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Ein Gateway wird häufig verwendet, um eine ADSL-Verbindung herzustellen

Asymmetrische Digital Subscriber Line (ADSL) ist eine Art von Digital Subscriber Line (DSL) -Technologie, eine Datenkommunikationstechnologie, die eine schnellere Datenübertragung über Kupfer-Telefonleitungen ermöglicht, als ein herkömmliches Voiceband-Modem bieten kann. ADSL unterscheidet sich von der weniger verbreiteten Symmetric Digital Subscriber Line (SDSL). In ADSL sollen Bandbreite und Bitrate asymmetrisch sein, was bedeutet, dass sie in Richtung des Kundengeländes (Downstream) größer sind als umgekehrt (Upstream). Anbieter vermarkten ADSL normalerweise als Internetzugangsdienst, der hauptsächlich zum Herunterladen von Inhalten aus dem Internet dient, nicht jedoch zum Bereitstellen von Inhalten, auf die andere zugreifen.

Übersicht

ADSL verwendet ein Spektrum oberhalb des von Sprachtelefonanrufen verwendeten Bandes. Mit einem DSL-Filter, oft Splitter genannt, werden die Frequenzbänder isoliert, so dass eine einzige Telefonleitung gleichzeitig für ADSL-Dienste und Telefongespräche verwendet werden kann. ADSL wird im Allgemeinen nur für kurze Entfernungen von der Telefonzentrale (die letzte Meile) installiert, typischerweise weniger als 4 Kilometer (2 Meilen), aber es ist bekannt, dass es 8 Kilometer (5 Meilen) überschreitet, wenn die ursprünglich verlegte Drahtstärke eine weitere Verteilung zulässt.

An der Telefonzentrale endet die Leitung in der Regel bei einem Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM), wo ein weiterer Frequenzteiler das Sprachbandsignal für das herkömmliche Telefonnetz trennt. Daten, die von der ADSL übertragen werden, werden typischerweise über das Datennetz der Telefongesellschaft geleitet und erreichen schließlich ein herkömmliches Internetprotokollnetzwerk.

Es gibt sowohl technische als auch marketingtechnische Gründe, warum ADSL vielerorts der am häufigsten angebotene Typ für Heimanwender ist. Auf der technischen Seite gibt es wahrscheinlich mehr Übersprechen von anderen Stromkreisen am DSLAM-Ende (wo die Drähte von vielen Teilnehmeranschlüssen nahe beieinander liegen) als beim Kunden. Somit ist das Upload-Signal am lautesten Teil des Teilnehmeranschlusses am schwächsten, während das Download-Signal am lautesten Teil des Teilnehmeranschlusses am stärksten ist. Daher ist es technisch sinnvoll, den DSLAM mit einer höheren Bitrate senden zu lassen als das Modem auf Kundenseite. Da der typische Heimanwender tatsächlich eine höhere Download-Geschwindigkeit bevorzugt, haben sich die Telefongesellschaften dafür entschieden, aus der Not eine Tugend zu machen, daher ADSL.

Die Marketinggründe für eine asymmetrische Verbindung sind erstens, dass die meisten Nutzer des Internetverkehrs weniger Daten hochladen als herunterladen müssen. Beim normalen Surfen im Internet besucht ein Benutzer beispielsweise eine Reihe von Websites und muss die Daten, die die Webseiten von der Website umfassen, Bilder, Text, Audiodateien usw. herunterladen. sie laden jedoch nur eine kleine Datenmenge hoch, da die einzigen hochgeladenen Daten dazu dienen, den Empfang der heruntergeladenen Daten (bei sehr häufigen TCP-Verbindungen) oder die vom Benutzer in Formulare usw. eingegebenen Daten zu überprüfen. Dies ist eine Rechtfertigung für Internetdienstanbieter, einen teureren Dienst anzubieten, der sich an kommerzielle Benutzer richtet, die Websites hosten und daher einen Dienst benötigen, mit dem so viele Daten hochgeladen wie heruntergeladen werden können. File-Sharing-Anwendungen sind eine offensichtliche Ausnahme von dieser Situation. Zweitens haben Internetdienstanbieter, um eine Überlastung ihrer Backbone-Verbindungen zu vermeiden, traditionell versucht, Anwendungen wie die Dateifreigabe einzuschränken, die viele Uploads generieren.

Betrieb

Derzeit, die meisten ADSL kommunikation ist full-duplex. Die Vollduplex-ADSL-Kommunikation wird normalerweise auf einem Drahtpaar entweder durch Frequenzduplex (FDD), Echounterdrückungsduplex (ECD) oder Zeitduplex (TDD) erreicht. FDD verwendet zwei separate Frequenzbänder, die als Upstream- und Downstream-Bänder bezeichnet werden. Das Upstream-Band wird für die Kommunikation vom Endbenutzer zur Telefonzentrale verwendet. Das Downstream-Band wird für die Kommunikation von der Zentrale zum Endbenutzer verwendet.

Frequenzplan für ADSL Anhang A. Der rote Bereich ist der Frequenzbereich, der von der normalen Sprachtelefonie (PSTN) verwendet wird, der grüne (Upstream) und der blaue (Downstream) Bereich werden für ADSL verwendet.

Bei häufig eingesetztem ADSL über POTS (Anhang A) wird das Band von 26,075 kHz bis 137,825 kHz für die Upstream-Kommunikation verwendet, während 138-1104 kHz für die Downstream-Kommunikation verwendet wird. Unter dem üblichen DMT-Schema ist jeder von diesen weiter in kleinere Frequenzkanäle von 4,3125 kHz unterteilt. Diese Frequenzkanäle werden manchmal als Bins bezeichnet. Während des ersten Trainings zur Optimierung der Übertragungsqualität und -geschwindigkeit testet das ADSL-Modem jeden der Bins, um das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Frequenz jedes Bins zu bestimmen. Die Entfernung von der Telefonzentrale, Kabeleigenschaften, Störungen von AM-Radiosendern sowie lokale Störungen und elektrisches Rauschen am Standort des Modems können das Signal-Rausch-Verhältnis bei bestimmten Frequenzen beeinträchtigen. Bins für Frequenzen, die ein reduziertes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, werden mit einer niedrigeren Durchsatzrate oder gar nicht verwendet; Dies verringert die maximale Verbindungskapazität, ermöglicht es dem Modem jedoch, eine ausreichende Verbindung aufrechtzuerhalten. Das DSL-Modem erstellt einen Plan, wie die einzelnen Bins ausgenutzt werden können, manchmal als „Bits pro Bin“ -Zuweisung bezeichnet. Diejenigen Bins, die ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) aufweisen, werden ausgewählt, um Signale zu übertragen, die aus einer größeren Anzahl möglicher codierter Werte ausgewählt sind (dieser Bereich von Möglichkeiten entspricht mehr gesendeten Datenbits) in jedem Haupttaktzyklus. Die Anzahl der Möglichkeiten darf nicht so groß sein, dass der Empfänger bei Rauschen falsch decodieren könnte, welche beabsichtigt war. Verrauschte Bins müssen möglicherweise nur zwei Bits tragen, eine Auswahl aus nur einem von vier möglichen Mustern oder nur ein Bit pro Bin im Fall von ADSL2 +, und sehr verrauschte Bins werden überhaupt nicht verwendet. Wenn sich das Muster des Rauschens gegenüber den in den Bins zu hörenden Frequenzen ändert, kann das DSL-Modem die Bit-pro-Bin-Zuweisungen in einem Prozess namens „Bitswap“ ändern, bei dem Bins, die lauter geworden sind, nur weniger Bits tragen müssen und andere Kanäle werden ausgewählt, um eine höhere Belastung zu erhalten.

Die Datenübertragungskapazität, die das DSL-Modem daher meldet, wird durch die Summe der Bit-pro-Bin-Zuweisungen aller Bins zusammen bestimmt. Höhere Signal-Rausch-Verhältnisse und mehr verwendete Bins ergeben eine höhere Gesamtverbindungskapazität, während niedrigere Signal-Rausch-Verhältnisse oder weniger verwendete Bins eine niedrige Verbindungskapazität ergeben. Die maximale Gesamtkapazität, die sich aus der Summierung der Bits pro Behälter ergibt, wird von DSL-Modems gemeldet und manchmal als Synchronisationsrate bezeichnet. Dies wird immer ziemlich irreführend sein: Die wahre maximale Verbindungskapazität für die Benutzerdatenübertragungsrate wird erheblich niedriger sein, da zusätzliche Daten übertragen werden, die als Protokoll-Overhead bezeichnet werden, wobei reduzierte Zahlen für PPPoA-Verbindungen von höchstens 84-87 Prozent üblich sind. Darüber hinaus haben einige ISPs Verkehrsrichtlinien, die die maximalen Übertragungsraten in den Netzwerken jenseits der Vermittlungsstelle weiter einschränken, und Verkehrsstaus im Internet, starke Belastung der Server und Langsamkeit oder Ineffizienz auf den Computern der Kunden können alle dazu beitragen Reduzierungen unter dem maximal erreichbaren. Wenn ein drahtloser Zugangspunkt verwendet wird, kann eine niedrige oder instabile drahtlose Signalqualität auch zu einer Verringerung oder Schwankung der tatsächlichen Geschwindigkeit führen.

Im Fixed-Rate-Modus wird die Sync-Rate vom Bediener vorgegeben und das DSL-Modem wählt eine Bit-pro-Bin-Zuordnung, die eine ungefähr gleiche Fehlerrate in jedem Bin ergibt. Im Modus mit variabler Rate werden die Bits pro Bin ausgewählt, um die Synchronisierungsrate zu maximieren, vorbehaltlich eines tolerierbaren Fehlerrisikos. Diese Auswahlmöglichkeiten können entweder konservativ sein, wobei das Modem wählt, weniger Bits pro Bin zuzuweisen, als es möglicherweise könnte, eine Wahl, die für eine langsamere Verbindung sorgt, oder weniger konservativ, bei der mehr Bits pro Bin gewählt werden, wobei in diesem Fall ein größeres Risiko besteht Fehlerfall sollten sich zukünftige Signal-Rausch-Verhältnisse bis zu dem Punkt verschlechtern, an dem die gewählten Bit-pro-Bin-Zuordnungen zu hoch sind, um mit dem größeren vorhandenen Rauschen fertig zu werden. Dieser Konservatismus, der die Wahl beinhaltet, weniger Bits pro Bin als Schutz gegen zukünftige Rauschanstiege zu verwenden, wird als Signal-Rausch-Verhältnis-Marge oder SNR-Marge angegeben.

Die Telefonzentrale kann dem DSL-Modem des Kunden bei der ersten Verbindung eine vorgeschlagene SNR-Marge anzeigen, und das Modem kann seinen Bit-pro-Bin-Zuteilungsplan entsprechend erstellen. Eine hohe SNR-Marge bedeutet einen reduzierten maximalen Durchsatz, aber eine höhere Zuverlässigkeit und Stabilität der Verbindung. Eine niedrige SNR-Marge bedeutet hohe Geschwindigkeiten, vorausgesetzt, der Geräuschpegel steigt nicht zu stark an; andernfalls muss die Verbindung abgebrochen und neu verhandelt (resynchronisiert) werden. ADSL2 + kann solchen Umständen besser gerecht werden und bietet eine Funktion, die als nahtlose Ratenanpassung (SRA) bezeichnet wird und Änderungen der gesamten Verbindungskapazität mit weniger Kommunikationsunterbrechungen aufnehmen kann.

Frequenzspektrum des Modems auf der ADSL-Leitung

Anbieter können die Verwendung höherer Frequenzen als proprietäre Erweiterung des Standards unterstützen. Dies erfordert jedoch passende vom Hersteller bereitgestellte Geräte an beiden Enden der Leitung und führt wahrscheinlich zu Übersprechproblemen, die sich auf andere Leitungen im selben Bündel auswirken.

Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Anzahl der verfügbaren Kanäle und der Durchsatzkapazität der ADSL-Verbindung. Die genaue Datenkapazität pro Kanal hängt vom verwendeten Modulationsverfahren ab.

ADSL existierte zunächst in zwei Versionen (ähnlich wie VDSL), nämlich CAP und DMT. CAP war bis 1996 der De-facto-Standard für ADSL-Bereitstellungen und wurde zu diesem Zeitpunkt in 90 Prozent der ADSL-Installationen eingesetzt. DMT wurde jedoch für die ersten ITU-T-ADSL-Standards G.992.1 und G.992.2 (auch G.dmt bzw. Daher basieren alle modernen ADSL-Installationen auf dem DMT-Modulationsschema.

Interleaving und Fastpath

ISPs (aber Benutzer selten, abgesehen von Australien, wo es der Standard ist) haben die Möglichkeit, Interleaving von Paketen zu verwenden, um den Auswirkungen von Burst-Rauschen auf der Telefonleitung entgegenzuwirken. Eine verschachtelte Zeile hat eine Tiefe von normalerweise 8 bis 64, die beschreibt, wie viele Reed–Solomon-Codewörter angesammelt werden, bevor sie gesendet werden. Da sie alle zusammen gesendet werden können, können ihre Vorwärts-Fehlerkorrekturcodes widerstandsfähiger gemacht werden. Interleaving erhöht die Latenz, da alle Pakete zuerst gesammelt (oder durch leere Pakete ersetzt) werden müssen und natürlich alle Zeit zum Übertragen benötigen. 8 frame Interleaving fügt 5 ms Round-Trip-Zeit hinzu, während 64 Deep Interleaving 25 ms hinzufügt. Andere mögliche Tiefen sind 16 und 32.

„Fastpath“ -Verbindungen haben eine Verschachtelungstiefe von 1, dh es wird jeweils ein Paket gesendet. Dies hat eine niedrige Latenz, normalerweise um 10 ms (Interleaving fügt hinzu, dies ist nicht größer als Interleaved), aber es ist extrem fehleranfällig, da jeder Rauschschub das gesamte Paket herausnehmen kann und daher alles erneut übertragen werden muss. Ein solcher Burst auf einem großen verschachtelten Paket leert nur einen Teil des Pakets, er kann aus Fehlerkorrekturinformationen im Rest des Pakets wiederhergestellt werden. Eine „Fastpath“ -Verbindung führt zu einer extrem hohen Latenz auf einer schlechten Leitung, da jedes Paket viele Wiederholungsversuche erfordert.

Installationsprobleme

Die ADSL-Bereitstellung auf einer vorhandenen POTS-Telefonleitung (Plain Old Telephone Service) weist einige Probleme auf, da sich das DSL in einem Frequenzband befindet, das möglicherweise ungünstig mit vorhandenen Geräten zusammenwirkt, die an die Leitung angeschlossen sind. Es ist daher erforderlich, beim Kunden geeignete Frequenzfilter zu installieren, um Störungen zwischen DSL, Sprachdiensten und anderen Anschlüssen an die Leitung (z. B. Einbruchalarme) zu vermeiden. Dies ist für den Sprachdienst wünschenswert und für eine zuverlässige ADSL-Verbindung unerlässlich.

In den frühen Tagen von DSL erforderte die Installation einen Techniker, um die Räumlichkeiten zu besuchen. In der Nähe des Demarkationspunkts wurde ein Splitter oder Mikrofilter installiert, von dem aus eine dedizierte Datenleitung installiert wurde. Auf diese Weise wird das DSL-Signal so nah wie möglich an der Zentrale getrennt und nicht in den Räumlichkeiten des Kunden gedämpft. Dieses Verfahren war jedoch kostspielig und verursachte auch Probleme mit Kunden, die sich darüber beschwerten, dass sie warten mussten, bis der Techniker die Installation durchführte. Daher bieten viele DSL-Anbieter eine „Selbstinstallation“ an, bei der der Anbieter dem Kunden Geräte und Anweisungen zur Verfügung stellt. Anstatt das DSL-Signal an der Demarkationsstelle zu trennen, wird das DSL-Signal an jedem Telefonausgang mit einem Tiefpassfilter für Sprache und einem Hochpassfilter für Daten gefiltert, die üblicherweise in einem sogenannten Mikrofilter eingeschlossen sind. Dieser Mikrofilter kann vom Endverbraucher in jede Telefonbuchse eingesteckt werden: Es ist keine Neuverkabelung beim Kunden erforderlich.

Üblicherweise sind Mikrofilter nur Tiefpassfilter, so dass über sie hinaus nur niedrige Frequenzen (Sprachsignale) passieren können. Im Datenbereich wird kein Mikrofilter verwendet, da digitale Geräte, die Daten aus dem DSL-Signal extrahieren sollen, selbst niedrige Frequenzen herausfiltern. Sprachtelefongeräte nehmen das gesamte Spektrum auf, sodass hohe Frequenzen, einschließlich des ADSL-Signals, als Rauschen in Telefonterminals „gehört“ werden und den Dienst in Fax, Datentelefonen und Modems beeinträchtigen und häufig beeinträchtigen. Aus Sicht von DSL-Geräten bedeutet jede Annahme ihres Signals durch POTS-Geräte eine Verschlechterung des DSL-Signals zu den Geräten, und dies ist der zentrale Grund, warum diese Filter erforderlich sind.

Ein Nebeneffekt der Umstellung auf das Selbstinstallationsmodell besteht darin, dass das DSL-Signal verschlechtert werden kann, insbesondere wenn mehr als 5 Voiceband-Geräte (dh POTS-telefonähnliche Geräte) an die Leitung angeschlossen sind. Sobald eine Leitung DSL aktiviert hat, ist das DSL-Signal auf allen Telefonleitungen im Gebäude vorhanden, was zu Dämpfung und Echo führt. Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, zum ursprünglichen Modell zurückzukehren und einen Filter vor allen Telefonbuchsen im Gebäude zu installieren, mit Ausnahme der Buchse, an die das DSL-Modem angeschlossen wird. Da dies Verdrahtungsänderungen durch den Kunden erfordert und bei einigen Haushaltstelefonverkabelungen möglicherweise nicht funktioniert, wird dies selten durchgeführt. Es ist normalerweise viel einfacher, Filter an jeder verwendeten Telefonbuchse zu installieren.

DSL-Signale können durch ältere Telefonleitungen, Überspannungsschutz, schlecht konstruierte Mikrofilter, sich wiederholende elektrische Impulsgeräusche und lange Telefonverlängerungskabel beeinträchtigt werden. Telefon-Verlängerungskabel sind in der Regel mit kleinen Gauge, Multi-Strang Kupferleiter, die nicht über eine rauschreduzierende Paar Twist. Ein solches Kabel ist anfälliger für elektromagnetische Störungen und hat eine höhere Dämpfung als solide Twisted-Pair-Kupferdrähte, die typischerweise mit Telefonbuchsen verdrahtet sind. Diese Effekte sind besonders signifikant, wenn die Telefonleitung des Kunden mehr als 4 km vom DSLAM in der Telefonzentrale entfernt ist, wodurch die Signalpegel im Verhältnis zu lokalen Geräuschen und Dämpfungen niedriger sind. Dies führt zu einer Verringerung der Geschwindigkeit oder zu Verbindungsfehlern.

Transportprotokolle

ADSL definiert drei „Transmission Protocol-specific transmission convergence (TPS-TC)“-Schichten:

• Synchronous Transport Module (STM), das die Übertragung von Frames der synchronen digitalen Hierarchie (SDH)
• Asynchronous Transfer Mode (ATM)
• Paketübertragungsmodus (beginnend mit ADSL2, siehe unten)

In der Heiminstallation ist das vorherrschende Transportprotokoll ATM. Darüber hinaus gibt es mehrere Möglichkeiten für zusätzliche Protokollschichten (zwei davon werden vereinfacht als „PPPoA“ oder „PPPoE“ abgekürzt), wobei das wichtige TCP / IP auf den Schichten 4 bzw. 3 des OSI-Modells die Verbindung zum Internet herstellt.

ADSL-Standards

Frequenzplan für gemeinsame ADSL-Standards und Anhänge.

Legende

POTS/ISDN

Schutzband

Upstream

Downstream ADSL, ADSL2, ADSL2+

Nur Downstream ADSL2+

Siehe auch

• ADSL Loop Extender kann verwendet werden, um die Reichweite und Rate von ADSL-Diensten zu erweitern.
• Dämpfung verzerrung
• Breitband Internet zugang
• Digital subscriber line access multiplexer
• Flache rate
• Liste der gerät bandbreiten
• Low-pass filter und ADSL splitter.
• Ratenadaptive digitale Teilnehmerleitung (RADSL)
• Einpaarige digitale Hochgeschwindigkeits-Teilnehmerleitung (SHDSL)
• Symmetrische digitale Teilnehmerleitung (SDSL)

• Commons: ADSL-Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien