ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line
Um die Ansprüche nach mehr Bandbreite für Datendienste zu erfüllen, wurde zwischen 1991 und 1995 die ADSL-Technik entwickelt. ADSL wurde von der ITU-T (International Telecommunications Union) in G.992.1 und vom ANSI (American National Standardisation Institute) in T1.413-1995 standardisiert.
Bei ADSL handelt es sich um ein Übertragungsverfahren für einen Breitband-Internet-Anschluss über eine normale Telefonleitung. Der wichtigste Vorteil von ADSL ist, dass die vorhandenen Kabelnetze die Telefonanschlüsse weiterverwendet werden können.
In Deutschland wird der Begriff "ADSL" nur unter Fachleuten verwendet. Die ADSL-Breitband-Anschlüsse werden in Deutschland als DSL-Anschlüsse bezeichnet. Je nach Netzbetreiber oder Provider haben sich unterschiedliche Markennamen herausgebildet. Bekannt sind T-DSL von der Deutschen Telekom, Q-DSL von QSC und diverse Bezeichnungen, wie DSL2+ oder DSL3+. Hinter den verschiedenen Bezeichnungen steckt im Prinzip immer die gleiche Technik.
Das zentrale Problem von ADSL ist die begrenzte Reichweite. Im Laufe der Zeit wurde die ADSL-Technik immer wieder erweitert und verbessert, so dass die Reichweite oder die Übertragungsrate immer wieder gesteigert werden konnte. Trotzdem ist eine vollständige Netzabdeckung in Deutschland bis heute praktisch nicht möglich.
Bei einer ADSL-Verbindung handelt es sich im Prinzip um zwei Modems an einer herkömmlichen Telefonleitung (Kupfer-Doppelader). Wobei das eine Modem beim Endanwender steht und das andere beim Netzbetreiber in der Vermittlungsstelle.
Das ADSL-Modem wird über eine Netzwerkkarte oder USB-Schnittstelle an einen Computer oder ein Netzwerk angeschlossen. So entsteht eine feste Anbindung. Das Anwählen, wie bei einer Telefonverbindung, entfällt. Stattdessen ist der Computer mit dem Internet wie mit einer "Standleitung" fest verbunden. Wobei die Standleitung als DSL-Anschluss bezeichnet wird.
Asymmetrische Übertragung
Das Grundprinzip von ADSL beruht auf einem asymmetrischen Übertragungsverfahren bzw. der Bereitstellung einer asymmetrischen Bandbreite. Damit ist gemeint, dass der Übertragungsweg vom Provider zum Kunden, in der Fachsprache als Downlink bzw. Downstream bezeichnet, und der Übertragungsweg vom Kunden zum Provider, in der Fachsprache als Uplink bzw. Upstream bezeichnet, unterschiedliche Bandbreiten aufweisen.
Werden viele symmetrische Signale (z. B. bei HDSL und SDSL) gleichzeitig über mehrere parallel liegende Leitungen übertragen, so wird durch Signalkopplung die Übertragungsgeschwindigkeit und die Signalreichweite deutlich begrenzt. Bei der asymmetrischen Übertragung, wie bei ADSL, lassen sich Signalkopplung deutlich reduzieren, womit sich höhere Datenraten erreichen lassen.
Das Verhältnis der Bandbreite von Downlink und Uplink ist der Anforderung eines typischen Internet-Nutzers nachempfunden. Er lädt typischerweise mehr Daten aus dem Internet herunter, als er ins Internet überträgt. Deshalb ist die Bandbreite des Downlinks größer als beim Uplink.
Die Trennung des nutzbaren Frequenzspektrums in drei Segmente erfolgt mit Frequency Division Multiplexing (FDM). FDM erzeugt über den schmalbandigen Frequenzbereich des POTS (bis 25 kHz) bzw. ISDN (bis 138 kHz) den Upstream-Frequenzbereich, an den sich der breitbandige Downstream-Frequenzbereich anschließt. Eigentlich reicht ISDN nur bis 120 kHz. Doch zwischen 120 und 138 kHz ist ein Schutzabstand enthalten, weil der Splitter, der die Frequenzbereiche voneinander trennen soll passiv arbeitet und nicht exakt bei 138 kHz scharf genug trennen kann.
Um Telefonie (POTS) und ADSL gleichzeitig nutzen zu können, sind sogenannte Splitter notwendig, die die genutzten Frequenzbereiche trennen bzw. zusammenführen und in das richtige Netzwerk einspeisen.
DMT - Discrete Multiton Modulation
Der Frequenzbereich oberhalb von POTS oder ISDN muss mit einem Modulationsverfahren nutzbar gemacht werden, weil diese Frequenzen verlustbehaftet sind. Das Modulationsverfahren DMT eignet sich am besten dafür. DMT ist vom ANSI als ADSL-Standard (T1.413) festgelegt worden. Die Vorteile sind hohe Leistung und Flexibilität bei vertretbarem technischem Aufwand, sowie Stabilität auch bei Zustandsänderungen auf der Leitung.
Das Modulationsverfahren DMT ist ein Mehrträger-Bandpass-Übertragungsverfahren (Multi-Carrier). Für ADSL teilt DMT den Frequenzbereich bis 1,1 MHz in 256 einzelne Träger (Kanäle) mit je 4,3125 kHz Bandbreite auf. Die Träger 1 bis 31 sind in Deutschland für ISDN bzw. POTS (bis 0 bis 138 kHz) reserviert (ADSL Annex B). Die Träger 32 bis 64 werden für den Uplink (von 138 bis 276 kHz), die Träger 65 bis 256 für den Downlink (von 276 bis 1104 kHz) genutzt. In Uplink-Richtung stehen also 32 und in Downlink-Richtung 190 Kanäle zur Verfügung. Der Kanal 65, der sich zwischen Uplink und Downlink befindet, wird für den Pilotton verwendet (bei ADSL2 Kanal 96). Darüber können das ADSL-Modem (beim Kunden) und DSLAM (in der Vermittlungsstelle) feststellen, ob sie miteinander verbunden sind. Diese Form der Kanalaufteilung wird als Annex B bezeichnet und wird in Deutschland von allen Netzbetreibern für ADSL-Anschlüsse verwendet.
Je höher sich ein Kanal im Frequenzspektrum befindet, desto schlechter machen sich die Übertragungseigenschaften der Kupferkabel bemerkbar. Je nach Störung, Dämpfung und Übersprechen wird ein Kanal mit einer unterschiedlichen Anzahl von Bits pro Übertragungsschritt genutzt. Die Anzahl der Bits reicht dabei von 2 bis zu 15 Bit. Je schlechter die Übertragungseigenschaften des Kanals, desto weniger Bit werden übertragen. DMT sorgt für die dynamische Optimierung jedes einzelnen Kanals, indem in jedem Kanal die Anzahl der zu übertragenen Bits zwischen 2 und 15 individuell angepasst werden. Kanäle, die mit Interferenzen und Rauschen behaftet sind, werden ausgeblendet oder nur mit einer niedrigen Datenrate genutzt. Auf einem ungestörten Kanal werden die Daten mit der maximal möglichen Datenrate übertragen. Um eine möglichst hohe Datenrate aus einem Kanal herauszuholen wird die Quadratur Amplituden Modulation (QAM) verwendet.
Übertragungsgeschwindigkeit
Geht man von ADSL-over-ISDN (Annex B) mit 4 MHz Takt, 190 Kanälen und jeweils 15 Bit aus, dann wäre ein Downlink von 11,4 MBit/s möglich. Aber, nur bei einer sehr guten Leitungsqualität. Durch die Reed-Solomon-Codierung zur Fehlerkorrektur reduziert sich die Geschwindigkeit auf 8 MBit/s (Downlink) unter idealen Bedingungen. In Downlink-Richtung ist das fast so schnell wie ein Ethernet-Netzwerk (10Base-T). In Uplink-Richtung stehen effektiv nur 1 MBit/s zur Verfügung. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist jedoch durch äußere Einflüsse und die Leitungslänge begrenzt. So haben ohmsche, kapazitive und induktive Effekte Einfluss auf die Dämpfung des Signals und somit auch auf die Reichweite dieses Übertragungsverfahrens. Für die Reichweite gilt, je höher die Frequenz, desto geringer ist die Reichweite.
Die Netzbetreiber definieren eine maximale Leitungslänge oder Leitungsqualität und bestimmen danach, welche Übertragungsgeschwindigkeit sie ihren Kunden anbieten können.
Synchronisation
Bevor Daten übertragen werden können, müssen die Übertragungseigenschaften vom ADSL-Modem und DSLAM ermittelt werden. Dazu werden beim Verbindungsaufbau die Übertragungseigenschaften ermittelt und die notwendigen Parameter über Leitungsbeschaffenheit, Datenrate und Latenzpfad (Fast/Interleaved) ausgetauscht. Die Parameter bleiben bis zum Verlust der Synchronisation, zum Beispiel durch Verbindungstrennung oder Stromausfall, bestehen. Kommt es nach der Synchronisation zu einer Störung oder Veränderung der Übertragungseigenschaften, muss die Synchronisation erneut ausgeführt werden.
Datenpriorisierung
Unterschiedliche Daten lassen sich über Permanent Virtual Connections (PVC) priorisieren. Dafür stehen die Parameter VPI (Virtual Path Identifier) und VCI (Virtual Channel Identifier) bereit. Manche Provider nutzen diese Optionen, um zwei getrennte PPPoE-Verbindungen mit unterschiedlichen IP-Adressen aufzubauen. Das wird gemacht, um Sprache- und Datenverbindungen unterschiedlich priorisieren zu können.
Traffic Shaping
Um eine größere Downstream-Datenrate zu erreichen, hat ein ADSL-Anschluss eine kleinere Upstream-Datenrate. Bei normalem Surfverhalten merkt man von dem kleineren Upstream kaum etwas. Die Datenmenge, die heruntergeladen wird ist in der Regel größer, als die Datenmenge, die man verschickt. Allerdings sorgt ein vollgestopfter Upstream dafür, dass der Downstream gebremst wird. Mit Traffic Shaping wird dafür gesorgt, dass die ACK-Pakete zur Bestätigung empfangender Pakete bevorzugt durchgeleitet werden.
Traffic Shaping ist keine Besonderheit von ADSL, sondern ist ein Verfahren, dass auch andere Übertragungsverfahren kennen. Überall da, wo der Empfang von Datenpaketen bestätigt werden muss, kann Traffic Shaping sinnvoll eingesetzt werden.
RAM - Rate Adaptive Mode
RAM ist ein Verfahren zur Bestimmung der ADSL-Bandbreite. Beim ratenadaptiven Betriebsmodus wir vor jedem Verbindungsaufbau die Leitungsqualität geprüft und die maximal mögliche Übertragungsrate ermittelt (Synchronisation). Der Kunde erhält keine Bandbreitengarantie, sondern nur die maximal mögliche Bandbreite, die an seinem Standort möglich ist.
Anwendungen
Einsetzbar ist ADSL bei allen Anwendungen, wo die Datenmenge zum Client größer ist als zum Server. Typische Einsatzgebiete wären demnach Internet- und Intranet-Anbindungen. Durch eine flexible Bandbreitenverteilung im Up- und Downlink kann für jede Anwendung ein geeigneter Datendurchsatz gewählt werden.
ADSL hat wie jedes andere schnelle Übertragungsverfahren einen kleinen Haken. Hohe Übertragungsraten lassen sich nur dann erreichen, wenn die Infrastruktur hinter dem Endgerät, beim Netzbetreiber, dazu ausgelegt ist eine hohe Menge an Daten zu übertragen. Generell führen Überlastungen im Netz zur einer langsamen Übertragung der Daten. Dann kommt man auch nicht in den Genuss der schnellen Übertragungsrate von ADSL.
Für professionelle Anwendungen ist ADSL als Breitbandtechnik nicht geeignet. Unternehmen, die eigene Datendienste anbieten wollen reicht die niedrige Uplink-Datenrate meist nicht aus. Deshalb wurden im Laufe der Zeit weitere DSL-Varianten entwickelt.
ADSL-Varianten und ADSL-Standards
Mit der Zeit wurden einige ADSL-Varianten entwickelt. Im wesentlichen wurde dadurch versucht, die Technik an die Marktgegebenheiten und die weltweit unterschiedlichen Anforderungen anzupassen.
| Standard | Annex | Bezeichnung | Jahr | Downstream | Upstream |
|---|---|---|---|---|---|
| ANSI T.413 Issue 2 | ADSL | 1995 | 8 MBit/s | 0,6 MBit/s | |
| G.992.1 | Annex A/B | G.DMT | 1999 | 12 MBit/s | 1,3 MBit/s |
| G.992.2 | Annex A/B | G.LITE / ADSL-Lite | 1999 | 4 MBit/s | 0,5 MBit/s |
| G.992.3 | Annex A/B | G.DMT.bis / ADSL2 | 2002 | 12 MBit/s | 1,0 MBit/s |
| Annex L | RE-ADSL2 | 2003 | 5 MBit/s | 0,8 MBit/s | |
| Annex M | ADSL2 | 2003 | 12 MBit/s | 3,0 MBit/s | |
| G.992.4 | Annex A/B | G.LITE.bis | 2002 | 12 MBit/s | 1,0 MBit/s |
| G.992.5 | Annex A/B | ADSL2 plus | 2003 | 25 MBit/s | 1,0 MBit/s |
| Annex L | RE-ADSL2+ | 2003 | 25 MBit/s | 1,0 MBit/s | |
| Annex M | ADSL2 plus | 2003 | 25 MBit/s | 3,5 MBit/s |
Es gibt noch weitere ADSL-Varianten. Darunter zum Beispiel RADSL, U-ADSL und CDSL. Davon haben sich in Deutschland keine durchgesetzt.
Annex A (ADSL-over-POTS) und Annex B (ADSL-over-ISDN)
Annex A ist eine ADSL-Variante, die den Frequenzbereich unter 25 kHz für analoge Telefone (POTS) frei hält.
Annex B ist eine ADSL-Variante, die den Frequenzbereich unter 138 kHz für den ISDN-Basisanschluss reserviert. Alle ADSL-Netzbetreiber in Deutschland verwenden Annex B. ADSL-over-ISDN (Annex B) nutzt 4,3125 kHz breite Subträger mit einer Symbolrate von 4 kBaud.
ADSL-over-POTS (Annex A) und ADSL-over-ISDN (Annex B) unterscheiden sich nur in der Signalisierung und der verwendeten Frequenzbereiche. In Deutschland kommt generell nur ADSL-over-ISDN (Annex B) zum Einsatz. Das vereinfacht den Kunden den Wechsel zwischen Analog-Anschluss und ISDN-Anschluss, sowie der Umzug von einem Anbieter zu einem anderen.
Annex C (ADSL-over-TCM-ISDN)
In Japan gibt es ein spezielles ISDN, das TCM-ISDN (Time-Code-Multiplexed).
Annex I und Annex J
Annex I und Annex J haben kein Basisband. Demzufolge haben sie keinen Frequenzbereich, der für analoge oder ISDN-Telefonie genutzt werden kann. Der komplette Frequenzbereich steht für ADSL zur Verfügung.
Annex L / RE-ADSL2 - Reach Enhanced ADSL2
Annex L ist eine Erweiterung von Annex A. Es wird durch gezieltes Ausblenden von benachbarten Trägern eine Maximierung der Reichweite bei Verringerung der möglichen Bitrate erreicht. Annex L wird auch als Reach Extended Mode bezeichnet (RE-ADSL2). RE-ADSL2 verspricht eine Reichweitenerhöhung um 900 m und erhöht die versorgte Fläche gegenüber Annex A um 40%.
Annex M
Annex M ist eine Erweiterung von Annex A. Der Upstream ist zu Lasten des Downstreams vergrößert.
G.lite-ADSL
G.lite-ADSL ist eine ADSL-Variante, die eine Reichweite von bis zu 8 km hat. Allerdings sind nur Bandbreiten von bis zu 500 kBit/s im Uplink und 1,5 kBit/s im Downlink möglich. G.lite-ADSL ist von der ITU im Standard G.992.2 standardisiert.
ADSL-Technik
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