Digital subscriber line

Bakgrunn

Helt siden telefoniens barndom har operatørene rundt i verden bygd aksessnett (kalles også abonnentnett) basert på kobberkabler bestående av dedikerte kobberpar hjem til hver enkelt abonnent. I Norge var det i mange år mangel på slike kabelpar da telefonen var i ferd med å bli allemannseie utover 1970- og 1980-årene («telefonkøen»), men vanligvis finnes det nå ett eller flere dedikerte kobberpar mellom nærmeste telefonsentral og hver enkelt abonnent. Med det linjesvitsjede telefoninettet som dette aksessnettet var bygd for, der hvert kobberpar ble brukt til kun PSTN/telefoni i 300-3400 Hz-båndet eller etter hvert til ISDN opp til om lag 120 kHz, er dette en svært dårlig utnyttelse av den enorme og verdifulle ressursen som dette nettet er. Vi har sett gjennom de tidligere statlige teleoperatørenes omdannelse til aksjeselskaper i konkurranse med andre, at nettopp aksessnettene har vært vurdert som et av de mest verdifulle aktiva i verdivurderingen.
Etter hvert som behovet for datakommunikasjon i telenettet oppsto begynte man å bruke modemer Modem=MOdulator/DEModulator for å sende digitale signaler i det analoge telefoninettet. Begrensningen var at de kodete signalene måtte holdes innenfor ”telefonibåndbredden” på 300-3400 Hz for å bli svitjset gjennom nettet. Utnyttelsen av dette båndet økte markant fra om lag 1200 bit/s fra starten og opp til 56 kbit/s i de nyeste modemstandardene.
Utover 80-tallet ble ISDN utviklet som et alternativ til telefoni og samtidig overføring av andre teletjenester som f.eks. datakommunikasjon, med til sammen opptil 128-144 kbit/s (2*64 kbit/s + ev. 16 kbit/s) netto bitrate til abonnenten. Dermed fikk man økt utnyttelsesgraden for aksessnettet noe, men fortsatt bodde det store muligheter i aksessnettet som ikke var utnyttet.

Samtidig så operatørene et behov for enda høyere kapasitet/bitrate helt frem til privatabonnenter, og driveren var opprinnelig Video on Demand – VoD i digitalisert form. Basert på dette behovet utviklet Bellcore i USA en teknologi der man hadde større kapasitet til kunden (nedstrøms) enn fra kunden (oppstrøms), fordi dette ville være et typisk trafikkmønster for en slik tjeneste. Nå ble VoD aldri noen ”killer application”, så teknologien fikk en treg start, men snart dukket behovet for surfing på web opp, med et trafikkmønster som også passet rimelig godt til en slik asymmetrisk kapasitet. Dermed var suksessen et faktum, og ADSL er i dag den ledende teknologi verden over for overføring av bredbåndskapasitet til privatabonnenter og mindre forretningsabonnenter. Senere på 2000-tallet ble utbygging av fibernett et alternativ til ADSL, og er mer utbredt enn ADSL utover slutten av 2000-tallet. Fibernett tilbyr høyere hastigheter opptil 1000 Mbit nedstrøm og oppstrøm, enn hva en vanlig ADSL linje kan gi. Innen 2023 vil kobberbaserte linjer være utfaset.r

Litt transmisjonsteori

Et signal som sendes ut på et kobberpar har en gitt rekkevidde, bestemt av signalets nivå (styrke), frekvensbånd og kobbertrådenes elektriske egenskaper: Høyere frekvenser må kompenseres med høyere nivå for å opprettholde rekkevidden. Samtidig vil et signal, til en viss grad, forstyrre andre abonnenters signaler på andre kabelpar i samme kabel (eller gruppe i kabelen). Det er dette som kalles krysstale, dvs. at et signal delvis smitter over til et annet kobberpar, og graden av krysstale varierer sterkt med kvaliteten på kobberkablene. For å unngå at krysstale blir et problem er det satt grenser for hvilke signalnivåer man kan benytte i aksessnettkabler, og dermed for hvor lang rekkevidde signalet vil få. Disse nivåene er bestemt ut fra normal krysstaledempning mellom parene i en god kobberkabel.
Med  ADSL omgår man delvis dette problemet ved å dele opp det digitale signalet i sende- og mottakerretning som man plasserer i ulike frekvensbånd, et prinsipp som kalles Frequency Division Duplexing – FDD. Dermed unngår man langt på vei at det signalet som sendes med høyt nivå ut fra en abonnent forstyrrer et tilsvarende signal inn til en annen abonnent, fordi mottakerutstyret hos den andre abonnenten ikke er følsomt for det samme frekvensområdet. Derfor kan man sende signalet ut i aksessnettet med mye høyere nivå enn tidligere uten fare for krysstale, og dermed oppnå mye lengre rekkevidde for tilsvarende frekvensbånd. Resultatet er at man kan sende relativt store bitrater over relativt lange aksesslinjer.

Historien bak

Den første ADSL-standarden ble laget som en amerikansk standard i regi av ANSI T1 Committee. Siden ble ADSL Forum opprettet av leverandører og operatører for å bidra til en hurtigere utvikling og standardisering, og etter hvert kom ITU-T på banen med en verdensstandard basert på innspillene fra ANSI og ADSL Forum. Basert på ITU-T-varianten har siden ETSI laget en egen variant tilpasset det europeiske markedet.
Før arbeidet med ADSL kom i gang, hadde man allerede (ANSI og ITU-T) standardisert en teknologi kalt HDSL (High-speed Digital Subscriber Line). Målet var å kunne overføre det vi kaller 1.ordens bitrater (1,5 og 2 Mbit/s i hhv. USA og Europa) på kobberkabler uten bruk av regeneratorer som man hadde i tradisjonelle 1. ordens linjesystemer. Etter hvert som DSL-familien ble formet adopterte denne familien også deler av HDSL-teknologien. 
Siden har man arbeidet aktivt med forbedring av ADSL-standarden i enklere varianter (splitter-less) og mot det konseptet som kalles VDSL – Very High bitrate Digital Subscriber Line). I tillegg har HDSL-konseptet blitt videreutviklet til SHDSL for å få en symmetrisk variant av DSL-familien.

HDSL – High bit-rate Digital Subscriber Line

HDSL ble utviklet for et litt annet formål enn ADSL og de andre DSL-teknologiene. HDSL – High bit-rate Digital Subscriber Line – ble laget for å kunne overføre 1. ordens amerikanske (T1, 1544 kbit/s) og europeiske (E1, 2048 kbit/s) bitrater i et aksessnett uten å måtte bruke regeneratorer som for tidligere 1. ordens linjesystemer. Under arbeidet ble formålet også utvidet til å kunne transportere kapasitet nok for én TU-12, som er transportkapasiteten for en 2 Mbit/s VC-12 i SDH-konseptet. På denne måten kan HDSL brukes til å utvide SDH-nettets funksjonalitet med f.eks. ende-til-ende kvalitetskontroll, helt ut til abonnentene.
Prinsippene i HDSL er for det første å innføre såkalt totråds transmisjon i form av ekkokansellering (som for vanlig telefoni eller ISDN) slik at begge overføringsretninger kan sendes over ett trådpar. Dermed har man spart ett trådpar sammenlignet med vanlige 1.ordens linjeystemer. Videre gir de ulike linjekodene (CAP eller 2B1Q) mulighet for å dele opp kapasiteten som skal transporteres i to eller tre parallelle kanaler som overføres over hvert sitt kabelpar. Dermed får man et smalere frekvensbånd pr. trådpar, noe som gir lengre rekkevidde. Kravet til et HDSL-system er at det skal kunne overføre opptil 2320 kbit/s for å dekke T1, E1 og TU-12. En viktig forskjell mellom HDSL og de andre DSL-teknologiene, er at man i HDSL har en dedikert kapasitet mellom de to endepunktene for abonnementet, til forskjell fra de andre DSL-systemene der man deler ressursene gjennom en konsentrasjon av bitraten fra DSLAM og innover i nettet. HDSL er da også utviklet for å dekke et ganske annet behov enn DSL-systemene; leide linjer med dedikert kapasitet for bruk til f.eks. PABX-er.
Arbeidet med HDSL ble startet i USA i regi av ANSI T1 Committee som lagde den første standarden for 1544 kbit/s. Deretter ble arbeidet videreført i ETSI TM6 som utvidet standarden til å dekke 2048 kbit/s. ETSI’s standard dannet videre grunnlaget for verdensstandarden i regi av ITU-T, som dekker alle tre transportkapasitetene og har fått navnet G.991.1. Denne standarden beskriver tre ulike alternativer for et HDSL-system; to eller tre par med 784 kbit/s pr. par; to par med 1168 kbit/s pr. par; eller ett par med 2320 kbit/s.
Basert på HDSL laget man senere standarden for SHDSL (se eget avsnitt) som er en symmetrisk variant av DSL-familien, og dette er bakgrunnen for at også HDSL i dag anses for å være et fullverdig familiemedlem i DSL-familien.

ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line

ADSL var den første teknologien som ble utviklet for å utnytte de enkelte parene i kobberaksessnettet til bredbåndsoverføringer. Gjennom flere års arbeid kom man etter hvert frem til den verdensstandarden i regi av ITU-T som de andre regionale standardene nå er varianter av. Standard ADSL (ITU-T) skal kunne gi en maksimal bitrate på 6144 kbit/s nedstrøms og 640 kbit/s oppstrøms, litt avhengig av hvor man legger skillet mellom opp- og nedstrømskanalene. Siden høyere bitrate gir høyere frekvenser på signalet, vil man få lengre rekkevidde med lavere bitrater, og de vanlige klassene som tilbys i dag er gjerne fra 384 til 2048 kbit/s nedstrøms. Dette handler også om å utnytte felles ressurser bedre, for kapasiteten videre innover i nettet fra DSLAM må deles med flere for å kunne holde kostnadene nede. 
Standarden definerer flere varianter; ADSL alene på et kobberpar, ADSL sammen med telefoni (PSTN) eller ADSL sammen med ISDN på samme kobberpar. Telenor, som er den operatøren som eier det meste av kobberaksessnettet i Norge, har standardisert på varianten med ISDN, der frekvensområdet under om lag 120 kHz er reservert til telefoni eller ISDN på samme trådpar, og dette valget gjelder alle som skal kople opp ADSL i Telenors aksessnett (operatøraksessproduktet). Man har dessuten trukket laveste frekvens litt nedover (uten at dette allikevel forstyrrer ISDN) og flyttet litt på delefrekvensen mellom opp- og nedstrøms frekvensbånd. Dette gir en maksimal bitrate nedstrøms på 6144 kbit/s (6 Mbit/s) og oppstrøms på 1120 kbit/s. Innenfor denne begrensningen kan hver operatør definere sine egne klasser for opp- og nedstrøms bitrate.
For å skille mellom ISDN/PSTN og ADSL må man ha et høypass/lavpass linjefilter, populært kalt ”splitter” i hver ende av sambandet. Dette filteret skal påse at de to tjenestene ISDN/PSTN og ADSL ikke forstyrrer hverandre. Ut fra splitteren hos abonnenten får man signalet som skal videre til ADSL-enheten og signalet til ISDN eller telefon på hver sin kontakt.
Et ADSL aksessnettsystem består av en nettermineringsenhet (vanligvis kalt et ADSL-modem) hos kunden; og en DSL Access Multiplexer (DSLAM) som terminerer flere ADSL-samband på abonnentsiden og multiplekser kapasiteten fra alle disse for videre transport innover i telenettet mot tjenestenodene. 
I DSLAM legger man også inn en konsentrasjon, slik at samlet kapasitet for alle aksesslinjene er mye høyere enn kapasiteten videre innover i nettet, og på den måten får man utnyttet og delt ressursene på en bedre måte. En vanlig konsentrasjonsfaktor er på mellom 50:1 og 15:1 for privatkunder, og 5:1 (sammen med garantert båndbredde) for bedriftskunder – men dette er noe operatørene ikke vanligvis snakker så høyt om… Den enkelte operatør kan selv velge konsentrasjonsfaktor for sine tjenester ut fra kvaliteten på det produktet han ønsker å selge. Denne høye konsentrasjonsfaktoren gjør også at ingen tilbyder garanterer båndbredde for hver enkelt privatbruker; ATM-trafikklassen som brukes kalles UBR – Unspecified Bit Rate, dvs. du får det som er tilgjengelig opptil maksimalbitraten for ditt samband. For bedriftskunder med lav konsentrasjonsfaktor derimot er det vanligere å gi en minimum bitrate som en garanti, og trafikklassen her heter UBR+ – Unspecified Bit Rate with Minimum Cell Rate (MCR). Etter mye kritikk fordi netto bitrate for applikasjonene (på Lag 7 ref. OSI-modellen) pga. overhead i mellomliggende protokoller er noe mindre enn bitraten på Lag 1, har de fleste tilbyderne nå begynt å levere en maksimal bitrate som er noe høyere enn det man i utgangspunktet kjøper.
ITU-T-standarden for vanlig ADSL heter G.992.1.
Etter hvert har ADSL også kommet i en ”light-utgave” i form av en splitter-less ADSL med bitrate opptil 1536 kbit/s (1,5 Mbit/s) nedstrøms og 512 kbit/s (0,5 Mbit/s) oppstrøms. Det var denne utgaven som under standardiseringsarbeidet hadde navnet ”ADSL Lite”, og standarden som hadde arbeidsnavnet G.lite heter nå G.992.2.

ADSL2 – ADSL 2. generation

De senere årene har man videreutviklet ADSL til det man kaller ADSL2 med en rekke nye funksjoner som bl.a. strømsparemodus, mer motstandsdyktighet mot forstyrrelser, og sømløs rate-tilpasning der bitraten tilpasses aksesslinjen til enhver tid og derved gir maksimal rekkevidde. Standarden gjør det også enklere med transport av pakkeformaterte data (f.eks. Ethernet) direkte over transportkanalene. Denne standarden foreskriver en minimum maksimums-bitrate på 8 Mbit/s nedstrøms og 800 kbit/s oppstrøms, men utstyret kan designes for større bitrater ved behov, og det antas at om lag 12-15 Mbit/s nedstrøms på korte linjer (opptil om lag 2 km) er en øvre grense for teknologien som brukes. Standarden heter G.992.3. Også ADSL 2 finnes i en splitter-less light-variant med bitrate som for ADSL lite, og denne standarden heter G.992.4. Frekvensbåndet som brukes til ADSL2 er opp til 1,1 MHz. ADSL2 har også forenklede initieringsprosedyrer som skal gjøre det enklere å bruke ADSL-modem fra forskjellige leverandører mot samme DSLAM.

ADSL2+ – Extended Bandwidth ADSL

Som en videreføring av ADSL2 har ITU-T også laget en ny standard kalt ADSL2+ for 'Extended Bandwidth' som tar i bruk frekvensbåndet opp til 2,2 MHz. Denne standarden ble formelt godkjent av ITU-T i mai 2003, og har fått navnet G.992.5 (arbeidsnavn G.adslplus). Her spesifiseres en netto bitrate på minimum (mandatory) 16 Mbit/s / 800 kbit/s men det åpnes for enda høyere bitrater enn dette, og man regner ofte 24-25 Mbit/s nedstrøms som teknologiens grense for korte linjelengder (opptil om lag 1 km).
Siden hastigheten på ADSL avgjøres av avstanden til sentralen, kan hastigheten oppgraderes ved å kun sette opp flere sentraler. Dette gjennomføres nå i Norge, og vil følgelig øke den teoretiske nedlastinghastigheten fra 8 Mbit til 32 Mbit. Dette vil gi muligheter for f.eks mer stabil IPTV.

SHDSL – Single-pair High-speed Digital Subscriber Line

SHDSL er i utgangspunktet basert på en videreutvikling av HDSL-standarden som en symmetrisk variant av ADSL. Bitraten er omtrent den samme som for HDSL, opptil 2312 kbit/s, men her er systemet laget med step på 8 kbit/s fra 192 kbit/s, og kan derfor brukes for en rekke ulike bitrateklasser slik som f.eks. ADSL. Her brukes det i utgangspunktet kun ett trådpar, mens 2003-versjonen av standarden også beskriver en variant med bruk av opptil fire samtidige trådpar og bitrater opp til 9248 kbit/s. I et tillegg til standarden beskrives også muligheter for bitrater opp til 5696 kbit/s på ett trådpar og opp til 22.784 kbit/s med bruk av fire samtidige trådpar.
Forløperen for standardisert SHDSL har delvis vært ulike proprietære og regionale løsninger kalt SDSL, og flere leverandører og operatører/tjenestetilbydere bruker fortsatt dette begrepet. Dersom overføringen skal skje i Telenors aksessnett er det kun standardisert SHDSL etter ITU-T- eller ETSI-standard som er tillatt, så det er trolig denne teknologien som er brukt også der man fortsatt kaller produktet sitt  for SDSL. DSL Forum har for øvrig slettet SDSL fra sin liste over DSL-standarder etter at SHDSL ble ferdig, og det burde kanskje andre gjøre også, for å unngå unødig begrepsforvirring. 
SHDSL-standarden fra ITU-T har fått navnet G.991.2 men er også kjent under navnet G.shdsl som var arbeidsnavnet i ITU-T under utarbeidelsen av standarden. Denne standarden her senere blitt videreutviklet (under arbeidsnavnet G.shdsl.bis) og foreligger nå i utgave fra 2003 som bl.a. inneholder beskrivelse for alternative bitrater opptil 5696 kbit/s samt standardisert bruk av opptil fire samtidige trådpar.

VDSL – Very high-speed Digital Subscriber Line

VDSL er den ypperste av DSL-teknologiene hva angår bitrate, og den som gir kortest rekkevidde. Dette er en teknologi som er basert på ADSL men laget for linjelengder opp til 1,5 km og høyere bitrater enn ADSL.
Initiativet kommer fra USA i regi av ANSI T1 Committee. De asymmetriske bitrater er opptil 51.840 kbit/s nedstrøms eller symmetriske varianter opptil 25.920 kbit/s. Mål-bitraten på 51.840 kbit/s er definert for å kunne dekke OC-1 i SONET-konseptet i USA eller den tilsvarende 1/3 av en STM-1-kapasitet i SDH-konseptet. For de høyeste bitratene er rekkevidden på kun om lag 300 m på 0,4 mm trådpar (tilsvarer amerikanske AWG26). 
For å nå et tilstrekkelig antall kunder med slike bitrater må man nødvendigvis flytte DSLAM langt ut i aksessnettet og ha fiberkabel derfra og inn til transportnettet. I Norge blir utfordringen i tillegg å plassere utstyret i miljømessige riktige omgivelser da slike noder ute i aksessnettet ikke nødvendigvis vil bli plassert innenhus, og man snakker da om spesielle uteskap med regulert klima, noe som ytterligere øker kostnadene til slik utbygging. Fortsatt snakker vi om at VDSL ligger i frekvensbåndet over PSTN/ISDN, dvs. fra om lag 120 kHz og oppover for bruk i Norge, så i tillegg til fiberkabel ut til DSLAM-punktene må man også føre frem kobberkabel for telefoni/PSTN eller ISDN fra nærmeste telefonsentral dersom disse tjenestene fortsatt skal leveres på samme kabelpar.
ITU-T har de siste årene arbeidet med en verdensstandard for VDSL. Denne ble ferdig i 2001 og har fått navnet G.993.1 (arbeidsnavnet var G.vdsl), og ETSI har tidligere laget en europeisk variant. ITU-T oppgir foreløpig bitraten til ’noen tiltalls Mbit/s’, mens ETSI’s standard har definert to klasser; ’Class I’ som er asymmetriske varianter fra 6400/2048 kbit/s og opp til 23168/4096 kbit/s, og ’Class II’ som er symmetriske varianter fra 6400 kbit/s til 28288 kbit/s.
Den amerikanske ANSI T1-standarden for VDSL foreskriver ulike asymmetriske varianter fra 6480/1620 kbit/s til 51.840/6480 kbit/s og symmetriske varianter fra 4320 kbit/s til 25.920 kbit/s; i begge tilfeller med sterkt redusert rekkevidde for de øvre bitrateklassene. Alle dagens standarder oppgir frekvensspekteret for VDSL til 1,1 – 12 MHz, og dette er høyt nok til at f.eks. interferens med privatbåndradioer, såkalte CB-radioer, og annet utstyr vil kunne bli et problem som må tas med i betraktningen ved utbygging av slike systemer. Nasjonale frekvensforskrifter vil måtte ta hånd om dette problemet for å unngå forstyrrelser mellom systemene. 
Telenor testet VDSL i 2000, men har ennå ikke lansert tjenesten kommersielt. Ifølge en pressemelding 17. januar 2011 skulle tjenesten lanseres kommersielt 1. februar 2011.

VDSL2 – Very high-speed Digital Subscriber Line 2

VDSL2 er en videreutvikling av VDSL med mål å kunne tilby enda høyere kapasitet på eksisterende kobberkabler. 
Systemene er spesifisert i ITU-T Rec. G.993.2 datert 02/06. VDSL2-systemer skal kunne tilby samlet kapasitet opp- og nedstrøms (aggregate datarate) på opptil 200 Mbit/s og som innenfor gitte grenser kan brukes asymmetrisk. Frekvensområdet som brukes er nå utvidet til opptil 30 MHz og fortsatt skal samme trådpar kunne brukes til telefoni PSTN/ISDN i frekvensområdet opp til 120 kHz. Modulasjonsteknikken som brukes er DMT (Discrete Multi-Tone). 
Med det utvidete frekvensbåndet, som f.eks. dekker deler av det tradisjonelle amatørradiobåndene (3.5MHz, 7MHz, 10.1MHz, 14MHz, 18MHz, 21MHz, 24.9MHz og 28MHz) og ulike land-, luft- og sjømobile systemer, er det interferens som er utfordringen for VDSL2. Dette gjelder både immunitet overfor støy fra andre systemer og samtidig det å unngå i størst mulig grad å forstyrre andre systemer. For å sikre dette er det lagt begrensninger på sendenivå, spesielt for de øvre deler av frekvensbåndet.
Standarden foreskriver en rekke ulike konfigurasjonsprofiler med ulike kapasitet, rekkevidde og frekvensbånd i symmetrisk eller asymmetriske varianter. Profilene er tilpasset både regionale krav og ulike bruksområder der man ser for seg VDSL2-systemer vil bli brukt.
Det er først og fremst på korte linjer man får økt kapasitet, og fra om lag 6-700 m er kapasiteten bare marginalt høyere enn for VDSL (”VDSL1”). 
I Norge lanserte NextGenTel VDSL2 i januar 2009.Telenor lanserte VDSL2, 2 år senere i 2011.