kommunikation trotz gleicher Basistechnologie scheitert. Folgende Verfahren kommen derzeit zur Anwendung:
 
 QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Hier werden die Signale einfach in einen höheren Frequenzbereich versetzt. Dies wird durch Modulation eines Basisbandsignals mit einem Trägersignal erreicht, wobei die Amplitude moduliert wird.
 
CAP (Carrierless Amplitude/Phase Modulation): Grundlage von CAP ist eine trägerlose Amplituden-/Phasenmodulation. Ein einziges Trägersignal dient als Transportmittel, das selbst weder übertragen wird noch eigene Informationen beinhaltet.

 DMT (Discrete Multi-Tone Modulation) beschreibt ein Verfahren, bei dem mehrere Trägersignale für die Übermittlung eingesetzt werden. Die übermittelten Daten verteilen sich also auf eine Vielzahl von Trägern, die alle eine Form der Quadrature Amplitude Modulation (QAM) einsetzen. DMT basiert auf der Discrete-Fast-Fourier- Transformation, die aus der digitalen Technik stammt.

Übertragungsmethoden im Detail

QAM ist ein sogenanntes Einträger- Bandpaßübertragungsverfahren, das ein Trägersignal mit einem Symbolstrom moduliert. Bei diesem Verfahren wird der Datenstrom in zwei einzelne Ströme halber Übertragungsrate aufgespaltet und anschließend mit einem Trägerpaar aufmoduliert. Bei den orthogonalen Trägern handelt es sich um eine Sinus- und eine Kosinusfunktion.

Der Sender beinhaltet einen Scrambler (Chiffrierer), einen Leitungskodierer, einen Sendefilter, einen Modulator und einen D/A- Wandler. Das Signal wird in einem Demultiplexer in zwei Teilsignale aufgeteilt. Diese Teilsignale durchlaufen anschließend die Leitungscodierer, die eine Bit-nach-Symbol- Kodierung ähnlich wie bei der 56k-Technologie vornehmen. Anschließend werden die kodierten Signale im Modulator mit einer definierten Frequenz (f0) multipliziert. Das eine Signal wird mit einem Kosinus, das andere mit einem Sinus moduliert. Anschließend erfolgt die Addition sowie eine D/A-Wandlung. Ein Sendefilter schließlich bringt das Signal auf die Leitung.

Auf der Empfängerseite passiert ähnliches: Das Signal wird zunächst in einem Empfangsfilter bandbegrenzt und nach einer A/D-Wandlung mit einem Kosinus- beziehungsweise Sinusträger gleicher Frequenz wie beim Sender multipliziert. Ein nachfolgender Entzerrer macht eventuell bei der Übertragung aufgetretene Verzerrungen des Leiterpaares rückgängig und filtert die Frequenzanteile (f0) heraus. Danach liegt wieder das ursprüngliche Basisbandsignal vor. Dieses wird für das jeweilige Signal getrennt dekodiert, um die Teilsignale schließlich in einem Multiplexer (zur Serialisierung der Signale) zusammenzufassen.

Carrierless Amplitude/Phase Modulation

Auch CAP zählt zu den Einträger- Bandpaßübertragungsverfahren. Schon die Bezeichnung des Modulationsverfahren deutet seine Besonderheit an: Es wird eine trägerlose Amplituden-/Phasenmodulation durchgeführt, wobei ein technischer Kniff die Übertragung der Trägerfrequenz verhindert. Zusätzlicher Unterschied zu QAM: Modulation und Demodulation erfolgen beim Sender und Empfänger über digitale Filter.

Die Grafik verdeutlicht die Arbeitsweise der CAP. An die Stelle der orthogonalen Trägerfunktionen von QAM treten digitale Filter, um die Teilströme zu modulieren. Das zu übertragende Signal wird einfach durch Addition der beiden Filterausgaben gebildet.

Nachdem das Signal eine D/A-Wandlung erfahren hat und den Sendefilter passiert hat, wird es auf die Leitung gelegt.

Discrete Multi-Tone Modulation

Im Unterschied zu CAP und QAM zählt DMT zu den sogenannten Mehrträger- Bandpaßübertragungsverfahren. Dieses Verfahren findet bei den Herstellern derzeit breite Unterstützung. Zur Umsetzung wird der gesamte Übertragungskanal in mehrere Teilkanäle unterteilt, die - theoretisch - die gleiche Bandbreite aufweisen. Im einfachsten Fall findet bei jedem dieser Teilkanäle das gleiche Modulationsschema Verwendung. Die Übertragungsrate ist daher identisch. Allerdings hat dies einen entscheidenden Nachteil gegenüber den zuvor beschriebenen Modulationsmethoden: Liegen Teilkanäle in hohen Frequenzbereichen, schlagen sich die schlechten Übertragungseigenschaften von Kupfer auf den Datentransfer nieder. Daher legen die Hersteller die Bitrate des jeweiligen Teilkanals entsprechend seiner Störanfälligkeit fest. Nur so ist eine optimale Nutzung des Übertragungsmediums Kupfer möglich.

DMT läßt sich im Prinzip als eine Reihe von parallel arbeitenden QAM-Systemen verstehen. Dabei verwendet jedes QAM-System die zu einem DMT-Teilkanal korrespondierende Trägerfrequenz. Der Transmitter moduliert Daten, indem er Töne bestimmter Frequenzen erzeugt, diese zusammenfaßt und schließlich über die Leitung schickt.

Vorteile der neuen Technik

Bei hinreichend kleiner Teilkanalbandbreite ist die Dämpfung für jeden einzelnen Teilkanal nahezu konstant. Ein weiterer Vorzug dieser Technik: Beim Empfänger entfällt der Entzerrer. Es reicht ein einfacher Kanalverstärker, da der Einfluß der nichtlinearen Phase des Kabels auf das übertragene Signal in einem Teilkanal vernachlässigbar ist. Damit ist die Herstellung derartiger ADSL-Modems relativ preiswert.

Allerdings setzt ein Mehrträger- Modulationsverfahren Orthogonalität zwischen den verschiedenen Teilkanälen voraus. Dies kann man beispielsweise durch die Verwendung von Fast-Fourier-Transformation-Methoden erreichen. Der Aufbau eines DMT-ADSL- Transceivers entspricht im wesentlichen dem eines CAP-ADSL-Gerätes.

Wie bereits erwähnt, kann die Anzahl der Bits, die über einen Teilkanal gesendet werden, bei DMT variieren. Daraus ergibt sich eine verbesserte Performance, da störanfällige Frequenzen außen vor bleiben. Die mögliche Übertragungsrate beim Upstream-Kanal erhöht sich dabei auf 176 kBit/s.

Die Produkte bei uns zu ADSL: 


COMPRO(c) HighSpeed c-DSL:

- nutzt den T-DSL-Zugang der Deutschen Telekom AG und führt in unseren Geschäftskundenbackbone.

Es handelt sich um ein A-DSL-Produkt als Standleitung ins Internet mit einer oder mehreren festen IP-Adressen (Netze). Es wird der T-DSL-Zugang der Deutschen Telekom AG genutzt - nach 24 h erfolgt eine Zwangstrennung mit anschließender Wiederaufnahme der Verbindung und Zuordnung der festen IP. Die Zwangstrennungszeit legen Sie mit uns gemeinsam fest, so ist diese z.B. immer um 02.17 Uhr!

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