Digital Subscriber Line (DSL)

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Glaubt man den Medien und der Fachpresse, ist DSL das Medium der Zukunft in Sachen Internet-Zugang. Während lange Jahre die Glasfaser dem angeblich veralteten Kupferkabel vorgezogen wurde, erlebt die Kupferdoppelader, deren technische Möglichkeiten mit der Telefonie allein noch nicht mal im Ansatz ausgeschöpft werden, mit der DSL-Technologie eine ungeahnte Renaissance.

Was ist DSL?

Die Abkürzung DSL steht für Digital Subscriber Line und bedeutet übersetzt "Digitaler Teilnehmeranschluss". Gemeint ist damit die Kupferdoppelader, die früher für den analogen Telefonanschluss (Plain Old Telephone System, POTS) genutzt wurde und nun für digitale Telefonie und Datenübertragungen. Genau genommen ist deshalb auch ISDN schon eine DSL-Anwendung, der Begriff "DSL" wird jedoch in der allgemeinen Sprache für digitale Datenübertragungstechniken verwendet, die mit einer (oder mehreren) Kupferdoppelader(n) als Basis arbeiten.

Die Idee, die hinter DSL steckt, ist simpel und genial zugleich. Der Ansatz ist, die herkömmlichen Telefonleitungen von der Vermittlungsstelle bis zum Kunden, die so genannte Letzte Meile, auf digitale Weise zu nutzen und die technisch mögliche Bandbreite erheblich besser auszunutzen. Eine herkömmliche Kupferdoppelader kann eine Frequenzbandbreite von 1,1 MHz und mehr übertragen, während das herkömmliche analoge Telefon gerade mal zwischen 30 und 4500 Hz arbeitet. ISDN arbeitet zwar mit 0 bis 80 kHz mit einem größeren Frequenzband, dennoch bleibt genügend Bandbreite für weitere Dienste übrig. Diese Bandbreite macht man sich für zusätzliche Übertragungsdienste zunutze. Ausgereifte Endgeräte, ausgefeilte Übertragungstechniken und leistungsfähige Fehlerkorrekturen sorgen dafür, dass auch höhere Übertragungsraten erzielt werden können.

Technisch gesehen ist eine DSL-Infrastruktur ähnlich aufgebaut, wie das klassische Telefonnetz: Auf Seiten des Telekommunikationsanbieters ist in der Vermittlungsstelle, in der die Telefonanschlüsse eines bestimmten Bereiches enden, ein so genannter DSLAM ("Digital Subscriber Line Access Multiplexer") stationiert, der für die DSL-Signale der Teilnehmeranschlussleitungen (TAL) zuständig ist. Für jede TAL wird dann zusätzlich zum Telefonsignal (das von einer Telefonvermittlungsanlage stammt) das DSL-Signal auf anderen Frequenzbereichen aufmoduliert und so zum Endkunden übertragen.

Beim Endkunden werden mit einer Frequenzweiche - dem so genannten Splitter - die Frequenzbereiche von Telefon und DSL wieder getrennt. Während das Telefonsignal bei analogen Anschlüssen direkt in ein Telefon geleitet wird (bzw. bei ISDN-Anschlüssen zum ISDN-NTBA), wird das DSL-Signal zu einem DSL-Modem oder zu einem DSL-Router geführt, der dann die Gegenstelle zum DSLAM darstellt.

Diese Renaissance der Kupferdoppelader beflügelt besonders die großen Telekommunikationsanbieter, die schon ein bestehendes und sehr weit verzweigtes Leitungsnetz haben, denn quasi jeder Haushalt und jedes Büro besitzt Telefonanschlüsse und kann somit in der Regel auch in den Genuss von DSL kommen, ohne dass neue Leitungen verlegt werden müssten.

Geschichtliches zu DSL

Die DSL-Technik ist an sich keine neue Technologie. ISDN wurde 1976 entwickelt und schaffte ab 1985 den großen Durchbruch. ISDN-Endgeräte waren ab Mitte der achtziger Jahre auch für Privatkunden erschwinglich und ISDN revolutionierte vor allem im gewerblichen Bereich die Telefonwelt. DSL an sich erlebte seine Geburt 1986 in Form von ersten Konzepten der US-amerikanischen Telefongesellschaft AT&T, den Bell Laboratories und Bellcore. Von diesen Unternehmen wurden 1989 die ersten HDSL-Prototypen entwickelt und 1992 mit ersten Installationen realisiert. HDSL richtete sich an ein professionelles Umfeld und war für höhere Bandbreiten konzipiert, die über dedizierte Leitungen übertragen werden sollten.

Die ersten Überlegungen, erweiterte Datendienste über vorhandene Telefonleitungen der Letzten Meile zu realisieren, wurden 1989 an den Bellcore Laboratories in den USA geführt. In Zusammenarbeit mit der Stanford University und den Bell Laboratories wurde ein Jahr später mit konkreten Entwicklungen begonnen, die 1992 zu ersten Prototypen und 1995 zu ersten öffentlichen Feldversuchen führten. Im Oktober 1998 wurde ADSL schließlich vorläufig von der ITU, der International Telecommunication Union, genehmigt und in einer Reihe von Empfehlungen standardisiert.

Verschiedene DSL-Varianten

In der DSL-Welt wird zwischen verschiedenen DSL-Varianten unterschieden, die allesamt eine ganze Sammlung von eigenen Protokolldefinitionen und -beschreibungen darstellen.

  • ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
    ADSL steht für die Protokollfamilie der DSL-Varianten, bei denen die Bandbreiten für Upload und Download asymmetrisch zueinander sind, also beispielsweise die Bandbreite für Downloads aus dem Internet eine höhere Übertragungskapazität besitzt, wie für Uploads in das Internet.
  • HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line)
    Als HDSL wird die Protokollfamilie bezeichnet, die für Anbindungen mit hohen Bandbreiten über ein, zwei oder drei Kupferdoppeladern genutzt wird.
  • SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line)
    SDSL ist eine allgemeine Bezeichnung für DSL-Protokolle, die symmetrische Bandbreiten für Upload und Download bieten, also die gleiche Übertragungskapazität für das Herunter- und Hochladen von Daten von und aus dem Internet bieten.
  • VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line)
    Unter VDSL vereinigen sich DSL-Protokolle, mit denen sich sehr hohe Bandbreiten (bis zu 100 MBit/s) über eine Kupferdoppelader realisieren lassen, abhängig von der Leitungslänge und -qualität.

Vornehmlich aus den Federn von Marketing-Leuten stammen Kombinationen und neue DSL-Varianten, wie beispielsweise G.SHDSL. G.SHDSL ist eine Kombination aus Konzepten von SDSL- und HDSL-Protokollen und ist für den rauen Einsatz in Umgebungen außerhalb von Testlaboren konzipiert, da es ausgeklügelte Fehlerkorrekturen vereinigt. Um die Verwirrung nahezu komplett zu machen, steht SHDSL auch wieder für einen ganz anderen Begriff, nämlich für Single Pair High-bit-rate DSL und besagt, dass, wie bei anderen DSL-Varianten an sich auch, ein einzelnes Adernpaar für Hochgeschwindigkeits-DSL verwendet wird.

Verschiedentlich werden Sie auch Produktbezeichnungen finden, die keine wirkliche technische Variante darstellen, teilweise sogar gar nichts mit einer Übertragung per Kupferkabel zu tun haben. Zu diesen Produktbezeichnungen gehören beispielsweise "T-DSL" für die DSL-Produktlinie der Deutschen Telekom oder "SkyDSL" für einen Internet-Zugang per Satellit. Letzterer Dienst richtet sich an Kunden, die für gewöhnlich außerhalb jeglicher DSL-Reichweite wohnen und denen mit SkyDSL ein Zugang via Satellit angeboten wird - ohne jeden Kupferdraht und über viele, viele "letzte Meilen".

ADSL

ADSL steht für Asymmetric Digital Subscriber Line und bezeichnet eine DSL-Variante, bei der die Bandbreite für Upload und Download asymmetrisch ist und dementsprechend auch nur in eine Richtung eine höhere Übertragungskapazität vorhanden ist. Dieses Konzept besitzt eine bestechend geniale Eignung für den herkömmlichen Telefonanschluss.

Frequenzband bei ADSL

Die Telefonie benötigt nur eine verschwindend geringe Bandbreite und nutzt den möglichen Frequenzbereich des Kupferkabel noch nicht mal ansatzweise vollständig aus. Dies macht man sich für ADSL zunutze, indem der freie Frequenzbereich für eine ADSL-Datenverbindung genutzt wird. Da üblicherweise der Privatnutzer mehr aus dem Internet empfängt, als er sendet, bietet es sich geradezu an, die Bandbreite für das Hochladen von Daten in das Internet kleiner zu dimensionieren und sozusagen "Platz" für die herkömmliche Telefonie zu lassen.

Grenzen von klassischen DSL-Varianten

Grundsätzlich ist die Übertragung von digitalen Signalen auf langen und störanfälligen koaxialen Kabeln eine höchst komplizierte Angelegenheit. Während bei herkömmlichen Telefongesprächen der menschliche Verstand auch bei einer schlechten Übertragungsqualität noch Sprache erkennen kann, verhält es sich bei der Datenübertragung fundamental anders. Schon geringe Datenverluste können zur völligen Unbrauchbarkeit der übertragenen Daten führen. Deswegen erfordert die digitale Datenübertragung über ein Medium eine entsprechend ausgefeilte Fehlerkorrektur.

In der Informationstechnik verhält es sich so, dass sich eine Fehlerkorrektur immer negativ zum effektiv möglichen Datendurchsatz verhält, sie sind zwei gegensätzliche Extreme. Je schlechter die Übertragungsqualität ist (beziehungsweise erwartet wird), desto ausgefeilter muss eine Fehlerkorrektur sein, um mögliche Fehler zu erkennen und für eine Korrektur zu sorgen. Die Leitungsqualität sinkt naturgemäß durch Störungen und durch die Leitungslänge.

Da DSL in der Regel auf der Letzten Meile eingesetzt wird und die eingesetzten Leitungen oftmals Störungen ausgesetzt wird, funktioniert DSL nur innerhalb bestimmter Qualitätsgrenzen und Leitungslängen. Je qualitativ schlechter oder länger die Leitung ist, desto geringer wird der effektive Datendurchsatz. Da viele Störungen nicht vorhersehbar sind, können auch bei einer ausreichend kurzen Leitungslänge DSL-Verbindungen nicht realisiert werden, beispielsweise wenn es bei mehreren, beieinander liegenden Verbindungen zu Signaleinflüssen untereinander kommt, dem gefürchteten Übersprechen. Hier würde nur eine Umschaltung der betroffenen Verbindungen auf andere Strecken helfen, was jedoch auf der Letzten Meile meist mit sehr großem Aufwand verbunden ist. Im klassischen Telefonnetz werden auf Kabelstrecken hin zu Vermittlungsstellen oftmals viele Dutzend bis hin zu mehreren Tausend Kupferdoppeladern gebündelt.

Während ADSL mit einer Bandbreite von 768 KBit/s noch mit Leitungslängen von fünf bis sechs Kilometern funktioniert, können auf der gleichen Leitung schon keine ADSL-Verbindungen mit 1,5 MBit/s betrieben werden. Noch drastischer ersichtlich ist das bei VDSL; hier dürfen die Leitungen nicht länger als wenige Hundert Meter sein, um die hohen Übertragungsraten zu ermöglichen.

VDSL und Vectoring

Als eine Zwischenlösung bis zur großflächigen Versorgung mit Glasfaseranschlüssen gelten VDSL-Lösungen, um die bestehende Kupferkabel-Infrastruktur möglichst effizient nutzen zu können. Hier spielt vor allem der Gedanke eine große Rolle, dass die vorhandene Kabelinfrastruktur in den meisten Industrieländern von erstklassiger technischer Qualität ist und meist im Tiefbau verbaut ist. Der technische Fortschritt steht hier immer auch im Spannungsfeld mit der Rentabilität.

Um annehmbare VDSL-Geschwindigkeiten zu erreichen, sind vor allem zwei Ansätze notwendig:

  1. Streckenverkürzung der Kupferdoppelader zwischen DSLAM und DSL-Modem/Router, um lange Leitungsstrecken zu verhindern und Kabelstrecken mit sehr umfangreichen Aderndichten zu vermeiden.
  2. Verbesserte Fehlererkennung auf dem Weg der Teilnehmeranschlussleitung und effiziente Verfahren zur Kompensation von Übertragungsfehlern, insbesondere durch das Übersprechen

Fehlererkennung und -korrekturen werden bei modernen VDSL-Technologien mit dem so genannten Vectoring vorgenommen. Bei VDSL-Anschlüssen, die mit Vectoring betrieben werden, spricht man von VDSL2-Vectoring-Anschlüssen.

Exkurs: Was ist Vectoring?

Vectoring ist ein Verfahren, um auf ungeschirmten Adernpaaren aktiv Fehler zu erkennen und zu kompensieren, die aufgrund Übersprechens entstehen. Die Besonderheit und Herausforderung dabei ist, dass diese Erkennung direkt an der Teilnehmeranschlussleitung geschehen muss und die Fehlerkorrektur umfassend für alle Adernpaare innerhalb eines Kabelstranges durchgeführt werden und entdeckte Fehler aktiv korrigiert werden müssen, je nach Auftreten entsprechender Fehler.

Vectoring erfordert daher eine sehr große Rechenleistung der DSLAM-Hardware, die die komplette Kontrolle über den betreffenden Kabelstrang haben muss. Alle Datenübertragungen in diesem Kabelstrang werden ständig technisch analysiert und bei Bedarf mit Fehlerkorrekturen bearbeitet.

Verbunden wird VDSL2-Vectoring üblicherweise mit der Verkürzung der Teilnehmeranschlussleitungen. Realisiert wird dies dadurch, dass einzelne Straßenzüge von einem eigenen DSLAM versorgt werden und dieser DSLAM dann nicht mehr in der Vermittlungsstelle stationiert ist, sondern in Verteileranlagen in unmittelbarer Nähe des versorgten Gebietes.

Nachteilig wirkt sich VDSL2-Vectoring bezüglich der Regulierung des Telefonnetzes aus, denn Vectoring erfordert, dass ein gesamtes Kabelbündel von einem einzigen Gerät und damit auch von einem einzigen Telekommunikationsanbieter betreut wird. Politische Maßgaben sind hier erforderlich, um den Zugang zur Letzten Meile und den einzelnen Teilnehmeranschlussleitungen für andere Anbieter diskriminierungsfrei zu ermöglichen, um einen funktionierenden Wettbewerb zu ermöglichen.

Weiterführende Literatur

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