Aufgabe 2.3Z: xDSL–Frequenzband

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xDSL-Frequenzbandbelegung

Die Abbildung zeigt die Frequenzbandbelegung eines gebräuchlichen  $\rm xDSL$–Systems:

  • Im unteren Bereich befindet sich das ISDN–Band.
  • Danach folgen zwei Bänder  $\rm A$  und  $\rm B$, die für Downstream und Upstream stehen.
  • Über die Reihenfolge der beiden Bänder wird nichts ausgesagt. Dies ist die Fragestellung zur Teilaufgabe (2).


Weiter ist bei xDSL/DMT standardisiert, dass

  • pro Sekunde $4000$ Rahmen übertragen werden,
  • nach $68$ Datenrahmen jeweils ein Synchronisationsrahmen eingefügt wird,
  • die Symboldauer wegen des zyklischen Präfix noch um den Faktor  $16/17$  verkürzt werden muss,
  • jeder Datenrahmen zu einem DMT–Symbol codiert wird.


Damit ist auch die Integrationsdauer  $T$  festgelegt, die beim Empfänger zur Detektion ausgewertet wird, und gleichzeitig auch die Grundfrequenz  $f_{0} = 1/T$  des hier betrachteten DMT–Verfahrens (Discrete Multitone Transmission) darstellt.



Hinweise:




Fragebogen

1

Um welches  $\rm xDSL$–System handelt es sich?

ADSL,
ADSL2+,
VDSL.

2

Wie ist die Reihenfolge von Upstream und Downstream?

$\rm A$  kennzeichnet den Upstream und  $\rm B$  den Downstream.
$\rm A$  kennzeichnet den Downstream und  $\rm B$  den Upstream.

3

Welche Symboldauer  $T$  ergibt sich für das DMT-Sytem?

$T \ = \ $

$\ \rm µ s$

4

Welche Grundfrequenz  $ f_{0}$  liegt dem DMT–Verfahren zugrunde?

$ f_{0} \ = \ $

$\ \rm kHz$

5

Wieviele Kanäle  $(\hspace{-0.03cm}K_{\rm max}\hspace{-0.03cm})$  könnten in  $2208 \ \rm kHz$  übertragen werden?

$ K_{\rm max} \ = \ $

6

Wieviele Downstreamkanäle  $(\hspace{-0.03cm}K_{\rm down}\hspace{-0.03cm})$  ergeben sich bei diesem System, wenn man die Aussparung der unteren Frequenzen berücksichtigt?

$K_{\rm down} \ = \ $

7

Mit wievielen Bit  $(b)$  müssten die Subkanäle im Mittel   ⇒   ${\rm E}\big [ \hspace{0.05cm} b \hspace{0.05cm}\big ]$  belegt werden, damit die Bitrate  $R_{\rm B} = 25 \ \rm Mbit/s$  beträgt?

$ {\rm E}\big [ \hspace{0.05cm} b \hspace{0.05cm}\big ] \ = \ $

$\ \rm bit$


Musterlösung

(1)  Richtig ist der zweite Lösungsvorschlag:

  • Bei ADSL2+ endet das Frequenzband wie in der Skizze angegeben bei $2208 \ \rm kHz$.
  • Bei ADSL endet das Frequenzband bereits bei $1104 \ \rm kHz$.
  • VDSL hat je nach Bandplan eine deutlich größere Bandbreite, wobei sich Upstream– und Downstream–Bänder jeweils abwechseln.


(2)  Richtig ist der erste Lösungsvorschlag:

  • Dem Upstream wurden die besseren (niedrigeren) Frequenzen zugewiesen, da sich ein Ausfall der wenigeren Upstream–Kanäle prozentual ungünstiger auswirkt als der Ausfall eines Downstream–Kanals.


(3)  Ohne Berücksichtigung der Synchronisationsrahmen (nach jeweils $68$ mit Nutzdaten belegten Rahmen) und des Guard–Intervalls ergäbe sich für die Rahmendauer

$$T = 1/(4000/{\rm s}) = 250 \ \rm µ s.$$
  • Mit Berücksichtigung dieses Overheads ist die Symboldauer um den Faktor $68/69 \cdot 16/17$ kürzer:
$$T = \frac{68}{69} \cdot \frac{16}{17} \cdot 250\, {\rm \mu s} \hspace{0.15cm}\underline{ \approx 232\, {\rm µ s}} \hspace{0.05cm}.$$


(4)  Die Subträger liegen bei DMT bei allen Vielfachen von $f_0$, wobei gelten muss:

$$f_0 = \frac{1}{T} \hspace{0.15cm}\underline{= 4.3125 \, {\rm kHz}}.$$
  • Die Zeitfensterung entspricht nämlich der Multiplikation der cosinusförmigen Trägersignale mit einer Rechteckfunktion der Dauer $T$.
  • Im Frequenzbereich ergibt sich damit die Faltung mit der si–Funktion.
  • Würden die Systemgrößen $T$ und $f_0 = 1/T$ nicht aufeinander abgestimmt sein, so käme es zu einer De–Orthogonalisierung der einzelnen DMT–Kanäle und damit zu Intercarrier–Interferenzen.


(5)  Ohne Berücksichtigung der ISDN/Upstream–Reservierung erhält man $K_{\rm max} = 2208/4.3125 \underline{= 512}.$


(6)  Die unteren $276/4.3125 = 64$ Kanäle sind beim hier betrachteten System "ADSL2+" für ISDN und Upstream reserviert.

  • Somit verbleiben $K_{\rm down} = 512 – 64\hspace{0.15cm} \underline{= 448}$ nutzbare Kanäle.


(7)  Für die Bitrate gilt

$$R_{\rm B} = 4000 \, \,\frac {\rm Rahmen}{\rm s} \cdot K \cdot b \hspace{0.05cm}.$$
  • Daraus ergibt sich für die (mittlere) Bitbelegung pro Subkanal ("Bin"):
$${\rm E}\big [ \hspace{0.05cm} b \hspace{0.05cm}\big ] = \frac{R_{\rm B}}{ 4000 \, \, {\rm Rahmen}/{\rm s} \cdot K} = \frac{25 \cdot 10^6 \,\, {\rm bit/s}}{ 4000 \, \, {1}/{\rm s} \cdot 448} \hspace{0.15cm}\underline{= 13.95 \, \, {\rm bit}}\hspace{0.05cm}.$$