V E R T I E F U N G S S E M I N A R. Mobile und Internetzugänge : xdsl- Technik; Angebot; Kostenmodelle

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1 Seite 1 von 65 BERUFSAKADEMIE LÖRRACH STAATLICHE STUDIENAKADEMIE UNIVERSITY OF COOPERATIVE EDUCATION V E R T I E F U N G S S E M I N A R Mobile und Internetzugänge : xdsl- Technik; Angebot; Kostenmodelle Verfasser: Manuel Wilde Kurs: WWIOOB Fach: Kommunikationsarchitekturen Firma: Systor AG Betreuender Dozent: Prof. G. Staib Abgabetermin:

2 Seite 2 von 65 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis...6 Tabellenverzeichnis...7 Abkürzungsverzeichnis Einleitung Motivation Begriffsbestimmung xdsl Schwerpunkte Standardisierungsgremien Überblick behandelter DSL Verfahren Public Switched Telephone Network (PSTN) Multiplexing ISDN Einleitung Basisanschluss Kanäle Überblick S Übertragungsverfahren S Rahmen S Überblick U k Kodierung U k Rahmen U k Primärmultiplexanschluss (PMxA) Kanäle Überblick U Übertragungsverfahren an U Rahmen U HDSL Einleitung...28

3 Seite 3 von Technische Komponenten Übertragungsverfahren B1Q-Übertragung Duplexübertragung Übertragungssicherung Rahmentypen Application Frame Core Frame HDSL-Frame HDSL Verwendung SDSL ADSL Einleitung Technische Komponenten Kanäle Rahmenaufbau Übertragungssicherung Überblick Cyclic Redundancy Check (CRC) Reed-Solomon-Codierung Interleaving Zuordnung der Daten zu den Trägerfrequenzen Datenaustausch zwischen ATU-C und ATU-R DMT Quadrature Amplitude Modulation (QAM) VDSL Einleitung VDSL Technische Komponenten VDSL Frequenzbereiche VDSL Übertragungsprofile VDSL Übertragungsverfahren VDSL DSL Marktanalyse...47

4 Seite 4 von Einleitung IuK-Markt ISDN-Markt Verbreitung Marktsättigung Deutschland Anbieter Deutschland xdsl Markt Verbreitung Breitband-Anschlüsse in Europa Zukunftsprognose Breitbandanschlüsse Europa xdsl Verbreitung Deutschland Prognose Marktwachstum Deutschland T-DSL alternative xdsl-anbieter Kosten der Internetflatrate Fazit Literaturverzeichnis...63

5 Seite 5 von 65 Vorwort Seit der Erfindung des Telefons sind über 100 Jahre vergangen. Die letzten Jahre brachten dem Endanwender einen enormen Zuwachs an verfügbarer Bandbreite. Leider geht mit den technischen Möglichkeiten eine moralische Devolution einher. Gott, der Schöpfer, hat seinen Massstab mit den 10 Geboten deutlich gemacht. Seine Gebote gelten in allen Lebensbereichen, somit auch bei der Nutzung von xdsl.

6 Seite 6 von 65 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: für DSL relevante Standardisierungsgremien...16 Abbildung 2: FDM...18 Abbildung 3: TDM...19 Abbildung 4: ISDN-Basisanschluss...20 Abbildung 5: NRZ...22 Abbildung 6: AMI...22 Abbildung 7: S 0 -Rahmen...23 Abbildung 8: ISDN-Primärmultiplexanschluss...26 Abbildung 9: NTU/LTU...29 Abbildung 10: HDSL-Rahmentypen...31 Abbildung 11: Core Frame...32 Abbildung 12: Grundaufbau HDSL Frame...32 Abbildung 13: ADSL technische Komponenten...36 Abbildung 14: ADSL-Rahmen...38 Abbildung 15: Übersicht Übertragungssicherungsverfahren...39 Abbildung 16: Interleaving...42 Abbildung 17: 16-QAM/CAP...43 Abbildung 18: VDSL Referenzarchitektur...45 Abbildung 19: Verhältnis IuK/BSP in OECD Ländern...47 Abbildung 20: ISDN-Kanäle* je 100 Einwohner...49 Abbildung 21: Prognose ISDN Deutschland...50 Abbildung 22: DSL Anschlüsse weltweit je Einwohner...55 Abbildung 23: DSL Prognose Deutschland...56

7 Seite 7 von 65 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: DSL Verfahren nach ETSI...17 Tabelle 2: Basisanschlusskanäle...21 Tabelle 3: 4B/3T...24 Tabelle 4: 2B1Q-Kodierung bei U k0/ /Maximalspannung...25 Tabelle 5: Kanäle Primärmultiplexanschluss...26 Tabelle 6: HDSL-Bitrate pro Doppelader/Reichweite...28 Tabelle 7: 2B1Q-Kodierung bei HDSL/Maximalspannung...30 Tabelle 8: HDSL-Rahmen...33 Tabelle 9: SDSL Datenraten...34 Tabelle 10: ADSL Kanäle...37 Tabelle 11: Deutsche ISDN Anbieter...51 Tabelle 12: Breitband Verbindungen in EU-Mitgliedsstaaten +Norwegen/Schweiz...52 Tabelle 13: Breitband Verbindungen EU-Aufnahmekandidaten...52 Tabelle 14: Fortsetzung Breitband-Verbindungen EU-Aufnahmekandidaten...53 Tabelle 15: Vergleich Verbreitung DSL/Kabelmodem...53 Tabelle 16: T-DSL Preise...58 Tabelle 17: T-Online Preisauszug...58 Tabelle 18: ATM DSL Varianten...59 Tabelle 19: Überblick dsl-tarife Deutschland...59 Tabelle 20: Überblick dsl-tarife Deutschland (Fortsetzung)...60

8 Seite 8 von 65 Abkürzungsverzeichnis 1-DA-HDSL 1-Doppelader-HDSL 10BaseT 10 Mbit/s Ethernet 2-DA-HDSL 2-Doppelader-HDSL 2B1Q zwei-bit-ein-quarternär 3-DA-HDSL 3-Doppelader-HDSL 4B3T vier-bit-drei-ternär A Austria ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line AMI Alternate Mark Inversion ANSI American National Standards Institute AOC ADSL Overhead Control AS Asymmetrical Channel (verwendet bei ADSL) ATM Asynchron Transfer Mode ATM25 Asynchron Transfer Mode ATU-C ADSL Transmission Unit at the Central Office Side of the Subscriber Line ATU-R ADSL Transmission Unit at the Remote Side of the Subscriber Line Baund Symbolrate pro Sekunde BDSL Broadband Digital Subscriber Line BFWA Broadband Fixed Wireless Access BG Bulgaria Bit Binary Digit BITKOM Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.v. BSP Bruttosozialprodukt CAP Carrierless Amplitude Phase CATV Cable Television CB Carrier Band CCITT Comite Consultatif International Telegraphique & Telephonique (Vorläufer ITU) CDSL Consumer Digital Subscriber Line CiDSL Consumer installable Digital Subscriber Line

9 Seite 9 von 65 CRC Cyclic Redundancy Check CY Cyprus CZ Czech Republic D Deutschland DAVIC Digital Audio Visual Council DK Denmark DLC Digital Loop Carrier DMT diskrete Mehrtonmodulation DS Downstream DSL Digital Subscriber Line DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer E Spain EC European Commission EDSL Enhanced Digital Subscriber Line bzw. Ethernet Digital Subscriber Line EIA Electronics Industries Association EITO European IT Observatory EL Greece EMEA Europe, Middle East, Asia EOC Embedded Operations Channel ES Estonia ETSI European Technical Standards Institute EU Europäische Union F France FDM Frequency Division Multiplexing FDSL Flexible Digital Subscriber Line bzw. Optical Fiber Digital Subscriber Line FEC Forward Error Correction FIN Finland FFT Fast Fourier Transform FRoDSL Frame Relay over Digital Subscriber Line FTTCab Fiber to the Cabinet FTTEx Fiber to the Exchange GDP Gross Domestic Product = Bruttosozialprodukt

10 Seite 10 von 65 GF Galois Feld HDSL High bit-rate Digital Subscriber Line HDB3 High Density Bipolar of Order 3 HDTV High Definition Television HU Hungary HZ Hertz I Italy: iadsl intelligent Asymmetric Digital Subscriber Line ICT Information and communications technologies IDC International Data Corporation IDSL ISDN Digital Subscriber Line IEEE Institute of Electrical & Electronic Engineers IETF Internet Engineering Task Force IFFT Inverse Fast Fourier Transform IMA-DSL Inverse Multiplexer for ATM over Digital Subscriber Line IP Internet Protocol IRL Ireland ISDN Integrated Services Digital Network ISO International Standards Organization ISP Internet Service Provider ITU International Telecommunications Union ITU-T ITU Telecommunication Standard ITU-R ITU Radiocommunication Sector IuK Informations- und Kommunikationstechnologien Kbaund Kilobaund Kbit/s Kilobit pro Sekunde KHZ Kilohertz KW Kurzwelle L Luxembourg LAN Local Area Network LDSL Low speed IDSL LLU Local Loop Unbundling

11 Seite 11 von 65 LS Low Speed Channel (verwendet bei ADSL) LT Lithuania LTU Line Termination Unit LV Latvia LW Langwelle Mbit/s Megabit pro Sekunde MDSL Medium bit rate Digital Subscriber Line MHz Megahertz MMS-43 modified monitoring state 4B/3T MPEG Motion Picture Experts Group MT Malta MVLDSL Multiple Virtual Line Digital Subscriber Line MW Mittelwelle NIC Network Interface Card NIUF National ISDN Users Forum NL Netherlands NO Norway NRZ No Return to Zero NTU Network Termination Unit OECD Organization for Economic Co-Operation and Development ONU Optical Network Unit P Portugal PC Personal Computer PCI Peripheral Component Interconnect PDH Plesiochronous Digital Hierarchy PDSL Powerline Digital Subscriber Line PL Poland PMxA ISDN-Primärmultiplexanschluss PoDSL POTS over Digital Subscriber Line bzw. PSTN over Digital Subscriber Line) POTS Plain Old Telephony Service PSTN Public Switched Telephone Network QAM Quadrature Amplitude Modulation

12 Seite 12 von 65 RADSL Rate Adaptive Asymmetric Digital Subscriber Line RA-HDSL Rate Adaptive High bit rate Digital Subscriber Line RO Romania RJ11 Registered Jack-11 S Sweden SDH Synchronous Digital Hierarchy SDSL Symmetrical single pair high bit rate Digital Subscriber Line. SHDSL Single-pair High speed Digital Subscriber Line SK Slovakia SL Slovenia SNR Signal Rausch Abstand SWI Switzerland T1 Trunk 1 oder Ausschuss für Telekommunikationsbereich (USA) TAE Telekommunikations-Anschlusseinheit TDM Time Division Multiplexing T-DSL Telekom DSL, eingetragene Marke der Deutschen Telekom AG TIA Telecommunications Industry Association TR Turkey TTC Telecommunication Technology Committee UADSL Universal Asymmetric Digital Subscriber Line UDSL Unidirectional Digital Subscriber Line bzw. Universal Digital Subscriber Line UK United Kingdom US Upstream USD US-Dollar USB Universal Serial Bus V Volt VADSL Very high bit rate Asymmetric Digital Subscriber Line VDSL Very high bit rate Digital Subscriber Line VHDSL Very High-speed Digital Subscriber Line VTU-R VDSL Transmission Unit remote VTU-O VDSL Transmission Unit ONU WAN Wide Area Network

13 Seite 13 von 65 WDSL Wireless Digital Subscriber Line WITSA World Information Technology and Services Alliance X.3 - CCITT Empfehlungen fuer Packet Assembler und Public Data/Domain Network XOR Exclusiv -Oder Verknüpfung

14 Seite 14 von 65 1 Einleitung 1.1 Motivation Der flächendeckende Breitbandzugang zum Internet und zu anderen Netzen gilt heute als wichtiger Wettbewerbsfaktor. Hohe Übertragungsbandbreiten ermöglichen neue Dimensionen altbekannter Anwendungen. Bildtelefonie und Videokonferenzen werden durch xdsl in neuer Qualität möglich. Daten in bisher unbekanntem Ausmass können bezogen werden. Auf dem sogenannten Information Highway wird die Geschwindigkeit erhöht. Eine Technik, die dies ermöglicht, ist xdsl. 1.2 Begriffsbestimmung xdsl Der Begriff DSL bedeutet Digital Subscriber Line. Dies kann mit digitale Teilnehmeranschlussleitung übersetzt werden. DSL-Verfahren wurden entwickelt, um Daten digital mittels gängiger Telefonleitungen (Kupferkabel!), die für eine Sprachübertragung zwischen 300 Hz und 3,4 KHz konzipiert wurden, zu übertragen. Um eine digitale Übertragung handelt es sich, wenn die Daten in binäre Codes bzw. Bits umgewandelt werden, und die Bits die Grundlage der Übertragung bilden. Das x der Abkürzung xdsl dient als Platzhalter für verschiedene Buchstaben diverser DSL- Technologien. Ein Auszug der verwendeten Abkürzungen sei wiedergegeben: ADSL, BDSL, CDSL, CiDSL, EDSL, FDSL, FRoDSL, HDSL, iadsl, IDSL, IMA-DSL, LDSL, MDSL, MVLDSL, PDSL, PoDSL, RADSL, RA-HDSL, SDSL, SHDSL, UADSL, UDSL, VADSL, VHDSL, VDSL, WDSL. Die Bedeutung der einzelnen Abkürzungen kann dem Abkürzungsverzeichnis entnommen werden. ISDN ist zwar ein DSL-Verfahren, im strengen Wortsinn aber kein xdsl-verfahren. Wenn in dieser Arbeit von xdsl gesprochen wird, ist ISDN also darin nicht eingeschlossen. Wird dagegen nur von DSL gesprochen, ist auch ISDN damit gemeint.

15 Seite 15 von Schwerpunkte Im Folgenden soll dargelegt werden, in welcher Weise und mit welchen Schwerpunkten das Thema dieser Vertiefungsarbeit xdsl-technik; Angebot; Kostenmodelle bearbeitet wurde. Im ersten Teil der Vertiefungsarbeit (Kapitel 2-5) steht die verwendete Übertragungstechnik im Vordergrund. Dabei geht es vor allem um Leitungscodierung, Rahmenbildung, und Übertragungssicherung. Die wichtigsten Konzepte sollen überblicksmässig vorgestellt werden. Auf die elektrotechnische Implementierung dieser Konzepte soll und kann natürlich nicht eingegangen werden. Aufgrund der Beschränkung von Zeit und Umfang dieser Arbeit, kann die behandelte Übertragungstechnik auch nicht aus System- und Protokollsicht üblicher Betriebssysteme wie Windows, Linux oder Unix behandelt werden. Wegen der Vielzahl der vorhandenen DSL-Verfahren, muss jedoch auch in Bezug auf die behandelten Übertragungsverfahren selbst eine Auswahl getroffen werden. Die meiste Literatur war über HDSL, ADSL und VDSL zu finden, woraus geschlossen werden kann, dass dies wohl die wichtigsten xdsl-verfahren sind, die natürlich zur Sprache kommen sollten. ISDN war das erste DSL-Verfahren, das sich relativ breit durchsetzte. Aufgrund der geschichtlich-zeitlichen Entwicklung bietet es sich an, ISDN vor xdsl, sowie HDSL vor ADSL und ADSL vor VDSL zu behandeln. Da auf die Konzepte der älteren Technologien aufgebaut wird, ist es auch aus didaktischen Gründen sinnvoll, der geschichtlichen Entwicklung zu folgen. Da ISDN, HDSL, ADSL und VDSL in Raum und Zeit entwickelt wurden, soll in der Einleitung zu den entsprechenden Technologien auf wichtige geschichtliche Eckdaten hingewiesen werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mehr mit den wirtschaftlichen Aspekten der DSL-Technologie. Dabei stehen jedoch nicht betriebliche Anwendungsszenarien im Vordergrund. Vielmehr werden ISDN und xdsl hinsichtlich ihrer derzeitigen Marktsituation und Marktentwicklung untersucht. Dabei wird auf Verbreitung, Marktprognose und Anbieter eingegangen. Im Falle von xdsl werden auch Kostenmodelle erwähnt und wichtige Aspekte der Kostenmodelle diskutiert.

16 Seite 16 von Standardisierungsgremien Folgende Organisationen sind für die Standardisierung von DSL relevant: Abbildung 1: für DSL relevante Standardisierungsgremien 1 Die von den im Schaubild erwähnten Standardisierungsgremien geschaffenen Standards zu DSL gewährleisten nicht in jedem Fall, dass Systeme verschiedener Hersteller problemlos zusammenarbeiten können, sind jedoch für den DSL-Markt unverzichtbar. 1 Thomas Starr / John Cioffi / Peter Silverman, xdsl eine Einführung, ISDN, HDSL, ADSL und VDSL, Addison- Wesley Verlag, 2000, S.452.

17 Seite 17 von Überblick behandelter DSL Verfahren Eine Übersicht der behandelten DSL-Verfahren kann in Bezug auf Frequenzband und Nutzbitrate der folgenden Tabelle entnommen werden. Dabei gilt der Zusammenhang, je grösser das Frequenzband, desto grösser die Nutzbitrate. ETSI standardisiertes Frequenzband Nutzbitraten DSL ISDN (2B1Q) 10 Hz - 50 khz 144 kbit/s ADSL over POTS khz MHz bis 8 Mbit/s Downstream, 640 kb/s Upstream ADSL over ISDN 138 khz MHz bis 8 Mbit/s Downstream, 640 kb/s Upstream 3-DA-HDSL (2B1Q) 0.1 khz khz 2 Mbit/s 2-DA-HDSL (2B1Q) 0.1 khz khz 2 Mbit/s 1-DA-HDSL (CAP) 0.1 khz khz 2 Mbit/s SDSL 10 khz khz von 192 kbit/s bis zu 2.3 Mbit/s VDSL 300 khz - 10/20/30 MHz Bis 24 Mbit/s Downstream /4 Mbit/s Upstream, und bis zu 36 Mbit/s im symmetrischen Modus Tabelle 1: DSL Verfahren nach ETSI Allen aufgeführten Verfahren ist gemein, dass sie Twisted Pair als Übertragungsmedium nutzen. 1.6 Public Switched Telephone Network (PSTN) Public Switched Telephone Networks bzw. Telefonnetze dienen der Sprachkommunikation und Datenübertragung. Ein Telefonnetz besteht aus verschiedenen Ortsnetzen, den Fernvermittlungsstellen und den entsprechenden Verbindungsleitungen. 2 Bei Verbindungsleitungen zwischen 2 Michael Schutz, Das grosse Handbuch der Kommunikationstechnik: Grundlagen, Geräte, Systeme, Kriebel Verlag, Frech Verlag Stuttgart, 1991, S.123f.

18 Seite 18 von 65 Vermittlungsstellen wird auch von Trunks gesprochen. Ein Ortsnetz besteht aus n Ortsvermittlungsstellen. 3 Jeder Teilnehmer ist mit einer Ortsvermittlungsstelle verbunden. 4 N Ortsnetze gehören zu einem Knotenvermittlungsbereich, mehrere Knotenvermittlungsbereiche zu einem Hauptvermittlungsbereich und mehrere Hauptvermittlungsbereiche zu einem Zentralvermittlungsbereich. 5 Eine Verbindung zu einem Gesprächspartner wird per Selbstwählverfahren herstellt, wobei der Verbindungsweg über die Ortsnetzkennzahl (Vorwahlnummer) hergestellt wird, da man anhand der Ortsnetzkennzahl feststellen kann, in welchem Zentral-, Haupt- und Knotenvermittlungsbereich das Ortsnetz liegt. 6 Die Digitalisierung des Telefonnetzes wurde in der BRD seit 1972 in Angriff genommen. 7 Dabei ging es im ersten Schritt um die Digitalisierung der Trunks und der Vermittlungsstellen. 1.7 Multiplexing Um die Kapazität der Kupferkabel zu erweitern, werden Multiplexingsysteme verwendet. Für analoge Signale wird das Frequency Division Multiplexing (FDM) Verfahren verwendet. Abbildung 2: FDM 3 Schutz, Handbuch Kommunikationstechnik, S Ebd. 5 Ebd. 6 Ebd. 7 Ebd., S.126. Nach Ingo Lackerbauer, ADSL, T-DSL: highspeed-technologien für das Internet, Markt & Technik Verlag, S.110. beinhaltet die Digitalisierung von Sprache 3 Schritte, Sampling, Quantifizierung und Kodierung. Die Sampling Rate sollte aufgrund des Nyquist Theorems doppelt so hoch sein, wie die höchste übertragende Frequenz. Da die Bandbreite der Sprache aufgerundet bis Hz geht, werden Samples pro Sekunde aufgenommen, die jeweils mit 8 Bit kodiert werden, was eine Geschwindigkeit von 64 Kbits ergibt.

19 Seite 19 von 65 Bei digitalen Signalen findet eher das Time Division Multiplexing (TDM) Verfahren Anwendung. Abbildung 3: TDM Um die Kapazität analoger Trunks zu erhöhen, wurden häufig digitale T-Carrier Geräte eingesetzt. Der Carrier T1 stellt 24 Sprachkanäle bzw. 1,544 Mbit/s auf einem zweipaarigen Kupferkabel her, T3 dagegen schon 672 bzw. 44,736 Mbit/s Sprachkanäle 8 und T4 274,176 Mbit/s bzw Sprachkanäle. Dabei wird bei T1 das eine Kupferkabel für die eine Richtung verwendet, das andere Kupferkabel für die andere Richtung. Es liegt also eine dual-simplex Übertragung vor. 9 Eine andere Übertragungsschnittstelle für WAN ist die E-Schnittstelle, die auf der PDH-Multiplexstruktur mit 64 Kbit/s in Europa (=E0) beruht. E1 stellt 32 x 64 kbits=2,048 Mbits/s zur Verfügung, wovon die Nutzdaten 1,920 MBit/s betragen, E2 dagegen 8,448 Mbit/s, E3 34,368 Mbit/s und E4 139,264 Mbit/s. Die Codierung der E-Schnittstellen wird mit HDB 3 durchgeführt. (zu HDB3 vgl. Kapitel 2.3.3) 8 Lackerbauer; ADSL, T-DSL, S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S.48.

20 Seite 20 von 65 2 ISDN 2.1 Einleitung ISDN steht für Integrated Services Digital Network wurde ISDN entwickelt. 10 Ziel von ISDN war es, verschiedene Dienste über einen einheitlichen digitalen Anschluss bedienen zu können. Die ersten ISDN-Basisanschlüsse wurden 1986 in Betrieb genommen 11 und von Ameritech (AT&T Bell Illinois) bereitgestellt. In Deutschland ist ISDN seit 1989 durch die Deutsche Telekom erhältlich. Damalige Dienste waren unter anderem Telefonie, Textfax, Telefax, Daten, BTx, Festbild, Bildtelefon und Teletex. 12 Im Bereich der Telefonie können folgende Leistungen mit ISDN einfach realisiert werden: Anklopfen, Makeln, Dreierkonferenz, Anrufweiterschaltung, Übermittlung der Rufnummer des Anrufers, Rückruf bei Besetztzeichen, sowie Übermittlung der Verbindungsentgelte am Ende der Verbindung Basisanschluss Die Architektur eines ISDN-Basisanschlusses ist folgende: Abbildung 4: ISDN-Basisanschluss 10 Ebd., S Ebd., S Schutz, Handbuch Kommunikationstechnik, S Stefan Wille / Bernhard Frank, ISDN - Anbieter und Zugang, Seminar Datankommunikation Prof. Dr. Marke, FH München unter Stand

21 Seite 21 von 65 Die Endgeräte werden an den S 0 - Anschluss angeschlossen. Jeweils zwei Endgeräte können gleichzeitig kommunizieren Kanäle Kanalname B D Tabelle 2: Basisanschlusskanäle Bitrate 64 kbit/s 16 kbit/s Mit Hilfe des B-Kanals werden die Nutzdaten übermittelt. Der D-Kanal ist der Kanal für Steuerungs- und Signalisierungsinformationen und ist für den Verbindungsabbau und Verbindungsaufbau zuständig. Das D-Kanalprotokoll in der BRD wurde früher in 1TR3 festgelegt, heute wird DSS1 verwendet. 15 Über den D-Kanal werden auch die verschiedenen an S 0 angeschlossenen Geräte angesprochen. Eine ISDN-Adresse besteht aus der ISDN-Nummer (Länderkennzahl, Ortsnetzkennzahl, Teilnehmernummer), sowie der ISDN-Subadresse (max. 32 Ziffern), über die das entsprechende, an S 0 angeschlossene Gerät, angesprochen werden kann Überblick S 0 Die Übertragung an der S 0 -Schnittstelle findet mit 192 Kbit/s statt. 17 Die nutzbare Datenrate beträgt 144 Kbit/s. Die Schrittgeschwindigkeit beträgt 192 Kbaund. Die maximale Amplitude beträgt 750 mv. 18 Der Jitter darf maximal 19,2 Hz betragen, wobei von 192 KHz ausgegangen wird. Es ist eine Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Konfiguration möglich. Bei der Punktzu-Mehrpunkt-Konfiguration darf der sogenannte kurze, passive Bus eine Distanz von maximal 150 m haben. 19 Bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit nur einem Gerät, kann die 14 Schutz, Handbuch Kommunikationstechnik, S Lackerbauer; ADSL, T-DSL, S Schutz, Handbuch Kommunikationstechnik, S Lutz Winkler, Vermittlungstechnik 3: ISDN Teilnehmerzugang: Grundlagen u. Layer1, Hochschule Mittweida FH), Fachbereich Informationstechnik & Elektotechnik, unter Stand , S Winkler, ISDN-Teilnehmerzugang, Grundlagen u. Layer1, S Ebd., S.18.

22 Seite 22 von 65 Distanz maximal einen Kilometer betragen. 20 Jeweils eine Ader des Übertragungskabels wird für eine Richtung der Übertragung genutzt. Es ist möglich, bis zu 8 Endgeräte anzuschliessen Übertragungsverfahren S 0 Beim NRZ-Codierungsverfahren ist es nicht möglich, bei aufeinander folgenden Bits den Takt genau zu erkennen. Abbildung 5: NRZ 21 Abhilfe schafft hier teilweise AMI, das an der S 0 -Schnittstelle verwendet wird. Abbildung 6: AMI 22 AMI bedeutet Alternate Mark Inversion. 23 Bei AMI werden Bits des Wertes 1 abwechselnd mit +1 und -1 gesendet, was bei NRZ-Übertragung nicht getan wird. Aus diesem Grund kann der Takt bei aufeinander folgenden Bits des Wertes 1 immer ermittelt werden Ebd. 21 Ebd. 22 Peter Bocker, ISDN, Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz: Konzept, Verfahren, Systeme, Springer- Verlag, 1987, 2.Aufl., S Ebd., S Schutz, Handbuch Kommunikationstechnik, S.282.

23 Seite 23 von Rahmen S 0 An der S 0 -Schnittstelle wird folgende Rahmenstruktur verwendet: Abbildung 7: S 0 -Rahmen Bit des S 0 -Rahmens transportieren Nutzdaten. Die sequentielle Reihenfolge der Nutzdaten ist: B1, D, B2, D, B1, D, B2, D. Pro Sekunde werden insgesamt Rahmen übertragen, was 192 Kbit/s entspricht. 25 Bocker, ISDN, Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz, S.76.

24 Seite 24 von Überblick U k0 Die Übertragung an der U k0 -Schnittstelle findet mit 160 Kbit/s statt. 26 Die nutzbare Datenrate beträgt 144 Kbit/s. Die Schrittgeschwindigkeit beträgt bei 2B1Q 80 Kbaund. Die maximale Amplitude liegt bei 3 V. 27 Die U k0 -Leitung kann eine Distanz von bis zu 5,5 km haben. Die Richtungstrennung erfolgt über Echokompensation, da nur eine Ader verwendet wird Kodierung U k0 ISDN verwendet in Deutschland das 4B3T-Übertragungsverfahren, welches die Logikzustände (+1, 0, -1) kennt. 4 Bit werden durch tenären Code ersetzt, wobei ein Symbol 1 1/3 Bit entspricht. Die in der Tabelle wiedergegebene Kodierung entspricht MMS-43. 4Bit-Wort 3T-Codierung (Folgestatus 1) Tabelle 3: 4B/3T Winkler, ISDN-Teilnehmerzugang, Grundlagen u. Layer1, S Ebd. 28 Schutz, Handbuch Kommunikationstechnik, S.283.

25 Seite 25 von 65 In anderen Ländern wird für ISDN die 2B1Q-Übertragung verwendet. Bei diesem Übertragungsverfahren werden zwei Bits durch ein Quaterinärsymbol ersetzt. Das erste Bit wird als Vorzeichen und das zweite Bit als Amplitude interpretiert. 29 Ein Symbol entspricht zwei Bit. Bitfolge Quaternärsymbol Maximale Amplitude ,5V ,83 V ,83V ,5 V Tabelle 4: 2B1Q-Kodierung bei U k0/ /Maximalspannung Rahmen U k0 Ein U k0 -Rahmen enthält 120 quaternäre Schritte, 30 was bei der 2B1Q Kodierung 240 Bit entspricht. Der Rahmen beginnt mit der Synchronisation, die 18 Bit umfasst. 31 Danach folgt jeweils ein Byte B1, ein Byte B2 und 2 Bit D, was zwölfmal wiederholt wird. 32 Der Rahmen wird mit 4 Bit für die Maintenance abgeschlossen. 33 Pro Sekunde werden insgesamt /3 Rahmen übertragen, was 160 Kbit/s entspricht. 29 Andreas Mertz / Martin Pollakowski; xdsl & Access Networks: Grundlagen, Technik und Einsatzaspekte von HDSL, ADSL und VDSL, Prentice Hall, 2000, S Winkler, ISDN-Teilnehmerzugang, Grundlagen u. Layer1, S Ebd. 32 Ebd. 33 Ebd.

26 Seite 26 von Primärmultiplexanschluss (PMxA) Die Architektur eines ISDN- PMxA ist folgende: Abbildung 8: ISDN-Primärmultiplexanschluss Kanäle Beim Primärmultiplexanschluss können folgende Kanäle genutzt werden: Kanalname Bitrate B 64 kbit/s D 64 kbit/s H0 384 kbit/s H kbit/s (USA) H kbit/s (Europa) Tabelle 5: Kanäle Primärmultiplexanschluss Überblick U 2 Die Übertragung an der U 2 -Schnittstelle findet in vielen Ländern mit 2,048 Mbit/s statt, 35 was der E1-Geschwindigkeit entspricht. Die nutzbare Datenrate (30 B-Kanäle + D-Kanal) beträgt 1,984 Mbit/s. U 2 kann über Kupfer oder Glasfaser angeschlossen werden. 36 Twisted Pair ist 34 Bocker, ISDN, Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz, S Ebd., S Bocker, ISDN, Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz, S.168.

27 Seite 27 von 65 jedoch die Standardmöglichkeit. Von dem Übertragungsmedium hängt die überbrückbare Entfernung ab. Bei Twisted Pair beträgt die Entfernung zur Vermittlungsstation ohne Regenerator 1,7 km. 37 Durch 2-DA-HDSL kann die Entfernung bei Twisted Pair auf 3 km ohne Regenerator erweitert werden Übertragungsverfahren an U 2 Die U 2 -Schnittstelle verwendete ursprünglich die sogenannte HDB3-Kodierung. HDB3 ist eine Verbesserung von AMI. Einerfolgen werden nach AMI kodiert, nach dreimal 0 folgt aber ein +1 oder -1, ein sogenanntes V bzw. Violating Bit, welches abwechselnde Polarität hat und genau dem invertierenden 1-Bit entgegengesetzt ist. 39 Wenn einer Nullfolge eine gerade Anzahl 1-Bits vorangeht, wird zu Beginn der 0-Folge ein B-Bit eingefügt. 40 Wenn HDSL für U 2 Verwendung findet, wird mit 2B1Q kodiert Rahmen U 2 Ein Rahmen des PMxA enthält 256 Bit in 125 µs. 41 Pro Sekunde werden insgesamt Rahmen übertragen, was 2,048 Mbit/s entspricht. 42 Die sequentielle Reihenfolge der Nutzdaten entspricht: Header, B1 bis B15, D, B16, B17 bis B30. Es ist möglich, verschiedene B-Kanäle zu H-Kanälen zusammenzufassen. 37 Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks S Ebd., S Schutz, Handbuch Kommunikationstechnik, S.282f. 40 Ebd. 41 Bocker, ISDN, Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz, S Ebd., S.81.

28 Seite 28 von 65 3 HDSL 3.1 Einleitung Die Entwicklung von HDSL beginnt 1986 durch AT&T, Bell Laboratories und Bellcore erscheint der erste Technical Report bei ANSI. 44 Im gleichen Jahr wird auch das erste System von Bell Kanada mit Geräten von Tellabs Operations (Illinois) eingeführt. 45 Die Abkürzung HDSL steht für High bit-rate Digital Subscriber Line. Anfangs wurde HDSL auch als non-repeated T1/E1 replacement model bezeichnet. 46 Denn bei HDSL kann auf den Einsatz von Mittelstrecken-Repeatern verzichtet werden. Auch ist keine Änderung am Kabel noch eine Änderung der Klemmgruppen erforderlich. 47 HDSL wurde in den USA als System zur Übertragung einer Nutzbitrate von symmetrischen 1,544 Mbit/s im Bereich der Local Loops entwickelt, 48 was der T1-Geschwindigkeit entspricht. In Europa dagegen wurde sich an der E1-Geschwindigkeit orientiert und HDSL dementsprechend für eine Nutzbitrate von symmetrischen 2,048 Mbit/s ausgelegt. 49 Dabei wurden von ETSI folgende HDSL- Varianten spezifiziert. 50 HDSL-Variante Bitrate pro Doppelader Symbolrate Reichweite 3-Doppelader-HDSL 784 kbit/s 392 kbaund ca. 4 km (3-DA-HDSL) 2-Doppelader-HDSL 1168 kbit/s 584 kbaund ca. 3 km (2-DA-HDSL) 1-Doppelader-HDSL (1-DA-HDSL) 2320 kbit/s 1160 kbaund ca 2,5 km Tabelle 6: HDSL-Bitrate pro Doppelader/Reichweite Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Lackerbauer; ADSL, T-DSL, S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd., S Ebd., S Ebd., S.92.

29 Seite 29 von 65 1-DA-HDSL wurde anfangs auch als SDSL bezeichnet. 52 Mittlerweile unterscheidet ETSI jedoch 1-DA-HDSL von SDSL und ist dabei, für SDSL eigene Standards zu verabschieden. Es ist dennoch üblich, neuere HDSL-Versionen als SDSL zu bezeichnen. 53 Wenn Version 5 des ETSI-HDSL-Standards umgesetzt wird, ist es möglich, zusammen mit der Nutzbitrate von 2,048 Mbit/s einen ISDN-Basisanschluss oder 3 digitalisierte analoge Telefonsignale zu betreiben. 3.2 Technische Komponenten Für eine HDSL-Übertragung sind zwei grundlegende Komponenten notwendig. Beim Kunden wird die Network Termination Unit (NTU) und beim Provider die Line Termination Unit (LTU) installiert. 54 Die NTU fungiert als Master und steuert die Verbindung. 55 Bei 1/2/3 DA-HDSL werden entsprechend 1/2/3 Transceiver verwendet. 56 Die NTU/LTU besteht aus dem anwendungsunabhängigen HDSL-Core und der entsprechenden anwendungsspezifischen Schnittstelle. 57 Abbildung 9: NTU/LTU Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Ebd., S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd. 56 Ebd. 57 Ebd. 58 Ebd.

30 Seite 30 von Übertragungsverfahren B1Q-Übertragung Normalerweise wird bei HDSL eine 2B1Q-Kodierung verwendet. (vgl ) Bitfolge Quaternärsymbol maximale Amplitude maximale Amplitude 2/3-DA-System 1-DA-System ,64 V -2,50 V ,88 V -0,833 V ,88 V +0,833 V ,64 V +2,50 V Tabelle 7: 2B1Q-Kodierung bei HDSL/Maximalspannung Für 1 und 2 DA-HDSL ist auch die Verwendung von CAP spezifiziert worden. 59 Sehr selten wird auch DMT verwendet Duplexübertragung Die Übertragung bei HDSL erfolgt duplex. 61 Gabelschaltung bzw. Echokompensation. Die Richtungstrennung erfolgt durch eine Übertragungssicherung Um die Übertragung zu sichern, wird in jedem Transceiver ein Scrambler eingesetzt, der die Aufgabe hat, lange Folgen von Nullen und Einsen so umzuwandeln, dass ein häufiger Signalwechsel auftritt. 62 Technisch kann dies durch Schieberegisterschaltungen realisiert werden Ebd., S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd., S Ebd., S.151.

31 Seite 31 von Rahmentypen Bei HDSL werden die Rahmentypen Application Frame, Core Frame und HDSL Frame verwendet. Abbildung 10: HDSL-Rahmentypen Application Frame Der Application Frame kann entweder für PMxA, eine strukturierte bzw. unstrukturierte Kbit/s Mietleitung, einen 2048-Kbit/s Zugang zum SDH mittels TU-12, sowie für eine simultane Übertragung von 2048-Kbit/s mit einem ISDN-Basisanschluss oder drei analogen Telefonanschlüssen verwendet werden Core Frame Der Core Frame hat eine Grösse von 144 Byte, wobei die Füllbytes für unterschiedliche Zwecke, wie zum Beispiel für den Transport eines zusätzlichen ISDN-Basisanschlusses, verwendet werden können. 66 Die Nutzlast wird aus dem Application Frame übernommen. 64 Ebd., S Ebd., S Ebd., S.98.

32 Seite 32 von 65 Abbildung 11: Core Frame HDSL-Frame Der Grundaufbau eines HDSL-Frames ist folgender: Abbildung 12: Grundaufbau HDSL Frame Der HDSL Frame beginnt mit der Barker -Frequenz und kann mit zwei Stopf-Symbolen schliessen. 68 Der Barker-Code umfasst das Muster und dient der Rahmensynchronisation. 69 Bei 2 DA-HDSL werden 2 HDSL Rahmen gleichzeitig auf den zwei Adern übertragen. Bei 3-DA-HDSL werden 3 HDSL Rahmen gleichzeitig auf drei Adern 67 Ebd., S Ebd., S.100f. 69 Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S.376.

33 Seite 33 von 65 übertragen und bei 1-DA-HDSL dementsprechend nur ein Rahmen. Somit ergeben sich für die einzelnen Rahmen folgende Grössen: 1-DA-HDSL 2-DA-HDSL 3-DA-HDSL Minimale Rahmengrösse in Quaterinärsymbolen Anzahl Quaterinärsymbole für Nutzlastblöcke Bit pro Nutzlastblock Tabelle 8: HDSL-Rahmen HDSL Verwendung HDSL wird meist folgendermassen genutzt, 70 wobei 1997 weltweit insgesamt HDSL Leitungen in Betrieb waren. 71 x Basisanschlussleitungen vom Benutzer ins Netzwerk x Anschluss von Nebenstellanlagen sowie Paket/ATM Anlagen an das öffentliche Netz x Anbindung von Funkstationen an das öffentliche Netz x Anbindung kleiner DLC-Standorte (Digital Loop Carrier) an die Zentralvermittlungsstelle x Ersatz für T1-/E1-Anlagen im Bereich grösser als 900 m, kleiner als 9 km HDSL kann auch gut für eine Webserveranbindung genutzt werden, da die Datenraten symmetrisch sind, was auch für SDSL gilt. 70 Ebd., S Ebd., S.44.

34 Seite 34 von SDSL SDSL steht bei ETSI für Symmetrical single pair high bitrate Digital Subscriber Line. Die folgenden Angaben beziehen sich auf die Standardisierung von ETSI. Bei SDSL ist eine trelliscodierte PAM-Modulation als Leitungscodierung vorgesehen, die Ungerböck-Codierung genannt wird, nach dem Erfinder der Trellis-Codierung. Charakteristisches Merkmal von SDSL ist, dass die Übertragungsrate an die Entfernung zur Vermittlungsstelle angepasst werden kann. Damit ist auch eine Anbindung entfernterer Standorte möglich. Der Zusammenhang zwischen Übertragungsrate und Entfernung kann folgender Tabelle entnommen werden. SDSL Data Rate (Kbit/s) Distance (km) 128 6,71 256b 6, , ,97 1,024 3,51 Tabelle 9: SDSL Datenraten Andrew Schneider, DSL-Technology, Telebyte Primer, 2001, S.32.

35 Seite 35 von 65 4 ADSL 4.1 Einleitung J. W. Leichleider von der Firma Bellcore begann 1989 mit der konzeptionellen Entwicklung von ADSL. 73 ADSL-Systeme wurden 1997 eingeführt, 74 nachdem 1990 die Standford University und die AT&T Bell Laboratories mit der praktischen Entwicklung begonnen hatten und 1992 erste Prototypen installiert und 1995 Feldversuche durchgeführt wurden. 75 ADSL ist eine Abkürzung für Asymmetric Digital Subscriber Line. Wie die Bezeichnung dieser Übertragungstechnik andeutet, sind die Datenraten für Download und Uplink nicht symmetrisch, sondern asymmetrisch gestaltet. Für den Download steht der grösste Bereich der Bandbreite zur Verfügung. Die maximale Downloadrate beträgt 8 Mbit/s, der maximale Upload beträgt 640 Kbit/s. Bei einer Entfernung von bis zu 2 km zur Vermittlungsstelle ist die volle Bitrate möglich, bei einer Entfernung von bis zu 5 km zur Vermittlungsstelle jedoch nur eine begrenzte Bitrate, wobei darüber hinaus überhaupt kein ADSL möglich ist. 76 ADSL der ersten und zweiten Generation war für MPEG-Videostreams optimiert, ADSL der dritten Generation ist für die Internetnutzung konzipiert Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Ebd., S Ebd., S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S.58.

36 Seite 36 von Technische Komponenten Bei einer ADSL-Übertragung werden folgende technische Komponenten verwendet: Abbildung 13: ADSL technische Komponenten 78 Die ATU-R (ADSL Transmission Unit at the Remote Side of the Subcriber Line) bzw. das ADSL-Modem ist entweder als NIC innerhalb des PCI-Buses realisiert oder ausserhalb des PCs als externes Modem angeschlossen 79 und stellt das Ende der ADSL- Übertragungsstrecke dar. Es darf vom Endgerät bis über 100 m entfernt sein. 80 Das externe ATU-R verfügt über eine RJ11-Buchse zum Anschluss an den Splitter, einen Spannungsversorgungsanschluss sowie häufig über einen 10BaseT sowie einen ATM25 Anschluss. 81 Teilweise ist es auch möglich, das ADSL-Modem über USB an den PC anzuschliessen. 82 Der Splitter hat die Aufgabe, das Schmalbandsignal vom Breitbandsignal zu trennen. 83 Dies wird durch den Hochpass- und den Tiefpassfilter erreicht. So werden in Deutschland 78 Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd., S Ebd., S Ebd., S.124.

37 Seite 37 von 65 Frequenzen von bis zu 120 khz an den ISDN-Netzabschluss gesendet, die höheren Frequenzen dagegen an das ADSL-Modem. 84 Die ATU-C (Transmission Unit at the Central Office Side of the Subscriber Line) befindet sich in der Vermittlungsstelle und wird in einem Modem-Baugruppenträger installiert, wobei überlicherweise 12 Modem-Baugruppen und eine DSLAM-Einheit zusammen in einem Baugruppenträger installiert werden. 85 Der DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) schliesst den ADSL-Dienst in der Zentralvermittlungsstelle ab und bietet Schnittstellen zum WAN, hier vor allem zu ATM oder einem IP-Router, sowie für Verwaltungsaufgaben an. 86 Ein DSLAM schliesst den Verkehr von zirka ADSL-Leitungen ab Kanäle Zwischen der ATU-R und der ATU-C können auf einer Leitung maximal vier breitbändige Simplexkanäle und maximal drei schmalbändige Duplexkanäle betrieben werden. 88 Die Bitrate der einzelnen Kanäle können vom Telekommunikationsunternehmen in Schritten von 32 Kbit/s eingestellt werden, wobei der höchste Multiplikationsfaktor 192 ist. 89 Kanal Niedrigster Höchster Maximale Datenrate Multiplikationsfaktor Multiplikationsfaktor AS kbit/s AS kbit/s AS kbit/s AS kbit/s LS kbit/s LS kbit/s LS kbit/s Tabelle 10: ADSL Kanäle 84 Ebd., S Ebd., S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Ebd., S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd.

38 Seite 38 von 65 Die einzelnen Kanäle können im Fast oder Interleaved Modus übertragen werden. Im Interleaved Modus werden die Nutzdaten zeitlich verschachtelt, um bedeutend niedrigere Fehlerraten zu erhalten, was jedoch eine Transportverzögerung von bis zu 250 ms bewirkt. 90 Die Daten im Fast Modus werden so schnell wie möglich übertragen 91 und im Fast-Buffer gespeichert, die Interleaved Daten dagegen im Interleaved Buffer. 4.4 Rahmenaufbau ADSL verwendet einen Überrahmen bzw. Superframe der aus 67 Rahmen besteht, wobei der Überrahmen mit einem Synchronisationsrahmen endet. 92 Ein Überrahmen überbrückt einen Zeitraum von 17 ms, 93 die Grösse ist variabel und hängt von der gewählten Konfiguration und den Übertragungsbedingungen ab. Da eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung aufgebaut wird, werden keine Adressinformationen auf dieser Ebene benötigt. 94 Ein Rahmen, der alle Kanäle verwendet, sieht folgendermassen aus, wobei erst die Daten aus dem Fast-Buffer und dann die Daten aus dem Interleaved-Buffer übertragen werden. Abbildung 14: ADSL-Rahmen 90 Ebd., S Lackerbauer; ADSL, T-DSL, S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd., S.146.

39 Seite 39 von 65 Werden weniger Kanäle verwendet als in Abbildung 14 angegeben, reduzieren sich die entsprechenden Felder im Rahmen. Das Fast-Byte von Rahmen 0 und 1, sowie 34 und 35 des Superrahmens enthält die CRC-Prüfsumme für den Superframe. Die Fast-Byte Daten der anderen Frames transportieren Betriebsinformationen, die zwischen ATU-C und ATU-R per EOC (Embedded Operations Channel) übertragen werden. 95 EOC dient der Identifikation der ATU-R, vor allem in Bezug auf Hersteller, Modell, Eigentestergebnisse, aktuelle Leitungsdämpfung und SNR-Grenze. 96 Im Synchronisationsbyte wird unter anderem AOC (ADSL Overhead Control) verwendet, das Echtzeitinformationen, die für eine neue Konfiguration der ADSL-Verbindung genutzt werden können, enthält Übertragungssicherung Überblick Die folgende Abbildung verdeutlicht die zeitliche Abfolge der einzelnen, bei ADSL eingesetzten Verfahren zur Übertragungssicherung. Abbildung 15: Übersicht Übertragungssicherungsverfahren 94 Lackerbauer; ADSL, T-DSL, S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S.407. Lackerbauer; ADSL, T-DSL, S Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Ebd., S.408.

40 Seite 40 von 65 Zuerst wird eine CRC durchgeführt, woraufhin der Scrambler (vgl. HDSL) lange Folgen von Nullen und Einsen umwandelt. Daraufhin schliesst sich eine Reed-Solomon-Codierung an. Im Falle von interleaved Daten wird ein Interleaving durchgeführt Cyclic Redundancy Check (CRC) Mit Hilfe des CRC wird eine Prüfziffer errechnet, welche der Fehlererkennung dient. 98 Beim Sender wird die Prüfsumme berechnet und in das entsprechende Fast Byte eingefügt. Der Empfänger berechnet aus dem entsprechenden Datenblock die Prüfsumme und vergleicht sie mit der übertragenen Prüfsumme. Sind beide Prüfsummen gleich, liegt kein Übertragungsfehler vor. Die Ermittlung der Prüfziffer muss sich mathematisch als Polynomdivision vorgestellt werden. 99 Der überwachte Datenblock ist dabei als Polynom M(x) zu verstehen. 100 Die n Bits des Datenblocks entsprechen dabei den Koeffizienten eines Polynoms des Grades n. Dieses Polynom wird durch das Generatorpolynom G(x) modulo-dividiert, wobei das Ergebnis die Prüfziffer ist. 101 Da durch ein irreduzibles Polynom achten Grades dividiert wird, ist das Ergebnis ein Polynom siebten Grades und kann deshalb genau durch ein Byte dargestellt werden. Die Ergebnismenge ist also immer in der endlichen Menge GF(2 8 ) enthalten. M(x) = m 0 x k-1 + m 1 x k m k-2 x + m k-1 G(x) = x 8 + x 4 + x 3 + x CRC(x) = M(x) * x 8 mod G(x) CRC(x) = c 0 x 7 +c 1 x c 6 x + c 7 Die Polynomdivision wird technisch gesehen mit HIlfe von rückgekoppelten Schieberegisterschaltungen mit XOR-Verknüpfungen realisiert Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd. 100 Ebd. 101 Ebd. 102 Ebd., S.150.

41 Seite 41 von Reed-Solomon-Codierung Die Reed-Solomon-Codierung ermöglicht die Korrektur fehlerhaft übertragener Daten und nicht nur wie CRC eine Erkennung dieser Prüfbytes ermöglichen es, 8 fehlerhafte Bytes zu korrigieren. 104 Auch die Reed-Solomon-Codierung lässt sich als Polynomdivision darstellen. Die Prüfziffer entspricht C(x), der Nutzdatenblock M(x), das Generatorpolynom G(x) und R der Anzahl der Prüfbytes. 105 Das Generatorpolynom hängt davon ab, wieviele Prüfbytes verwendet werden. 106 C(x) = M(x) * x R mod G(x) Interleaving Mit Hilfe des Interleavings werden die Bytes so umgeordnet, dass die benachbarten Bytes nicht aus dem gleichen Codewort stammen. 107 Gutes Interleaving ermöglicht es, dass keine Datenelemente erhalten bleiben, die mehr Fehler enthalten, als mit Reed-Solomon repariert werden könnten Ebd., S Ebd., S Ebd., S Ebd. 107 Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Ebd., S.299.

42 Seite 42 von 65 Abbildung 16: Interleaving Zuordnung der Daten zu den Trägerfrequenzen Auch die Zuordnung der Daten zu den Trägerfrequenzen wird für die Übertragungssicherung eingesetzt, da die am besten geschützten Daten denjenigen Übertragungsfrequenzen zugeordnet werden, die das grösste Risiko einer fehlerhaften Übertragung bieten Datenaustausch zwischen ATU-C und ATU-R DMT Für ADSL ist eine DMT-Übertragung (diskrete Mehrtonmodulation) im ANSI-Standard vorgesehen. Teilweise wird jedoch auch QAM in nur einem Kanal verwendet. Der Frequenzbereich von 20 khz bis 1,1 MHz wird in 255 Frequenzbänder aufgeteilt. 111 Vor Beginn einer Übertragung wird der SRA (Signal-Rausch-Abstand) für jedes Frequenzband gemessen und die zu übertragenen Bits werden in Abhängigkeit vom SRA den einzelnen Kanälen zugeordnet. Je höher der SRA ist, desto mehr Bits werden diesem Kanal zugeordnet. 112 Um DMT zu realisieren, werden Zeitsignale in den Frequenzbereich mit Hilfe einer IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation) transformiert und umgekehrt. 109 Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd., S Ebd., S.134.

43 Seite 43 von 65 Die Daten selbst werden in jedem Frequenzband mit QAM übertragen Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Bei QAM wird die entsprechende Information in der Amplitude und in der Phase der Trägerschwingung übermittelt. 113 Folgende Abbildung gibt die Bedeutung der einzelnen Punkte innerhalb der 4 Quadranten wieder. Abbildung 17: 16-QAM/CAP 114 Bei einer QAM-16-Modulation liegen 16 mögliche Zustände vor, woraus folgt, dass pro Symbol 4 Bit übertragen werden. 115 Bei dieser Codierung legen die ersten beiden Bit den Quadranten fest und die letzten beiden Bit die Position im Quadranten. Bei ADSL werden pro Symbol bis zu 8 Bit mit 256-QAM übertragen. 116 Welche QAM-Variante auf einem bestimmten Kanal verwendet wird, wird zu Anfang der Übertragung festgelegt. 112 Ebd., S Ebd., S Ebd., S Ebd., S Ebd.

44 Seite 44 von 65 5 VDSL 5.1 Einleitung VDSL VDSL bedeutet Very high bit-rate Digital Subscriber Line. VDSL-Systeme wurden von verschiedenen Organisationen spezifiziert wurde VDSL erstmals angedacht 117 und 1999 das erste Mal eingesetzt. 118 Die enstprechenden Standards sind nicht immer untereinander kompatibel. VDSL-Standards wurden von der VDSL-Coalition, dem ADSL- Forum, DAVIC, ANSI, ETSI und ITU-T erarbeitet. 119 Beim ETSI Standard sind Datenraten bis 36 Mbit/s erreichbar, bei anderen Standards sind Datenraten bis 58 Mbit/s vorgesehen. Voraussetzung für den Betrieb von VDSL ist, dass ein Glasfaseranschluss bis zum entsprechenden Kabelverzweiger oder Gebäude reicht, 120 und nicht nur bis zur Vermittlungsstelle. Um VDSL betreiben zu können, muss also anders als bei ISDN, HDSL, ADSL in die Infrastruktur investiert werden. Eine mögliche Anwendung von VDSL ist HDTV, welches sehr grosse Bandbreiten benötigt. 5.2 Technische Komponenten VDSL VDSL-Systeme werden häufig in Bezug auf die Reichweite in Short Range, Middle Range und Long Range eingeteilt, wobei der grösste überbrückbare Abstand für eine VDSL- Verbindung bei m liegt Starr / Cioffi / Silverman, xdsl eine Einführung, S Ebd., S Mertz / Pollakowski, xdsl & Access Networks, S Ebd., S Ebd., S.189.

45 Seite 45 von 65 Abbildung 18: VDSL Referenzarchitektur 122 Um über dieselbe Leitung auch POTS/ISDN nutzen zu können, wird ein Splitter benötigt. Die VTU-R wird beim Kunden benötigt, die VTU-ONU dagegen überführt die Signale ins Glasfasernetz. An die VTU-R können Settop-Boxen und/oder PCs angeschlossen werden, wobei eine mögliche VDSL-Anwendung HDTV sein könnte, da es sehr viel Bandbreite benötigt. 5.3 Frequenzbereiche VDSL VDSL nutzt den Frequenzbereich von 300 khz bis 30 MHz. 123 Es liegen im Frequenzbereich mögliche Überschneidungen mit ADSL, sowie mit PmxA vor. Weitere Überschneidungen liegen in Bezug auf LW, MW und KW Geräte vor, sowie CB Handgeräte und Stationen. 124 Die elektromagnetische Verträglichkeit ist also eines der bedeutendsten Themen bei der Standardisierung von VDSL. 125 Besonders kritisch für VDSL ist die unmittelbare Nähe von Kurzwellenamateurfunkersendeanlagen Ebd., S Ebd., S Ebd., S Ebd., S Ebd., S.215.

46 Seite 46 von Übertragungsprofile VDSL VDSL-Übertragungsprofile spezifizieren VDSL-Systeme hinsichtlich der Übertragungskapazität, der Frequenzallokation, des Leistungsdichtespektrums und der Einsatzcharakteristik. 127 VDSL-Profile werden durch einen 8-stelligen Profilcode eindeutig gekennzeichnet. Dabei wird folgendes Schema verwendet. 128 [XY - X1 X2 X3 X4 X5 X6] X:Profiltyp, A=asymmetrisch, S=symmetrisch Y:Profilnummer, Europa 1, 2, 3, 4, 5; Nordamerika: S(Short Range), M(Medium R.), L(Long R.) X1:Subprofilnummer, 0:Basisprofil mit maximaler Bitrate, 1, 2, 3 reduzierte Bitraten X2:Frequenzallokationsschema 0: Nutzung der Träger 1DS, 1US, 2DS, 2US 1: Nutzung der Träger 1DS, 1US, 2DS 2: Nutzung der Träger 1US, 2DS, 2US 3: Nutzung der Träger 1DS, 1US 4: Nutzung der Träger 1US, 2DS X3: Filtermaske N:Filtermaske genutzt, O: Filtermaske nicht genutzt, x: Nutzung wird dem Network Operator überlassen X4: ADSL-Koexistenz A: Koexistenz mit ADSL in demselben Bündel N: not A X5: Einsatzszenario: E: Einsatz für FFTTEx, C: Einsatz für FFTCab G: Einsatz E + C X6: spektrale Kompatibilität der Systeme untereinander: A,B,C,...AB,AC,...ABC, Übertragungsverfahren VDSL Als Leitungscode sind DMT, QAM und CAP vorgesehen, zur Übertragungssicherung sollen Scrambling, Reed-Solomon-Codierung und Interleaving eingesetzt werden. 129 (vgl. ADSL) Für VDSL liegen symmetrische und asymmetrische Übertragungsprofile vor. 127 Ebd., S Ebd., S.216f. Folgende Standardprofile wurden für Europa definiert: A1-03xAG-E, A2-03xAG-E, A3-03xAG-E, A4-01xOAG-E, S1-03xAG-A, S2-03xAG-A, S3-03xAC-A, S3-01xAE-A, S3-01xOAG-A, S4-01xOAG-A, S5-00xOAG-A. 129 Ebd., S.197.

47 Seite 47 von 65 6 DSL Marktanalyse 6.1 Einleitung In der folgenden DSL Marktanalyse, die sich nur auf Sekundärquellen bezieht, liegt der Schwerpunkt auf ISDN und xdsl. Die derzeitige Verbreitung, wie auch die zukünftige Marktentwicklung sollen zur Sprache kommen. In Bezug auf den deutschen Markt werden auch wichtige Anbieter und relevante Kostenmodelle, sowie Aspekte von DSL-Flatrates diskutiert. Auf HDSL und VDSL wird nicht gesondert eingegangen. Zunächst soll jedoch der Telekommunikationsmarkt in einen gesamtwirtschaftlichen Kontext gestellt werden. 6.2 IuK-Markt Durchschnittlich fallen 39 % der IuK-Ausgaben in der OECD in den Bereich der Telekommunikation. 130 In den einzelnen OECD-Ländern ist der Anteil der Telekommunikationsausgaben folgendermassen: Abbildung 19: Verhältnis IuK/BSP in OECD Ländern OECD Information Technology Outlook, 2002, S.6.

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