Rate adaptive

Mit Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL, engl. „asymmetrischer, digitaler Teilnehmer-Anschluss“) wird die zur Zeit häufigste Anschlusstechnik von Breitbandanschlüssen für Konsumenten bezeichnet. Sie wurde auf Basis der DSL-Technik mit der Maßgabe entwickelt, über die vorhandene Telefonanschlussleitung zu funktionieren, ohne die Telefonie über den Festnetzanschluss zu beeinträchtigen, und gleichzeitig den meist asymmetrischen (ungleichen) Datenratenbedürfnissen der Privatkunden nach höherer Empfangs- als Sendedatenrate nachzukommen.

Technik

Breitbandanschlusseinheit (Splitter)

ADSL kann an Anschlussleitungen von analogen (POTS) und digitalen (ISDN) Telefonanschlüssen eingesetzt werden oder als entbündelter Datenanschluss (entbündeltes DSL).

Bei POTS/ISDN-Anschlussleitungen gibt es Frequenzbereiche, welche für die Telefonie nicht genutzt werden und daher brachliegen. Diese höheren Frequenzbereiche werden für ADSL verwendet. Grundsätzlich erhöht sich die Leitungsdämpfung mit steigender Entfernung zur Vermittlungsstelle, was die verfügbaren Datenraten und die Abdeckung mit ADSL geographisch begrenzt. Outdoor-DSLAMs bieten hier eine Abhilfe, finden jedoch wegen der höheren Kosten pro Port zumindest bei ADSL wenig Verbreitung.

Funktionsprinzipien der ADSL-Technik sind Frequenzmultiplexverfahren, Fourier-Transformation und Discrete Multitone Transmission (DMT); ein ADSL-Modem enthält als wesentliche Bestandteile einen schnellen Analog-Digital-Wandler und einen digitalen Signalprozessor zur Berechnung der Fourier-Transformationen für die einzelnen Frequenzen.

Damit sich die beiden Nutzungsarten der Telefonleitung nicht stören, werden die beiden Frequenzbereiche sowohl beim Teilnehmer als auch im Hauptverteiler durch eine Frequenzweiche, den sogenannten Splitter, getrennt. Grundsätzlich wird durch die ADSL-Nutzung kein Sprachkanal belegt, so dass man – anders als bei einem Internetzugang mittels herkömmlichem Telefonmodem – auch an einem Analoganschluss gleichzeitig surfen und mittels klassischer Festnetztelefonie telefonieren kann.

Die Datenübertragung beim in Deutschland eingesetzten ADSL-over-ISDN läuft in 4,3125 kHz breiten Bändern mit einer Symbolrate von je 4 kbaud im Bereich von 138-275 kHz für den Upstream und 275-1104 kHz für den Downstream. Wegen der schlechten Leitungsqualität – schließlich waren die Telefonleitungen nicht für die Übertragung von Signalen mit einer Bandbreite von etwa 1 MHz vorgesehen – wird die Leitung vom Endgerät zur Vermittlungsstelle „ausgemessen“ und einzelne Bänder gegebenenfalls ausgeblendet, falls die Dämpfung zu groß ist oder Reflexionen auftreten.

Spektrum der Discrete Multitone Modulation auf der Übertragungsstrecke

Mit der im zunehmenden Maß von den ADSL-Anbietern eingesetzten ADSL2+ Norm geht eine Ausdehnung des verwendeten Frequenzbereichs nach oben bis 2,2 MHz einher, was bei kurzen Anschlussleitungen deutlich höhere Datenraten ermöglicht: generell bis zu 25 MBit/s in Empfangsrichtung und bis zu 3,5 MBit/s in Senderichtung; in Deutschland wird mittels der datenratenschwachen ADSL-over-ISDN-Schaltung jedoch lediglich bis zu 16 MBit/s in Empfangs- und bis zu 1 MBit/s in Senderichtung angeboten.

ADSL an Analog- und ISDN-Anschlüssen

Normalerweise wird ADSL an Analoganschlüssen und reinen Datenanschlüssen nach den ADSL-over-POTS-Normen geschaltet während an ISDN-Anschlüssen ADSL-over-ISDN eingesetzt wird. Diese Normen unterscheiden sich kaum; einzig die Signalisierung sowie die verwendeten Frequenzbänder sind unterschiedlich.

Die bis jetzt (2008) im deutschen Festnetz installierte ADSL-Gerätetechnik benutzt jedoch als weltweite Besonderheit ADSL-over-ISDN an sämtlichen ADSL-Anschlüssen, was den Vorteil hat, dass nur ein anstelle von zwei technischen Standards durch die ADSL-Anbieter unterstützt werden muss, und der Teilnehmer ohne Wechsel der installierten ADSL-Technik zwischen Analoganschluss, ISDN-Anschluss und reinem Datenanschluss wechseln kann.

Als nachteilige Folge ist dadurch aber die ADSL-Verfügbarkeit an langen Anschlussleitungen gegenüber ADSL-over-POTS durch das Aussparen des dämpfungsärmsten und reichweitenstärksten ADSL-over-POTS-Frequenzbereichs von 26-138 kHz deutlich eingeschränkt und die mögliche maximale Datenrate an allen ADSL-Anschlüssen ist dadurch deutlich verringert.^[1] Neuere ADSL-Varianten wie etwa das besonders reichweitenstarke und von France Telecom seit Frühjahr 2006 landesweit eingesetzte Reach-Extended-ADSL2 (ITU G.992.3 Annex L), das die durch eine Vermittlungsstelle versorgbare Fläche gegenüber ADSL-over-POTS/Annex A nochmals um ca. 40 % vergrößert^[2] oder ITU G.992.5 ADSL2+ Annex M mit drastisch auf 3,5 MBit/s erhöhter Sende-Datenrate stehen zudem für ADSL-over-ISDN gar nicht zur Verfügung.

Aushandlung

Beim Aufbau der ADSL-Verbindung verständigen sich das ADSL-Modem auf Teilnehmerseite und der DSLAM im Central Office zunächst auf die verwendete ADSL-Norm (s.u.) und handeln anschließend die Verbindungsparameter der ADSL-Verbindung aus: die Übertragungskapazität der einzelnen DMT-Frequenzträger der Kupferdoppelader wird ausgemessen, die Downstream- sowie Upstream-Übertragungsrate wird entsprechend den Vorgaben des für den Anschluss konfigurierten DSLAM-Profils ausgehandelt und auf die einzelnen Träger verteilt. Nach Fertigstellung der Verbindungsaushandlung bleibt die DSL-Verbindung bis zum Abbruch der DSL-Verbindung synchronisiert (i.e. verbunden).

Bei der Aushandlung der Übertragungsraten wird die ratenadaptive (engl. rate adaptive) Aushandlung (auch Rate Adaptive Mode, RAM) von der fixen bzw. festen Aushandlung unterschieden.

Bei der fixen Aushandlung gibt der DSLAM die (Upstream/Downstream-)Übertragungsrate fest vor. Kann aufgrund der momentanen Leitungsausmessung (beispielsweise auch aufgrund von zeitweiligen Störeinflüssen) die vorgegebene Übertragungsrate nicht erreicht werden, schlägt der DSL-Verbindungsaufbau fehl.

Bei der ratenadaptiven Aushandlung wird dagegen vom DSLAM nur die jeweils maximale Übertragungsrate (oder ein Datenratenkorridor) vorgegeben; gelingt die Verbindungsaushandlung nicht mit der vom DSLAM vorgegebenen maximalen Übertragungsrate, wird ersatzweise die Verbindung mit der höchstmöglichen Übertragungsrate, die die derzeitigen Leitungsbedingungen ermöglichen (innerhalb des Datenratenkorridors), synchronisiert. D.h. die beim Verbindungsaufbau ausgehandelte Übertragungsrate passt sich den Leitungsbedingungen an – derart konfigurierte ADSL-Anschlüsse sind also ratenadaptiv geschaltet.

Die mit ADSL2+ mögliche Seamless Rate Adaption erlaubt es zusätzlich, bei bestehender Verbindung die Übertragungsgeschwindigkeit an die Übertragungsqualität der Kabelverbindung anzupassen, ohne die Synchronisation zu verlieren (also ohne die DSL-Verbindung zu trennen); diese Funktion ist derzeit (2009) von den deutschen ADSL2+ Anbietern jedoch großteils (Ausnahme z.T. HanseNet- und QSC-DSLAMs) noch nicht implementiert,

Wegen der für den sicheren Betrieb von ADSL-Anschlüssen mit fixer Ratenschaltung notwendigen hohen Störabstands-Sicherheitsmarge kann in der Regel an diesen Anschlüssen nur eine deutlich niedrigere Datenrate zur Verfügung gestellt werden als diejenige, die bei adaptiver Aushandlung der Datenrate möglich wäre.^[3] Wegen dieses Nachteils setzen sowohl national^[4] als auch international^[5] die meisten ADSL-Anbieter bereits seit mehreren Jahren die ratenadaptive Schaltung ein.

In Deutschland findet die fixe Ratenschaltung beinahe ausschließlich noch bei technisch durch die Deutsche Telekom realisierten DSL-Anschlüssen bis 6 MBit/s (T-DSL, T-DSL-Resale, Bitstromzugang) Verwendung, soll nach derzeitigen Planungen der Telekom aber Ende 2009 durch die ratenadaptive Schaltung aller ADSL-Anschlüsse abgelöst werden.

Während bei der fixen Aushandlung die Störabstands-Sicherheitsmarge in der Regel so hoch ist, dass so gut wie alle auf dem Markt befindlichen ADSL-Modems und -Router einen störungsfreien Betrieb gewährleisten, hat bei der ratenadaptiven Schaltung im technischen Grenzbereich die Qualität des verwendeten Modems an eher längeren Anschlussleitungen einen deutlichen Einfluss auf die erzielbare Datenrate und die Leitungsstabilität der ADSL-Verbindung.^[6]

Protokolle

Für einen Verbindungsaufbau ins Internet werden weitere Protokolle verwendet wie die PPP-basierten: PPPoE (zum Beispiel in Deutschland und der Schweiz; an den auf T-DSL-Technik der Telekom basierenden DSL-Anschlüssen (auch T-DSL-Resale) können mehrere PPPoE-Verbindungen zu unterschiedlichen Internetzugangsanbietern gleichzeitig bestehen), PPP over ATM in Kombination mit PPTP (zum Beispiel in Österreich, Frankreich und Italien) oder MPoA (in Deutschland für geroutete Subnetze, in Spanien für statische IP-Adresse).

Interleaving

Zwecks besserer Fehlerkorrektur der ADSL-Verbindung wird von einigen Anbietern (etwa bei T-DSL der Telekom) Interleaving eingesetzt. Das bedeutet, dass die Pakete nicht in ihrer originalen Reihenfolge gesendet werden, sondern in einer vertauschten Reihenfolge. Das erhöht die Latenz der Verbindung da z. B. nach dem Paket 10 nicht das Paket 11 kommt, sondern erst das Paket 7 und das Paket 13. Falls die Leitungsbedingungen es zulassen, kann bei diesen Anbietern zum Teil mittels meist aufpreispflichtiger Option (Fastpath bei T-DSL) das Interleaving abgeschaltet werden.

ADSL-Normen

ADSL-Normen und maximale Nutzdatenraten

Norm	Name	Empfangsrate (Downstream)	Senderate (Upstream)	Faktor
ANSI T1.413 Issue 2	ADSL	8 Mbit/s	0,6 Mbit/s	13,3:1
ITU-T G.992.1[7]	ADSL (G.dmt)	8 Mbit/s	1,0 Mbit/s	8 : 1
ITU-T G.992.1 Annex A	ADSL over POTS	10 Mbit/s	1,0 Mbit/s	10:1
ITU-T G.992.1 Annex B	ADSL over ISDN	10 Mbit/s	1,0 Mbit/s	10:1
ITU-T G.992.2[8]	ADSL Lite (G.lite)	1,5 Mbit/s	0,5 Mbit/s	3:1
ITU-T G.992.3[9]	ADSL2 (G.bis)	12 Mbit/s	1,2 Mbit/s	10:1
ITU-T G.992.3 Annex J	ADSL2	12 Mbit/s	3,5 Mbit/s	3,43:1
ITU-T G.992.3 Annex L	RE-ADSL2	6 Mbit/s	1,2 Mbit/s	5:1
ITU-T G.992.4[10]	ADSL2 (G.bis.lite)	12 Mbit/s	1,0 Mbit/s	12:1
ITU-T G.992.4 Annex J	ADSL2	12 Mbit/s	3,5 Mbit/s	3,43:1
ITU-T G.992.4 Annex L	RE-ADSL2	6 Mbit/s	1,2 Mbit/s	5:1
ITU-T G.992.5[11]	ADSL2+	24 Mbit/s	1,0 Mbit/s	24:1
ITU-T G.992.5 Annex L	RE-ADSL2+	24 Mbit/s	1,0 Mbit/s	24:1
ITU-T G.992.5 Annex M	ADSL2+M	24 Mbit/s	3,5 Mbit/s	6,86:1

Quellen

1. ↑ verringerte Reichweite von ADSL-over-ISDN http://www.your-connect.ch/news-detail.asp?newsid=106
2. ↑ Annex L: 40% mehr Fläche versorgbar http://www.aware.com/dsl/whitepapers/WP_READSL.pdf
3. ↑ Auswirkungen der unterschiedlichen DSL-Schaltregeln In: c’t 8/2007, S.86f
4. ↑ Der größte nationale Wettbewerber Arcor schaltet bereits seit 2002 alle ADSL-Anschlüsse ratenadaptiv
5. ↑ BT Wholesale confirms launch of the Max services In: thinkbroadband.com, 2. März 2006
6. ↑ mhilfe.de: Info-Seite zu DSL-Modems und -Routern sowie Leitungs- und Datenratenoptimierung
7. ↑ ITU-T Recommendation G.992.1: Asymmetric digital subscriber line (ADSL) transceivers
8. ↑ ITU-T Recommendation G.992.2: Splitterless asymmetric digital subscriber line (ADSL) transceivers
9. ↑ ITU-T Recommendation G.992.3: Asymmetric digital subscriber line transceivers 2 (ADSL2)
10. ↑ ITU-T Recommendation G.992.4: Splitterless asymmetric digital subscriber line transceivers 2 (splitterless ADSL2)
11. ↑ ITU-T Recommendation G.992.5: Asymmetric Digital SubscriberLine (ADSL) transceivers - Extended bandwidth ADSL2 (ADSL2+)

Siehe auch

• ADSL2, DSL, SDSL, HDSL, VDSL, G.SHDSL, Uni-DSL
• T-DSL, T-DSL-Resale, T-DSL-ZISP, ISP-Gate, T-OC-DSL, DSL-by-Call, Bitstromzugang
• ATM

Weblinks

• ADSL2/2+-Whitepaper (engl. PDF)
• DSL-FAQ und Aufbauanleitung
• Einblick in technische Details
• DSL-Anbietervergleich
• ADSL-Anbietervergleich - Schweiz