Digital Subscriber Line

Digital Subscriber Line (engl. für Digitale Teilnehmeranschlussleitung; Abk.: DSL, xDSL) bezeichnet verschiedene Techniken, um über zwei bis vier Kupferadern des Telefonnetzes, das heißt die Teilnehmeranschlussleitung, Daten mit hoher Datenübertragungsrate zu übertragen.

T-DSL Modem.jpg

DSL-Grundprinzip

Der grundlegende strukturelle Unterschied zwischen DSL- und herkömmlichen Datenverbindungen über analoge Telefonanschlüsse (POTS) oder ISDN besteht darin, dass die eigentliche DSL-Verbindung nicht zwischen zwei Teilnehmern (Endpunkten), sondern nur auf der letzten Meile zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle aufgebaut wird. Vom DSL-Modem des Kunden kommend wird das analoge DSL-Signal in der Vermittlungsstelle in einem DSL-Multiplexer (DSLAM) demoduliert, digitalisiert und über einen breitbandigen Backbone von der Vermittlungsstelle über einen Konzentrator (DSL-AC, BB-PoP) 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 Vermittlungsstelle Provider TAL DSL-Modem

--- DSLAM

--- ATM Router DSL-Verbindung ATM-Backbone

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).

Geschichte

Ursprünglich wurde unter dem Begriff Digital Subscriber Line die Übertragungstechnik für den Basisanschluss von ISDN verstanden, das heißt das Echokompensationsverfahren. Ende der 1980er- und Anfang der 1990er-Jahre wurden digitale Signalprozessoren mit sehr hoher Rechenleistung verfügbar, welche neue – heute als DSL bekannte – Verfahren ermöglichten. Das erste DSL-Verfahren, das mit diesen Bausteinen entwickelt wurde, war HDSL. Normungsorganisationen 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 den 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 wird stellenweise bis heute für Standleitungen verwendet. HDSL wurde inzwischen weitgehend von SHDSL abgelöst, welches nur ein Aderpaar (eine Doppelader) benötigt und weniger Strom verbraucht, aber nicht an die Reichweite von HDSL (mit Signalregeneratoren) heranreicht.

In den 1990er Jahren wurde eine Reihe weiterer DSL-Verfahren entwickelt. ADSL war, nach HDSL, das erste dieser neu zur Verfügung stehenden Verfahren. Als 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 Übertragungsgeschwindigkeiten geboten werden. Das inzwischen verfügbare ADSL wurde als Technik für den Hochgeschwindigkeitszugang zum Internet ausgewählt und weltweit von vielen Netzbetreibern im Telefonnetz zugelassen.

In Deutschland wurde die Bezeichnung DSL zunächst als Synonym für einen breitbandigen Internetzugang über ADSL bekannt, sodass inzwischen auch andere breitbandige Internetzugänge (zum Beispiel über Satellit) als „DSL“ vermarktet werden. In der Schweiz gibt es dagegen klare Abgrenzungen; so wird in der Schweiz der Begriff ADSL verwendet und gilt nicht als Synonom für andere breitbandige Internetdienste. 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 Datenübertragungsrate neue Märkte erschließen.

Seit Ende 2005 neu auf dem Markt ist ADSL2+. Bei diesem Standard werden derzeit 20 Mbit/s angeboten (Stand März 2006).

Verbreitung

Weltweit stieg die Zahl der ADSL-Anschlüsse von 58 Mio. im Jahr 2003 auf 115 Mio. im Herbst 2005. Im Zeitraum April 2005 bis Ende 2005 wuchs deren Zahl um 43 Millionen auf über 150 Millionen weltweit.

In Deutschland meldete die Bundesnetzagentur zum Ende des Geschäftsjahres 2005 eine Steigerung der Anzahl von ADSL-Anschlüssen auf 10,4 Millionen. 72 % davon wurden von der Deutschen Telekom installiert, wovon allerdings ein Teil im Wege des Resale von anderen Netzbetreibern vermarktet wurde.

Weltweit gab es nach der Studie von Point Topic im zweiten Quartal 2005 176,3 Mio. Breitbandanschlüsse, wovon 65 % DSL-Anschlüsse sind, 35 % Kabelanschlüsse. Die meisten Breitbandanschlüsse gibt es der Studie zufolge in den USA mit 38,2 Millionen Anschlüssen, gefolgt von China mit 30,8 Millionen und Japan mit 20,7 Millionen. Der am schnellsten wachsende Breitbandmarkt ist die Türkei vor Argentinien und Indien.

Gemessen an der Anzahl der DSL-Anschlüsse liegt Deutschland knapp vor Frankreich an der Spitze der europäischen Staaten. Im Verhältnis zu den vorhandenen Telefonanschlüssen schneidet Deutschland jedoch schlechter ab, was u.a. an der weiten Verbreitung von ISDN liegt, und liegt weltweit nur auf Platz 19: Auf 1000 Telefonanschlüsse kommen hierzulande 139 ADSL-Anschlüsse (unbekannte Quelle), wobei allerdings die Bürotelefone mitgezählt wurden. Auch der Ausbau der ostdeutschen Gebiete mit Glasfaser (OPAL) ist für die Installation von DSL hinderlich. In der Schweiz ist ADSL auf Grund des Kabel-Internets, welches etwa die gleiche Verbreitung hat wie ADSL, nicht so populär wie in Deutschland.

Verfügbarkeit

Ob DSL an einem Standort verfügbar ist, liegt im Wesentlichen an folgenden Faktoren:

Rentabilität des Ausbaus der Vermittlungsstelle
Verfügbarkeit von Kupfer-Teilnehmeranschlussleitungen zwischen Standort und Vermittlungsstelle
Entfernung zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle (genauer: Dämpfung, siehe unten)

Da in ganz Europa und insbesondere in Deutschland DSL nicht überall verfügbar ist, erhalten alternative Zugangsarten Zulauf, zum Beispiel Internetzugang über Satellit oder Wi-Fi. Auf dem Internetportal kein-dsl.de treffen Betroffene aus unversorgten Gebieten zusammen. Die Initiative gegen digitale Spaltung geteilt.de fordert ein Grundrecht auf einen breitbandigen Internetanschluss und Wiedereinführung einer Schmalbandflatrate in nicht-DSL-versorgten Gebieten.

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, zum Beispiel mit Datenübertragungsraten von 8 Mbit/s zum Teilnehmer (Downstream) und 1 Mbit/s in der Gegenrichtung (Upstream);
ADSL2 - Eine erweitere Form von ADSL mit Datenübertragungsraten von bis zu 25 Mbit/s zum Teilnehmer (Downstream) und 1 Mbit/s in der Gegenrichtung (Upstream);
HDSL - High Data Rate Digital Subscriber Line, eine symmetrische Datenübertragungstechnologie mit Datenübertragungsraten zwischen 1,54 und 2,04 Mbit/s;
SDSL (G.SHDSL) - Symmetrical Digital Subscriber Line, eine symmetrische Datenübertragungstechnologie mit Datenübertragungsraten von bis zu 3 Mbit/s symmetrisch, das heißt im Downstream wie auch im Upstream; bei vieradriger Anschaltung (zwei Kupfer-Doppeladern) können maximal 4 Mbit/s übertragen werden. Alternativ kann auch die Reichweite auf Kosten der Bandbreite erhöht werden.
VDSL - Very High Data Rate Digital Subscriber Line, eine Datenübertragungstechnologie, die in der asymmetrischen Variante mit Datenübertragungsraten von 12,9 bis 51,8 Mbit/s im Downstream beziehungsweise 1,6 bis 2,3 Mbit/s im Upstream arbeitet. Die symmetrische Variante hat im Upstream und Downstream dieselben Bitraten
UADSL, UDSL - Universal (Asymmetric) Digital Subscriber Line

Andere als „DSL“ bezeichnete Verfahren

IDSL - ISDN Digital Subscriber Line verwendet vorhandene ISDN-Technik und ermöglicht Datenraten bis zu 160 kbit/s
cableDSL - Markenname der TELES AG für einen speziellen Internetzugang über Kabelanschluss
skyDSL - Markenname der TELES AG für einen europaweit flächendeckend verfügbaren Internetzugang über Satellit mit bis zu 24.000 kbit/s (24 Mbit/s) im Downstream
T-DSL via Satellit - Markenname der T-Com für einen Internetzugang über Satellit. 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.
PortableDSL - Internet via Funk
WDSL - Wireless Digital Subscriber Line verwendet Funk-Technik und ermöglicht Datenraten bis zu 54 Mbit/s, wird unter diesen Namen von der Fa. FPS Informations Systeme genutzt.
mvoxDSL - Markenname einer auf „WiMAX ähnlicher Funktechnik“ basierenden Internetanbindung der Firma mvox AG.

Reichweite

Es gibt einige Faktoren, die die Reichweite beziehungsweise die erzielbare Datenübertragungsrate für eine Kupferleitung beeinträchtigen. Vor allem sind die Länge der Leitung und der Durchmesser der Kupferadern der Leitung entscheidend. Die in Deutschland verlegten Kupferadern haben einen Durchmesser zwischen 0,25 bis 0,8 mm, je nach Länge der Leitung. Für lange Leitungen, das heißt Leitungen von 6 km Länge und mehr, werden die dickeren Kupferadern verwendet. Zu den Störfaktoren gehört besonders das Übersprechen. Um zu verhindern, dass durch Übersprechen benachbarte Doppeladern in einem Kabelbaum von einer DSL-Übertragung beeinträchtigt werden, werden in der Regel nicht alle Doppeladern eines Kabelbaums mit DSL-Anschlüssen beschaltet.
Bei der neuen IFC-Technik (Interference Cancellation) sollen in Echtzeit Übersprechstörungen analysiert und durch gezielte Kompensationssignale ausgeglichen werden. Siehe ^*

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.

Dämpfungsvergrößerung bei Pupinleitungen

Bespulte Leitungen (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 erheblich kürzeren Leitungslänge als bei unbespulter Leitung. Im deutschen Telefonnetz sind bespulte Leitungen nicht mehr vorhanden. Sie sind aber nach wie vor bei analogen Standleitungen (Typ: Analog-G) anzutreffen.

Bandbreite, Datenübertragungsrate und Dämpfung

{| Bandbreite Datenübertragungsrate POTS 300 Hz - 3,4 kHz bis ca. 56 kbit/s, typisch 3 kByte/s ISDN 0 - 120 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 ADSL2+ 138 kHz - 2,2 MHz z. B. 16 Mbit/s Downstream, 1,1 Mbit/s Upstream VDSL - 12 MHz VDSL2 - 30 MHz

Faktoren, die die Datenübertragungsrate beeinflussen, sind:

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

Dämpfungsgrenzen bei T-DSL:

384 kbit/s bis 55 dB
768 kbit/s bis 46 dB
1024 kbit/s bis 43 dB
1536 kbit/s bis 39,5 dB
2048 kbit/s bis 36,5 dB
2304 kbit/s bis 35 dB
3072 kbit/s bis 32 dB
6016 kbit/s bis 18 dB

Für FastPath je 4 dB weniger beziehungsweise 3 dB weniger bei 6016 kbit/s

Dämpfungsgrenzen bei Arcor:

DSL 1000 bis 55 dB
DSL 2000 bis 42 dB
DSL 6000 bis 34 dB
DSL 16000 (ADSL2+) bis 17 dB (Störungsbeseitigung nur bis 10 dB)

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 oder nur ein langsameres DSL geschaltet werden. Daraus resultieren verschiedende Dämpfungsgrenzen, bis zu welcher Dämpfung eine gewisse DSL-Geschwindigkeit geschaltet werden kann.

DSL-Geräte

Für den DSL-Zugang werden folgende Hardwarebauteile benötigt:

Kundenseitig

DSL-Modem, verallgemeinernd CPE (Customer Premises 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 der benötigten Bandbreite zur Übertragung des Sprachbandes und des Gebührenimpulses und liegt bei 16 kHz.
- ISDN-Splitter haben die gleiche Funktion wie POTS-Splitter, jedoch liegt ihre Grenzfrequenz bei 138 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 verallgemeinernd COE (Central Office Equipment) genannt. Im DSLAM sind Splitter und Modems integriert.
DSL-AC (Digital Subscriber Line Access Concentrator) oder auch Breitband-PoP (BB-PoP).

Dazu können, je nach technischer Realisierung, weitere Komponenten, wie RADIUS-Server für die Benutzeranmeldung und Benutzerverwaltung 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 zu den DSL-Komponenten, da auf diesen gegebenenfalls die PPPoE-Strecke des 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 ^*
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.

Anbieter

DSL-Anbieter in Deutschland (Marktanteile aus dem Sommer 2005 in Klammern):

Deutsche Telekom (45 %)
United Internet (14,7 %)
AOL (9,6 %)
Freenet (5,9 %)
Tiscali (4,2 %)
Arcor (3,8 %)
Hansenet (3,5 %)
Versatel (2,2 %)
QSC (1,5 %)
NetCologne (1,3 %)
Tropolys (0,3 %)
Sonstige (8,0 %)

Siehe auch

Literatur

Oliver Komor / Mathias Hein: xDSL & T-DSL. Das Praxisbuch., ISBN 3-7723-7134-5
Andreas Bluschke / Michael Matthews: xDSL-Fibel, ISBN 3-8007-2557-6

Weblinks

Kommunikationstechnik | Telekommunikation

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