Internet-Zugangstechnologien mit dem Schwerpunkt xdsl

Transkript

1 Internet-Zugangstechnologien mit dem Schwerpunkt xdsl Dipl.-Ing. Dirk Henrici University of Kaiserslautern AG Integrated Communication Systems 1

2 Motivation Erfolg von Multimediasystemen bei Verbrauchern setzt für viele Dienste einen leistungsfähigen Internetanschluss in Haushalten voraus. daher: Stand Sept. 2004: 85 Millionen DSL-Anschlüsse weltweit mit Zuwachsraten von ca. 50 % pro Jahr 2

3 Motivation Rasanter Anstieg des Datenaufkommens: 1 Petabyte = 1024 Terabyte = 1024 x 1024 Gigabyte 3

4 Historie Entwicklung (Europa): 80er Jahre analoges Modem 90er Jahre ISDN 200x bald auch: künftig: xdsl (>160Kbit/s) Kabelmodem (Cable) Powerline Satellit WLAN (hot-spots), UMTS WiMAX Glasfaser in jeden Haushalt ( FTTH ) 4

5 Analog-Modem Geschichte: 110 baud, über Akustikkoppler Aktuelle Standards: V.34, V.90 (33.6 Kbit/s, 56 Kbit/s) Vorteil: Nutzt gleiches Netz und gleiche Frequenzbereiche wie Analogtelefonie. Nachteile: Neue Anwendungen erfordern höhere Datenraten; theoretisch mögliche Übertragungsraten fast erreicht. Nutzt verbindungsorientiertes Sprachnetz. 5

6 ISDN Datenraten: 64 Kbit/s pro B-Kanal; 128Kbit/s bei einfacher Kanalbündelung BRI: 144 Kbit/s; PRI: 2Mbit/s Vorteile: Nutzt gleiche Technologie wie ISDN-Telefonie Datenraten sind garantiert (unabhängig Auslastung, Leitungsqualität) Nachteile: Neue Anwendungen erfordern höhere Datenraten Nutzt verbindungsorientiertes Sprachnetz 6

7 xdsl Digital Subscriber Line Nutzung der vorhandenen Kupfer-Doppeladern zwischen Kunden und Vermittlungsstelle zur hochratigen Datenübertragung unter Nutzung von erweiterten Frequenzbereichen (d.h. >4kHz). Vorteil: Keine neue kostspielige Infrastruktur zum Kunden erforderlich. Nachteil: Vorhandene Kupferleitungen sind für Analogtelefonie im Frequenzbereich 300 Hz 3,4 khz ausgelegt. 7

8 xdsl Relevante Arten: DSL HDSL SDSL, SHDSL ADSL VDSL Digital Subscriber Line High data rate ~ Single line ~ heute: Symmetric ~ Asymmetric ~ Very high data rate ~ Verschiedene Standards bzgl. genutzter Frequenzbereiche 160 Kbit/s Kbit/s oder Kbit/s bis 2,3 Mbit/s bzgl. genutzter Modulationsverfahren bis 8 Mbit/s downstream bis 768 Kbit/s upstream bis 52 Mbit/s downstream bis 2,3 Mbit/s upstream ISDN; Sprach- und Datenübertragung T1- und E1-Dienst; Dienste mit symmetrischen Datenraten wie HDSL Internetzugriff, Video on Demand etc. wie ADSL, zusätzlich HDTV 8

9 xdsl 9

10 xdsl 10

11 xdsl Frequenzbereiche für POTS, ISDN, ADSL, VDSL: 11

12 xdsl Splitter: CPE Customer Premises Equipment NT Network Termination LT Line Termination HPF/LPF High/Low Pass Filter POTS PlainOld Telephone Service UNI User Network Interface 12

13 xdsl Kupferleitung ist kein ideales Medium Begrenzende Faktoren Dämpfung Nebensprechen, spektrale Kompatibilität Impulsstörungen Einstrahlungen u.a. 13

14 xdsl Begrenzende Faktoren: Dämpfung Die Dämpfung ist abhängig von Länge der Leitung Querschnitt Material Dielektrische Verluste (Isolation) Höherer Signal-Rausch-Abstand durch Erhöhung der Leistung ist nicht unbegrenzt möglich, da pro Teilnehmer verfügbare Leistung in der Vermittlungsstelle begrenzt ist und spektrale Kompatibilität gewahrt bleiben muss. 14

15 xdsl Begrenzende Faktoren: Nebensprechen Aderpaare liegen in Kabelbündeln, die Paare stören sich gegenseitig Man unterscheidet: Nah-Nebensprechen (NEXT) Fern-Nebensprechen (FEXT) 15

16 xdsl Begrenzende Faktoren: Impulsstörungen, Einstrahlungen Impulsstörungen durch kurzzeitige elektrische Impulse Daher sollten vermieden werden: schlecht abgeschirmte Kabel in der Hausinstallation Verlegung von Telefonkabeln neben Stromkabeln Einstrahlungen durch Funk-/Sendeanlagen Kritisch für ADSL: Amateurfunk, Kurzwellenrundfunk, Mittelwelle, Langwelle 16

17 ADSL Modulationsverfahren für ADSL: DMT (discrete multitone) In Deutschland: Verwendung von 224 einzelnen Kanälen 17

18 ADSL Modulationsverfahren für ADSL: DMT (discrete multitone) Je nach SNR werden über einen 4,3125kHz-Bereich keine oder 2-15 Bit/Hz in einer QAM-Konstellation übertragen. 18

19 ADSL ADSL in der Praxis: Dank dem Modulationsverfahren DMT und einem Reed-Solomon-Code zur Fehlerkorrektur wird die maximale Datenrate (8Mbit/768Kbit) auf Leitungslängen bis zu 2 km erreicht, geringere Raten bei bis zu 6 km. 19

20 ADSL ADSL in der Praxis: Angebote T-Com in Deutschland: anfangs: heute: T-DSL mit 768Kbit upstream und 128Kbit downstream (bzw. halbe Rate bei zu hoher Leitungslänge) T-DSL mit bis zu 3Mbit upstream und bis zu 512Kbit downstream Technisches Limit der ADSL-Spezifikation also noch nicht erreicht. 20

21 VDSL Durchsatzbis 52 Mbit/s downstream, bis 2,3 Mbit/s upstream Leitungslänge dazu auf 300m -1,5km begrenzt Ł Glasfaser bis zum Verzweiger erforderlich ( FTTN fiber-to-the-neighbourhood) Höhere Datenraten bis in den Gigabit-Bereich sind im Gespräch 21

22 xdsl -Quellen The DSL Sourcebook ( The comprehensive resource on DSL technology Network World, , Seite 73ff: Die xdsl-technologie dominiert den Breitbandzugang (Gerhard Kafka) Analog Devices: Whitepapers ( whitepaper_html/) ETSI: Tutorial on xdsl technologies ( ADSL-Forum ( General Introduction to Copper Access Technologies Technical Frequently Asked Questions Orckit Communications: DSL Knowledge Center ( Elektor 10/1999, Seite 28ff: ADSL High-Speed-Internetzugang (Gregor Kleine) Technologie-Training XDSL (nicht öffentlich) ( 22

23 Cable Internetzugang über Kabelnetze (Koaxialkabel) Datenraten: 56Mbit downstream, 31Mbit upstream (EuroDOCSIS), geteilt mit anderen Nutzern Vorteile: Verwendung bestehenden Netzes mit guter Abschirmung Hohe Datenraten möglich Mit Zusatzgerät Internetnutzung über Fernseher (Verkabelung besteht) Nachteile: Netz muss rückkanalfähig gemacht werden Ł beträchtliche Investitionen nötig 23

24 PowerLine Internetzugang über Stromnetze Datenraten: abhängig von Leitungslänge und Störgrößen, geteilt mit anderen Nutzern Vorteile: Stromnetz quasi überall vorhanden Nachteile: Netz muss ausgebaut werden werden Ł beträchtliche Investitionen nötig Netz ist nicht für Datenübertragung ausgelegt (keine Abschirmung, viele Verzweigungen) Ł Störgrößen, insbesondere bei hohen Datenraten, sehr schwer in den Griff zu bekommen 24

25 Internetzugang über Satellit Im Regelfall nur Download-Richtung, upload über Modem/ISDN (sonst sehr teuer) 1 Die Anfrage des Kunden läuft übers Telefonnetz und einen Internet-Serviceprovider 2 Der Diensteanbieter erhält die Anfrage über das Internet und lädt die gewünschten Daten 3 Der Diensteanbieter schickt die Daten zum Satelliten 4 Der Satellit strahlt die Daten aus 5 Die Sat-Schüssel empfängt alle Daten. Die Sat-Empfangskarte filtert die für den Kunden bestimmten Daten heraus 25

26 Internetzugang über Satellit Datenraten: Downstream etwa 4Mbit/s, geteilt mit anderen Nutzern Vorteile: Keine Beschränkung von Kabellängen Ł auch in abgelegenen Gegenden nutzbar Nachteile: Regulärer (langsamer...) Internetzugang für Upstream erforderlich Ł Zusatzkosten; keine Serverdienste oder Videokonferenzen Hoher Delay Ł ungeeignet für VoIP oder interaktive Online-Spiele Skalierbarkeit begrenzt 26

27 WLAN Internetzugang über WLAN (IEEE b/g) Datenraten: 11Mbit/s bzw. 54Mbit/s (theoretisch), geteilt mit anderen Nutzern Vorteile: drahtlos Nachteile: nur an Hotspots verfügbar Reichweite begrenzt (50-300m) Abhörsicherheit 27

28 Mobilfunk Internetzugang über GPRS, UMTS etc. Datenraten: bis 2Mbit/s (theoretisch), geteilt mit anderen Nutzern Vorteile: drahtlos Mobilität, auch in Bewegung nutzbar (GSM bis 250km/h) relativ flächendeckend verfügbar Nachteile: Kosten Begrenzte Datenraten Skalierbarkeit begrenzt 28

29 WiMAX Internetzugang über WiMAX (IEEE ) z.zt. Hype-Technologie, von Intel massiv in Szene gesetzt Datenraten: bis 70 Mbit/s bei einer Reichweite bis 50km (alles theoretisch), geteilt mit anderen Nutzern Vorteile: drahtlos, großflächig Nachteile: noch nicht verfügbar Abhörsicherheit Skalierbarkeit begrenzt 29

30 Drahtloser Internetzugang Drahtloser Internetzugang im Allgemeinen: Vorteile: Mobilität Nachteile: Skalierbarkeit Ł Datenraten durch zur Verfügung stehende Frequenzbereiche begrenzt Technisch bei gleicher Datenrate weitaus anspruchsvoller als drahtgebundene Lösungen (Mehrwegeausbreitung, Dopplereffekt, Störsignale, Abschirmungen etc.) Abhörsicherheit Ł Drahtgebundene Zugangstechnologien werden nie komplett ersetzt werden. 30

31 Zukunft FTTC FTTB FTTH FTTO Glasfaser fiber-to-the-curb fiber-to-the-basement fiber-to-the-home fiber-to-the-office 31

32 32