¿Por qué el acceso telefónico es tan lento?

En una conexión de acceso telefónico a Internet, ¿por qué la velocidad está limitada a 56 kbits / s en comparación con una conexión a Internet de banda ancha que puede transportar 10 veces más que el acceso telefónico a través de esa misma línea telefónica?

¿Es porque el acceso telefónico está limitado a 56 kbits / s por el ISP? ¿El ISP amplifica la velocidad cuando ordena banda ancha?

Las conexiones de acceso telefónico utilizan el circuito de voz para la transferencia de datos, por lo que el ancho de banda se limita al ancho de banda del canal de voz, mientras que DSL utiliza un rango de frecuencia separado para los datos que es mucho más amplio que el ancho de banda de voz (de ahí el término Banda ancha). DSL utiliza un divisor para separar las frecuencias de voz y datos y, por lo tanto, ambas pueden funcionar simultáneamente.

Básicamente, la línea de telefonía está limitada a 64 kbits / s para cada canal (canal de 8 kHz con modulación PCM en 8 bits por Hz, lo que hace que 8 kHz x 8 bits = 64 kbit / s). A menos que use otra modulación ( QAM por ejemplo) o más ancho de banda (más de 8 kHz de canal de telefonía, hasta MHz por ejemplo), su capacidad de transmisión se limitará a la relación señal / ruido de su canal de telefonía (valores bajos de S / N reducirá su capacidad de transmisión de 64 kbits / s). Déjame explicarte:

Según el teorema de Shannon-Hartley :

El teorema establece la capacidad del canal de Shannon para dicho enlace de comunicación, un límite en la cantidad máxima de datos digitales libres de errores (es decir, información) que pueden transmitirse con un ancho de banda específico en presencia de la interferencia de ruido, suponiendo que la señal la potencia está limitada y el proceso de ruido gaussiano se caracteriza por una potencia o densidad espectral de potencia conocida.

O:

dónde

C es la capacidad del canal en bits por segundo;
B es el ancho de banda del canal en hertz (ancho de banda de banda de paso en caso de una señal modulada);
S es la potencia de señal recibida total sobre el ancho de banda (en el caso de una señal modulada, a menudo denominada C, es decir, portadora modulada), medida en vatios o voltios2;
N es el ruido total o la potencia de interferencia sobre el ancho de banda, medido en vatios o voltios2; y
S / N es la relación señal / ruido (SNR) o la relación portadora / ruido (CNR) de la señal de comunicación a la interferencia de ruido gaussiana expresada como una relación de potencia lineal (no como decibelios logarítmicos).

Por lo tanto, para aumentar la capacidad (en bits / s) de su conexión a Internet a través de un enlace de telefonía, deberá:

1. Aumentar la señal / tasa de ruido.
2. Aumenta el ancho de banda.

El enlace DSL usa ambos, un canal de mayor ancho de banda (banda ancha) y una tasa de señal / ruido mejorada:

A diferencia de los módems de acceso telefónico tradicionales, que modulan los bits en señales en la banda base de 300–3400 Hz (servicio de voz), los módems DSL modulan frecuencias desde 4000 Hz hasta 4 MHz. Esta separación de banda de frecuencia permite que el servicio DSL y el servicio telefónico antiguo (POTS) coexistan en la misma instalación de pares de cobre. En general, las transmisiones de velocidad de bits más altas requieren una banda de frecuencia más amplia, aunque la relación de velocidad de bits a ancho de banda no es lineal debido a innovaciones significativas en el procesamiento de señales digitales y los métodos de modulación digital.

Si bien la tecnología DSL permite velocidades de transferencia mucho más altas, limita la longitud del bucle local (la distancia entre su módem DSL y el equipo de terminación DSL de Telco) a solo unas pocas millas, porque su señal utiliza un rango de frecuencia mucho más amplio y se atenúa rápidamente.

El acceso telefónico normal utiliza un rango de frecuencia estrecho, que limita el ancho de banda a solo 56K, sin embargo, su módem puede estar a millas de distancia de la central telefónica. Además, las señales de datos de acceso telefónico pueden viajar a través de varias redes telefónicas analógicas o digitales sin problemas, por ejemplo, puede conectar un módem de acceso telefónico en África a otro módem en Canadá, mientras que la señal DSL solo puede viajar unas pocas millas a su central telefónica.

Solo un poco más de información sobre los POTS (Sistema telefónico antiguo) mencionado en la respuesta aceptada. Existen algunas especificaciones muy específicas sobre cómo funciona el sistema telefónico, muchas de las razones son arcaicas, pero la mayoría aún son válidas.

Mire una foto antigua de edificios de apartamentos justo después de que los teléfonos se hicieron populares: el horizonte está CUBIERTO con líneas telefónicas porque cada línea estaba dedicada a un solo teléfono (o línea de grupo). Pronto se les ocurrió una forma simple y económica de comprimir 24 líneas en una sola línea digital T1. Esta línea fue la base de gran parte de las telecomunicaciones estadounidenses durante décadas. Está especificada para que un mecanismo repetidor muy simple pueda alinearse para permitir que los cables atraviesen el océano sin agregar potencia, y se hicieron para que sean muy fáciles de multiplexar / demultiplexar.

La línea T1, al ser digital, tiene un ancho de banda muy específico que no se puede cambiar sin cambiar el formato digital interno (lo que hace que ya no sea una línea T1 y rompa TODO el hardware que lo admite actualmente). Cuando se divide en líneas telefónicas, lo que obtienes es una parte de una señal digital interpretada como analógica. No podrá superar el ancho de banda digital original: tendrá la suerte de acercarse a él teniendo en cuenta la conversión a / desde analógico.

Sin embargo, considérese afortunado, algunos de nosotros pasamos años en una conexión de 110/300 baudios (¡y nos alegramos de tenerlo!) En realidad, fue realmente emocionante cuando nuestro BBS basado en MUD se actualizó a 1200 y pudimos ver los resultados de nuestro ataque ANTES de comenzar a escribir el siguiente comando.

La introducción a estas páginas de Wikipedia te da la respuesta:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line
• http://en.wikipedia.org/wiki/Asymmetric_digital_subscriber_line

Esencialmente, la tecnología xDSL usa rangos de frecuencia adicionales que normalmente no se usan para la voz, que es lo que estaba usando el acceso telefónico de 56K (y menos).

Esto se realiza mediante el uso de filtros en cada lado de la línea para dividir los rangos de frecuencia entre el audio tradicional y el otro rango de frecuencias (frecuencias más altas) para la tecnología ADSL. Debido a esto, esto requiere un equipo especial en el intercambio (posiblemente porque el uso del rango de frecuencia para la voz no se propagaría a las mismas distancias).

EDITAR: Tenga en cuenta que algunos ISP incluyen cable / fibra digital bajo el término "banda ancha" (probablemente para simplificar, por razones comerciales): en este caso, la señal puede ser digital en todo momento. El rango y la velocidad de la fibra óptica serán mejores que las líneas a base de cobre que usan el rango de frecuencia de voz (usado para marcado antiguo), pero la tecnología es completamente diferente.

El acceso telefónico es más lento porque usa mucho menos ancho de banda que DSL. Un módem usa solo 4 kHz del espectro disponible, mientras que DSL puede usar hasta 4 MHz, que es 1000 más. DSL también utiliza técnicas de modulación más sofisticadas.

Aquí hay una respuesta que no involucra mucha teoría de la información o terminología técnica:

Los dispositivos, ya sean teléfonos o módems, se comunican a través de las líneas telefónicas enviando electricidad a través de la línea. La información se codifica cambiando los niveles de electricidad en el cable. En una línea de voz, esos niveles cambiantes corresponden a los ruidos que está haciendo en el micrófono.

Todo lo que se comunica a través de un cable, desde un telégrafo a un cable Ethernet de 1 Gbits / s, al final, se comunica poniendo pulsos de electricidad en el cable que el otro extremo puede detectar.

Cuanta más información desee enviar por el cable, más rápido tendrá que variar las señales eléctricas. El código Morse implica solo unos pocos cambios por segundo, una conversación de voz puede implicar cambiar las señales miles de veces por segundo, y Ethernet de alta velocidad puede implicar decenas de millones de cambios por segundo.

Cuantos más cambios por segundo tenga, más difícil será la circuitería intermedia y los cables mejor apantallados, ya que las interrupciones transitorias misceláneas causan más problemas en las señales de alta frecuencia.

Cuando el sistema telefónico se armó originalmente a fines del siglo XIX / principios del XX, la primera pregunta fue, ¿qué tan buenos debemos ser? Se determinó que, siempre que pueda manejar al menos 6800 cambios por segundo (una señal de hasta 3400 Hz), se escuchará audio audible, aunque parecerá un poco `` atrofiado '', por lo que los teléfonos no funcionan No suena igual que una conversación normal. Esto funcionó bien durante cien años más o menos.

A medida que las computadoras se hicieron populares, las personas comenzaron a usar módems que emitían sonidos en la línea que correspondían a unos y ceros, pero los sonidos tenían que corresponder al rango de frecuencias en la voz humana, limitándolos a unos pocos kbits / s. A medida que las cosas mejoraron, finalmente llegaron al límite de lo que una línea telefónica puede transmitir; ese límite es de aproximadamente 32 kbits / s, pero se implementó rápidamente un simple hack para aumentar eso hasta 56 kbits / s.

Alrededor de ese tiempo, la gente también se dio cuenta de que podía usar un cable corto para enviar señales de frecuencia mucho más alta, hasta unas pocas millas cuando todo funcionaba correctamente, pero ciertamente no las decenas de millas que una señal de teléfono normal podría viajar. Al tener un equipo especial en el extremo de la compañía telefónica y un módem DSL en el extremo del suscriptor, podrían enviar estas señales especiales de alta frecuencia por 'la última milla' a través de líneas telefónicas que nunca fueron realmente destinadas para ellos.

El acceso telefónico es lento porque toda la información que envía debe convertirse en datos de audio que pueden enviarse a través de una línea telefónica estándar. ¿Vives en una comunidad rural? ¿Está atascado con un módem de tortuga lenta porque no hay DSL o cable de alta velocidad en su área?

Me parece recordar que el impulso original para alejarse del acceso telefónico implicó que la FCC limitara explícitamente el ancho de banda de POTS a 53 kbps (que luego se eliminó), por lo que no tenía sentido usar más de un módem de 56 k ... luego, por supuesto, cuando el teléfono las líneas se digitalizaron y multiplexaron, y no tenía una ruta de circuito conmutado, entonces perdería la capacidad de realizar trucos de modulación y muestreo armónico, etc. para obtener una mayor velocidad de reloj virtual.