Führungsposition verteidigt

Führungsposition verteidigt
Für hohe Bandbreiten sind neue xDSL-Generationen erste Wahl
Andreas Bluschke, Michael Matthews, Philipp Rietzsch
Vor vielen Jahren mit Vorschußlorbeeren gestartet, hat die xDSL-Technologie die in sie
gesetzten Erwartungen eindeutig erfüllt und gar übererfüllt, wenn man sich alte Vorhersagen
zum Vergleich hervorholt. xDSL hat sich weltweit als die erfolgreichste leitungsgebundene
Technologie für den Teilnehmeranschlußbereich herauskristallisiert. Welche xDSLTechnologien beflügeln den anhaltenden Erfolg? Ist ein Ende der Erfolgsstory abzusehen?
Schwindet die Bedeutung von xDSL? Diese Fragen sollen im vorliegenden Beitrag belichtet
werden.
Die bisherige xDSL-Entwicklung wurde durch den stetig wachsenden Bandbreitebedarf der
Teilnehmer geprägt und wird auch zukünftig davon getrieben werden, wobei gegenwärtig
IPTV bzw. Triple Play die Rolle der Triebkraft übernommen hat.
Nun schon seit vielen Jahren wächst der Vorsprung der xDSL-Technik bei der Zahl der
Teilnehmer gegenüber dem Kabelmodem (siehe Bild 1 [1]). Auch wenn es weltweit große
regionale Unterschiede bei den xDSL-TAL gibt, wie im Bild 2 gezeigt [1], hält dieser Trend
ungebrochen an.
Mio. Teilnehmer
200
180
xDSL
160
Kabelmodem
140
FTTx
120
100
80
60
40
20
0
Jun
03
Sep
03
Dez
03
Mrz
04
Jun
04
Sep
04
Dez
04
Mrz
05
Bild 1: Entwicklung der weltweiten Teilnehmerzahlen
Jun
05
Sep
05
Dez
05
Mrz
06
Jun
06
Sep
06
40
Mio. xDSL-Teilnehmer
35
30
25
20
15
10
5
Belgien
Schweden
Indien
Polen
Mexico
Türkei
Niederlande
Australien
Kanada
Taiwan
Brasilien
Spanien
Südkorea
Italien
Großbritannien
Frankreich
Deutschland
Japan
USA
China
0
Bild 2: Top 20 der Länder mit xDSL-TAL
Wie aus Bild 2 zu erkennen ist, belegte Deutschland Ende September 2006 den vierten Platz
nach der Anzahl der xDSL-TAL. Allein in den letzten zwölf Monaten bis zum 30. September
2006 sind hierzulande 3,1 Mio. neue xDSL-Teilnehmer dazu gekommen.
Mehrere Generationen von xDSL-Technik sind heute im Einsatz. Im vorliegenden Beitrag
soll der Schwerpunkt auf die dritte Generation der asymmetrischen Techniken gelegt werden,
d.h. auf ADSL2+ und VDSL2 [2]. Die dritte Generation der symmetrischen Techniken
(ESHDSL) hat bisher nur eine relativ geringe Marktdurchdringung erreicht, was dem
Sachverhalt geschuldet ist, daß symmetrische xDSL-Technologien generell einen geringeren
Marktanteil haben, da sie hauptsächlich auf die Bedürfnisse der (zahlungskräftigen)
Geschäftskunden zugeschnitten sind. Deren Zahl ist im Verhältnis zu den Privatkunden, die
hauptsächlich asymmetrische xDSL-Technologien anwenden, sehr niedrig. Wenn man die in
der Literatur verfügbaren Angaben zum weltweiten Marktanteil von symmetrischen xDSLTechnologien auswertet, stellt man fest, dass ihr Anteil im einstelligen Prozentbereich liegt.
Fast alle Entwicklungstendenzen für die symmetrischen xDSL-Technologien, die im Heft
10/2003 [3] aufgezeigt wurden, konnten in den letzten Jahren auch in die Tat umgesetzt
werden. Dennoch verspürt ESHDSL bzw. auch SHDSL derzeit einen Aufwind, was
insbesondere der Fähigkeit zum Überbrücken großer Entfernungen durch den Einsatz von
standardisierten Zwischenregeneratoren zuzuschreiben ist.
ADSL2+
ADSL der dritten Generation – ADSL2+ – befindet sich seit 2005 in der
Markteinführungsphase. Mittlerweile werden auf diese Technologie basierenden Dienste von
vielen Anbietern zur Verfügung gestellt.
Die Kanäle für den Datentransport vom und zum Teilnehmer sind bei den asymmetrischen
Technologien in verschiedene Frequenzbänder aufgeteilt. Der Kanal vom Teilnehmer zur
Vermittlungsstelle wird Upstream (US) genannt, der Kanal von der Vermittlungsstelle zum
Kunden Downstream (DS). Frequenzgetrenntlage1 in diesem Zusammenhang bedeutet, daß
US und DS mittels Filter voneinander getrennt und somit separat bearbeitet werden können.
Eine (spektrale) Vermischung der beiden Teilbänder ist somit ausgeschlossen. Der Sender
(von Seiten des Teilnehmers betrachtet) kann nur im US senden, der DS wird davon
unabhängig in einem eigenen Frequenzband empfangen. Für die Amtseite gilt dies
entsprechend umgekehrt.
Die Frequenzbänder für US und DS sind in Unterträger zu je 4,3125 kHz eingeteilt, deren
Anordnung vom jeweiligen Einsatzland bzw. Netzbetreiber abhängig ist. Man spricht in
diesem Fall von Band- oder Frequenzplänen. Diese werden gemeinhin Annexes genannt, da
sie im jeweiligen Standard in den Anhängen (engl. Annex) definiert sind. In Deutschland wird
z.B. der von der ITU-T im Standard G.992.1 definierte Annex B-Typ von ADSL verwendet.
Bei Annex B wird ISDN BRA zugrunde gelegt. Der US-Kanal reicht von Träger 32 bis 642
und überdeckt somit einen Frequenzbereich von 138 bis 276 kHz. Der DS-Kanal schließt sich
diesem an, für Annex B von Träger 65 bis 255 (ca. 0,280 bis 1,104 MHz) für ADSL/ADSL2
und von 65 bis 512 (ca. 0,280 bis 2,208 MHz) für ADSL2+.
Alternativ dazu kommt in anderen Regionen der sogenannte Annex A-Typ von ADSL zum
Einsatz, u.a. in den USA. Hier wird Kanal 6 bis 31 für den US und Kanal 32 bis 255 (bis 512
für ADSL2+) für den DS belegt. Annex A legt die analoge Telefonie (POTS) im Basisband
(unterer Frequenzbereich) zugrunde.
Des weiteren sind Annex L und Annex M zu erwähnen. Als Annex L wird der sogenannte
Reach Extended Mode bezeichnet. Im Prinzip handelt es sich dabei um Annex A, es wird
jedoch durch gezieltes Ausblenden von benachbarten Trägern eine Maximierung der
Reichweite bei Verringerung der möglichen Bitrate erreicht.
Annex M ist eine Erweiterung von Annex A mit dem Ziel, höhere US-Bitraten zu Lasten der
DS-Bitrate bereitstellen zu können. Dies wird erreicht, indem für den US beispielsweise
Träger 6 bis 64 und für den DS Träger 65 bis 255 (bis 512 für ADSL2/2+) benutzt werden.
Annex I und Annex J sind All-Digital-Modes, das bedeutet, daß keine Telefonfunktionalität
im Basisband zugrunde liegen. Das komplette Frequenzband kann für ADSL benutzt werden.
Annex I orientiert sich bezüglich der Lage der Unterträger an Annex A. Der DS beginnt ab
Träger 32. Bei Annex J liegt Annex B zugrunde, der DS beginnt hier ab Träger 65. Dadurch
läßt sich z.B. durch Erhöhen der US-Bitraten ein symmetrischer Betrieb von ADSL mit
gleicher US- und DS-Bitrate in der Größenordnung 1 Mbit/s realisieren (SADSL). Bild 3
zeigt eine Übersicht der erwähnten Annexes für ADSL, ADSL2 und ADSL2+ im
Betriebsmodus „Frequenzgetrenntlage” [4],[5],[6].
1
2
Echokompensation ist zwar auch möglich, wird aber kaum genutzt
Die Träger werden von Trägernummer 1 mit 4,3125 kHz fortlaufend hochgezählt
ISDN-BRA
US
POTS
DS
DS (ADSL2+)
Annex A
Annex B
Annex I
Annex J
Annex L
Annex M
0,025
0,138
0,280
1,104
2,208
f in
MHz
31
65
255
512
...EU64
5
1
EU32
Träger
Bild 3: Übersicht der Annexes für ADSL, ADSL2 und ADSL2+
Wie bereits erwähnt, befindet sich ADSL2+ in der Markteinführungsphase [7], [8], [9]. In
Deutschland spielen dabei die alternativen Anbieter eine Vorreiterrolle. Die T-Com ist erst im
Mai 2006 bei ADSL2+ mit dem T-DSL 16.000-Angebot eingestiegen. Es ist nicht
ungewöhnlich, daß es bei der Einführung einer doch sehr komplexen Technik zu Problemen
kommt, wie sie z.B. in [10], [11], [12], [13] beschrieben worden sind.
VDSL2
VDSL2 ist der neueste xDSL-Standard für die Breitbandkommunikation auf Basis von
Kupferdoppeladern. Er wurde u.a. entwickelt, um Triple-Play-Dienste, also Sprache, Daten
und Video (z.B. in Form von hochauflösendem Fernsehen – HDTV), simultan über eine TAL
übertragen zu können. VDSL2 ermöglicht es, aufgrund eines geplanten Fall-Back-Modus für
den Betrieb mit ADSL/ADSL2/ADSL2+, den Netzbetreibern, flexibel und kostenoptimiert
die bestehende Infrastruktur zu aktualisieren. Mit kurzen TAL können den Teilnehmern
Bitraten von bis zu 100 Mbit/s sowohl in US- als auch in DS-Richtung angeboten werden.
Dies bedeutet im Vergleich zu ADSL (max. 8 Mbit/s DS) und ADSL2+ (max. 24 Mbit/s DS)
eine erheblich höhere Bitrate. Bei längeren TAL nähern sich die Bitraten von VDSL2 denen
von ADSL2+ an. Aus diesem Grund kann aus Sicht der Netzbetreiber und der Teilnehmer
eine Aufrüstung bestehender Infrastruktur mit der VDSL2-Technik nur eine Verbesserung der
Versorgungssituation darstellen.
VDSL2 kann als „Kombination“ von VDSL (zu VDSL bzw. VDSL1 siehe z.B. [14]) und
ADSL2+ betrachtet werden [15], [16]. In der Tabelle 1 werden einige Merkmale von
VDSL(1) und VDSL2 verglichen.
Merkmal
maximale spektrale
Bandbreite
VDSL(1)
12 MHz
VDSL2
30 MHz
Trellis-/Viterbinein
Codierung
Echokompensation
nein
ADSL-Kompatibilität nein
ja
ja
DS-Sendeleistung
Diagnostikmodus
max. 20 dBm
ja
Vorteil von VDSL2
ermöglicht über 100
Mbit/s bidirektional
auf kurzen TAL
höhere Bitrate und
Reichweite
höhere Reichweite
Migrationspfad von
ADSL
höhere Störfestigkeit
ermöglicht SELT und
DELT
zwingend
14,5 dBm
nein
Tabelle 1: Vergleich ausgewählter Merkmale von VDSL(1) und VDSL2
Bei der Datenkommunikation mittels VDSL2 erfolgt die Übertragung der Nutzdaten ebenfalls
in dedizierten Teilen des Spektrums der TAL. Das gesamte, zur Übertragung nutzbare
Spektrum wird in Teilbereiche für den US und den DS aufgeteilt, welche getrennt
voneinander behandelt werden. Die eigentliche Modulation der Nutzdaten erfolgt, wie auch
bei ADSL und deren Nachfolgern, mit der DMT. Bei VDSL2 unterscheidet man zwischen
Bandplänen und Profilen. Bandpläne unterteilen das gesamte, zur Datenübertragung
bereitstehende Frequenzspektrum in einzelne Bereiche für den US und den DS (Festlegung
von Grenzfrequenzen). Ein Profil beschreibt erweiterte Einstellungen der
Übertragungscharakteristik, wie z.B. die Anzahl der zu verwendenden DMT-Träger und deren
Abstand zueinander.
Es können für einen Bandplan unterschiedliche Profile zur Auswahl stehen. Eine klare und
übersichtliche Unterteilung der Bandpläne, wie bei ADSL mit den Annexes, ist bei VDSL2
nur schwer möglich, weil es sehr viele Varianten gibt.
Der Standard ITU-T G.993.2 wurde im Februar 2006 verabschiedet [17]. Ein Amendment 1
soll im November 2006 verabschiedet worden sein und Anfang 2007 veröffentlicht werden
[18]. Für die regionalen Besonderheiten (Nordamerika, Europa, Japan) sind entsprechende
Annexes zum Standard G.993.2 vorgesehen, die die zu verwendenden Bandpläne bzw. Profile
definieren. Aus [19] sind die von der T-Com neu vorgesehenen Bandpläne bekannt, die im
Bild 4 gezeigt werden.
DS1
276
3750
DS1
276
US1
5200
US1
3750
DS2
8500
DS2
5200
US2
DS3
12000
US2
8500
12000
17664
DS3
f [kHz]
US3
24890
30000
f [kHz]
Bild 4: Aktuelle VDSL2-Bandpläne der T-Com
Neben der Anzahl der DMT-Träger und deren Abstand wird in einem VDSL2-Profil auch die
maximale Sendeleistung des DSLAM für den DS vorgegeben. Die maximal mögliche Bitrate
wird als Summe von US und DS angegeben. Man unterscheidet acht Profile. Sie wurden
bereits in [20] gemeinsam mit den Bandplänen aufgeführt. Es soll an dieser Stelle ergänzend
nur auf die im Bild 5 zusammenfassend gezeigten Sendepegel verschiedener VDSL2-Profile
hingewiesen werden. Dargestellt ist der jeweilige maximale Sendepegel in Abhängigkeit vom
verwendeten Profil. Im unteren Frequenzband sind ergänzend ADSL nach ITU-T G.992.1 bis
1,1 MHz und ADSL2+ nach ITU-T G.992.5 bis 2,2 MHz dargestellt.
Bild 5: Sendepegel verschiedener VDSL2-Profile
Deutschland gehört bei VDSL2 gegenwärtig zu den führenden Ländern, bedingt durch das THome-Speed-Projekt der T-Com. Nachdem ursprünglich noch zur FIFA-Weltmeisterschaft
2006 der Markteintritt erfolgen sollte, wird nun seit dem Start der laufenden FußballBundesligasaison die Vermarktung aktiv vorangetrieben. Das Projekt ist aber wegen den sog.
Regulierungsferien bis heute nicht aus den Schlagzeilen gekommen [21]. Über einige
technische Sachverhalte des Projektes wurde bereits in [20] kurz berichtet. Mittlerweile hat
sich auch der Nebel um die Lieferanten gelichtet. So wird z.B. das VDSL2-Modem von
Sphairon geliefert [22].
VDSL2 befindet sich gegenwärtig noch in der Markteinführungsphase und die Verfügbarkeit
ist auf einige Großstädte beschränkt. Im folgenden soll auf ausgewählte technische
Herausforderungen hingewiesen werden, die man beachten muß, wenn man Aussagen zu
Möglichkeiten des VDSL2-Netzaufbaus und zur VDSL2-Performance macht.
Da sind zunächst die Stichleitungen zu nennen, deren Einfluß nicht unterschätzt werden darf.
Bei wachsenden Frequenzen kann sich deren Einfluß auf die Signaldämpfung erheblich
erhöhen, wenn die Länge der Stichleitung „ungünstig“ ist. Wie man [23] und [24] entnehmen
kann, sind bei einzelnen Frequenzen, die im von VDSL2 genutzten Bereich liegen,
zusätzliche Signaldämpfungen von bis zu 20 dB möglich. Als Ergebnis können sich die USund DS-Bitraten erheblich reduzieren. In [25] ist ein Beispiel aufgeführt, das sehr gut zeigt,
welchen Einfluß Stichleitungen auf die erreichbaren Bitraten haben können. So beträgt in dem
Beispiel bei einer Länge der TAL von 2 kft (etwa 600 m) die DS-Bitrate 57,1 Mbit/s und die
US-Bitrate 23,4 Mbit/s für den Fall, daß keine Stichleitung vorhanden ist. Wenn bei der
gleichen TAL-Länge eine Stichleitung von 10 ft (etwa 3 m) vorhanden ist, reduziert sich die
DS-Bitrate auf 45,7 Mbit/s und die US-Bitrate auf 17 Mbit/s. Laut Aussagen der T-Com sind
ADSL 2+
Signalpegel
Signalpegel
in ihrem Netz keine Stichleitungen vorhanden. Dies mag zutreffen, betrachtet man aber auch
die Hausverkabelung, können Stichleitungen durchaus zum Problem werden, so daß sich der
reale Einfluß in Deutschland erst zeigen wird.
Eine weitere nicht unerhebliche Herausforderung stellt generell die spektrale Verträglichkeit
und im bBesonderen die Koexistenz von ADSL2+ und VDSL2 dar. Dazu muß man sich die
Situation vor Augen führen, die mit der Unterbringung der VDSL2-DSLAMs in den sog.
Multifunktionsgehäusen (MFG, siehe auch [26]) entsteht. Dort, wo für den VDSL2Netzausbau die MFG aufgestellt werden, gab es ursprünglich Kabelverzweiger (KVz), die
später überbaut wurden. In den KVzs gibt es keinerlei aktive Technik, und es mußten
lediglich die Kupferdoppeladern des Hauptkabels mit den entsprechenden Kupferdoppeladern
des Verzweigungskabels verschaltet werden. Damit herrschen für alle TAL (egal ob die
Dienste vom traditionellen oder alternativen Netzbetreiber angeboten werden) in etwa die
gleichen Nebensprechbedingungen. Durch die Installation der VDSL2-DSLAMs ändern sich
die Nebensprechbedingungen im MFG. So stellt beispielsweise der VDSL2-Sender im MFG
ein Störsignal für das ADSL2+-Signal eines alternativen Anbieters mit Sender in der
Teilnehmervermittlungsstelle dar. Ohne spezielle Maßnahmen ist die ungestörte Koexistenz
somit nicht zu gewährleisten, da das stärkere Signal das schwächere überlagert und eine
Vermischung kaum zu vermeiden ist. Ein Lösungsansatz für dieses Problem ist das sog. PSDShaping, dessen Prinzip im Bild 6 gezeigt ist. Dabei wird der Sendepegel des VDSL2-Signals
im MFG entsprechend der Dämpfung des ADSL2+-Signals bzw. der Entfernung von der
Teilnehmervermittlungsstelle reduziert.
ADSL 2+
Frequenz
Frequenz
TAL (Cu)
Signalpegel
ADSL
VDSL2
(Standard)
ADSL 2+
Signalpegel
Glasfaser
Teilnehmervermittlungsstelle
KVz
VDSL2
(PSD-Shaping)
Frequenz
Frequenz
Bild 6: PSD-Shaping zur Gewährleistung der Koexistenz von ADSL2+ und VDSL2
Der Einfluß von VDSL2 auf die ADSL2+-Performance ist sehr gut in [27] dargestellt.
Die dritte große technische Herausforderung wurde bereits in [20] angedeutet und ist nun
aktuell geworden. Es handelt sich um die Frage der Verteilung der hohen Bitraten im Haus.
Mehrere alternative Übertragungsmedien stehen zur Auswahl, wie z.B. POF u.a. mit der als
FTT-TV vermarkteten Lösung von Infineon [28].
Wenn man die Sachverhalte berücksichtigt, die im Zusammenhang mit dem VDSL2Netzaufbau durch die T-Com bekannt geworden sind (z.B. Kühlung der Einrichtungen in den
MFG und damit verbundene Lärmbelästigung; zu geringer Aderdurchmesser der TAL in
neueren Verzweigungskabeln; Verschandelung der Stadtbilder mit „grauen Kästen“;
Mitbenutzung der MFG zur Unterbringung von VDSL2-Technik alternativer Netzbetreiber
[26], [29], [30]), dann kann davon ausgegangen werden, daß es zukünftig sicher spannend
wird zu beobachten, wie sich VDSL2 in der Praxis bewährt.
Prognosen
Ausgehend von der bisherigen Entwicklung der xDSL-Technik und den u.a. in [31]
aufgeführten Prognosen der weltweiten xDSL-TAL Entwicklung (2008 – 240 Mio. bzw. 325
Mio.; 2010 – 500 Mio.) kann davon ausgegangen werden, daß xDSL auch noch in den
nächsten Jahren die Führungsposition unter den Zugangstechnologien behaupten wird. Laut
der Studie „Deutschland Online 4“ wird die Zahl der Breitbandanschlüsse in Deutschland auf
21 Mio. im Jahr 2010 und auf über 27 Mio. im Jahr 2015 steigen [32]. Eine
Zusammenfassung weiterer Prognosen zur Breitbandpenetrationsentwicklung in Deutschland
kann man in [33] finden.
Kasten 1
xDSL-Simulator
Um die bei xDSL geltenden Zusammenhänge zu verstehen und deuten zu können, bedarf es
umfassender mathematischer Modelle und leistungsfähiger Simulationswerkzeuge. Dem an
xDSL-Simulationen interessierten Leser möchten wir den „xDSL-Simulator“ des
Telekommunikationstechniklehrstuhls der Fakultät für Elektrotechnik der Böhmischen
Technischen Universität (CVUT) in Prag empfehlen, der unter der URL
http://matlab.feld.cvut.cz/en/ frei zugänglich ist. Neben SHDSL und ADSL ist er auch für
ADSL2+ und VDSL2 verwendbar. Mit wenigen Mausklicks können die erreichbaren Bitraten
unter Berücksichtigung verschiedenster Rauschmodelle ermittelt werden.
Kasten 2
Technik-Ecke der dsl-review
Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Technik-Ecke des Newsletters dsl-review
(http://www.dsl-review.de) nun bereits in der 200. Ausgabe erschienen ist. Seit Anfang 2003
werden wöchentlich auf maximal zwei Seiten technische Sachverhalte, die im Zusammenhang
mit xDSL stehen, behandelt. Alle bisherigen Ausgaben stehen unter http://xdsl.teleconnect.de/
zum kostenfreien Download zur Verfügung.
Zu den Autoren
Dr.-Ing. Andreas Bluschke ist einer der Geschäftsführer der Teleconnect GmbH in Dresden.
Dipl.-Ing. Michael Matthews ist als Entwickler bei der Teleconnect GmbH tätig. Dipl.-Ing.
(FH) Philipp Rietzsch (HTW Dresden) schreibt gegenwärtig seine Masterarbeit bei der
Teleconnect GmbH.
http://www.teleconnect.de
Abkürzungen
ADSL
ADSL+/ADSL
2+
ADSL2
DELT
DMT
DS
DSL
DSLAM
(E) SHDSL
IPTV
ISDN BRA
ITU-T
HDTV
MFG
POF
KVz
POTS
PSD
SELT
SHDSL
TAL
US
VDSL
VDSL2
xDSL
Asymmetric DSL
Asymmetric DSL plus/Asymmetric DSL 2nd Generation plus
ADSL 2nd Generation
Dual-Ended Line Testing
Discrete Multitone Technology
Downstream
Digital Subscriber Line
DSL-Access Multiplexer
(Enhanced) Single-pair High-speed DSL
Internet Protocol Television
Integrated Services Digital Network Basic Rate Access
International Telecommunications Union – Telecommunications
Standardization Sector
High Definition Television
Multifunktionsgehäuse
Polymer Optical Fiber
Kabelverzweiger
Plain Old Telephone Service
Power Spectral Density
Single-Ended Line Testing
Single-pair Highspeed DSL
Teilnehmeranschlußleitung
Upstream
Very high bit rate DSL
VDSL 2nd Generation
Oberbegriff für alle DSL-Spielarten
Literaturquellen
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
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[14]
[15]
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ITU-T G.992.1 – ADSL – Asymmetrical digital subscriber line transceivers
ITU-T G.992.3 – ADSL2 – Asymmetrical digital subscriber line transceivers 2
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