VDSL2 und Vectoring von KEYMILE Höchste Performance von VDSL2-Anschlüssen

VDSL2 und Vectoring von KEYMILE Höchste Performance von VDSL2-Anschlüssen Die Vectoring-Lösung von MileGate bietet: System-Level-Vectoring mit bis zu 92 Übertragungsstrecken Bis zu 960 mit Vectoring erweiterte VDSL2-Schnittstellen pro Subrack Echtzeitkorrektur der Sende- und Empfangssignale Optimierte Lösungen für unterschiedliche Einbringungsszenarien 02.07.203 KEYMILE 203

Vectoring für höchste Datenraten mit VDSL2 Vectoring Mehr Performance für die Kupferleitung DSL-Übertragung und Übersprechen Diese Application Note beschreibt die in der ITU-T G.993.5 standardisierte Vectoring-Funktionalität, ihre Ziele sowie Vor- und Nachteile. Zusätzlich werden die beiden unterschiedlichen Lösungen von KEYMILE vorgestellt. Die DSL-Technik unterliegt auch heute noch, fast 20 Jahre nach ihrer Taufe, einer ständigen Weiterentwicklung. Die Datenraten für den Up- und Downstream weisen ein stetiges Wachstum auf, ebenso steigt auch die Anzahl der Anschlüsse weltweit. Mit steigender Zahl der Dienste, die über das Internet angeboten werden, geht auch der Wunsch nach einer Erhöhung der Bitraten einher. Mit steigenden Datenraten verringert sich aber prinzipbedingt die maximale Reichweite der DSL-Übertragungsstrecke. Der gegenwärtige Stand der Technik ist VDSL2, das von vielen Netzbetreibern angeboten wird. Die aktuellen VDSL2-Übertragungssysteme erreichen im realen Betrieb Datenraten von etwa 60 Mbit/s im Downstream und rund 25 Mbit/s im Upstream bei 500 m TAL-Länge bei Nutzung einer Kupfer-Doppelader. Diese optimale Leistung ist jedoch von vielen Faktoren abhängig. Dabei stellen die Länge der TAL und das sogenannte Übersprechen (engl. Crosstalk) die maßgeblichen Einflussgrößen dar, sodass die höher liegenden theoretischen Werte in der Praxis eigentlich nie erreicht werden. Eine Lösung um über die VDSL2-Leitung noch höhere Down- bzw. Upstreamraten anzubieten, ist das Vectoring. Bei der breiten Einführung des Internet ließ sich durch die Nutzung der vorhandenen Telefoninfrastruktur viel gewinnen. Die kostengünstige Verfügbarkeit von Signalprozessoren erlaubte den Rückgriff auf die alte Idee, die Kupferdoppelader zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen einzusetzen - diesmal zur bidirektionalen Übertragung von hochfrequent modulierten digitalen Daten. Die Datenübertragung auf Kupferleitungen wird jedoch durch verschiedenste Faktoren beeinflusst. Dies geschieht zum einen durch Phänomene, die durch die immer höheren Frequenzen im Leiter erzeugt werden. Im Lauf der Zeit wurde die für die Übertragung verwendete Frequenz immer weiter erhöht, da mit steigender Frequenz mehr Daten übertragen werden können. ADSL arbeitete mit einer Frequenz mit bis zu, MHz, ADSL2plus mit bis zu 2,2 MHz und schließlich VDSL2 mit bis zu 30 MHz. BANDBREITE nahezu optimale VDSL2-Leistung durch Vectoring reduzierte VDSL2-Leistung durch Übersprechen DISTANZ Bild : VDSL2-Leitungsunterschiede optimale VDSL2-Leistung Aber auch andere allgemein geltende physikalische Zusammenhänge wie der Ohm sche Widerstand der Übertragungsstrecke oder Stoßstellen (z.b. in Patchfeldern) haben Einfluss auf die Übertragungsqualität. Ein weiterer Faktor, der die Datenübertragung in einem 02.07.203 KEYMILE 203 Seite 2

Kupferdraht zusätzlich stört, ist das Übersprechen. Dieses Übersprechen wird umso störender, desto mehr Signale im gleichen Kabel übertragen werden, die den gleichen Frequenzbereich verwenden, wie es bei einem VDSL2-Massenrollout der Fall ist. In Abhängigkeit von der Netzstruktur werden eine Vielzahl von Anschlussleitungen in einem Kabel zu den Endkunden geführt. In diesem Kabel kommt es zu dem Übersprechen der Signale zwischen den einzelnen Teilnehmeranschlussleitungen. Wird ein Signal über einen elektrischen Leiter übertragen, so ist er von einem elektromagnetischen Feld umgeben. Dieses Feld induziert in anderen Leitern, die sich in der unmittelbaren Umgebung befinden, Spannungen und Ströme. Je höher die Frequenz, umso größer ist der elektromagnetische Einfluss und umso größer sind die Verluste bei den Datenraten. Unterscheiden lassen sich zwei Arten des Übersprechens: Near End Crosstalk (NEXT) bzw. Nahnebensprechen: Übersprechen eines Senders an Lokation A zu einem Empfänger an Lokation A (z. B in der Vermittlungsstelle). Dieses Übersprechen ist stark frequenz-, aber nahezu längenunabhängig. Far End Crosstalk () bzw. Fernnebensprechen: Übersprechen eines Senders an Lokation A (CO) zu einem Empfänger an Lokation B ( - Customer Premises Equipment das Teilnehmer-Endgerät beim Kunden). Dieses Übersprechen ist frequenzund längenabhängig. CO Kabelbündel Bild 2: Fernnebensprechen (far end crosstalk, ) Um eine möglichst hohe Übertragungsrate zu erreichen, müssen alle Arten von Übersprechen vermieden oder mindestens reduziert werden. Die Vectoring-Lösungen von KEYMILE kompensieren das -Übersprechen als begrenzenden Faktor bei VDSL2-Diensten. Die erzielbaren Datenraten werden erhöht und die Varianz innerhalb eines Kabels wird verringert (im Vergleich zur Single Line Performance, also der Datenrate einer einzelnen VDSL2-Übertragungsstrecke). Vectoring kompensiert das Übersprechen In der ITU wurde der G.993.5 Standard als eine Dynamic Spectrum Management Level 3-Technik (DSM Level 3) verabschiedet, die die Signalstärke über mehrere Leitungen in Echtzeit unter Übersprechen optimiert und dieses kompensiert. Der Standard sieht vor, dass die DSLAMs und die DSL-Modems (s) auf der Kundenseite eng miteinander zusammenarbeiten, um die Übertragungseigenschaften dynamisch zu verbessern. Dabei generiert eine zentrale Vectoring-Einheit in definierten Zeitabständen Testsignale, die die VDSL2-Schnittstelle an jedes angeschlossene sendet. Das sendet wiederum auf Anforderung an die Vectoring-Einheit sogenannte Clip Error Samples zurück. In diesen steht, was das empfangen hat. Die Vectoring-Einheit kann mit dem Testsignal und den Clip Error Samples berechnen, ob und wenn ja welche und wie stark die Testsignale von anderen Übertragungsstrecken im gleichen Kabel ebenfalls von dem empfangen werden. Dadurch kann die Vectoring-Einheit ein Kompensationssignal für diese Strecke errechnen. 02.07.203 KEYMILE 203 Seite 3

Einspeisung Testsignal (zeitversetzte Pulse je Ader) Kupferadern Kabelbündel Messung Testsignal (Identifikation des ) 2 3 2 3 92 92 2 3 92 (Übersprechen) 2 3 92 Bild 3: Schematische Prinzipdarstellung: Identifikation der Störsignale in einem Leitungsbündel durch ein Testsignal Im DSLAM werden automatisch alle Tests durchgeführt, die Werte des Übersprechens erfasst und in einer Datenbank gespeichert um die vor dem Senden zu kompensieren. Die Vorteile von Vectoring kommen am stärksten zum Tragen, wenn alle Leitungen im Kabelbündel berücksichtigt werden (d.h. auf Systemebene). KEYMILE bietet in der Multi- Service-Zugangsplattform MileGate unterschiedliche Lösungen an, die diese Anforderung erfüllen. KEYMILEs dedizierte Vectoring-Lösung MileGate VECT zusammen mit den VDSL2 Line-Cards SUV und SUVM6 sowie die integrierte Lösung MileGate SUV3 unterstützen System Level Vectoring. Somit können Netzbetreiber die Vectoring-Funktionalität über mehrere Line-Cards hinweg bis zu einer Vectoring-Gruppengröße von bis zu 92 Leitungen zur Verfügung stellen. Dank der Full-Cancellation Unterstützung, werden alle -Störer innerhalb des Kabels kompensiert. Damit bietet KEYMILE eine höchst skalierbare und leistungsfähige Lösung um die Leistung der Kupfer-Leitung zu optimieren. Vorteile von Vectoring VDSL2-Datenraten erreichen in Massenrollouts nahezu Single-Line-Performance Varianz der Datenraten in einem Kabelbündel wird vermindert Nachteile von Vectoring Nicht herstellerunabhängig, pro Standort nur ein DSLAM-Hersteller möglich Entbündelung nur mit L2-Bitstreamzugang möglich mit System-Level-Vectoring Leitungssignal Störsignal (identifiziert) gestörtes Leitungssignal Kompensationssignal (invertiertes Störsignal) Leitungssignal (entstört) - - - - - Bild 4: Schematische Prinzipdarstellung: Kompensation des gestörten Leitungssignals mit einem invertierten Störsignals 02.07.203 KEYMILE 203 Seite 4

Vectoring und die VDSL2- Modems Das VDSL2-Modem ist das Endgerät ( = Customer Premises Equipment) auf der Teilnehmerseite beim Kunden und somit der Endpunkt der VDSL2-Übertragungsstrecke. Das bildet den Netzabschluss. Die s haben einen Einfluss auf das Ergebnis des Vectoring- Prozesses, da sie die Testsignale an den DSLAM zurückübermitteln müssen. Dazu sind in der ITU-T G.993.5 Funktionen spezifiziert, die das Modem für eine optimale Vectoring- Leistung unterstützen muss. Je nach Funktionsumfang des s fällt der Performance-Gewinn mit Vectoring unterschiedlich groß aus. Dabei werden vier - Typen unterschieden. Das Standard-Modem ohne Vectoring- Fähigkeiten ermöglicht keine Vorteile auf der eigenen Übertragungstrecke und stört das VDSL2-Vectoring-Verfahren benachbarter Leitungen. Das vectoring-friendly nach dem G993.2 Annex-X-Standard: Die Verwendung dieses VDSL2-Modem führt zu keinen Verbesserungen auf der eigenen Übertragungsstrecke, stört aber benachbarte Leitungen nicht, sodass auf diesen Vectoring verwendet werden kann. Das full vectoring-friendly nach dem G993.2 Annex-Y-Standard: Die Verwendung dieses VDSL2-Modems führt zur Verbesserungen auf der eigenen Übertragungsstrecke in Upstream-Richtung und stört benachbarte Leitungen nicht. Im eigenen Downstream werden aber keine Verbesserungen erzielt. Das vectoring-fähige nach G.993.5- Standard: Dieses unterstützt den Vectoring- Prozess vollständig. Damit kann sowohl auf der eigenen Übertragungsstrecke als auch auf den benachbarten Leitungen sowohl in Downstream- als auch in Upstream- Richtung vollständig kompensiert werden. Um die beste Performance in einer Vectoring- Gruppe zu erreichen, erkennt MileGates Vectoring-Einheit automatisch die angeschlossenen s. Je nach Fähigkeiten des s werden unterschiedliche Parameter verwendet, um ein optimales Ergebnis des Vectoring-Prozesses zu erreichen. Ist ein nicht VDSL2- fähig oder Vectoring-friendly, so kann die Vectoring-Einheit den betroffenen VDSL2-Port in einen Fallback-Modus nach ADSL/ADSL2/ ADSL2plus schalten. Dank des Rückkanalbetriebs, kann die Vectoring-Einheit die Meldungen des s verarbeiten. Somit können die Vectoring-Parameter dynamisch an die sich kontinuierlich ändernden Bedingungen im Kabel angepasst werden. Standard Betrieb -Einfluss auf benachbarte Leitungen mit Vectoring -Einfluss auf die eigenen Übertragungsstrecke Upstream Downstream Upstream Downstream G.993.2 VDSL2 traditionell G.993.2 Annex-X Vectoringfriendly G.993.2 Annex-Y Vollständig vectoring-friendly G.993.5 Mit Vectoring 02.07.203 KEYMILE 203 Seite 5

PC V+ P Application Note Lösungen von KEYMILE Dedizierte Lösung GbE 0 GbE MileGate Subrack V V D V D S V S L V E D C L 2 D S T 2 S L L 2 2 VDSL2 mit Vectoring Splitter POTS/ ISDN VDSL Modem Bild 5: MileGate SUVM6/SUV/VECT (von links nach rechts) KEYMILEs dedizierte Lösung ist ideal für Netzbetreiber, die installierte VDSL2-Baugruppen mit Vectoring nachrüsten wollen. So können sie erst VDSL2 anbieten und dieses zu einem späteren Zeitpunkt mit Vectoring erweitern (zweistufige Einbringung). Diese Lösung besteht aus der Vectoring-Controller-Karte VECT und den MileGate VDSL2 Line-Cards SUV (VDSL2 über analoge Telefonie) und SUVM6 (VDSL über ISDN). Mit der Vectoring-Controller-Karte VECT können bis zu vier 48-Port-VDSL2-Karten verbunden werden, sodass 92 VDSL2-Ports in den Vectoring-Prozess eingebunden sind. Die VECT generiert die Testsignale und übermittelt diese an die angeschlossenen VDSL2-Baugruppen. Die von den s zurückgesendeten Signale werden auf ihr ausgewertet und damit die Kompensationssignale erzeugt, die ebenfalls an die VDSL2- Baugruppen übermittelt werden. Diese korrigieren damit vor dem Senden das Signal jedes einzelnen VDSL2-Ports. Internet V P+ IP-Telefonie IP-Fernsehen Bild 6: MileGate VECT in Verbindung mit vier VDSL2-Line- Cards Mit einem Subrack MileGate 25x0 können somit bis zu 768 VDSL2-Schnittstellen bereitgestellt werden, die in den System-Level-Vectoring-Prozess integriert sind. Der Datenaustausch zur Echtzeitkorrektur der Sende- und Empfangssignale zwischen VECT und jeder VDSL2-Karte wird über eine Frontverkabelung realisiert. Die VECT kann auch mit bereits installierten SUV/SUVM6-Line-Cards verwendet werden. 02.07.203 KEYMILE 203 Seite 6

PC V+ P Application Note Integrierte Lösung GbE 0 GbE MileGate Subrack S S U U V V 3 3 2 VDSL2 mit Vectoring Splitter POTS VDSL Modem Internet V P+ IP-Telefonie IP-Fernsehen Bild 7: MileGate SUV3 Netzbetreiber, die den VDSL2-Dienst von Anfang an mit Vectoring ausrüsten wollen, bietet KEYMILE die Line-Card SUV3 für MileGate mit integrierter Vectoring-Einheit. Sie kombiniert 96 VDSL2-Ports und die Vectoring- Funktionalität auf einer 2-Slot-Karte. Netzbetreiber können zwei SUV3 miteinander verbinden und dadurch bis zu 92 VDSL2-Ports mit System-Level-Vectoring bereitstellen. Die zur Kompensation des Übersprechens benötigten Korrektursignale werden auf der SUV3 erzeugt. Im Vergleich zur dedizierten Vectoring- Lösung von KEYMILE bietet die integrierte Lösung eine höhere Port-Dichte, sodass bis zu 960 mit Vectoring erweiterte VDSL2-Anschlussleitungen mit einem Subrack MileGate 25x0 bereitgestellt werden können. Bild 8: MileGate SUV3 im MileGate Subrack 02.07.203 KEYMILE 203 Seite 7

Resümee Glossar Mit den beiden Vectoring-Lösungen bietet KEYMILE eine systemweite Kompensation der durch Übersprechen. Sie unterstützen System-Level-Vectoring und kompensieren das Übersprechen nahezu vollständig. Die Varianz der erzielbaren Datenraten innerhalb des Kabels wird verringert und die Datenraten erreichen in Massenrollouts fast die Leistung einer einzelnen VDSL2-Strecke (Single Line Performance). Netzbetreiber können so auch bei vielen Teilnehmern in Massenrollouts und einer Leitungslänge von typischerweise 200-800 m höchste Bandbreiten realisieren und somit Triple-Play-Dienste bereitstellen (siehe Bild unten). Abkürzung ADSL CO DSL DSLAM DSM FTTC GbE ISDN ITU NEXT POTS SHDSL TAL VDSL2 Bedeutung Asymmetric Digital Subscriber Line Central Office Customer Premises Equipment Digital Subscriber Line DSL Access Multiplexer Dynamic Spectrum Management Far End Crosstalk Fibre to the Curb Gigabit-Ethernet Integrated Services Digital Network International Telecommunication Union Near End Crosstalk Plain Old Telephone Service Single-Pair Highspeed DSL Teilnehmeranschlussleitung Very High Speed Digital Subscriber Line Damit eröffnet KEYMILE den Netzbetreibern eine Möglichkeit, das Potenzial ihrer Kupfernetze zu optimieren und die Datenraten zu steigern. Bandbreite [Mbit/s] 00 Kein Vectoring Vectoring 80 60 40 20 0 2 3 4... Leitungsnummer... 64 Bild 9: Typische Bandbreiten bei einem VDSL2-Massen-Rollout (600 m, 0,5 mm, 64 Lines, nur 50 werden gezeigt) 02.07.203 KEYMILE 203 Seite 8