xdsl: Eine Einführung

Thomas Starr John Cioffi Peter Silverman xdsl: Eine Einführung Erläutert ISDN, HDSL, ADSL und VDSL ADDISON-WESLEY An imprint of Pearson Education Deutschland GmbH München Boston San Francisco Harlow, England Don Mills, Ontario Sydney Mexico City Madrid Amsterdam

Inhaltsverzeichnis 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 2 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 DSL-Grundlagen DSL-Alternativen: Glasfaser, drahtlos und Koax Weltweite Umspannung Sprachbandmodems und DSL-Technologien Übertragungsmodi Richtung Taktgabe Kanäle Einzel- und Multipunkt-Topologien DSL-Fachbegriffe Übertragungsrate und Reichweite Nebensprechen Unterstützende und hindernde Kräfte Anwendungen Entwicklung der digitalen Übertragung DSL-Typen DSL-Designgrenze DSL-Vorläufer Basisanschluss-ISDN Basisanschluss-ISDN - Entwicklung Basisanschluss-ISDN - Fähigkeiten und Anwendungen Basisanschluss-ISDN - Übertragungstechnik Basisanschluss-ISDN - Reichweitenverlängerung DAML IDSL HDSL HDSL - Entwicklung HDSL - Fähigkeiten und Anwendungen HDSL - Übertragungstechnik HDSL - zweite Generation ADSL ADSL - Definition und Referenzmodell ADSL - Entwicklung ADSL - Fähigkeiten und Anwendungen ADSL - Übertragungstechnik ADSL - Zukunft 13 13 14 15 20 20 22 22 23 24 25 27 28 30 35 37 37 38 39 39 40 41 41 43 44 44 44 45 47 50 57 57 57 58 59 62

6 Inhaltsverzeichnis 2.6 VDSL 65 2.6.1 VDSL - Definition und Referenzmodell 66 2.6.2 VDSL - Entwicklung 67 2.6.3 VDSL - Fähigkeiten und Anwendungen 67 3 Twisted-Pair als Übertragungsmediuni 69 3.1 Twisted-Pair - Entwicklung 69 3.2 Telefonnetz und Ringleitungsinfrastruktur 69 3.2.1 Zuleitungsinfrastruktur 70 3.2.2 Digitaler Schleifenträger (DLC) 71 3.2.3 Verteilerinfrastruktur 72 3.2.4 Wire Gauge (AWG) 73 3.2.5 Überbrückte Abgriff stellen 73 3.2.6 Pupinisierte Ringleitungen 75 3.2.7 Verteilung der Ringleitungslänge 75 3.2.8 Konfiguration der Kundenanlagen 76 3.3 Leitungsversorgung 79 3.3.1 Aktivierung/Deaktivierung 80 3.4 Netzstrom 80 3.5 Charakterisierung der Übertragungsleitung 80 3.5.1»ABCD«-Modellierung 81 3.5.2 RLCG-Charakterisierung der Übertragungsleitung 84 3.5.3 Charakterisierung des Abschnitts mit einer überbrückten Abgriffstelle 91 3.5.4 Ladungsspulen - Reiheninduktivität 92 3.5.5 Berechnung der Transferfunktion 92 3.5.6 Messungen zur Berechnung der RLCG-Parameter 95 3.5.7 Symmetrie - Metall-und Längsströme 103 3.6 Störungen 104 3.6.1 Nebensprechrauschen 104 3.6.2 Funkrauschen 111 3.6.3 Impulsgeräusch 114 3.7 Spektrale Kompatibilität 117 3.7.1 Interferenz zwischen DSLs und Multiplexern 118 3.7.2 Selbstinterferenz 120 3.7.3 Spektrale Leistungsdichte (PSD) von FEXT und NEXT 121 3.7.4 Emissionen von DSLs 126

Inhaltsverzeichnis 7 3.8 Weitere 2-Port-Netzwerke 126 3.8.1 Reziproke und verlustlose 2-Port-Schaltungen 126 3.8.2 Analoges Filterdesign und T(s) 128 3.8.3 Verlustlose Realisierung von H(s) 134 3.8.4 Frequenzskalierung, Größenskalierung und Frequenzumwandlungen 135 3.8.5 Aktive Filter 137 3.9 3-Port-Netzwerke für DSLs 140 3.9.1 POTS-Splitter 141 3.9.2 Hybridschaltungen 149 3.10 Literaturhinweise 151 4 Vergleich mit anderen Medien 153 4.1 Fiber-to-the-Home 153 4.2 Koax und Faser-Koax-Hybridlösungen. 154 4.3 Drahtlose Alternativen 156 4.4 Satellitendienste 157 4.5 Literaturhinweise 158 5 Duplexübertragungsverfahren 159 5.1 Vieradriger Duplexbetrieb 159 5.2 Echokompensation 160 5.2.1 Adaptive Echokompensation 162 5.3 Zeitmultiplexverfahren 162 5.4 Frequenzmultiplexverfahren 164 5.5 Literaturhinweise 165 6 Grundlegende digitale Übertragungsmethoden 167 6.1 Modulation / Demodulation - Grundlagen 167 6.1.1 Kanal mit additivem weißem Gauß'schem Rauschen 170 6.1.2 Grenzwert, Signal-Rausch-Abstand und Kapazität 174 6.2 Basisbandcodes 175 6.2.1 2B1Q-Leitungscode (ISDN und HDSL).. 175 6.2.2 Pulsamplitudenmodulation 179 6.2.3 Binärübertragung mit Gleichstromkerben 181 6.2.4 4B3T-Leitungscode, 186 6.2.5 4B5B-Modulation 190 6.2.6 Aufeinander folgende Übertragung 192

8 Inhaltsverzeichnis 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 6.4 7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8 7.2.9 7.2.10 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.4 7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4 7.4.5 7.4.6 7.4.7 7.5 Passbandcodes Quadraturamplitudenmodulation Trägerlose Amplituden-/Phasenmodulation Weitere Quadraturmodulationsmethoden Konstellationen für QAM/CAP und Vergleich mit VSB Komplexe Basisband-Entsprechungen Literaturhin wei se Intersymbol-Interferenz, Entzerrung und DMT Intersymbol-Interferenz ISI quantifizieren Entzerrung Sendeentzerrung Teilreaktionserkennung Maximale Erkennungswahrscheinlichkeit (Viterbi-Algorithmus) Mehrkanal-Leitungscodes Kapazität des AWGN-Kanals Einfache Mehrkanalübertragung Bespulungsalgorithmen Kanalaufteilung Entzerrung für die Aufteilung mehrerer Kanäle ADSL T1.413 DMT Clipping und Skalierung (Spitzen/Durchschnittsaspekte) Fast-Fourier-Transformationen für DMT Multiplexmethoden für die Mehrträgerübertragung Unterdrückung von Schmalbandrauschen Trellis-Kodierung Konstellationsaufteilung und -erweiterung Weitere häufig benutzte Codes Turbo-Codes Fehlerkontrolle Einfache Fehlerkontrolle Reed-Solomon-Codes Interleaving-Methoden Verkettungs- und Mehrschichtkodierung Der ADSL-Sonderfall Zyklische Redundanzprüfung (CRC) Scrambler Literaturhinweise 193 193 195 196 197 199 202 203 203 203 206 216 220 222 226 226 227 229 239 251 257 259 266 271 275 280 280 286 287 288 290 295 298 301 302 306 310 313

Inhaltsverzeichnis 9 8 Initialisierung, Taktgabe und Leistung 321 8.1 Initialisierungsmethoden 321 8.1.1 Aktivierung 321 8.1.2 Verstärkungsinitialisierung 323 8.1.3 Synchronisation (Takt, Rahmen) 327 8.1.4 Identifizierung des ersten Kanals 328 8.1.5 Kanalentzerrung 335 8.1.6 Identifizierung des Sekundärkanals 339 8.2 Anpassung von Sender und Empfänger 339 8.2.1 Aktualisierung der Empfängerentzerrung 340 8.2.2 Berichtigung des Senders 344 8.3 Leistungsmessung 351 8.3.1 Prüfschleifen und Rauscherzeugung 351 8.3.2 Messung der Leistung 360 8.4 Methoden zur Taktwiederherstellung 364 8.4.1 Grundlegende PLL-Operation 365 8.4.2 Taktwiederherstellung mit offener Schleife 369 8.4.3 Entscheidungsgerichtete Taktwiederherstellung 373 8.4.4 Zeiger- und Einfügen/Löschen-Mechanismen 374 8.4.5 Rahmensynchronisation 376 8.4.6 Zeitunabhängige VCO-Implementierung 378 8.5 Literaturhinweise 381 9 Netzverwaltung 385 9.1 OAM&P-Merkmale 388 9.2 Qualifizierung der Ringleitung 390 10 DSL und das ISO-Referenzmodell 393 10.1 Das ISO-Modell 393 10.2 Theorie und Praxis 395 10.3 Das TCP/IP-Schichtenmodell 395 10.4 ATM im siebenschichtigen Modell 396 10.4.1 Funktionen der Bitübertragungsschicht 396 10.4.2 Funktionen der Schichten ab der Sicherungsschicht 397 11 ADSL: die Bitpumpe 399 11.1 Das ADSL-Referenzmodell 400 11.2 Das ATU-C-Referenzmodell 401 11.3 Das ATU-R-Referenzmodell 402 11.4 Konfigurationen für die ATM-Unterstützung 403

10 Inhaltsverzeichnis 11.5 Rahmung 405 11.5.1 Struktur des Superrahmens 405 11.5.2 Struktur des schnellen Datenpuffers 406 11.5.3 Struktur des Interleave-Datenpuffers 407 11.6 Betrieb und Wartung 407 11.7 Initialisierung 409 11.8 Literaturhinweise 410 12 ATM-Übertragungskonvergenz unter ADSL 411 12.1 Funktionen der ATM-Übertragungskonvergenz 411 12.2 Übertragungskonvergenz in der ADSL-Umgebung 412 12.3 Literaturhinweise 413 13 Rahmenbasierte Protokolle unter ADSL 415 13.1 PPP in rahmenbasierter ADSL-Umgebung 415 13.1.1 RFC 1662 - PPP im HDLC-ähnlichen Rahmen 415 13.1.2 RFC 1661-Punkt-zu-Punkt-Protokoll 417 13.2 FUNI unter ADSL. 418 13.2.1 Struktur des FUNI-Rahmens 419 13.2.2 Kapselung 419 13.3 Literaturhinweise 420 14 ADSL und Ende-zu-Ende-Systeme 421 14.1 Übersicht über eine allgemeine DSL-Architektur 424 14.1.1 Die Kundeneinrichtung 424 14.1.2 Die DSL-Ringleitung 425 14.1.3 DSL-Abschluss am Betreiber- oder entfernten Standort 425 14.1.4 Back-End-Datennetzwerk des Betreibers 426 14.1.5 Schnittstelle zum Service-Provider-Netzwerk 428 14.2 Potentielle ADSL-Dienste und Anforderungen 429 14.3 ADSL-Architekturen für verschiedene Geschäftsmodelle 432 14.4 Einige ADSL-Architekturen 433 14.4.1 Paketbasierte Architektur für kleine Installationen 433 14.4.2 ATM-Anschlussnetzwerke 435 14.4.3 RFC 1483 437 14.4.4 PPP über ATM 439 14.4.5 Tunnel-Gateway-Architektur 440 14.4.6 PPP-abgeschlossene Aggregation, 440 14.5 Literaturhinweise 441

Inhaltsverzeichnis 11 15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 Netzarchitektur und Regulierung Privatleitung Leitungsvermittlung Paketvermittlung ATM Remote Terminal Datenanschluss über unabhängige Netzbetreiber Regulierung 443 443 443 444 445 446 446 448 16 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 16.10 16.11 16.11.1 16.11.2 16.11.3 A B C Standards ITU Tl-Ausschuss ETSI ADSL-Forum ATM-Forum DAVIC IETF EIA/TIA IEEE Der Wert von Standards und die Beteiligung an ihrer Entwicklung Standardisierungsverfahren Wann soll ein Standard entwickelt werden? Wird ein Standard gebraucht? Standard oder Standards? Glossar Ausgewählte Standards und Spezifikationen Inhalt der Buch-CD Stichwortverzeichnis 451 451 454 455 457 457 458 458 459 459 460 462 463 464 465 467 477 481 499