Asynchronous Digital Subscriber Line. Übertragungstechnik Schnittstellen und Protokolle Einsatzgebiete

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1 Asynchronous Digital Subscriber Line Übertragungstechnik Schnittstellen und Protokolle Einsatzgebiete

2 Wired Local Loop Besteht aus einem verdrillten Adernpaar. Einsatzmöglichkeiten: Analog Subscriber Line ASL Analoge Sprach- und Datenübertragung im Sprachfrequenzband Digital Subscriber Line DSL Digitale Sprach- und Datenübertragung bis zu mehreren Mbit/s POEL 2007 ADSL 2

3 Prinzip des ADSL Die technisch sinnvoll nutzbare Bandbreite der Kupfer-Anschlussleitung wird in drei Kanäle aufgeteilt: ein Kanal für Telefondienst (POTS/ISDN) ein Kanal für Upstream-Daten (Anwender zum Provider) ein Kanal für Downstream-Daten (Provider zum Anwender) POEL 2007 ADSL 3

4 ADSL-Kanalstruktur bei POTS Spektrum upstream 26 Träger downstream 230 Träger POTS - Telefon Tln zur VSt 9, kbit/s VSt zum Teilnehmer kbit/s Frequenz (khz) POEL 2007 ADSL 4

5 ADSL-Systemstruktur Systemstruktur POEL 2007 ADSL 5

6 ADSL und ISDN Spektrum upstream 32 Träger downstream 192 Träger ISDN - Telefon Tln zur VSt 9, kbit/s VSt zum Teilnehmer kbit/s Frequenz (khz) POEL 2007 ADSL 6

7 Richtungstrennung Frequency Division Multiplexing FDM Upstreamkanäle: 1 26, Downstreamkanäle gesamter Frequenzbereich auf 1 MHz beschränkt Echo Compensation EC Upstream- und Downstreamkanal überlappen einander dadurch höhere Downstream-Kapazität POEL 2007 ADSL 7

8 POTS mit FDM-Betrieb P 256 Kanäle zu je 4,3125 khz POTS 4,3125 khz QAM-moduliert f 0, khz Upstream Downstream POEL 2007 ADSL 8

9 POTS mit Echokompensation P 256 Kanäle zu je 4,3125 khz POTS 4,3125 khz QAM-moduliert f 0, khz Upstream & Downstream Downstream POEL 2007 ADSL 9

10 Modulationsverfahren QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Hier werden die Signale in einen höheren Frequenzbereich versetzt. CAP (Carrierless Amplitude/Phase Modulation): Grundlage von CAP ist eine trägerlose Amplituden-/Phasenmodulation. DMT (Discrete Multi-Tone Modulation): Die übermittelten Daten verteilen sich auf eine Vielzahl von Trägern, die alle eine Form der Quadrature Amplitude Modulation (QAM) einsetzen. DMT basiert auf der Discrete-Fast- Fourier- Transformation. POEL 2007 ADSL 10

11 Discrete Multi-Tone Modulation P f khz POEL 2007 ADSL 11

12 DMT ADSL Bit-Zuteilung Signal-Rausch- Abstand SNR Bandbreiten Effizienz Bits/s pro Hertz Frequenz Kanal als Beispiel angenommener Verlauf des Signal-Rausch- Abstandes eines Übertragungskanals in Abhängigkeit von der Frequenz POEL 2007 ADSL 12

13 Quadratur-Amplitudenmodulation I - Kanal variabler Phasenschieber 0 O / 180 O 0 O + Trägerfrequenz Phasenschieber Daten Serien- modulierte Parallel- Wandler Trägerfrequenz 90 O + Q - Kanal variabler Phasenschieber 0 O / 180 O POEL 2007 ADSL 13

14 Verbindungsaufnahme Die vielfältigen Möglichkeiten der Einstellung eines ADSL-Übertragungssystemes bedingen während des Verbindungsaufbaus den Austausch eines komplexen Protokolls, in welchem sich Vermittlungsstelle und ADSL- Modem gegenseitige ihre Konfiguration mitteilen. Dieser Protokollablauf ist erforderlich zum Auffinden nicht benützbarer Kanäle (Signal/Rausch-Abstand zu gering) und zum Bestimmen der kanalindividuellen Bitrate (bits/symbol) POEL 2007 ADSL 14

15 Bit Swapping Leitungsparameter und Störeinflüsse können sich auch während einer bestehenden Datenübertragung verändern. Aus diesem Grund werden die Signal- Rauschabstände aller Unterträger alle in regelmäßigen Zeitabständen neu ermittelt. Sollten sich Änderungen ergeben, so wird die Anzahl der bits/symbol in schwächer gewordenen Unterträgern verringert und in besseren entsprechend erhöht. POEL 2007 ADSL 15

16 Parity Check und Cyclic Redundancy Check Im ersten Schritt kommt neben einer einfachen Paritätskontrolle ein CRC-Verfahren zum Einsatz. Ein Datenwort wird durch ein vorher festgelegtes Polynom geteilt, wodurch sich ein Quotient und ein Rest ergeben. Der Rest wird an das Datenwort angehängt und übertragen. Der Empfänger führt die gleiche Operation durch und vergleicht den von ihm ermittelten Rest mit dem empfangenen. Sollten die Ergebnisse nicht übereinstimmen, wird eine Fehlermeldung erzeugt. POEL 2007 ADSL 16

17 Forward Error Correction Im nächsten Schritt schließt sich die vorwärtsgerichtete Fehlerkorrektur (Reed- Solomon-Code) an. Durch FEC können nicht nur Impulsstörungen, sondern auch Hintergrundrauschen und Nebensprechen kompensiert werden, wobei durch das Einfügen von Redundanzen ein erhöhter Bandbreitenbedarf entsteht. Da ADSL nicht streng bandbreitenlimitiert ist, stellt dies kein wesentliches Problem dar. POEL 2007 ADSL 17

18 Verschachtelung - Interleaving Der Teil der Daten, für den ein zusätzlicher Schutz vor Übertragungsfehlern vorgesehen ist, wird einer sogenannten Verschachtelung unterzogen. Dabei werden aufeinander folgende Bits eines Rahmens mit Bits aus zeitlich weiter entfernten Rahmen nach einem bestimmten Algorithmus vertauscht. Im Empfänger werden die Bits wieder in die richtige Reihenfolge gebracht. POEL 2007 ADSL 18

19 ADSL Referenzsystem POEL 2007 ADSL 19

20 ADSL-Rahmenstruktur POEL 2007 ADSL 20

21 Rahmen für f r schnelle Daten POEL 2007 ADSL 21

22 Rahmen für f r verschachtelte Daten POEL 2007 ADSL 22

23 ADSL HW-Struktur ATM Backbone ISDN 155 Mbit/s ATM-F25,6 oder 10BaseT ATM ADSL Switch Line Teilnehmer- Termination Anschlussleitung Splitter Splitter Tln. VSt ADSL Modem ISDN NTBA POTS POEL 2007 ADSL 23

24 ATM25-Schnittstelle verdrillte Leitung LE Filter ATM 25 PHY Transceiver TC Transmission Convergence SAR Segmentation And Reassembly Takt-Rückgewinnung Leitungseinrichtung Teilnehmer- Endgeräte POEL 2007 ADSL 24

25 ATM über ADSL Ebene 7 Anwendung Anwendung Ebene 3 Vermittlung Vermittlung Ebene 2 (ATM) Sicherung Sicherung Sicherung Ebene 1 (ADSL) Physikalische Schicht Physikalische Schicht Physikalische Schicht Sender Netzknoten Empfänger POEL 2007 ADSL 25

26 ADSL-Einsatz im Zugangsnetz POEL 2007 ADSL 26

27 ADSL auf der Vermittlungsstellen-Seite POEL 2007 ADSL 27

28 ADSL - NT POEL 2007 ADSL 28