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DSL Technik

Grundprinzip der DSL Technik

Das Grundprinzip der DSL Technik soll hier eingehend beschrieben werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Internetverbindungen über analoge Telefonanschlüsse oder ISDN nutzt DSL einen größeren Frequenzbereich der eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht. Problematisch ist das breite Frequenzband bei der Übertragung, denn das Signal ist nur für geringe Weiten geeignet und muss in den jeweiligen Verbindungsstellen weiter verarbeitet werden.

Das analoge Telefonnetz funktioniert nach dem Prinzip der POTS Verbindungen. POTS bedeutet "Plain old Telefone service" (übersetzt: einfacher alter Telefondienst). Das POTS System ermöglicht die Übertragung von Sprachen im Bereich von 300 Hertz bis 3400 Hertz. Das System basiert vollständig auf dem Prinzip der Leitungen. Bei der Verbindungserstellung erhält man seine Verbindung exklusiv zu seinem Gesprächspartner. Die ISDN Technik hat das analoge Netz digitalisiert und hat eine Abtastrate von 8000 Hertz ermöglicht, so konnten mit einem Anschluss mehrere Telefonate geführt werden und auf das Internet zugegriffen werden. Für die DSL Technik ist das Netz der analogen Telefonie nicht geeignet, da DSL paketorientiert arbeitet. Dies muss man sich so vorstellen, dass vom Sender feste Datenpakete an den Empfänger übergeben werden.

Von Vorteil ist die Trennung der beiden Sparten auch bei der Belegung der Amtsleitung. Das DSL System spart den Frequenzbereich aus, somit kann parallel noch telefoniert werden. Zu den Anfängen des Internets hatte man im privaten Haushalt oftmals das Problem, dass man beim Abrufen der E-Mails oder aufrufen einer Internetseite die Leitung lahm legte. Dies gehört seit der Einführung von DSL der Vergangenheit an, die Internetverbindungen funktioniert wie eine Standleitung und hält andere Kanäle frei. Mit geeigneten ISDN Geräten kann man sogar Telefonieren, Faxen und im Internet surfen. Dies geht alles parallel.

Die Übertragung funktioniert entgegen der vielfältigen Annahmen nicht ausschließlich digital. So wird das zu verarbeitende Internetsignal analog über die Telefonleitung zur nächsten Vermittlungsstelle übertragen. Der bereits bekannte DSLAM empfängt das analoge Signal, moduliert es in ein digitales Signal und schickt es bildlich gesehen über eine Glasfaserleitung auf die Reise zu seinem Zielort. Umgekehrt funktioniert dies im Übrigen genauso, so werden per Multiplexer die digitalen Signale in analoge umgewandelt und sie zum wartenden Empfänger geleitet.

Die Signale die zum DSLAM übertragen werden, kommen von einem Konzentrator welcher im Fachjargon DSL-AC oder BB-PoP genannt wird. Von dort aus geht es in den Backbone, den so genannten Hintergrund des Providers. Der Backbone besteht aus Unmengen von Servern und Rechnern die die entsprechenden Homepages verwalten.

Durch die Abtrennung vom Telefonnetz kann die Teilnehmeranschlusszahl besser ausgenutzt und vergrößert werden. Dadurch, dass die Modulationsverfahren immer besser werden, können über die Glasfaserleitungen größere Datenpakete verwendet werden.

Damit man sich das Prinzip der Funktionsweise der DSL Technik bildlich vorstellen kann, soll hier an dieser Stelle versucht werden, das oben Beschriebene etwas zu vereinfachen.

Demnach setzt sich der Nutzer vor seinen Computer und klickt nach dem Einschalten des PCs auf seinen Internetbrowser. So fern eine Internetverbindung besteht, wird nun das erste Datenpaket übermittelt. In Wirklichkeit hat der PC aber beim Laden schon mehrere Datenpakete verschickt und erhalten. Jeder PC verfügt über eine Kennung und erhält vom Netzbetreiber bei der Einwahl ins DSL Netz eine so genannte IP Adresse. Mit dieser Adresse ist der PC immer wieder zu finden.

Wenn der Internetbrowser nun aufgerufen wird, sendet der PC seine Adresse mit dem Wunsch die gewählte Internetseite zu öffnen. Das Datenpaket geht über das Modem in das Kabelnetz, welches bis zur Vermittlungsstelle aus Kupferleitungen besteht. Vergleichbar ist dieser Vorgang mit einem Briefverteilerzentrum: Der Brief aus dem Briefkasten wird erstmal per Auto in das Verteilerzentrum gebracht. Die zurückgelegte Distanz ist gering, im Falle des DSL Pakets etwa 3 bis maximal 4 Kilometer. Ist das Datenpaket in der Vermittlungsstelle angekommen wird es in ein digitales Signal umgewandelt und für die Reise durch das Glasfaserkabel vorbereitet.

Ähnliches geschieht im Briefverteilerzentrum: Hier wird der Brief aufgenommen und sein Bestimmungsort festgestellt, anschließend wird er mit anderen Briefen zu einem Bündel zusammengepackt und auf seine lange Reise mit dem Flugzeug, Zug oder LKW vorbereitet. Das Datenpaket wird nach Abschluss der Vorbereitungen durch die Datenautobahn Glasfaser geschickt. Am Bestimmungsort nimmt wieder eine Vermittlungsstelle das Paket in Empfang. Hier wird das Paket dekodiert und zu dem Zielserver weitergeleitet. Der postalische Brief macht genau den gleichen Weg, denn nach seiner langen Reise endet diese vorzeitig im entsprechenden Verteilerzentrum. Von hier aus wird der Brief erneut gelesen und seinem Empfänger zugestellt.

Im vorangegangen Abschnitt wurde schon kurz auf die limitierten Übertragungstrecken eingegangen, hier soll dies nun genauer beleuchtet werden, denn es gibt einige Faktoren die die Reichweite und damit die Übertragungsrate der Kupferleitung beeinträchtigen. Für eine hochwertige und lange Übertragung müssen die verwendeten Kupferleitungen einen großen Durchmesser aufweisen. In Deutschland werden unterschiedliche Durchmesser verlegt, am gängigsten sind jedoch Durchmesser von 0,25 und 0,8 Millimeter. In der Nachrichtentechnik werden die Werte allerdings in Quadratmillimetern angegeben. Dementsprechend spricht man vom Querschnitt. Die dickeren Kupferadern werden für längere Übertragungswege ab sechs Kilometern Länge verwendet.

Der größte Störfaktor bei der Übertragung ist das Übersprechen, welches im Fachjargon mit Crosstalk ins englische übersetzt wird. Damit das Übersprechen minimiert wird, werden bei der Aufschaltung nicht alle Doppeladern der Kupferleitung mit dem DSL Signal beschaltet. Somit werden die in einem Kabelbaum verlegten Doppeladern in ihrer Störanfälligkeit minimiert. In naher Zukunft soll es möglich sein, das Übersprechen in Echtzeit zu analysieren und mit Kompensationssignalen zu beseitigen. Mit Hilfe von speziellen Servern soll das Crosstalk weiter minimiert werden.

Der Aufwand der zur Beseitigung des Crosstalks betrieben wird, erscheint im ersten Gedankengang immens. Bei genauerer Betrachtung stellt man aber fest, dass die nicht genutzten Doppeladern hohe Kosten verursachen. Durch die gestiegenen Rohstoffpreise, ist auch der Rohwert des Kupfers gestiegen. Es ist damit äußerst unwirtschaftlich ein Kabel zu verlegen, welches nur zur Hälfte ausgelastet wird. Rechnet man diese wahre Verschwendung auf das gesamte Kabelnetz der Telekom hoch, so wird man feststellen, dass eine Eliminierung des Crosstalks eine große Kosteneinsparung auf lange Sicht verspricht.

Als Faustregel lässt sich bei der Übertragung von DSL Signalen sagen, dass die Übertragungsgeschwindigkeit geringer wird, je weiter man von einem DSLAM entfernt ist. Ein weiterer Faktor ist die Dämpfung der Leitung, denn je höher diese ist, desto geringer ist die erzielbare Bandbreite. Die verschiedenen DSL Verfahren, die mehr oder weniger etabliert sind, haben unterschiedliche Übertragungsqualitäten. Die als reiner Datenanschluss genutzte SDSL Technik besitzt eine Reichweite von 8 Kilometern reiner Leitungslänge, damit ist sie die reichweitenstärkste Technik. SDSL hat sich für Privatkunden bereits etabliert und dank der immer mehr aufkommenden Internettelefonie wird es einen starken Markt für SDSL geben.

Die herkömmlichen ADSL Techniken teilen sich die hinteren Plätze und besitzen eine Übertragungsreichweite von drei bis maximal vier Kilometern. Die in ländlichen Angebotenen Kombinationen aus analogen Verbindungstechniken und DSL müssen sich dagegen ganz hinten anstellen.

Die größte Minderung der Übertragungsgeschwindigkeit stellt die Leitungsdämpfung da. Vereinfacht kann man sich die Dämpfung als Bremsklotz des Signals vorstellen. Wenn eine DSL Leitung im technischen Grenzbereich betrieben wird, kann die größtmögliche Übertragungsgeschwindigkeit realisiert werden. Allerdings kann diese Ausreizung auch zu Problemen führen, vor allem bei älteren Modems. In solchen Fälle können die Datenraten direkt am Port reduziert werden. Bei einigen Modems kann man diese Einstellungen auch manuell vornehmen. Um einen störungsfreien Betrieb mit jeder Leitung zu ermöglichen, begrenzen die Anbieter die Übertragungsgeschwindigkeit entsprechend. Somit sollte es zu keiner Beeinträchtigung durch hohe Dämpfungsraten der Leitung oder veralteten Geräten kommen.

Die Berechnung der Dämpfung und damit die Abschätzung der nutzbaren Übertragungsgeschwindigkeit wird die Kontes-Orka-Leitungsdatenbank zu Rande gezogen. Für eine herkömmliche ADSL Verbindung wird auf Basis der Basisfrequenz von 300 Kilohertz. Die Basen für die Entertainanschlüsse wie T-Home und das neuartige SDSL Verbindungskonzept lauten 1 Megahertz und 150 Kilohertz. Als grober Richtwert wird eine Leitungsdämpfung von 10 Dezibel pro Kilometer angenommen. Einige Modems besitzen die Funktion den Dämpfungswert der Leitung messtechnisch zu bestimmen, allerdings richten sich die Anbieter nicht nach deren Werte. Die Messreihen der Modems können unter dem Motor des Schätzeisens abgehakt werden, in der Leitungsanalyse haben diese Werte keine Bedeutung.

Die angewandten Formeln unterscheiden sich von Anbieter zu Anbieter. So kommt es vor, dass die Deutsche Telekom wesentlich geringere Werte für ihre Leitung bestimmt, als andere Anbieter. Einige Kunden haben diesen Vorfall bei Arcor bemerkt. Dennoch kommt es mit geeigneten Endgeräten zu keinerlei Einschränkungen oder Beeinträchtigungen.

Die Telekom führt bei der Bereitstellung der DSL Anschlüsse zuvor Dämpfungsberechnungen aus. Diese garantieren einen zuverlässigen DSL Gebrauch oder eben nicht. Bei der Berechnung werden die Werte mit einer Richttabelle verglichen. Je höher die gewünschte Übertragungsgeschwindigkeit sein soll, desto niedriger muss der Dämpfungswert sein. So benötigt zum Beispiel das standardmäßige DSL 1000 mit einer Übertragungsrate von 1024 Kilobits pro Sekunde eine Dämpfung bis maximal 43 Dezibel.

Das so genannte Dorf DSL oder DSL light kommt mit Dämpfungswerten um 55 Dezibel aus. Die angebotenen Übertragungsgeschwindigkeiten mit 16000 Kilobits pro Sekunde benötigen eine maximale Dämpfungsrate von 18 Dezibel. Darüber hinaus wird es schon schwierigl, denn es werden Dämpfungswerte bis zu 4 Dezibel benötigt. Diese Leitungen sind schon fast dämpfungsfrei und müssen bei der Verlegung besonders sorgsam verlegt werden.

Bei solch niedrigen Dämpfungsraten steigt naturgemäß die Ausfallrate. Der Nutzer merkt schon bei der kleinsten Veränderung im Kabelstrang die entsprechenden Performanceeinbußen. Je nach Größe der Veränderung oder Größe der Beschädigung, kann es vorkommen, dass die DSL Übertragung komplett ausfällt.

Bei einigen Anbietern kann eine Hochstufung der Übertragungsrate schriftlich beantragt werden, auch wenn die Berechnung eine Fehlfunktion ergeben hat. Die Hochstufung erfolgt auf eigenes Risiko und die Garantie für eine funktionsfähige Leitung wird nicht mehr gegeben. Dennoch kann man davon ausgehen, dass die Hochstufung erfolgreich verläuft. Dies liegt daran das die Anbieter in ihre Berechnungen mögliche Fehler und einen gewissen Spielraum mit einrechnen. Würden sie am Rande der Möglichkeiten operieren, so würde der Stördienst ständig beauftragt werden. Das Risiko für eine nicht richtig funktionierende DSL Leitung ist damit zu hoch.

Ein weiteres sehr wichtiges Bauteil der DSL Übertragung sind die DSL Vermittlungsstellen, sie heißen im Fachjargon DSLAM und sind bereits bekannt. Eine kurze Erläuterung über deren Funktionsweise wurde ebenfalls schon gegeben. Des Weiteren wurde angesprochen, dass die DSLAMs nicht zwangsläufig mit einer Glasfaserleitung angebunden werden müssen.

Das Projekt der drahtlosen Übertragung für entlegene Orte ist mittlerweile soweit, dass nahe gelegene Sendemasten als Antennen für den DSLAM benutzt werden können. In Bayern wurde erst vor kurzem ein Projekt finanziert und von Ingenieuren des Frauenhoferinstituts realisiert, welches ein abgelegenes Dorf im Alpenvorland mit einer stabilen DSL Verbindung versorgt hat. Die Problematik ist bekannt, dennoch hat man einen Kostenvergleich angestellt und sich letztendlich die sehr hohen Kosten für die Verlegung eines Glasfaserkabels gespart. Der Vorteil dieses Dorfs war ein nahezu unbenutzter Sendemast für Fernseh- und Radioempfang. Nach einigen Tests wurde ein DSLAM in unmittelbarer Nähe des Sendemasts aufgestellt und eine Art Router installiert. Vom DSLAM wurden alle Haushalte wie gewohnt mit Kupferleitungen versorgt.

Der Aufbau der Anlage erinnert sehr stark an ein kleines Wireless Lan Netz im privaten Haushalt. Der Sendemast und der DSLAM funktionieren als Router und die Anschlüsse des DSLAMs als Switch. Bis heute funktioniert diese Version ohne Beeinträchtigung. Das Frauenhoferinstitut hat dieses Modell bereits auf mehreren Messen vorgestellt und bietet Hilfestellungen für interessierte Gemeinden. Leider stehen nicht überall geeignete Sendemasten. Die Landesregierung des Freistaats Bayern prämierte diese tolle technische Leistung.