Qual é a taxa máxima teórica de transferência de dados de um par de fios em um cabo telefônico?

Ontem, o pessoal do meu ISP instalou uma conexão "Fiber to the Home" de 16 Mbps, mas notei que a conexão ainda é transmitida pelos mesmos dois fios da tomada do telefone.

Essa mesma conexão poderia lidar com uma conexão de 25 Mbps? E quanto a 100 Mbps? Não existe um máximo teórico, mas ele se torna cada vez mais confiável?

Há uma equação bonita e simples que contém tudo isso, chamada teorema de Shannon – Hartley :

Diz que, em um canal com uma determinada qualidade, a capacidade (taxa de bits) C é proporcional à largura de banda do canal B. A qualidade do canal (sinal x ruído) se esconde dentro de , e a taxa de bits inclui redundância (somas de verificação de erro e similares).$log_{2}(1+S/N)$

A melhor taxa de dados pode ser alcançada com uma instalação silenciosa de um canal que oferece alta largura de banda.

Dos sistemas de fiação em questão, uma linha telefônica simples de dois fios terá as menores propriedades de largura de banda e de ruído (interferência e interferência de linhas vizinhas, ...), os fios de par trançado aumentam a largura de banda e são mais imunes ao ruído externo com um "número CAT" crescente (6 sendo melhor que 5e, sendo melhor que 5, ...) e sistemas com fibras ópticas são ainda melhores.

Uma conexão telefônica tem uma largura de banda de áudio limitada a alguns kHz. Os sistemas antigos tinham filtros e os fios geralmente não eram capazes de muito mais do que a largura de banda definida pelo filtro. As linhas de assinante digital (DSL) aproveitam o fato de que muitas linhas telefônicas, quando não estão sendo filtradas, podem levar mais do que a banda de áudio medíocre dos telefones. Além de aprox. 200 bps, depende da instalação da última milha e em sua casa (e da disposição do seu provedor de usá-la da melhor maneira). Normalmente, a fibra pode suportar uma largura de banda maior que o cobre, mas também é possível obter boa qualidade com o cobre.

Nota: Alguém vendendo você "Fiber to the Home" sobre fios de cobre está apenas fazendo marketing (não inteligente?). Claude Shannon era muito mais legal, ele nem se importava com o tipo de canal (cobre, fibra, ondas de rádio, o que fosse), ele apenas olhava a largura de banda e a qualidade (relação sinal / ruído). Você pode se juntar a Shannon e, como ele, apreciar a teoria e também não se importa com o material de seus fios. Quando participei da aula de teoria da comunicação na faculdade, meu professor estava muito certo quando apontou a beleza do trabalho de Shannon e disse que a equação mencionada acima era a E = mc ² da era da tecnologia da informação.

As outras respostas atingiram alguns bons pontos, mas nem todas estão 100% corretas. Se eles anunciam fibra para a casa, na verdade devem estar executando fibra em sua propriedade. Eles podem convertê-lo em cobre nesse ponto, mas se não receberem a fibra em sua propriedade, não poderão chamá-la de "Fibra para o Lar".

História

O que originalmente causou lentidão nas linhas telefônicas para a comunicação de dados foi o filtro passa-baixo colocado na linha telefônica. zebonaut está correto em sua definição de capacidade de canal. Já faz algum tempo desde que eu estraguei tudo, mas acredito que o filtro passa-baixas foi ajustado em torno de 8 KHz.

A DSL apareceu e aproveitou o fato de as empresas telefônicas terem acesso físico às linhas antes do filtro passa-baixo. Isso significava que eles poderiam usar frequências nas quais o tráfego de voz não existia, mas que o cobre poderia transmitir. Ainda havia filtros de passagem baixa implementados para o tráfego de voz, para que você não apresentasse um ruído agudo na sua ligação telefônica ou tivesse problemas de alias.

O DSL era limitado em velocidades baseadas na parte S / N da fórmula de capacidade de canal do zebonaut. Quanto mais longo o fio, pior o SNR você obteria. Com o passar do tempo, as empresas de telefonia diminuíram continuamente o ciclo do cobre e substituíram o cobre antigo por fibra. Como isso aconteceu, as velocidades DSL foram capazes de aumentar.

Chegou ao ponto em muitas áreas que há fibra quase todo o caminho até a casa. Isso fez com que o custo de obter fibra por todo o caminho fosse realmente bastante razoável. Isso também fornece a capacidade de anunciar "Fiber to the Home" e, como eu disse anteriormente, eles não podem chamá-lo assim, a menos que seja realmente isso.

Um exemplo de uma situação de não ter "Fiber to the Home" é o verso U da AT&T. Em muitos casos, eles realmente têm fibra para o lar, mas, como não têm em todo lugar, não anunciam "Fibra para o lar", mas sim "tecnologia de fibra óptica e redes de computadores".

Fibra versus cobre

Uma das grandes razões pelas quais usamos fibra em vez de cobre é a quantidade de ruído que o cobre pode captar onde a fibra capta quase nenhum ruído. Isso torna o SNR muito bom, o que permite taxas de dados muito mais altas.

Ao levar a fibra até a propriedade, o comprimento do cobre necessário é minimizado, assim como não há linhas de cobre vizinhas que possam atravessar a sua linha.

Então, basicamente, quanto menos cobre você tiver, maior a taxa de dados que você pode obter.

A questão aqui não é simplesmente a rapidez com que o fio de cobre pode transmitir dados. A questão é a rapidez com que ele pode transmitir a uma distância específica . Como mencionado nos comentários, a Ethernet pode transmitir a 1 GBps ou mais, mas apenas por cerca de 100 metros (não me lembro da distância real). O cabo CAT6 (usado pela Ethernet) possui 8 fios, agrupados em 4 pares: 2 pares não são utilizados, um par para transmissão e um par para recebimento. Cada um dos pares de fios é torcido a uma taxa diferente para reduzir a interferência entre pares. Os fios estão emparelhados porque, em longas distâncias (e / ou altas velocidades), não é possível comparar a tensão de um único fio com um fio terra comum, porque o terra pode ser barulhento etc.). Em vez disso, você compara a diferença entre os dois fios.

Então, voltando à sua nova conexão com a Internet: "Fiber to the Home" é uma maneira do departamento de Marketing de competir com outras empresas que realmente executam fibra em casa em algumas áreas. O que eles estão realmente fazendo é passar a fibra para o "escritório central" local e depois executar um par de cobre para a "última milha". Eles comercializam isso como novo, mas eles usam fibra entre escritórios centrais há anos (todo mundo faz isso). A mudança é que eles eliminam o equipamento telefônico nas duas extremidades e usam novos protocolos para lidar com velocidades mais altas (é por isso que o DSL sempre foi acessível: ele precisa compartilhar a linha com o equipamento telefônico existente).

Um problema maior do que o cobre pode teoricamente lidar é o fato de que a maior parte do cobre da "última milha" foi lançada décadas atrás, por isso não é torcido como o CAT6 (ou torcido para reduzir o ruído no tráfego de voz, não o tráfego de dados em alta velocidade), pode estar corroído e a fiação nas duas extremidades pode estar ruim (você deveria ter visto a fiação na casa dos meus pais em 1929!).