Difference between revisions of "Examples of Communication Systems/xDSL Systems"

From LNTwww
m (Text replacement - "[[Beispiele_von_Nachrichtensystemen" to "[[Examples_of_Communication_Systems")
 
(26 intermediate revisions by 5 users not shown)
Line 2: Line 2:
 
{{Header
 
{{Header
 
|Untermenü=DSL – Digital Subscriber Line
 
|Untermenü=DSL – Digital Subscriber Line
|Vorherige Seite=Allgemeine Beschreibung von DSL
+
|Vorherige Seite=General Description of DSL
|Nächste Seite=xDSL als Übertragungstechnik
+
|Nächste Seite=xDSL as Transmission Technology
 
}}
 
}}
  
==Referenzmodelle==   
+
==Reference models==   
 
<br>
 
<br>
Anhand des nachstehenden allgemeinen Referenzmodells der ITU lässt sich schnell erkennen, dass xDSL physikalisch eine reine Zugangsübertragungstechnik ist, die nur im Bereich des Teilnehmeranschlussnetzes zwischen dem Glasfaserabschlusspunkt und dem Netzabschluss beim Endkunden eingesetzt wird.
+
[[File:EN_Bei_T_2_2_S1_v3.png|right|frame|xDSL reference model of the ITU]]
  
[[File:P_ID1916__Bei_T_2_2_S1_v1.png|right|frame|xDSL–Referenzmodell der ITU]]
+
Based on the following general ITU reference model,&nbsp; it can be quickly seen that xDSL is physically a pure access transmission technology that is only used in the local loop network area between the fiber termination point and the network termination at the end customer.  
Die Grundelemente des xDSL–Standards sind:
 
*der Netzwerkabschluss&nbsp; $\rm (NT)$,
 
*eine Teilnehmeranschlussleitung&nbsp; $\rm (TAL)$&nbsp; und
 
*der Leitungsabschluss&nbsp; $\rm  (LT)$.
 
  
 +
The basic elements of the xDSL standard are:
 +
*the network termination&nbsp; $\rm (NT)$,
  
Bei der Umsetzung dieses Referenzmodells in die Praxis gibt es für die Netzbetreiber viele Freiheiten. Allen bisherigen Realisierungen ist gemein, dass sie bereits vorhandene metallische Teilnehmeranschlussleitungen nutzen.
+
*a subscriber line$\rm$,&nbsp; and
 +
 
 +
*the line termination&nbsp; $\rm (LT)$.
 +
 
 +
 
 +
There is a lot of freedom for network operators in implementing this reference model in practice. What all previous implementations have in common is that they use existing metallic subscriber lines.
 
<br clear=all>
 
<br clear=all>
 
{{GraueBox|TEXT=
 
{{GraueBox|TEXT=
$\text{Beispiel 1:}$&nbsp;
+
$\text{Examples 1:}$&nbsp;
In einem Beispiel wird die in Deutschland am häufigsten anzutreffende Konfiguration gemäß der Grafik dargestellt. Anzumerken ist:  
+
In an example,&nbsp;  the configuration most frequently encountered in Germany is shown according to the graphic.&nbsp; Note:  
  
[[File:P_ID1919__Bei_T_2_2_S1b_v2.png|right|frame|Referenzmodell nach&nbsp; $\text{1TR112_U-R2-V7.0 DTAG}$]]  
+
[[File:EN_Bei_T_2_2_S1b_v8.png|right|frame|Reference model according to&nbsp; "$\text{1TR112 U-R2-V7.0 DTAG}$"]]  
  
*Bei allen heute eingesetzten xDSL–Varianten ist der in den Modems gewandelte Datendienst mit dem Telefondienst vereint. Damit ist eine Übertragung über das existierende Telefonnetz möglich.  
+
*In all xDSL variants deployed today,&nbsp; the data service converted in the modems is combined with the telephone service.&nbsp; This allows transmission over the existing telephone network.
*Durch den Splitter wird das Signal auf beiden Seiten der Teilnehmeranschlussleitung aufgespalten.
+
*Eine wichtige Schnittstelle wird mit&nbsp; $\rm U–R2$&nbsp; bezeichnet (rote Markierung). Diese wurde 2001 in Deutschland von der Deutschen Telekom AG normiert, um auf der Teilnehmerseite beliebige Modems einsetzen zu können. Damit ist der Kunde nicht mehr auf das xDSL–Modem seines Anbieters angewiesen.}}
+
*The&nbsp; "splitter"&nbsp; separate the signal on both sides of the subscriber line into the classes&nbsp; "broadband"&nbsp; and&nbsp; "narrowband" .
  
 +
*An important interface is designated&nbsp; $\text{U-R2}$&nbsp; $($red marking$)$.
 +
#This was standardized in Germany in 2001 by Deutsche Telekom AG in order to be able to use any modems on the subscriber side.
 +
#This means that the customer is no longer dependent on his provider's xDSL modem.}}
  
  
  
==Übersicht und Gemeinsamkeiten aller xDSL–Systeme==  
+
 
 +
==Overview and common features of all xDSL systems==  
 
<br>
 
<br>
Die technische Realisierung eines xDSL–Systems beinhaltet viele Systemkomponenten, die auf mehrere Lokalitäten verteilt sein können. Es gibt eine Vielzahl an Realisierungsmöglichkeiten. Zusammenfassend ist zu sagen:
+
The technical realization of an&nbsp;  $\rm xDSL$&nbsp; system involves many system components,&nbsp; which can be distributed over several localities.&nbsp; There is a wide range of realization options.&nbsp; To summarize&nbsp; $($from the perspective of 2009$)$:
*Die nachfolgend dargestellten Systeme für ADSL und VDSL stellen die zum jetzigen Zeitpunkt (Ende 2009) am häufigsten anzutreffende Umsetzung dar. <br>Der Datentransport auf Protokollebene basiert dabei auf der&nbsp; $\rm ATM$–Technik (''Asynchronous Transfer Mode'').
+
#The systems for&nbsp;  $\rm ADSL$&nbsp; and&nbsp;  $\rm ADSL$&nbsp; shown below represent the most common implementation.&nbsp; Data transport at the protocol level is based on the&nbsp; $\rm ATM$&nbsp; technology&nbsp; $($"Asynchronous Transfer Mode"$)$.
*Trotz eines großen Daten–Overheads bietet ATM immer noch Vorteile im Vergleich zu Ethernet in Bezug auf die garantierte Dienstgüte (''Quality&ndash;of&ndash;Service'', QoS), das heißt bezüglich effektiver Bitrate, geringer Laufzeitverzögerungen („Delay”) und Jitter.
+
#Despite a large data overhead,&nbsp; ATM still offers advantages over&nbsp; "Ethernet"&nbsp; in terms of guaranteed quality of service&nbsp; $\rm (QoS)$,&nbsp; i.e. effective bit rate,&nbsp; low delay and jitter.
*Ethernet ermöglicht dagegen sehr hohe Datenübertragungsraten, insbesondere durch die Varianten „10 Gbit/s Ethernet” und „100 Gbit/s Ethernet” (''Metro Ethernet''). ATM ist dagegen eher für niedrigere Datenraten geeignet.
+
#Ethernet,&nbsp; on the other hand,&nbsp; enables very high data transmission rates,&nbsp; especially through the&nbsp; &raquo;'''10 Gbit/s Ethernet'''&laquo;&nbsp; and &raquo;'''100 Gbit/s Ethernet'''&laquo;&nbsp; $($"Metro Ethernet"$)$&nbsp; variants.&nbsp; ATM,&nbsp; on the other hand,&nbsp; is more suitable for lower data rates.
 +
#In 2009 there were numerous discussions about whether ATM should be replaced by&nbsp; "10 Gbit/s Ethernet"&nbsp; in the course of&nbsp; "Next Generation Network".&nbsp; However,&nbsp; upgrading the backbone from ATM to Ethernet represents a not inconsiderable investment.
  
 
Es gibt momentan zahlreiche Diskussionen darüber, ob im Zuge von &bdquo;''Next Generation Network''&rdquo;&nbsp; ATM durch 10 Gbit/s–Ethernet abgelöst werden soll. Allerdings stellt die Umrüstung des Backbones von ATM auf Ethernet einen nicht unerheblichen Investitionsaufwand dar.
 
  
 
{{BlaueBox|TEXT=
 
{{BlaueBox|TEXT=
$\text{Fazit:}$&nbsp;
+
$\text{Summary:}$&nbsp;
Wie schon im Kapitel&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_DSL|Allgemeine Beschreibung von DSL]]&nbsp; erwähnt, sind die am meisten eingesetzten xDSL–Varianten
+
As mentioned in the chapter&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_DSL|"General Description of DSL"]],&nbsp; the most commonly deployed xDSL variants
*$\rm ADSL$&nbsp; sowie&nbsp; $\rm ADSL2$&nbsp; bzw.&nbsp; $\rm ADSL2+$&nbsp;
+
#$\rm ADSL$,&nbsp;  
*$\rm VDSL(1)$&nbsp; und&nbsp; $\rm VDSL(2)$
+
#$\rm ADSL2$&nbsp; resp.&nbsp; $\rm ADSL2+$,
 +
#$\rm VDSL(1)$&nbsp;  
 +
#$\rm VDSL(2)$
  
  
so definiert, dass jederzeit der gleichzeitige Betrieb von &nbsp;'''POTS'''&nbsp; (''Plain Old Telephone Service'') oder &nbsp;'''ISDN'''&nbsp; (''Integrated Services Digital Network'') auf der gleichen Leitung möglich ist. Dies ist auch die Basis der weiteren Beschreibungen.}}
+
are defined in such a way that simultaneous operation of &nbsp;&raquo;'''POTS'''&laquo;&nbsp; $($"Plain Old Telephone Service"$)$&nbsp; or &nbsp;&raquo;'''ISDN'''&laquo;&nbsp; $($"Integrated Services Digital Network"$)$&nbsp; on the same line is possible at any time.&nbsp; This is the basis of the further descriptions.}}
 
   
 
   
  
 
==ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line ==
 
==ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line ==
 
<br>
 
<br>
Der physikalische Netzabschluss liegt in der Ortsvermittlungsstelle im ADSL–Modem&nbsp; (''ADSL Transmission Unit Central Office'', &nbsp;$\rm ATU–C)$. Vorher wird im&nbsp; ''Splitter''&nbsp; das niederfrequente Telefonie–Spektrum noch vom höherfrequenteren ADSL–Spektrum durch Tief– und Hochpassfilterung getrennt.
+
[[File:EN_Bei_T_2_2_S4.png|right|frame|ADSL connection from the end customer to the local exchange]]
 +
 
 +
The physical network termination&nbsp; $\rm (NT)$&nbsp; is in the ADSL modem&nbsp; $($"ADSL Transmission Unit Central Office",&nbsp; $\text{ATU-C)}$&nbsp; in the local exchange.&nbsp; Before that,&nbsp; in the&nbsp; "splitter"&nbsp; the low-frequency telephony spectrum is separated from the higher-frequency ADSL spectrum by low-pass and high-pass filtering.
 +
 
 +
The graphic shows an ADSL connection from the end customer to the local exchange,&nbsp; which is described very briefly below.&nbsp; The reverse data connection paths are in each case mirror-inverted.
 +
 
 +
*The splitter forwards the telephone signals to the ISDN/POTS exchange and the ADSL signals to the&nbsp; "digital subscriber line access multiplexer"&nbsp; $\rm (DSLAM)$,&nbsp; in which the&nbsp; "$\text{ATU-C}$"&nbsp; is implemented as a plug-in card.
 +
 
 +
*The DSLAM bundles many ADSL connections and forwards the data after decoding at the ATM level via optical fiber to the&nbsp; "ATM Service Access Multiplexer".&nbsp; This sends the data from all DSLAMs over the backbone to the&nbsp; "Broadband Remote Access Server"&nbsp; $\rm (BBRAS)$.
  
[[File:P_ID1918__Bei_T_2_2_S3_v2.png|center|frame|Modellierung einer ADSL–Verbindung vom Endkunden zur Ortsvermittlung]]
+
*The BBRAS terminates the point-to-point protocol data link and forwards the IP packets via routers to the destination.&nbsp;  The backbone consists of optical components based on&nbsp; $\rm SDH$&nbsp; standard&nbsp; $($"Synchronous Digital Hierarchy"$)$.
  
Die Grafik zeigt eine ADSL–Verbindung vom Endkunden zur Ortsvermittlungsstelle, die nachfolgend in aller Kürze beschrieben wird. Die umgekehrten Datenverbindungswege erfolgen jeweils spiegelbildlich.
+
*The splitter connected to the&nbsp; "telecommunications connection unit"&nbsp; $\rm (TAE)$&nbsp; separates the signals.&nbsp;  
*Der Splitter leitet die Telefonsignale zur ISDN/POTS–Vermittlungsstelle weiter und die ADSL–Signale zum&nbsp; ''Digital Subscriber Line Access Multiplexer''&nbsp; (DSLAM), in dem das&nbsp; ''ADSL Transmission Unit Central Office''&nbsp; (ATU–C) als Einschubkarte realisiert ist.
 
*Der DSLAM bündelt viele ADSL–Anschlüsse und leitet die Daten nach Decodierung auf ATM–Ebene über Glasfaser zum&nbsp; ''ATM Service Access Multiplexer''&nbsp; weiter. Dieser schickt die Daten aller DSLAMs über das Backbone zum&nbsp; ''Broadband Remote Access Server''&nbsp; (BBRAS).
 
*Der BBRAS terminiert die Point–to–Point–Protokoll–Datenverbindung und leitet die IP–Pakete über Router zum Bestimmungsort weiter. Das Backbone besteht aus optischen Komponenten nach dem SDH–Standard&nbsp; (''Synchronous Digital Hierarchy'').
 
*Der an die&nbsp; ''Telekommunikations–Anschluss–Einheit''&nbsp; (TAE) angeschlossene Splitter trennt die Signale. Die Telefonsignale werden zu den Telefonie–Endgeräten bzw. zum NTBA geleitet, die ADSL–Signale zum Modem&nbsp; (''ADSL Transmission Unit Remote'',&nbsp; ATU–R). Dieses übernimmt die Decodierung und Weiterleitung der binären Daten zu den angeschlossenen Endgeräten.
 
  
 +
*The telephone signals are routed to the telephony terminals,&nbsp; the ADSL signals to the modem&nbsp; $($"ADSL Transmission Unit Remote",&nbsp; $\text{ATU-R)}$.&nbsp; The modem decodes and forwards the binary data to the connected terminals.
  
Bei der Initialisierung der ADSL–Verbindung führen&nbsp; $\rm ATU–C$&nbsp; und&nbsp; $\rm ATU–R$&nbsp; ein so genanntes &bdquo;Training&rdquo; durch, bei dem je nach Leitungsbeschaffenheit relevante Systemparameter wie Datenrate, Interleaved– und Fast–Modus, usw. ermittelt werden. Die dabei ausgehandelten Parameter bleiben bis zur nächsten Überprüfung und Synchronisation erhalten. Zur Übertragung von Verwaltungsdaten (''Overhead'') werden bei den ADSL–Systemen statisch 32 kbit pro Rahmen reserviert.
+
*During initialization of the ADSL connection,&nbsp; $\text{ATU-C}$&nbsp; and&nbsp; $\text{ATU-R}$&nbsp; perform a  so-called&nbsp; "training"&nbsp; in which relevant system parameters&nbsp; $($data rate,&nbsp; fast and interleaved mode,&nbsp; ...$)$&nbsp; are determined depending on the line conditions.
 +
 
 +
*The parameters negotiated in this process are retained until the next check and synchronization.&nbsp; For the transmission of administrative data&nbsp; $($"overhead"$)$,&nbsp; $32$&nbsp; kbit per frame are statically reserved in the ADSL systems.
 
   
 
   
  
==ADSL2 und ADSL2plus==   
+
==ADSL2 and ADSL2plus==   
 
<br>
 
<br>
Diese beiden Systemvarianten sind Weiterentwicklungen von ADSL:
+
{{BlaueBox|TEXT=
*Die verbesserte Systemvariante ''Asymmetric Digital Subscriber Line Transceivers 2''&nbsp; $\rm (ADSL2)$&nbsp; wurde 2002 mit der Veröffentlichung der ITU–Empfehlungen &nbsp;'''G.992.3'''&nbsp; und &nbsp;'''G.992.4'''&nbsp; spezifiziert.
+
$\text{These two system variants are further developments of ADSL:}$&nbsp;
*2003 folgte die ITU–Empfehlung &nbsp;'''G.992.5''': ''Extended–bandwidth ADSL2'' &nbsp;$\rm (ADSL2+)$.
+
*The enhanced system variant&nbsp; "Asymmetric Digital Subscriber Line Transceivers 2"&nbsp; $\rm (ADSL2)$&nbsp; was specified in 2002 with ITU recommendations &nbsp;$\rm G.992.3$,&nbsp; $\rm G.992.4$.
  
 +
*2003 followed by the ITU recommendation &nbsp;$\rm G.992.5$:&nbsp; "Extended-bandwidth ADSL2" &nbsp;$\rm (ADSL2+)$.}}
  
Gegenüber ADSL ergaben sich folgende Änderungen:
 
*Bei ADSL2 wurde die&nbsp; ''Seamless Rate Adaption''&nbsp; (SRA) in den Standard aufgenommen. Diese ermöglicht, die Übertragungsparameter bei zeitvarianter Kanalgüte während des Betriebs ohne Verlust der Synchronisation zu ändern.
 
*Hierzu prüfen ATU–C und ATU–R periodisch das ''Signal&ndash;to&ndash;Noise Ratio''&nbsp; (SNR) der Übertragungskanäle. Verschlechtert sich ein benutzter Kanal, so teilt der Empfänger dem Sender die neue Datenrate und den neuen Sendepegel mit. Nach einem anschließenden&nbsp; ''Sync–Flag''&nbsp; werden die Parameter übernommen.
 
*ADSL2–Systeme bieten darüber hinaus noch vielfältige Diagnosemöglichkeiten auch ohne erfolgte Synchronisation der Modems, ein Feature, das vor allem für die Fehlersuche, Fehleranalyse und Fehlerbehebung wichtig ist.
 
*Zudem bietet ADSL2 die Möglichkeit, bei ausreichendem SNR die Sendepegel zu reduzieren, um dadurch das Übersprechen zu minimieren und den Durchsatz im Bündelkabel zu erhöhen. Dieses&nbsp; ''Power–Cutback''&nbsp; kann nicht nur vom DSLAM, sondern auch vom ATU–R eingeleitet werden.
 
*Bei ADSL2 ist die Anzahl der Overheadbits nicht mehr festgeschrieben, sondern sie kann zwischen 4 und 32 kbit variieren. Diese Steigerung der Nutzdatenbitrate von bis zu 28 kbit/s pro Datenrahmen ist um so wichtiger, je länger die Strecke zwischen Modem und DSLAM ist.
 
  
 +
Compared to ADSL,&nbsp; the following changes occurred:
 +
#In ADSL2,&nbsp; the&nbsp; "Seamless Rate Adaption"&nbsp; $\rm (SRA)$&nbsp; was included in the standard.&nbsp; This allows transmission parameters to be changed during operation with time-variant channel quality without loss of synchronization.
 +
#For this purpose,&nbsp; ATU-C and ATU-R periodically check the signal&ndash;to&ndash;noise ratio&nbsp; $\rm (SNR)$&nbsp; of the transmission channels.&nbsp; If a channel in use deteriorates,&nbsp; the receiver notifies the transmitter of the new data rate and transmission level.&nbsp; After a subsequent&nbsp; "sync flag"&nbsp; the parameters are adopted.
 +
#ADSL2 systems also offer a wide range of diagnostic options even without the modems having been synchronized,&nbsp; a feature that is particularly important for troubleshooting,&nbsp; error analysis and error correction.
 +
#In addition,&nbsp; ADSL2 provides the ability to reduce transmit levels when SNR is sufficient,&nbsp; thereby minimizing crosstalk and increasing throughput in the trunk cable.&nbsp; This&nbsp; "power cutback"&nbsp; can be initiated not only by the DSLAM,&nbsp; but also by the ATU-R.
 +
#In ADSL2,&nbsp; the number of overhead bits is no longer fixed,&nbsp; but can vary between&nbsp; $4$&nbsp; and&nbsp; $32$&nbsp; kbit.&nbsp; This increase in the user data bit rate of up to&nbsp; $28$&nbsp; kbit/s per data frame is all the more important the longer the distance between the modem and the DSLAM.
  
Als Ergebnis erreichen ADSL2–Systeme eine Übertragungsrate von mehr als 8 Mbit/s (bis zu 12 Mbit/s) im Downstream und mehr als 800 kbit/s (bis zu 3.5 Mbit/s) im Upstream.
 
  
Bei ADSL2+ wird die Übertragungsrate im Downstream nochmals gedoppelt; die maximale Rate beträgt theoretisch 25 Mbit/s.
+
{{BlaueBox|TEXT=
 +
$\text{As a result from 2009:}$&nbsp;
 +
*$\text{ADSL2}$&nbsp; systems achieve a transmission rate of more than&nbsp; $8$&nbsp; Mbit/s&nbsp; $($up to&nbsp; $12$&nbsp; Mbit/s$)$&nbsp; downstream and more than&nbsp; $800$&nbsp; kbit/s&nbsp; $($up to&nbsp; $3.5$&nbsp; Mbit/s$)$&nbsp; upstream.
 +
 
 +
*With&nbsp; $\text{ADSL2+}$,&nbsp; the transmission rate in the downstream is doubled again; the maximum rate is theoretically&nbsp; $25$&nbsp; Mbit/s.}}
  
 
 
 
 
 
==VDSL – Very–high–speed Digital Subscriber Line ==  
 
==VDSL – Very–high–speed Digital Subscriber Line ==  
 
<br>
 
<br>
VDSL–Systeme sind vom grundsätzlichen Aufbau ihrer Komponenten mit ADSL–Systemen identisch, mit der einzigen Ausnahme, dass durch die Verlagerung des Splitters und des DSLAM von der Ortsvermittlungsstelle in einen Kabelverzweiger der letzte Abschnitt zwischen Netzbetreiber und Kunden – die so genannte „''Last Mile''” – kürzer wird. Diese Maßnahme war notwendig, da VDSL aufgrund der mit der Leitungslänge stark zunehmenden Dämpfung der höheren Frequenzen seinen Vorteil – die größere Übertragungsgeschwindigkeit – nur auf sehr kurzen Strecken ausspielen kann.
+
In terms of the basic structure of their components,&nbsp; VDSL systems are identical to ADSL systems,&nbsp; with the only exception that the relocation of the splitter and the DSLAM from the local exchange to a cable branch makes the last section between the network operator and the customer,&nbsp; the so-called&nbsp; "last mile".  
 +
[[File:EN_Bei_T_2_2_S5_v8.png|right|frame|Modeling of a VDSL connection from the end customer to the local exchange]]
  
DSLAM und BBRAS werden immer noch über STM–1–Schnittstellen verbunden. Deshalb muss nun auch die Strecke zwischen Ortsvermittlungsstelle und Kabelverzweiger mit Glasfaser verlegt werden.
 
  
[[File:P_ID1920__Bei_T_2_2_S5_v1.png|center|frame|Modellierung einer VDSL–Verbindung vom Endkunden zur Ortsvermittlungsstelle]]
+
This measure was necessary because VDSL can only exploit its advantage&nbsp; &ndash; the greater transmission speed &ndash;&nbsp; over very short distances due to the attenuation of the higher frequencies,&nbsp; which increases sharply with line length.
  
Man unterscheidet zwei alternative VDSL–Varianten:
+
DSLAM and BBRAS are still connected via&nbsp; [https://en.wikipedia.org/wiki/STM-1 $\text{STM-1}$]&nbsp; interfaces.&nbsp; Therefore,&nbsp; the route between the local exchange and the cable branch must now also be laid with optical fiber.
*das auf&nbsp; [[Modulation_Methods/Quadratur–Amplitudenmodulation|QAM]]&nbsp; (Quadratur–Amplitudenmodulation) basierende $\rm VDSL(1)$–System, das vorwiegend in Asien eingesetzt wird, und
 
*das auf&nbsp; [[Modulation_Methods/Weitere_OFDM–Anwendungen#Eine_Kurzbeschreibung_von_DSL_.E2.80.93_Digital_Subscriber_Line|DMT]]&nbsp; (''Discrete Multitone Transmission'') aufbauende $\rm VDSL(2)$–System.
 
  
 +
A distinction is made between two alternative VDSL variants:
 +
*$\rm VDSL(1)$&nbsp; is based on&nbsp; [[Modulation_Methods/Quadrature_Amplitude_Modulation|$\rm QAM$]]&nbsp; $($"Quadrature Amplitude Modulation"$)$,&nbsp; which is predominantly deployed in Asia,
 +
 +
*$\rm VDSL(2)$&nbsp; is based on&nbsp; [[Modulation_Methods/Further_OFDM_Applications#A_brief_description_of_DSL_-_Digital_Subscriber_Line|$\rm DMT$]]&nbsp; $($"Discrete Multitone Transmission"$)$.
 +
 +
 +
:VDSL(1) systems were never deployed in Germany because of their inadequate ability to provide audio/video,&nbsp; telephony and Internet&nbsp; $($"triple play"$)$&nbsp; with sufficient quality of service.
 +
 +
:Instead,&nbsp; the VDSL(2) standard was established immediately:&nbsp; Because of higher performance and greater range,&nbsp; the better quality of service as well as the reusability of the ADSL(2+) infrastructure.
  
VDSL(1)–Systeme kamen in Deutschland wegen der ungenügenden Fähigkeit, Audio/Video, Telefonie und Internet (''Triple Play'') in ausreichender Dienstgüte zur Verfügung stellen zu können, nie zum Einsatz. Vielmehr wurde gleich der VDSL(2)–Standard etabliert:&nbsp; Wegen höherer Performance und größerer Reichweite, der besseren Dienstgüte sowie der Wiederverwendbarkeit von ADSL(2+)–Infrastruktur.
 
  
 
{{BlaueBox|TEXT=
 
{{BlaueBox|TEXT=
$\text{Fazit:}$&nbsp;
+
$\text{Summary:}$&nbsp;
Nachfolgend sind einige wenige Eigenschaften des&nbsp; $\rm VDSL(2)$–Systems zusammengestellt:
+
Following a few characteristics of the&nbsp; $\rm VDSL(2)$&nbsp; system:
*VDSL(2) erreicht seit 2006 je nach benutztem Standard eine maximale Übertragungsrate von 50 bis 100 Mbit/s.
+
#VDSL(2) has achieved  since 2006 a maximum transmission rate of&nbsp; $50$&nbsp; to&nbsp; $100$&nbsp; Mbit/s,&nbsp; depending on the standard used.
*Die spezifizierte VDSL(2)–Übertragungsbandbreite von 30 MHz wurde 2009 als die maximal sinnvolle Bandbreite angesehen.
+
#The specified VDSL(2) transmission bandwidth of&nbsp; $30$&nbsp; MHz was considered the maximum reasonable bandwidth in 2009.
*Bis 2011 wurden zu diesem Zeitpunkt mit ergänzenden Maßnahmen wie dem&nbsp; ''Dynamic Spectrum Management''&nbsp; und ''Advanced Codes''&nbsp; bei kurzen Leitungslängen (bis 300 Meter) Gesamtübertragungsraten von bis zu 280 Mbit/s erwartet.}}
+
#With complementary measures such as&nbsp; "Dynamic Spectrum Management"&nbsp; and "Advanced Codes"&nbsp; total transmission rates of up to&nbsp; $280$ Mbit/s&nbsp; were expected for short line lengths&nbsp; $($up to&nbsp; $300$&nbsp; meters$)$.}}
 
   
 
   
 
   
 
   
==DSL–Internetzugang aus Sicht der Kommunikationsprotokolle ==  
+
==DSL Internet access from  perspective of the communication protocols ==  
 
<br>
 
<br>
Manche xDSL–Modems bieten eine&nbsp; ''Ethernet''–Schnittstelle zum Anschluss der Datenendgeräte an und eine transparente Verbindung zur Gegenstelle, basierend auf dem&nbsp; ''Internet-Protokoll''. Anzumerken ist:
+
Some xDSL modems offer an&nbsp; Ethernet interface for connecting the data terminals and a transparent connection to the remote terminal,&nbsp; based on the&nbsp; "Internet Protocol"&nbsp; $\rm (IP)$.&nbsp; The following should be noted:
*Diese Option wird durch die&nbsp; ''LAN–Emulation''&nbsp; (RFC2684) sowie das&nbsp; ''ATM Adaption Layer Protocol''&nbsp; (AAL5) ermöglicht. Der Ethernet–Datenstrom wird dazu auf ATM umgesetzt.
+
[[File:EN_Bei_T_2_2_S6b_v8.png|right|frame|Modeling of an xDSL connection through the use of an xDSL router]]
*Damit entfällt die Installation von ATM–Geräten und vorhandene Ethernet–Hardware kann verwendet werden, was die xDSL–Konfiguration beim Kunden wesentlich vereinfacht.
 
*Die ATM–Verbindung reicht mindestens bis zum&nbsp; ''Broadband Remote Access Server''&nbsp; (BBRAS) und wird dort je nach Backbone–Datenübertragungssystem umgesetzt oder direkt weitergeführt.
 
  
  
[[File:P_ID1921__Bei_T_2_2_S6a_v3.png|right|frame|Modellierung einer xDSL–Verbindung durch den Einsatz eines xDSL–Modems]]
+
*This option is enabled by the&nbsp; "LAN Emulation"&nbsp; $\rm (RFC2684)$&nbsp; and the&nbsp; "ATM Adaption Layer Protocol"&nbsp; $\rm (AAL5)$.&nbsp; The Ethernet data stream must be converted to&nbsp; $\rm ATM$&nbsp; for this purpose.
Die folgenden Grafiken zeigen die Kommunikation bei einer Internetverbindung nach dem OSI–Modell, wobei&nbsp; $\rm xDSL$&nbsp; nur zwischen der &nbsp; $\rm xTU-R$&nbsp; auf Kundenseite und der &nbsp; $\rm xTU-C$&nbsp; auf Anbieterseite eingesetzt wird (braune Hinterlegung).  
 
  
 +
*This eliminates the need to install ATM equipment and existing Ethernet hardware can be used,&nbsp; greatly simplifying xDSL configuration at the customer site.
  
Für die erste Grafik wird als xTU–R ein&nbsp; $\rm xDSL–Modem$&nbsp; angenommen.
+
*The ATM connection extends at least as far as the&nbsp; "Broadband Remote Access Server"&nbsp; $\rm (BBRAS)$&nbsp; and is converted there or continued directly,&nbsp; depending on the backbone data transmission system.
 +
 
 +
 
 +
The graph on the right shows the communication in an Internet connection according to the OSI model, where&nbsp; "xDSL"&nbsp; $($brown background$)$&nbsp; is used only
 +
*between the&nbsp; "TU-R"&nbsp; on the customer side&nbsp; $($here realized with an "xDSL router"$)$
 +
 
 +
*and the&nbsp; "TU-C"&nbsp; on the provider side.  
 
<br clear=all>
 
<br clear=all>
[[File:P_ID1922__Bei_T_2_2_S6b_v3.png|left|frame|Modellierung einer xDSL–Verbindung durch den Einsatz eines xDSL–Routers]]
+
== Components of DSL Internet access ==
<br><br>
 
In der zweiten Grafik wird als xTU–R–Schnittstelle ein&nbsp; $\rm xDSL–Router$&nbsp; verwendet.
 
*Dieser ermöglicht den Anschluss mehrerer Endgeräte in einem Netzwerk mit gemeinsam genutzter xDSL–Leitung.
 
*Hier initialisiert anstelle des Modems ein Router die&nbsp; ''Point–to–Point–Protocol–over–Ethernet''–Verbindung.
 
<br clear=all>
 
== Komponenten eines DSL–Internetzugangs ==
 
 
<br>
 
<br>
Abschließend werden notwendige Komponenten für einen DSL–Anschluss aufgelistet. Die Grafik zeigt Beispiele hierfür, meist von der Deutschen Telekom.  
+
Finally,&nbsp; necessary components for a DSL connection are listed.&nbsp; The graph shows examples of these,&nbsp; mostly from&nbsp; "Deutsche Telekom".  
  
[[File:P_ID1923__Bei_T_2_2_S7_v1.png|right|frame|Benötigte Komponenten zum Aufbau einer xDSL-Verbindung]]
 
  
$\rm NTBA$:&nbsp; Die allgemein übliche Bezeichnung ist&nbsp; ''Network Termination for ISDN Basic Rate Access''. Bei der deutschen Telekom steht der Begriff auch für &bdquo;Netzterminator Basis Anschluss&rdquo;. Aufgaben des NTBA sind:  
+
[[File:EN_Bei_T_2_2_S7.png|right|frame|Necessary components to establish an xDSL connection]]
*Mit Hilfe einer Gabelschaltung und einer Echokompensation wird die zweidrahtige UK0–Schnittstelle auf der Anbieterseite in die vierdrahtige S0–Schnittstelle der Teilnehmerseite umgesetzt.  
+
 
*Außerdem bewerkstelligt der NTBA die ISDN–Codeumsetzung vom MMS43–Code &nbsp;$\rm (U_{K0}$&ndash;Bus)&nbsp; auf den modifizierten AMI–Code &nbsp;$\rm (S_{0}$&ndash;Bus).
+
$\rm NTBA$:&nbsp; The commonly used term is&nbsp; "Network Termination for ISDN Basic Rate Access".&nbsp; Tasks of the NTBA are:  
 +
*With help of a fork circuit and echo cancellation,&nbsp; the two-wire&nbsp; $\rm U_{K0}$&nbsp; interface on the provider side is converted into the four-wire&nbsp; $\rm S_0$&nbsp;interface on the subscriber side.
 +
 +
*In addition,&nbsp;  the NTBA manages the ISDN code conversion from the&nbsp; "Modified Monitored Sum 4B3T"&nbsp; code &nbsp;$\rm (U_{K0}$ bus$)$&nbsp; to the modified AMI code &nbsp;$\rm (S_{0}$ bus$)$.
  
  
$\rm xTU–R$:&nbsp; Die Abkürzung steht für&nbsp; ''xDSL Transceive Unit Remote''&nbsp; und bezeichnet die teilnehmerseitige xDSL–Einheit. Bei der Deutschen Telekom – schon immer bekannt für besondere Namensgebungen – ist auch die Bezeichnung&nbsp; ''Netzwerkterminationspunkt Breitbandanschluss''&nbsp; (NTBBAE) üblich.
+
$\text{xTU-R}$:&nbsp; The abbreviation stands for&nbsp; "xDSL Transceive Unit - Remote"'&nbsp; and denotes the subscriber-side xDSL unit.  
*Wegen der großen Verbreitung von Ethernet weisen heutige xDSL–Modems und Router zur Anbindung der Datenendeinrichtungen meist nur noch einen Ethernet–Anschluss auf. Ursprünglich dienten sie zum teilnehmerseitigen Anschluss von ATM–Datenendgeräten.
+
*Due to the widespread use of Ethernet,&nbsp; today's xDSL modems and routers usually have only one Ethernet port for connecting data terminal equipment.&nbsp; Originally,&nbsp; they were used for subscriber-side connection of ATM data terminals.
*Deshalb muss diese Einheit auch die Funktion einer&nbsp; ''Layer–2–Bridge''&nbsp; übernehmen, um Ethernet über ATM zur Terminierung an den&nbsp; ''Broadband Remote Access Server''&nbsp; (BBRAS) übertragen zu können.
+
 +
*Thus,&nbsp; this unit must also perform the function of a&nbsp; "Layer 2 bridge"&nbsp; in order to be able to transmit Ethernet over ATM to the&nbsp; "Broadband Remote Access Server"&nbsp; (BBRAS) for termination.
  
  
$\rm xDSL–Modem$:&nbsp; Bei dieser Funktionseinheit wird die Datenverbindung vom/zum Datenendgerät durch ein Point–to–Point–Protokoll (PPP) über eine&nbsp; ''PPP over Ethernet–Verbindung''&nbsp; (PPPoE) initialisiert und vom BBRAS terminiert. Es kommen nur Datenendgerät in Frage, die separat eine Datenverbindung über PPP aufbauen können.
+
$\text{xDSL modem}$:&nbsp; With this functional unit,&nbsp; the data connection from/to the data terminal is initialized by a&nbsp; "point-to-point protocol"&nbsp; $\rm (PPP)$&nbsp; via a&nbsp; "PPP over Ethernet connection"&nbsp; and terminated by the&nbsp; "BBRAS".&nbsp; Only data terminal devices that can separately establish a data connection via PPP are eligible.
  
$\rm xDSL–Modem–Router$:&nbsp; Dieser initialisiert die Datenverbindung über PPP und setzt die Adressen auf IP–Ebene durch. Dadurch können mehrere Endgeräte angeschlossen werden und es ist ein interner Datenaustausches zwischen diesen möglich, ohne sich in diese separat einwählen zu müssen.
+
$\text{xDSL router}$:&nbsp; This initializes the data connection via PPP and enforces the addresses at IP level.&nbsp; This allows multiple terminals to be connected and allows internal data exchange between them without having to dial into them separately.
  
$\rm Splitter$:&nbsp; Dieser ist im Prinzip eine Kombination aus Hoch– und Tiefpass mit drei Schnittstellen, die die Trennung der hochfrequenten xDSL–Datensignale (oberhalb von 138 kHz) von den niederfrequenten POTS– bzw. ISDN–Telefonsignalen (unterhalb von 120 kHz) übernimmt, bzw. deren Kombination.
+
$\rm Splitter$:&nbsp; This is basically a combination of high-pass and low-pass with three interfaces, which handles the separation of the high-frequency xDSL data signals&nbsp; $($above&nbsp; $138$&nbsp;kHz$)$&nbsp; from the low-frequency POTS or ISDN telephone signals&nbsp; $($below&nbsp; $120$&nbsp;kHz$)$,&nbsp; or their combination.
*Diese&nbsp; ''Breitbandanschlusseinheit''&nbsp; (BBAE) – wie sie im Telekom–Jargon auch heißt – ist nichts anderes als eine Frequenzweiche.  
+
*This&nbsp; "broadband access unit"&nbsp; is nothing other than a crossover unit.
*Auf Seite der Teilnehmeranschlussleitung liegt die Summe der Signale an, während sowohl beim Kunden als auch auf der Anbieterseite die xDSL–Daten und die POTS/ISDN-Signale jeweils durch einen Splitter voneinander getrennt sind.
+
 +
*The sum of the signals is present on the subscriber line side,&nbsp; while the xDSL data and the POTS/ISDN signals are separated from each other by a splitter on both the customer and provider sides.
  
  
$\rm xTU-C$:&nbsp; Die Abkürzung steht für ''xDSL Transceive Unit Central office''. Sie ist die anbieterseitige xDSL–Einheit und wird meist als Leiterplatteneinschub&nbsp; (''Linecard'')&nbsp; für den DSLAM realisiert. Er wird manchmal auch als&nbsp; ''Netzwerkterminationspunkt Breitbandanschluss''&nbsp; (NTBBAE) bezeichnet. Der xTU–C terminiert die physikalischen Endkunden–xDSL–Teilnehmeranschlüsse, moduliert teilnehmerseitig den ATM–Bitdatenstrom und demoduliert anbieterseitig das xDSL–Signal.
+
$\text{xTU-C}$:&nbsp; The abbreviation stands for&nbsp; "xDSL Transceive Unit - Central office".&nbsp; It is the provider-side xDSL unit and is usually implemented as a printed-circuit board insertion for the DSLAM.&nbsp; The xTU-C terminates the physical retail xDSL subscriber lines,&nbsp; modulates the ATM bit stream on the subscriber side,&nbsp; and demodulates the xDSL signal on the provider side.
  
$\rm DSLAM$:&nbsp; Die Abkürzung steht für&nbsp; ''Digital Subscriber Line Access Multiplexer''. Fachleute verwenden für den DSLAM, den es in verschiedenen Ausführungen gibt, auch die Bezeichnung „MXBBA”. In der einfachsten Form terminiert er mit seinen xTU–C–Linecards die physikalischen Teilnehmeranschlüsse. In erweiterter Form ist im DSLAM auch ein&nbsp; ''ATM Service Access Multiplexer''&nbsp; integriert.
+
$\text{DSLAM}$:&nbsp; The abbreviation stands for&nbsp; "Digital Subscriber Line Access Multiplexer".&nbsp;  In its simplest form,&nbsp; it terminates the physical subscriber lines with its xTU-C line cards.&nbsp; In an extended form,&nbsp; an&nbsp; "ATM Service Access Multiplexer"&nbsp; is also integrated in the DSLAM.
*Aufgabe des DSLAM ist es, die ATM–Bitströme der Teilnehmeranschlussleitungen zu bündeln und konzentriert im Multiplexverfahren über eine STM–1–Glasfaserschnittstelle ins Anbieternetz weiterzuleiten.  
+
*The task of the DSLAM is to bundle the ATM bit streams of the subscriber lines and to forward them in concentrated form in the multiplexing process via an STM-1 fiber interface into the provider network.
*STM ist ein SDH–Übertragungsstandard zum Multiplexen von optischen Kanälen und steht für&nbsp; ''Synchronous Transport Module''. STM–1 ermöglicht eine Bitrate von bis zu 155.52 Mbit/s, STM–64 bis zu fast 10 Gbit/s.
+
 +
*"STM" is an&nbsp; "synchronous digital hierarchy"&nbsp; $($SDH$)$&nbsp; transmission standard for multiplexing optical channels and stands for&nbsp; "Synchronous Transport Module".&nbsp; STM-1 allows a bit rate of up to&nbsp; $155.52$&nbsp; Mbit/s,&nbsp; STM-64 up to almost&nbsp; $10$&nbsp; Gbit/s.
  
  
==Aufgaben zum Kapitel ==
+
==Exercises for the chapter ==
 
<br>  
 
<br>  
[[Aufgabe_2.2:_xDSL–Varianten|Aufgabe 2.2: xDSL–Varianten]]
+
[[Exercise_2.2:_xDSL_Variants|Exercise 2.2: xDSL Variants]]
  
[[Aufgabe_2.2Z:_DSL–Internetanschluss|Aufgabe 2.2Z: DSL–Internetanschluss]]
+
[[Exercise_2.2Z:_DSL_Internet_Connection|Exercise 2.2Z: DSL Internet Connection]]
  
 
{{Display}}
 
{{Display}}

Latest revision as of 10:13, 22 March 2023

Reference models


xDSL reference model of the ITU

Based on the following general ITU reference model,  it can be quickly seen that xDSL is physically a pure access transmission technology that is only used in the local loop network area between the fiber termination point and the network termination at the end customer.

The basic elements of the xDSL standard are:

  • the network termination  $\rm (NT)$,
  • a subscriber line$\rm$,  and
  • the line termination  $\rm (LT)$.


There is a lot of freedom for network operators in implementing this reference model in practice. What all previous implementations have in common is that they use existing metallic subscriber lines.

$\text{Examples 1:}$  In an example,  the configuration most frequently encountered in Germany is shown according to the graphic.  Note:

Reference model according to  "$\text{1TR112 U-R2-V7.0 DTAG}$"
  • In all xDSL variants deployed today,  the data service converted in the modems is combined with the telephone service.  This allows transmission over the existing telephone network.
  • The  "splitter"  separate the signal on both sides of the subscriber line into the classes  "broadband"  and  "narrowband" .
  • An important interface is designated  $\text{U-R2}$  $($red marking$)$.
  1. This was standardized in Germany in 2001 by Deutsche Telekom AG in order to be able to use any modems on the subscriber side.
  2. This means that the customer is no longer dependent on his provider's xDSL modem.



Overview and common features of all xDSL systems


The technical realization of an  $\rm xDSL$  system involves many system components,  which can be distributed over several localities.  There is a wide range of realization options.  To summarize  $($from the perspective of 2009$)$:

  1. The systems for  $\rm ADSL$  and  $\rm ADSL$  shown below represent the most common implementation.  Data transport at the protocol level is based on the  $\rm ATM$  technology  $($"Asynchronous Transfer Mode"$)$.
  2. Despite a large data overhead,  ATM still offers advantages over  "Ethernet"  in terms of guaranteed quality of service  $\rm (QoS)$,  i.e. effective bit rate,  low delay and jitter.
  3. Ethernet,  on the other hand,  enables very high data transmission rates,  especially through the  »10 Gbit/s Ethernet«  and »100 Gbit/s Ethernet«  $($"Metro Ethernet"$)$  variants.  ATM,  on the other hand,  is more suitable for lower data rates.
  4. In 2009 there were numerous discussions about whether ATM should be replaced by  "10 Gbit/s Ethernet"  in the course of  "Next Generation Network".  However,  upgrading the backbone from ATM to Ethernet represents a not inconsiderable investment.


$\text{Summary:}$  As mentioned in the chapter  "General Description of DSL",  the most commonly deployed xDSL variants

  1. $\rm ADSL$, 
  2. $\rm ADSL2$  resp.  $\rm ADSL2+$,
  3. $\rm VDSL(1)$ 
  4. $\rm VDSL(2)$


are defined in such a way that simultaneous operation of  »POTS«  $($"Plain Old Telephone Service"$)$  or  »ISDN«  $($"Integrated Services Digital Network"$)$  on the same line is possible at any time.  This is the basis of the further descriptions.


ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line


ADSL connection from the end customer to the local exchange

The physical network termination  $\rm (NT)$  is in the ADSL modem  $($"ADSL Transmission Unit Central Office",  $\text{ATU-C)}$  in the local exchange.  Before that,  in the  "splitter"  the low-frequency telephony spectrum is separated from the higher-frequency ADSL spectrum by low-pass and high-pass filtering.

The graphic shows an ADSL connection from the end customer to the local exchange,  which is described very briefly below.  The reverse data connection paths are in each case mirror-inverted.

  • The splitter forwards the telephone signals to the ISDN/POTS exchange and the ADSL signals to the  "digital subscriber line access multiplexer"  $\rm (DSLAM)$,  in which the  "$\text{ATU-C}$"  is implemented as a plug-in card.
  • The DSLAM bundles many ADSL connections and forwards the data after decoding at the ATM level via optical fiber to the  "ATM Service Access Multiplexer".  This sends the data from all DSLAMs over the backbone to the  "Broadband Remote Access Server"  $\rm (BBRAS)$.
  • The BBRAS terminates the point-to-point protocol data link and forwards the IP packets via routers to the destination.  The backbone consists of optical components based on  $\rm SDH$  standard  $($"Synchronous Digital Hierarchy"$)$.
  • The splitter connected to the  "telecommunications connection unit"  $\rm (TAE)$  separates the signals. 
  • The telephone signals are routed to the telephony terminals,  the ADSL signals to the modem  $($"ADSL Transmission Unit Remote",  $\text{ATU-R)}$.  The modem decodes and forwards the binary data to the connected terminals.
  • During initialization of the ADSL connection,  $\text{ATU-C}$  and  $\text{ATU-R}$  perform a so-called  "training"  in which relevant system parameters  $($data rate,  fast and interleaved mode,  ...$)$  are determined depending on the line conditions.
  • The parameters negotiated in this process are retained until the next check and synchronization.  For the transmission of administrative data  $($"overhead"$)$,  $32$  kbit per frame are statically reserved in the ADSL systems.


ADSL2 and ADSL2plus


$\text{These two system variants are further developments of ADSL:}$ 

  • The enhanced system variant  "Asymmetric Digital Subscriber Line Transceivers 2"  $\rm (ADSL2)$  was specified in 2002 with ITU recommendations  $\rm G.992.3$,  $\rm G.992.4$.
  • 2003 followed by the ITU recommendation  $\rm G.992.5$:  "Extended-bandwidth ADSL2"  $\rm (ADSL2+)$.


Compared to ADSL,  the following changes occurred:

  1. In ADSL2,  the  "Seamless Rate Adaption"  $\rm (SRA)$  was included in the standard.  This allows transmission parameters to be changed during operation with time-variant channel quality without loss of synchronization.
  2. For this purpose,  ATU-C and ATU-R periodically check the signal–to–noise ratio  $\rm (SNR)$  of the transmission channels.  If a channel in use deteriorates,  the receiver notifies the transmitter of the new data rate and transmission level.  After a subsequent  "sync flag"  the parameters are adopted.
  3. ADSL2 systems also offer a wide range of diagnostic options even without the modems having been synchronized,  a feature that is particularly important for troubleshooting,  error analysis and error correction.
  4. In addition,  ADSL2 provides the ability to reduce transmit levels when SNR is sufficient,  thereby minimizing crosstalk and increasing throughput in the trunk cable.  This  "power cutback"  can be initiated not only by the DSLAM,  but also by the ATU-R.
  5. In ADSL2,  the number of overhead bits is no longer fixed,  but can vary between  $4$  and  $32$  kbit.  This increase in the user data bit rate of up to  $28$  kbit/s per data frame is all the more important the longer the distance between the modem and the DSLAM.


$\text{As a result from 2009:}$ 

  • $\text{ADSL2}$  systems achieve a transmission rate of more than  $8$  Mbit/s  $($up to  $12$  Mbit/s$)$  downstream and more than  $800$  kbit/s  $($up to  $3.5$  Mbit/s$)$  upstream.
  • With  $\text{ADSL2+}$,  the transmission rate in the downstream is doubled again; the maximum rate is theoretically  $25$  Mbit/s.


VDSL – Very–high–speed Digital Subscriber Line


In terms of the basic structure of their components,  VDSL systems are identical to ADSL systems,  with the only exception that the relocation of the splitter and the DSLAM from the local exchange to a cable branch makes the last section between the network operator and the customer,  the so-called  "last mile".

Modeling of a VDSL connection from the end customer to the local exchange


This measure was necessary because VDSL can only exploit its advantage  – the greater transmission speed –  over very short distances due to the attenuation of the higher frequencies,  which increases sharply with line length.

DSLAM and BBRAS are still connected via  $\text{STM-1}$  interfaces.  Therefore,  the route between the local exchange and the cable branch must now also be laid with optical fiber.

A distinction is made between two alternative VDSL variants:

  • $\rm VDSL(1)$  is based on  $\rm QAM$  $($"Quadrature Amplitude Modulation"$)$,  which is predominantly deployed in Asia,
  • $\rm VDSL(2)$  is based on  $\rm DMT$  $($"Discrete Multitone Transmission"$)$.


VDSL(1) systems were never deployed in Germany because of their inadequate ability to provide audio/video,  telephony and Internet  $($"triple play"$)$  with sufficient quality of service.
Instead,  the VDSL(2) standard was established immediately:  Because of higher performance and greater range,  the better quality of service as well as the reusability of the ADSL(2+) infrastructure.


$\text{Summary:}$  Following a few characteristics of the  $\rm VDSL(2)$  system:

  1. VDSL(2) has achieved since 2006 a maximum transmission rate of  $50$  to  $100$  Mbit/s,  depending on the standard used.
  2. The specified VDSL(2) transmission bandwidth of  $30$  MHz was considered the maximum reasonable bandwidth in 2009.
  3. With complementary measures such as  "Dynamic Spectrum Management"  and "Advanced Codes"  total transmission rates of up to  $280$ Mbit/s  were expected for short line lengths  $($up to  $300$  meters$)$.


DSL Internet access from perspective of the communication protocols


Some xDSL modems offer an  Ethernet interface for connecting the data terminals and a transparent connection to the remote terminal,  based on the  "Internet Protocol"  $\rm (IP)$.  The following should be noted:

Modeling of an xDSL connection through the use of an xDSL router


  • This option is enabled by the  "LAN Emulation"  $\rm (RFC2684)$  and the  "ATM Adaption Layer Protocol"  $\rm (AAL5)$.  The Ethernet data stream must be converted to  $\rm ATM$  for this purpose.
  • This eliminates the need to install ATM equipment and existing Ethernet hardware can be used,  greatly simplifying xDSL configuration at the customer site.
  • The ATM connection extends at least as far as the  "Broadband Remote Access Server"  $\rm (BBRAS)$  and is converted there or continued directly,  depending on the backbone data transmission system.


The graph on the right shows the communication in an Internet connection according to the OSI model, where  "xDSL"  $($brown background$)$  is used only

  • between the  "TU-R"  on the customer side  $($here realized with an "xDSL router"$)$
  • and the  "TU-C"  on the provider side.


Components of DSL Internet access


Finally,  necessary components for a DSL connection are listed.  The graph shows examples of these,  mostly from  "Deutsche Telekom".


Necessary components to establish an xDSL connection

$\rm NTBA$:  The commonly used term is  "Network Termination for ISDN Basic Rate Access".  Tasks of the NTBA are:

  • With help of a fork circuit and echo cancellation,  the two-wire  $\rm U_{K0}$  interface on the provider side is converted into the four-wire  $\rm S_0$ interface on the subscriber side.
  • In addition,  the NTBA manages the ISDN code conversion from the  "Modified Monitored Sum 4B3T"  code  $\rm (U_{K0}$ bus$)$  to the modified AMI code  $\rm (S_{0}$ bus$)$.


$\text{xTU-R}$:  The abbreviation stands for  "xDSL Transceive Unit - Remote"'  and denotes the subscriber-side xDSL unit.

  • Due to the widespread use of Ethernet,  today's xDSL modems and routers usually have only one Ethernet port for connecting data terminal equipment.  Originally,  they were used for subscriber-side connection of ATM data terminals.
  • Thus,  this unit must also perform the function of a  "Layer 2 bridge"  in order to be able to transmit Ethernet over ATM to the  "Broadband Remote Access Server"  (BBRAS) for termination.


$\text{xDSL modem}$:  With this functional unit,  the data connection from/to the data terminal is initialized by a  "point-to-point protocol"  $\rm (PPP)$  via a  "PPP over Ethernet connection"  and terminated by the  "BBRAS".  Only data terminal devices that can separately establish a data connection via PPP are eligible.

$\text{xDSL router}$:  This initializes the data connection via PPP and enforces the addresses at IP level.  This allows multiple terminals to be connected and allows internal data exchange between them without having to dial into them separately.

$\rm Splitter$:  This is basically a combination of high-pass and low-pass with three interfaces, which handles the separation of the high-frequency xDSL data signals  $($above  $138$ kHz$)$  from the low-frequency POTS or ISDN telephone signals  $($below  $120$ kHz$)$,  or their combination.

  • This  "broadband access unit"  is nothing other than a crossover unit.
  • The sum of the signals is present on the subscriber line side,  while the xDSL data and the POTS/ISDN signals are separated from each other by a splitter on both the customer and provider sides.


$\text{xTU-C}$:  The abbreviation stands for  "xDSL Transceive Unit - Central office".  It is the provider-side xDSL unit and is usually implemented as a printed-circuit board insertion for the DSLAM.  The xTU-C terminates the physical retail xDSL subscriber lines,  modulates the ATM bit stream on the subscriber side,  and demodulates the xDSL signal on the provider side.

$\text{DSLAM}$:  The abbreviation stands for  "Digital Subscriber Line Access Multiplexer".  In its simplest form,  it terminates the physical subscriber lines with its xTU-C line cards.  In an extended form,  an  "ATM Service Access Multiplexer"  is also integrated in the DSLAM.

  • The task of the DSLAM is to bundle the ATM bit streams of the subscriber lines and to forward them in concentrated form in the multiplexing process via an STM-1 fiber interface into the provider network.
  • "STM" is an  "synchronous digital hierarchy"  $($SDH$)$  transmission standard for multiplexing optical channels and stands for  "Synchronous Transport Module".  STM-1 allows a bit rate of up to  $155.52$  Mbit/s,  STM-64 up to almost  $10$  Gbit/s.


Exercises for the chapter


Exercise 2.2: xDSL Variants

Exercise 2.2Z: DSL Internet Connection