DSM - Dynamic Spectrum Management

Unter DSM versteht man Verfahren zum dynamischen Spektrummanagement für ADSL und VDSL. Es geht darum, die gegenseitige Störungen auf den Leitungen, an denen DSL-Anschlüsse betrieben werden, zu reduzieren und den nutzbaren Frequenzbereich möglichst weit und kostensparend auszuschöpfen. DSM kann nur für DMT-basierte DSL-Systeme angewendet werden. Alle Aktivitäten zu DSM werden von der ITU-T unter G.vector behandelt.
Irrtümlicherweise wird DSM gerne als Nachfolgetechnik von ADSL2+ und VDSL2 genannt. Doch DSM ist keine Übertragungstechnik wie ADSL2+ oder VDSL2, sondern eine Erweiterung. Die Verfahren, die unter DSM entwickelt und spezifiziert sind, kommen aber bei ADSL-, ADSL2-, ADSL2+- und VDSL2-Anschlüssen zur Anwendung.

Hinweis: Im Zusammenhang mit DSM fällt häufig der Begriff Vectoring. Dazu muss man wissen, dass Vectoring erst mit dem DSM Level 3 eingeführt wird.

Grundlagen Spektrum-Management

Unter Spektrum-Management versteht man die Aufteilung von Uplink und Downlink unter Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung. Im Prinzip geht es darum, die Reichweite und Übertragungsrate zu steigern, indem die Nebensprechstörungen verringert werden. Das wird dadurch erreicht, dass man unter Berücksichtigung des gesamten Kabelbündels die Frequenzbereiche intelligent aufteilt und die Sendeleistung auf das Notwendigste verringert.
Grundsätzlich geht man beim Spektrum-Management von DSL-Systemen davon aus, dass ein DSL-Modem nur mit so viel Leistung senden darf, wie benötigt wird, um die gewünschte Übertragungsrate bei guter Übertragungsqualität zu erreichen. Gleichzeitig soll das DSL-Modem nur die Bandbreite nutzen, die es auch tatsächlich braucht. Dabei wird nicht nur eine Kupferdoppelader berücksichtigt, sondern alle Kupferdoppeladern im Kabelbündel gleichzeitig.
Weil die Vielfalt der DSL-Systeme steigt, nimmt auch die gegenseitig Beeinflussung zu. Um die auftretenden Probleme in den Griff zu bekommen, setzt man auf Spektrum-Management, das auch Kabelmanagement genannt wird. Da ab einem bestimmten Grad das manuelle Spektrum-Management nicht mehr wirkungsvoll ist, setzt man auf ein dynamisches Spektrum-Management.

Hinweis: Von einer Vermittlungsstelle zu den Teilnehmer-Anschlüssen verlaufen nicht einzelne Kabel, sondern Leitungen mit gebündelten Kabeln. Das heißt, in einem Kabel sind mehrere DSL-Anschlüsse geschaltet, die sich gegenseitig beeinflussen.

Dynamisches Spektrummanagement

DSM ist ein dynamisches Spektrum-Management. Es wird in die Level 1, 2 und 3 eingeteilt. Die einzelnen DSM-Level setzen auf unterschiedliche Techniken, die mit steigendem Level, besser funktionieren, komplexer werden und mehr Rechenleistung erfordern.
Die DSM-Level 1 und 2 steuern im wesentlichen nur die Sendeleistung in Abhängigkeit verschiedener Faktoren. Der Level 1 kommt bereits in ADSL2 zur Anwendung. Erst mit dem Level 3 kommt die Steuerung der Signale hinzu. Sowohl das Nahnebensprechen (NEXT), als auch das Fernnebensprechen (FEXT) sollen damit im Upstream und Downstream (nur FEXT) reduziert werden.
Das Nahnebensprechen (NEXT) im Downstream kann mit den hier beschriebenen Verfahren nicht reduziert werden, weil die DSL-Modems bei den Kunden ebenfalls ein dynamisches Spektrum-Management beherrschen müssten. Das fordert eine Menge Rechenleistung, was die sehr günstigen DSL-Modems noch nicht leisten können. Nur mit deutlich leistungsfähiger Hardware, die auch deutlich teurer wäre, würde man auf beiden Seiten ein dynamisches Spektrum-Management realisieren können. Doch an der Verteuerung der DSL-Modems ist weder der Netzbetreiber, Hersteller, noch der Kunde interessiert.

DSM sieht vor, dass die DSLAMs der Netzbetreiber und die DSL-Modems auf der Kundenseite eng miteinander zusammenarbeiten, um die Übertragungseigenschaften dynamisch zu verbessern. In der Vergangenheit wurde beim DSL-Ausbau immer eine händische Korrektur vorgenommen. Und das auf Basis von händisch erfassten Entfernungen, nicht auf Basis von Messungen im laufenden Betrieb. DSM soll diesen Vorgang vollautomatisieren. Dabei besteht nur ein Problem: Die Zusammenarbeit von DSLAMs verschiedener Netzbetreiber ist nicht vorgesehen.

Die Zentrale, in der alle Verfahren und Methoden koordiniert werden, ist das DSM-Center im DSLAM. Dort werden automatisch alle Tests durchgeführt, die Nebensprechwerte erfasst und in einer Datenbank gespeichert. Dort werden auch die Einstellungen angewiesen. Um die Parameter aller Leitungen eines Kabelbündels steuern zu können, ist eine hohe Rechenleistung erforderlich. Außerdem muss der physikalische Zugriff auf die Leitung geregelt werden.

DSM Level 0

Der DSM Level 0 ist das, was man als statisches Spektrum-Management bezeichnet. In einem gewissen Rahmen wird hier bereits eine automatische Optimierung der Performance einer einzelnen DSL-Strecke durchgeführt. Allerdings werden die benachbarten Anschlüsse und Leitungen in keinster Weise berücksichtigt.

DSM Level 1

Der DSM Level 1 wird auch als DLM (Dynamic Line Management) bezeichnet. Im Level 1 ist vorgesehen, die Sendeleistung in Abhängigkeit der Frequenz gerade so niedrig zu wählen, dass unnötiges Übersprechen (Crosstalk) zwischen den Leitungen vermieden wird. Im Optimalfall wird die Sendeleistung gerade so hochgefahren, wie es zur Überwindung des Rauschens notwendig ist (möglichst kleiner Signal-Rausch-Abstand). Das DSM-Center legt für jede Leitung zum DSL-Kunden die optimale Sendeleistung und dem Signal-Rausch-Abstand so fest, dass ein sinnvoller Grenzwert für die Anzahl der Bitfehler (Bit Error Rate) nicht überschritten wird.
Der DSM Level 1 ist nur teilweise dynamisch. Er berücksichtigt nicht die Änderungen, die mit der Zeit eintreten können. Zum Beispiel, wenn nachträglich weitere DSL-Anschlüsse im gleichen Kabelstrang geschaltet werden. Diese Änderungen werden nur dann erfasst, wenn der DSL-Anschluss zu einer erneuten Synchronisation gezwungen wird.
Unter dem DSM Level 1 sind Techniken zusammengefasst, die die Störfestigkeit gegenüber Pulsstörern erhöhen:

  • Virtual-Noise-Einkopplung
  • Interleaving
  • Forward Error Correction
  • Tiered Rate Adaption
  • Impulse Noise Protection

Zum DSM Level 1 gehören auch:

  • L2 Power Mode (Herunterfahren der Sende- und Prozessorleistung bei Inaktivität)
  • Seamless Rate Adaption (Bitratenänderungen während der Verbindung)
  • Bitswap (Umverteilung der Bitmenge auf andere Träger)
  • Power Back Off

Der L2 Power Mode hilft auch dabei Rechenleistung und Kühlungsbedarf, also Strom, zu sparen. Sowohl im Modem, als auch in der Vermittlungsstelle.

DSM Level 2

Mit dem DSM Level 2 werden alle DSL-Anschlüsse im Kabelbündel gleichzeitig und die gegenseitige Abhängigkeit berücksichtigt. Das DSM-Center optimiert die Gesamtleistung durch eine optimale spektrale Verteilung und Festlegung der Sendeleistung für jede Leitung im Kabelbündel. Die genutzten Frequenzen werden so ausbalanciert, dass sich die einzelnen Doppeladern nicht mehr gegenseitig stören. Schwierig wird es bei mehreren DSLAMs, die DSL-Anschlüsse auf einem Kabelbündel herausführen und unterschiedlichen Netzbetreibern gehören. Die DSLAMs müssten zusammengeschaltet werden und sich austauschen. Leider ist das nicht ohne weiteres möglich.

DSM Level 3 (Vectoring)

Im DSM Level 3 werden nicht nur die Leitungen des Kabelbündels, sondern auch alle Signale gleichzeitig und ihre gegenseitige Abhängigkeit zueinander berücksichtigt. Das bedeutet, dass schon bei der Generierung der Signale auf das Übersprech-Verhalten der einzelnen Kupferdoppeladern des Kabelbündels Einfluss genommen wird. Das Verfahren nennt man Vectoring und ist in der Spezifikation von VDSL2 enthalten. Aber, die Zusammenarbeit mehrerer DSLAMs ist auch hier nicht vorgesehen.
Durch die Verwendung des DSM Level 3 wurde erstmals 100 MBit/s in Uplink- und Downlink-Richtung auf einer 300 m langen Kupferdoppelader möglich.

Marktentwicklung

Der Zeitaufwand und die Kosten für die Entwicklung von DSM werden geringer angesehen, als wenn man den Versuch unternehmen würde, Deutschland mit einer Vollverglasfaserung zu versehen. Deshalb werden die Entwicklungen um DSM in den nächsten Jahren bestimmen, wie schnell die Übertragungsraten auf der "letzten Meile" steigen werden. Dabei geht es nicht nur um höhere Geschwindigkeiten, sondern auch darum, die Reichweite von ADSL2+ und VDSL2 zu verbessern, um auch die fernab liegenden Teilnehmer mit einem breitbandigen Internet-Zugang zu versorgen.

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