xDSL Tekniikat

31.10.1999

Jani Eränen
Tietotekniikka
Teknillinen Korkeakoulu
jeranen@cc.hut.fi

Tiivistelmä

xDSL, Digital Subscriber Line, on tekniikka, jolla voidaan siirtää tietoa puhelinlinjoilla kymmeniä kertoja nopeammin kuin tavallisilla modeemeilla. DSL tekniikasta on monia versioita, joista yleisimmin tunnetaan DSL:n toteutus ISDN, Integrated Services Digital Network, ja ADSL, Asymmetric Digital Subscriber Line.

xDSL tekniikat ovat joko symmetrisiä, jolloin tiedonsiirtonopeus on sama molempiin suuntiin tai asymmetrisiä, jolloin verkosta asiakkaalle on nopeampi yhteys kuin asiakkaalta verkkoon. Nopeudet xDSL tekniikoilla ovat luokkaa 64 Kbps (DSL / ISDN) – 51 Mbps (VDSL – Very high bit rate DSL) verkosta asiakkaalle  ja asiakkaalta verkkoon 64 Kbps (DSL/ISDN) – 2,3 Mbps (VDSL).

1         Johdanto

 

Alati kasvava tiedonsiirtonopeuden tarve on tehnyt tavallisten modeemien nopeudet riittämättömiksi. Tavallisen tekstipohjaisen tiedonsiirron tilalle on tullut nopeampia reaaliaikaista siirtoa vaativat tiedonsiirrot kuten esim videoneuvottelut. Modeemien käyttämä tavallisen puhataajuuden 400 Hz – 4 kHz ei riitä enää sillä sille alueelle ei pystytä enää koodaamaan enempää informaatiota, joten on siiryttävä laajempaan taajuuskaistaan.

 

Analogisessa tiedonsiirrossa tulee kuitenkin rajat vastaan joten kehityksessä otettiin selvä suunta kohti puhelinlinjojen digitalisoimista. Puhelinverkkojen digitalisoiduttua tuli ensimmäinen digitaalinen sovellus ISDN, Integrated Subscriber Digital Network, joka perustui DSL tekniikan varhaiseen versioon.

 

DSL tekniikassa dataa siirrettiin 64 kbps-kaistoja pitkin, kuten puhelin verkossa muutenkin. Näitä 64 kbps:n kaistoja voidaan kuitenkin yhdistää multipleksoimalla nopeammaksi kaistaksi kuten T1, 24 kpl 64 kbps kaistaa ja nopeus 1,544 Mbps, ja E1, 32 kpl 64 kbps kaistaa ja nopeus 2,048 Mbps. Tekniikka oli kuitenkin suhteellisen kallista ja vaativat useampia parikaapeleita tuteutukseen.

 

Nämä tekniikat eivät kuitenkaan riitä tyydyttämään nykyisiä nopeusvaatimuksia vaan on kehitettävä nopeampia ja halvempia tekniikoita. xDSL tekniikat ovatkin nyt lyömässä itseään läpi sillä ne ovat todella nopeita ja kilpailukykyisiä verrattuna nykyisiin modeemeihin tai ISDN yhteyksiin. Nopeammat verkot kuten kaapeli-TV verkot ja kuituratkaisut ovat tulossa mutta ne eivät kuitenkaan ole kaikkien ulottuvilla toisin kuin xDSL sillä se käyttää lähestulkoon kaikkialle vedettyjä puhelinverkkoja.

 

2         xDSL

xDSL tekniikat tuovat helpotusta lähinnä kotikäyttäjien ja pienten yritysten siirtotarpeisiin mutta suurempiin tarpeisiin xDSL tekniikatkin VDSL:ää lukuun ottamatta ovat riittämättömät. Kannattavaa xDSL:n käyttö kuitenkin on sillä suuren tiedonsiirtonopeuden saa käyttöön vain tavallisella puhelin linjalla, modeemilla ja mahdollisella jakosuodin ratkaisulla.

 

xDSL käyttää siis tavallista puhelinverkon parikaapelia joten uusien kaapeleiden asennusta ei tarvita. xDSL tekniikoiden käyttämät taajuusalueet kaapelissa mahdollistavat  lähes kaikissa tekniikoissa, HDSL:ää lukuun ottamatta, myös tavallisen puhelimen käytön samalla parikaapelilla.

 

xDSL tekniikoilla toteutetut yhteydet ovat point-to-point yhteyksiä asiakkaalta operaattorille, mikä mahdollistaa asiakkaan ja operaattorin välisen siirtonopeuden pysymistä lähes vakiotasolla toisin kuin esimerkiksi kaapeli-TV verkoissa, joissa solmupisteeseen tuleva yhteys jaetaan esim kerrostalon kaikkien liittymän hankkineiden asukkaiden kanssa. Tällöin nopeus laskee ja nousee solmun käyttäjien liikennöinnin mukaisesti.

 

xDSL tekniikoiden nopeudet ja maksimi etäisyydet vaihdelevat  toteutuksen mukaan seuraavan taulukon 1 [1] mukaisesti.

 

xDSL tyyppi

Nimen selvennys

Siirtonopeus:

verkosta/asiakkaalta

Maksimi etäisyys

Kommentit

ISDL

ISDN Digital Subscriber Line

128 Kbps

5,5 km

Samanlainen kuin ISDN BRI mutta vain datalle

CDSL

Consumer DSL

1 Mbps / ?

5,5 km

Jakosuodatiton DSL tekniikka kotien ja pienyritykisin yhteyksiin

G.Lite

ADSL kevytversio

1,5 – 6 Mbps / vähemmän kuin verkosta

5,5 km

Tavallinen ADSL mutta ilman jakosuodinta

HDSL

High bit-rate DSL

1,544 Mbps tai 2,048 Mbps / symmetrinen

3,7 km

Käytetään yritysksien verkoissa, LAN ja Wan yhteyksissä.

Käyttää joko 2 tai 3 johdin paria

SDSL

Single-line DSL

1,544 Mbps tai 2,048 Mbps / symmetrinen

3,7 km

Sama kuin HDSL mutta käyttää vain 1 johdin parin

ADSL

Asyncronous DSL

1,544 – 6,1 Mbps  / 16 – 640 Kbps

5,5 km

Käytetään Internet yhteyksissä, tilausvideo toteutuksissa

RADSL

Rate-Adaptive DSL

640 Kbps – 2,2 Mbps  /    272 Kbps  –     1,088 Mbps

-

ADSL tyyppinen, sopeutuu linjan tasoon ja siirtonopeuksiin

VSDL

Very high DSL

12,9 – 52,8 Mbps / 1,5 Mbps – 2,3 Mbps

1,3 km

Etäisyys rajotus vaatii jakamoita joihin yhteys tuodaan kuitukaapeleilla

 

3         Koodaustekniikat

xDSL tekniikoissa on käytössä kaksi modulointimenetelmää: CAP, Carrierless Amplitude and Phase, ja DMT, Discrete Multi-Tone Modulation. Molempien perustuvat samaan perustekniikkaan QAM:iin, Quadratuture Amplitude Modulation. QAM on perustekniikka, jota käytetään modeemeissa siirettäessä kahta kantoaaltoa samalla taajuudella.

3.1       CAP

CAP perustuu yhden kantoaallon tekniikkaan, joka muistuttaa QAM tekniikkaa. QAM on käytetty muunmuassa v.34 modeemeissa tehostamaan tavallisen puhelinlinjan läpi saatavaa tiedonsiirtonopeutta. CAP testaa aluksi johdon laadun ja saa siten aikaan parhaan mahdollisen siirtoyhteyden käytettävällä johdolla. CAP:n etuja on sen yksinkertaisuus ja siksi halpa tekniikka.

 

3.2    DMT

DMT perustuu ANSI:n ja ETSI:n standardeihin ja kulkee tällä hetkellä rinnakkain CAP tekniikan kanssa. DMT jakaa puhelinlinjan tarjoaman 1 MHz kaistan 256 4 KHz kaistaan, joita se sitten käsittelee itsenäisesti [2]. Tällä saadaan aikaan se että tekniikka voi välttää kaistoja, joilla on paljon häiriöitä ja liikennöidä vain niillä kaistoilla, joilla ei ole häiriöitä. DMT on CAP:ä kalliimpi tekniikka mutta tarjoaa paremman suorituskyvyn sopeutuvuutensa vuoksi.

4         HDSL

HDSL, High bit-rate Digital Subscriber Line, DSL:n ensimmäinen versio, jota käytettiin laajalti yritysten sisäisissä yhteyksissä sekä yritysten ja operaattorien välisissä yhteyksissä. Ominaista HDSL:lle on sen symmetrisyys: siirtokapasiteetti sama molempiin suuntiin. HDSL tekniikalla pystytään siirtämään yhtä paljon kuin vanhemmilla T1 ja E1 tekniikoilla 2,320 Kbps. HDSL tekniikka vaatii kaksi tai kolme johdinparia [3].

5         ADSL

ADSL, Asyncronous Digital Subscriber Line, on tällä hetkellä yleistymään päin oleva tekniikka, joka hyödyntää tavallista puhelinverkkoa. ADSL on asyncroninen tekniikka, joka tarkoittaa erisuuruisia siirtonopeuksia erisuuntiin. ADSL:ssä yleensä keskitytään kotikäyttäjien kaipaamaan nopeampaan siirtoon verkosta asiakkaalle kuin asiakkaalta verkkoon sillä lähes kaikki sovellukset lähettävät käyttäjälle enemmän dataa kuin käyttäjältä sovellukselle: multimedia sovelluksien ohjauspyyntöjä. teidostojen kopiointia verkosta, tilausvideot yms. Yleisesti ottaen kotikäyttäjä lähettää maailmalle vähemmän dataa kuin sisään tuleva määrä on.

 

ADSL:n ongelmat ovat lähinnä kuparikaapeleihin liittyviä. Ensinnäkin johdon enimmäis pituus on n. 6 km. Toiseksi kaikki olemassa olevat kaapeloinnit eivät sovellu digitaaliseen siirtoon.

 

ADSL modeemia käytettäessä saadaan aikaan kolme datakanavaa:

 

 

Varsinaiset tiedonsiirtonopeudet riippuvat kaapeloinnista ja kaapelin pituudestataulukon 2 [4] mukaisesti. Kaapeliyhteyden pidentyessä vaimennus alkaa vaikuttaa siirtonopeuteen.

 

Siirtonopeus

Etäisyys

Kaapelin läpimitta

1,5 / 2 Mbps

5,5 km

0,5 mm

1,5 / 2 Mbps

4,6 km

0,4 mm

6,1 Mbps

3,7 km

0,5 mm

6,1 Mbps

2,7 km

0,4 mm

 

 

6         SDSL

Tekniikoiden kehittyessä syntyi SDSL, Single Line Digital Subscriber Line, joka on käytännössä sama kuin HDSL mutta käyttää vain yhtä johdinparia. Toinen ero HDSL:ään verrattuna on sen toiminta säde on vain noin 3 km. Tekniikka soveltuu hyvin esim yritysten etäyhteyksiin, äänilähetyksiin ja esimerkiksi videoneuvotteluun.

 

SDSL on HDSL huomattavasti halvempi sillä SDSL modeemit vaatii ainoastaan yhden lähettimen ja vastaanottimen kun HDSL vaatii kaksi tai jopa kolme. Asennuskustannukset ovat myös halvemmat sillä tarvitaan vain yksi kuparipari yhteyttä varten.

7         R-ADSL

R-ADSL, Rate-adaptive Digital Subscriber Line, on ADSL tekniikan modifikaatio, joka mahdollistaa lähes samat siirtonopeudet kuin tavallinen ADSL. R-ADSL  ottaa myös huomioon johtimen pituuden ja laadun sopeutuen linjaolosuhteiden mukaiseen nopeuteen. Näin saavutetaan paras mahdollinen nopeus linjalla asiakkaalta operaattorille.

8         VDSL

VDSL, Very high-bit rateDigital Subscriber Line, on nopein xDSL tekniikoista. Se tarjoaa parhainmillaan yhdellä johdinparilla jopa 12 - 52 Mbps nopeuden verkosta käyttäjälle ja 1 - 10 Mbps käyttäjältä verkkoon. Nopeus rajoittaa kuitenkin suurinta mahdollista toimintaetäisyyttä välille 0,3 – 1,5 km. Etäisyysrajoite johtaakin solmupisteiden luomiseen jonne tuodaan yhteys kuitukaapeleilla ja siitä VDSL tekniikalla eteenpäin asiakkaalle.

Lähdeluettelo

[1] Anon, DSL and xDSL (Digital Subscriber Line and its variations), [viitattu 16.09.1999], http://whatis.com/dsl.htm

[2] Anon, xDSL Overview, [viitattu 16.09.1999],  http://www.netspeed.com/overview.html

[3] Huotari, I., xDSL-tekniikat, [viitattu 16.09.1999],  http://www.tcm.hut.fi/Studies/Tik-110.300/1997/Essays/xdls.html

[4] Korppas, J., Pohjonen, P., Wiklund, P.,  xDSL-tekniikat, [viitattu 16.09.1999], http://www.it.lut.fi/opetus/98-99/1651/xDSL.html

 

Lisätietoja

Anon, Fiber - Copper Access to the Information Highway,  http://www.adsl.com/vdsl_tutorial.html

VDSL tutoriaali, joka esittelee seikkaperäisesti VDSL tekniikan toimintaa ja kehitystä.

Anon, Twisted Pair Access to the Information Highway, http://www.adsl.com/adsl_tutorial.html

ADSL tutoriaali, joka esittelee seikkaperäisesti ADSL tekniikan toimintaa ja kehitystä.

 

Analog Devices, Inc., Analog Devices' ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Technology, http://www.analog.com/publications/whitepapers/products/back_adsl/index.html

Analog Device's :n julkaisema artikkeli, joka selittää pitkälle ADSL:n taustoja ja tarvetta, jota ADSL:llä tulee täyttämään.

Analog Devices, Inc., Status & Issues in xDSL, http://www.analog.com/publications/whitepapers/products/xDSL.html

Antaa hyvän  historiallisen ja teknisen kuvauksen DSL, HDSL, HDSL2, ADSL, RADSL, VDSL tekniikoista.

Andersson, B., Kleimola, J., xDSL -- Networked Multimedia for Everyone,  http://www.tcm.hut.fi/Opinnot/Tik-111.350/1998/esitykset/Xdsl/xdsl.html

Tik-111.350 kurssilla tehty sivusto eri xDSL tekniikoista. Käsittelee aihetta useammalta kantilta, käyttäjän, yritysten ja palvelun tarjoajan näkökulmasta.

Aware, wDSL Solution to Digital Carrier Service Provisioning,  http://www.aware.com/technology/whitepapers/wdsl.html

wDSL tekniikan kuvaus ja hyödyt jotka puhuvat tämän uuden tekniikan puolesta.

Emery, M., Infrastructure for DSL Solutions, http://www.agcs.com/TechPapers/dsl_inf.htm

Artikkeli käsittelee laajasti xDSL infrastruktuuria ja toteutusten vaatimuksia, niin yksityisen käyttäjän kuin yrityskäyttäjän kannalta.

Emery, M., Gage, B., The Evolution of xDSL-Based Services, http://www.agcs.com/TechPapers/xdslev.htm

Jälleen yksi xDSL tekniikoiden kuvaus, joka käsittelee historiaa ja kehitystä. Vertailee myös perinteisiä ja uusia tekniikoita.

Maisala, T., ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line, http://www.tcm.hut.fi/Studies/Tik-110.300/1998/Newtech/adsl_8.html

Taas yksi kuvaus ADSL tekniikasta. Sisältää seikkaperäisemmän kuvauksen teknisestä toteutuksesta.

Orckit, ADSL transmitted over ISDN lines, [viitattu 16.09.1999], http://www.orckit.com/fr_newsa.html?/adsl_white_paper.html

Orckit:n modeemi toteutus tavalliselle tai ISDN linjalle. Kertoo kaupallisesta toteutuksesta, jossa käytetään toteutukseen valmiina olevaa infrastrukturia.

Wu, C. & Irwin, J. D., Emerging Multimedia Computer Communication Technologies, Prentice-Hall Inc., USA, 1998, 443 s.

Tämän kirjan valinta oli helppoa sillä sitä käytetään Multimediatekniikan kurssilla kurssikirjana ja sisältää erittäin hyvät kuvaukset xDSL tekniikoista kuten myös muistakin verkkotekniikoista.