NETZE

Auf Touren mit VDSL Wo steht die Entwicklung heute, wo geht sie hin?

Andreas Bluschke, Nach anfänglichen Schwierigkeiten Nadeshda Panchenko bei der Begriffsbil- dung (VADSL oder VHDSL oder BDSL Haupttriebkraft für VDSL-basierende [1]) behauptet VDSL heute nicht Dienste ist der wachsende Bedarf an nur seinen Platz in breitbandiger Übertragungs- der xDSL-Familie, sondern baut ihn kapazität für multimediale Inhalte. noch weiter aus. Bild 1: Topologien der optischen Netzabschlußeinheiten (ONU – Optical Die weltweiten Network Unit) Anwendungen wie Video over DSL, xDSL-Teilnehmer- Rundfunk und Internet lassen ADSL zahlen haben die 18-Millionen-Gren- Von Bedeutung ist dabei, daß sich seit ze erreicht, und vom DSL-Forum wer- 2000 auch die „Ethernet-Verfechter“ mittlerweile immer mehr an seine den für 2005 annähernd 200 Mio. beim IEEE mit VDSL im Zusammen- Grenzen stoßen. Doch den vielen xDSL-Teilnehmer prognostiziert [2], [3]. hang mit „Ethernet in the First Mile – In Deutschland sollen es zu diesem EFM“ beschäftigen. Erste Ideen zur Worten, die die Entwicklung von Zeitpunkt schon etwa 10 Mio. xDSL- Kombination von VDSL und Ethernet Teilnehmer (ohne ISDN-Teilnehmer) wurden schon von Savan Communi- VDSL begleitet haben, müssen nun sein [4], von denen ein nicht uner- cations (heute Infineon Technologies) endlich Taten folgen. heblicher Anteil auf VDSL entfallen vor einigen Jahren mit 10BaseS um- wird. Für Japan werden für das Jahr gesetzt. Das S steht dabei für symme- 2006 schon 2,63 Mio. VDSL- und trisches Ethernet [6]. Seit man sich FTTH-Anschlüsse (Fiber to the Home) beim IEEE unter der Losung „Letzter erwartet [5]. Nagel für den ATM-Sarg“ mit VDSL In der zweiten Hälfte der 90er Jahre beschäftigt (z.B. EoVDSL – Ethernet waren die Entwicklungen hauptsäch- over VDSL), ist VDSL generell im lich auf ADSL (Asymmetrical DSL) mit Aufwind. etwa 8 Mbit/s in Richtung von der Im März 2002 wurden 49,5 Mbit/s Teilnehmervermittlungsstelle (TVSt) über 1 kft (305 m) erreicht [7]. 100 zum Teilnehmer – sogenannter Down- Mbit/s sollen im Labor über 1 kft ge- stream (DS) – und 640 kbit/s in der schafft worden sein [8]. Bei Ether- Gegenrichtung – sogenannter Up- Diesen Beitrag finden Sie inklusive stream (US) – und symmetrischer Das Thema in Kürze des umfangreichen Literaturver- Übertragung (Downstream-Bitrate = zeichnisses im Internet unter: Upstream-Bitrate) von etwa 2 Mbit/s Das V (für Very High Bit Rate) als www.NET-im-web.de/pdf/Blusch- über eine Kupferdoppelader (DA) aus- Belegung für den Platzhalter x bei ke_VDSL.pdf und www.NET-im- gerichtet. Gegenwärtig ist man dage- xDSL () wur- web.de/pdf/Bluschke_VDSL_Lite- gen intensiv bemüht, höhere Bitraten de schon relativ früh (1995) belegt, ratur.pdf über akzeptable Entfernungen zu dafür aber in den letzten Jahren übertragen. Heutzutage, wo ADSL von den neueren xDSL-Varianten und HDSL2, ETSI-SDSL, SHDSL (High bei den Einsätzen im Feld überholt. Bit Rate DSL, Single-Pair HDSL) dabei Im Beitrag wird versucht, einen sind, sich den Massenmarkt zu er- Abriß der VDSL-Historie und des schließen, stehen den Herstellern gegenwärtigen Standes zu geben, Dr.-Ing. Andreas Bluschke ist einer der Ge- auch die Ressourcen zur Verfügung, die Technik etwas zu beleuchten schäftsführer der Teleconnect GmbH in Dresden, die höherbitratige Übertragung über und auf aktuelle Entwicklungen Nadeshda Panchenko ist Diplomandin an der Hochschule für Technik und Wirtschaft (FH) die Kupferdoppelader weiter zu ver- hinzuweisen. Dresden vollkommnen.

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Loop (2) hat man sich für das Jahr Bild 2: VDSL-Referenz- 2002 100 Mbit/s als Ziel gesetzt [9]. modell (VTU-O – VDSL Transceiver Unit at ONU; VTU-R – VTU at Remote Grundidee von VDSL Customer Site)

Die Grundidee von VDSL basiert auf dem schrittweisen Ersetzen der be- stehenden Teilnehmeranschlußleitun- gen (TAL) auf Kupferbasis durch Glas- fasern aus Richtung der Teilnehmer- vermittlungsstelle, was eine effekti- Wenn an einer ONU angeschlossene heutzutage über zwei Telefone, zwei vere Verwendung bereits vorhandener Kupferdoppeladern in einem gemein- Fernsehgeräte und einen PC. Um die Netzinfrastrukturen und die schnelle- samen Kabelbündel verlegt und diese Fernsehgeräte und den PC gleichzei- re Bereitstellung von Breitbanddien- Doppeladern unterschiedlich lang tig mit Inhalten über die Kupferdop- sten ermöglicht. Die dabei entstehen- sind, kann es zu einem Fernneben- pelader zu versorgen, reicht ADSL den hybriden Glasfaser-DA-Struktu- sprechen zwischen den kürzeren und nicht aus [11]. Aus den für Privatkun- ren benötigen allerdings einen Glas- längeren Doppeladern kommen, was den wichtigsten Anwendungen wie faser-Kupfer-Umsetzer – die optische die Übertragungsqualität stark beein- Video over DSL (Fernsehen, Video Netzabschlußeinheit (ONU – Optical trächtigt. Um den Einfluß des Fernne- on Demand), Rundfunk und Internet Network Unit). Je nach Standort der bensprechens zu reduzieren, arbeitet ONUs ergeben sich verschiedene man mit dem sogenannten Upstream Topologien (Bild 1), die unter dem Power Back-off [10]. Begriff FTTx zusammengefaßt wer- VDSL kann wie ADSL zusätzlich zu ei- den: nem analogen Telefonanschluß (POTS – Plain Old Telephone Service) oder • FTTEx (Fiber to the Exchange) – Glas- zum ISDN-Basisratenanschluß (BRA) faser bis zur TVSt; betrieben werden, wobei dann aller- • FTTH – Glasfaser direkt bis in die dings Splitter eingesetzt werden müs- Wohnung; sen. Das VDSL-Referenzmodell ist in • FTTCab/FTTN (Fiber to the Cabinet/ Bild 2 dargestellt. Node) – Glasfaser bis zum Kabelver- Bild 3: US-Reichweite von VDSL (Plan 998; 0,4 zweiger; Bandbreite als Triebkraft mm Aderdurchmesser; Noise A) [26] • FTTC (Fiber to the Curb) – Glasfaser bis an den Straßenrand (Übergabe- Die gegenwärtige Haupttriebkraft für ergeben sich auch die notwendigen punkt); VDSL-basierende Dienste ist der Downstream-Bitraten zwischen 14 • FTTB (Fiber to the Basement/Build- wachsende Bedarf an breitbandiger und 52 Mbit/s (z.B. 14 Mbit/s: 2 x ing) – Glasfaser bis ins Haus, Verka- Übertragung multimedialer Inhalte. DVD + 2 Mbit/s Daten). Für Business- belung im Haus mit DA. Ein gewöhnlicher Haushalt verfügt Anwendungen wird beim Down- stream von ähnlichen Anforderun- gen ausgegangen, für den Upstream sollen etwa 14 Mbit/s genügen. Bes- Ausgewählte VDSL-Chiphersteller ser sind in beiden Fällen aber 26 Mbit/s. DMT-basierend Die Bitrate, die im Endeffekt dem Teil- Alcatel Microelectronics nehmer zur Verfügung steht, hängt (seit April 2002 bei STMicroelectronic www5.alcatel.com selbstverständlich von der Länge der GlobeSpanVirata www.globespanvirata.com Kupferdoppelader, deren Durchmes- Ikanos Communications www.ikanos.com ser und den Störeinflüssen ab und STMicroelectronics www.st.com liegt im Bereich von 14,5 Mbit/s für Texas Instruments www.ti.com lange Teilnehmeranschlußleitungen Zarlink Semiconductor www.zarlink.com (1,37 km Long-Range-VDSL) bzw. bis zu 58 Mbit/s für kurze Teilnehmeran- QAM-basierend schlußleitungen (300 m Short-Range- Broadcom www.broadcom.com VDSL). Die Bitraten kennzeichnen die Infineon Technologies gesamte Kapazität, die zwischen (ehemals Savan Communications) www.infineon.com Downstream und Upstream symme- Metalink www.metalinkDSL.com trisch bzw. asymmetrisch aufgeteilt werden kann [12]. In Tabelle 1 sind als

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Tabelle 1: VDSL-Bitra- Befürworter einer Mehrträgermodu- ten nach ANSI lation (MCM – Multi Carrier Modula- tion) mit DMT (Discrete Multitone Technology) in Kombination mit FDD (Frequency-Division Duplex) als Du- plexmethode, auf der anderen Seite die Befürworter einer Einträgermo- dulation (SCM – Single Carrier Modu- lation) mit CAP/QAM (Carrierless Amplitude Phase Modulation/Qua- dratur-Amplituden-Modulation) und auch FDD als Duplexmethode mit zwei Frequenzbändern (2-Band-FDD). Die Normungsgremien haben sich bei ADSL für DMT entschieden (siehe Beispiel die ANSI-Reichweitevorgaben fest etabliert hat. Als Beispiel sei in Tabelle 2). angeführt. Bild 3 zeigt die Abhängig- diesem Zusammenhang auf Korea Gleichzeitig spalteten sich aber auch keit der Bitrate von der Reichweite am verwiesen, wo 70 % der Bevölkerung die VDSL-Befürworter in zwei Lager: Beispiel von Broadcom. in sieben Großstädten und 40 % der die Befürworter von DMT in Kombi- Eine besondere Rolle bei den VDSL- Einwohner in Hochhäusern wohnen. nation mit TDD (Time-Division Du- Einsatzmöglichkeiten kommt den so- VDSL-Tests der Korea Telecom mit plex), vertreten durch die VDSL-Alli- genannten MXU-Anwendungen zu: 52 Mbit/s downstream und 6,2 Mbit/s anz, und die Befürworter von upstream wurden sehr positiv aufge- CAP/QAM mit 2-Band-FDD, vertreten • MCU – Multi-Commercial Units: alle nommen [13]. durch die VDSL-Koalition. Die Nor- Bürohäuser und Universitätseinrich- Laut [8] liegen 40 bis 50 % der Teil- mungsgremien haben 4-Band-FDD tungen; nehmer in Westeuropa max. 1,2 km festgelegt, konnten sich aber bisher • MTU/MDU – Multi-Tenant/Dwelling von der Teilnehmervermittlungsstel- auf kein Modulationsverfahren eini- Units: Hochhäuser und Mehrfami- le entfernt. Ihnen können daher gen. Heute auf dem Markt verfügba- lienhäuser; 20 Mbit/s über VDSL angeboten wer- re VDSL-Lösungen basieren fast aus- • MHU – Multi-Hospitality Units: Ho- den. schließlich auf 2-Band-FDD-QAM, tels und Freizeiteinrichtungen; z.B. Long-Reach Ethernet (LRE) von • MPU – Multi-Public Units: Flughä- Eine große Familie Cisco [14], das 10BaseS nutzt. fen, Messegelände und Bahnhöfe. Für die Duplexmethode 4-Band-FDD Bevor die einzelnen Varianten in Form wurden zwei Frequenzpläne definiert: Bild 4 zeigt, wieviele MXUs zukünf- einer Stammbaumergänzung zusam- der nordamerikanische Plan 998, der tig mit breitbandigen Teilnehmerzu- menfassend dargestellt werden, ein mehr auf asymmetrische Belange gängen ausgestattet sein werden. Ein kurzer geschichtlicher Rückblick. zugeschnitten ist (als Wettbewerb Großteil davon wird sicher mit Hilfe Bekanntermaßen standen sich bei zum Kabelmodem bei der Videosi- von VDSL realisiert werden, auch der ADSL-Entwicklung zwei Lager gnalverteilung), und der europäische wenn sich heute zum Teil schon ADSL gegenüber: auf der einen Seite die Plan 997, der mehr auf symmetrische Anwendungen ausgerichtet ist. Es gibt aber auch europäische Staaten Ausgewählte Gremien und Vereinigungen mit Bezug zu VDSL wie z.B. Großbritannien, die den Plan 998 bevorzugen. Darüber hinaus exi- ITU-T www.itu.org stiert noch ein sogenannter Flex-Plan. ETSI www.etsi.org Die einzelnen Frequenzpläne zeigt ANSI (T1E1.4) www.t1.org Bild 5. DAVIC (Aktivitäten eingestellt) www.davic.org Wie bereits erwähnt, konnte zu den DSL-Forum www.dslforum.org Modulationsverfahren bisher keine ATM-Forum www.atmforum.org einheitliche Festlegung getroffen FSAN-Initiative www.fsanet.net werden. Um die Entwicklung aber FS-VDSL-Komitee www.fs-.net nicht weiter zu behindern, rief man VDSL-Allianz www.vdslalliance.com bei ANSI einen sogenannten Trail-Use- VDSL-Koalition www.vdslcoalition.net Standard ins Leben. Er besteht aus IETF www.ietf.org drei Teilen [15], [16], [17] und beinhal- IEEE 802.3ah (EFM) www.ieee802.org/3/efm/ tet neben einem allgemeinen Teil zu EFM-Allianz www.efmalliance.org den Anforderungen je einen für SCM (Teil 2) und MCM (Teil 3). Nach einer

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Frist von zwei Jahren (bis erstes Quar- Der VDSL-Stammbaum tal 2004) soll auf Basis der bis zu die- sem Zeitpunkt gesammelten Erfah- Basierend auf [1] zeigt Bild 6 den rungen entschieden werden, wel- Versuch einer Klassifizierung der VDSL- chem Verfahren der Vorzug gegeben Varianten. werden soll. Im Gegensatz zur ITU-T In den ersten Jahren der VDSL-Ent- [18], bei der man nur ein Modulati- wicklung war es noch relativ einfach, onsverfahren anstrebt, sind bei ETSI die Übersicht über die einzelnen Va- auch beide Modulationsverfahren zu- rianten zu behalten. Man hatte le- lässig [19]. Seit Mai 2001 werden hier diglich darauf zu achten, ob eine Lö- die funktionalen und Transceiver-An- Bild 4: Der MXU-Markt: Weltweite Gebäude- sung FDD- oder TDD-basierend war. wendungen überarbeitet, im dritten anzahl mit breitbandigem Zugang [27] In den letzten Jahren aber hat sich Quartal 2002 sollen sie dann als Norm die Situation gewandelt. EtherLoop bestätigt werden. sehr lange Diskussionen vorangegan- (2), eine Weiterentwicklung von Bedingt durch die oben genannten gen. Der EoVDSL-Vorschlag wurde EtherLoop für höhere Bitraten, Festlegungen waren die DMT-Befür- zwar akzeptiert, aber unerwartet hat- stammt aus dem Hause Elastic Net- worter gezwungen, eine FDD-basie- te sich eine Gegenbewegung gebil- works (jetzt ein Teil von Paradyne) rende Lösung und die CAP/QAM-Be- det, der es im wesentlichen darum und war ursprünglich für maximal fürworter eine 4-Band-FDD-Lösung zu ging, eine andere Version auszuarbei- 10 Mbit/s konzipiert worden. Ether- entwickeln. Erst sah es so aus, als ob ten. In der dazu durchgeführten Ab- Loop ist ein Kunstwort und setzt CAP/QAM das Rennen machen wür- stimmung erreichten sie jedoch nicht sich aus Ethernet und Local Loop de, hatte man doch schon mehr Er- die notwendige Stimmenanzahl (> 80 zusammen [1]. 3G-DSL (3. Generation fahrungen z.B. mit 10BaseS [20] sam- %). Als nächster Schritt wird im Sep- DSL) und LRFE (Long-Reach Fast- meln können, aber mittlerweile holt tember 2002 das Modulationsverfah- Ethernet) sind Bezeichnungen von DMT auf. Dabei orientierten die DMT- ren ausgewählt. Im Januar 2003 wird Ikanos Communications für DMT-ba- Verfechter stark auf die Interoperabi- dann der Standard in IEEE 802.3ah sierende VDSL-Lösungen. VDSL.Lite lität. Sie gründeten dazu im März bestätigt. Für September 2003 ist die stammt von STMicroelectronics/Telia. 2002 die DMT-VDSL-Initiative und Verabschiedung des vollständigen Bei den QAM-basierenden Lösungen hoffen, daß sie dadurch kostengün- Standards vorgesehen. gibt es diese Varianten: stiger am Massenmarkt agieren kön- nen [21]. Die Reaktion der QAM-Ver- Tabelle 2: Vorteile von fechter folgte: Metalink und Infineon SCM und MCM für haben für die Supercomm Anfang Ju- ADSL (X bedeutet bes- ni 2002 eine Interoperabilitätsvor- sere Performance oder geringere Ko- führung für eine 4-Band-FDD-QAM- sten) [29] Lösung angekündigt [22]. Bis auf wenige Ausnahmen war man bei VDSL zunächst von einer ATM- Übertragung ausgegangen. Durch die Aktivitäten des IEEE EFM ist die Ether- net-Übertragung über VDSL zum The- ma geworden, denn den Anforderun- gen an den EFM PHY (Physical Layer oder Bitübertragungsschicht) ent- spricht neben EtherLoop (2) (100Base- Cu) und ADSL+ auch VDSL, wobei VDSL eindeutig favorisiert wird. Beim Bild 5: VDSL-Frequenz- IEEE EFM sind erhebliche Interessen- pläne (UO – optional unterschiede zu vereinigen, so daß die für Downstream oder Upstream) [15], [18], Entscheidung zum EFM PHY sehr [28] komplex ist. Seit dem letzten 72. IEEE- Treffen in St. Louis im März 2002 ist EoVDSL als einzige Technik für den Physical Layer mit allgemeinen Zielen definiert: „Übertragung der hoch- bitratigen Anwendungen (> 10 Mbit/s vollduplex) über kurze Entfernungen (> 750 m)“. Der Abstimmung waren

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• VDSLplus ist eine Lösung der Firma Bild 6: Versuch zur Gigalink; Klassifizierung der ver- • ETTH (Ethernet to the Home) ist von schiedenen VDSL- Varianten Cisco; • Packet over VDSL (PoV) ist eine Lö- sung von Infineon [20], [23]; • CyberVDSL ist eine Produktbezeich- nung von Space Cyberlink (Korea); • PeakVDSL kommt von ehemals Tio- ga (jetzt STMicroelectronics) [24].

Der Vollständigkeit halber muß er- wähnt werden, daß es auch Aktivi- täten zur Übertragung höherer Bit- raten gibt, die nicht mit VDSL über- schrieben werden. ADSL+, auch Stretch ADSL genannt, ist ein „Auf- bohren“ von ADSL durch Erhöhen der DS-Bandbreite von 1.104 kHz auf 2.208 kHz. Bei 10MDSL (10 Mbit/s DSL) will man durch die Verwendung mehrerer „paralleler“ Kupferdoppel- adern höhere Bitraten übertragen. Bei SHDSL hat man mit zwei Doppeladern (4-Draht-Mode) den Anfang gemacht um ist die spektrale Kompatibilität mit len-, Mittelwellen- und Kurzwellen- und die Übertragung von 2 x 2,3 anderen xDSL-Diensten in einem Ka- rundfunks liegen. Es muß daher ver- Mbit/s für den Upstream und Down- belbündel und damit die Erfüllung hindert werden, daß VDSL-Signale stream genormt. Bei 10MDSL sind vorgegebener Masken für die spektra- und Funkdienste einander stören. Bei Varianten mit vier bis acht Doppel- le Leistungsdichte, wie sie z.B. in [15] DMT werden die unerwünschten Fre- adern in der Diskussion [25]. definiert ist. Ein wichtiger Aspekt ist quenzanteile durch Unterdrückung Welche der Verfahren sich zukünftig auch die elektromagnetische Verträg- einzelner Teilkanäle „gesperrt“. Bei durchsetzen werden, wird die Zeit zei- lichkeit, da die von VDSL genutzten CAP/QAM kann man schmalbandige gen. Ein bedeutsames Auswahlkriteri- Frequenzen im Bereich des Langwel- Notch-Filter einsetzen. (bk)

Mit Dreifachturbo ins Internet

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