¿Cuál es la tasa de transferencia de datos máxima teórica de un par de cables en un cable telefónico?

Ayer, la gente de mi ISP vino a instalar una conexión "Fiber to the Home" de 16 Mbps, pero noté que la conexión todavía entra a través de los mismos dos cables en nuestro conector telefónico.

¿Podría esa misma conexión manejar una conexión de 25 Mbps? ¿Qué pasa con 100 Mbps? ¿Existe un máximo teórico, pero se vuelve cada vez más poco confiable?

Hay una ecuación hermosa y simple que lo tiene todo, llamada el teorema de Shannon-Hartley :

Dice que sobre un canal con una calidad dada, la capacidad (tasa de bits) C es proporcional al ancho de banda del canal B. La calidad del canal (señal vs. ruido) se esconde dentro de , y la tasa de bits incluye redundancia (sumas de verificación de errores y similares).$log_{2}(1+S/N)$

La mejor velocidad de datos se puede lograr con una instalación de bajo nivel de ruido de un canal que ofrece un alto ancho de banda.

De los sistemas de cableado en cuestión, una línea telefónica simple de dos cables tendrá el ancho de banda más bajo y las peores propiedades de ruido (interferencia e interferencia de las líneas vecinas, ...), los cables de par trenzado aumentan el ancho de banda y son más inmunes al ruido externo. con un "número de CAT" creciente (6 es mejor que 5e, es mejor que 5, ...) y los sistemas con fibras ópticas son aún mejores.

Una conexión telefónica tiene un ancho de banda de audio limitado a unos pocos kHz. Los sistemas antiguos tenían filtros y los cables a menudo no eran capaces de mucho más que el ancho de banda definido por el filtro. Las líneas de suscriptor digital (DSL) aprovechan el hecho de que muchas líneas telefónicas, cuando no se filtran, pueden tomar más que el ancho de banda de audio mediocre de los teléfonos. Más allá de aprox. 200 bps, depende de la instalación de la última milla y en su casa (y la voluntad de su proveedor de usarla de la mejor manera). Típicamente, la fibra puede manejar un ancho de banda mayor que el cobre, pero también se puede lograr una buena calidad con el cobre.

Nota: Alguien que le vende "Fiber to the Home" a través de cables de cobre está haciendo marketing (¿inteligente?). Claude Shannon era mucho más genial, ni siquiera le importaba el tipo de canal (cobre, fibra, ondas de radio, lo que sea), solo miraba el ancho de banda y la calidad (relación señal / ruido). Puedes unirte a Shannon y, como él, disfrutar de la teoría y tampoco preocuparte por el material de tus cables. Cuando tomé mi clase de teoría de la comunicación en la universidad, mi profesor tenía mucha razón cuando señaló la belleza del trabajo de Shannon y dijo que la ecuación mencionada anteriormente era el E = mc ² de la era de la tecnología de la información.

Las otras respuestas dieron en algunos puntos buenos, pero no todas son 100% correctas. Si anuncian fibra en el hogar, deben estar ejecutando fibra en su propiedad. Pueden convertirlo a cobre en ese punto, pero si no llevan la fibra a su propiedad, no pueden llamarla "Fibra para el hogar".

Historia

Lo que originalmente causó que las líneas telefónicas fueran lentas para las comunicaciones de datos fue el filtro de paso bajo que se colocó en la línea telefónica. zebonaut es correcto en su definición de capacidad del canal. Ha pasado un tiempo desde que me metí con esas cosas, pero creo que el filtro de paso bajo se estableció alrededor de 8 KHz.

Luego apareció DSL y aprovechó el hecho de que las compañías telefónicas tenían acceso físico a las líneas antes del filtro de paso bajo. Esto significaba que podían usar frecuencias en las que el tráfico de voz no existía pero que el cobre podía transmitir. Todavía había filtros de paso bajo establecidos para el tráfico de voz, de modo que no se escuchara un ruido agudo en su llamada telefónica ni tuviera ningún problema de alias.

DSL tenía velocidades limitadas basadas en la porción S / N de la fórmula de capacidad de canales de zebonaut. Cuanto más largo sea el cable, peor será la SNR. Con el paso del tiempo, las compañías telefónicas han acortado continuamente el circuito de cobre y reemplazado el cobre viejo con fibra. Como esto ha sucedido, las velocidades de DSL han podido aumentar.

En muchas áreas se ha llegado al extremo de que hay fibra casi hasta la casa. Esto hizo que el costo de obtener fibra hasta el final de la propiedad sea bastante razonable. Esto también proporciona la capacidad de anunciar "Fiber to the Home" y, como dije antes, no pueden llamarlo así a menos que sea realmente eso.

Un ejemplo de una situación de no tener "Fiber to the Home" es U-verse de AT&T. En muchos casos, en realidad tienen fibra para el hogar, pero como no lo tienen en todas partes, no anuncian "Fibra para el hogar", sino que anuncian "tecnología de fibra óptica y redes de computadoras".

Fibra versus cobre

Una de las principales razones por las que usamos fibra en lugar de cobre es la cantidad de ruido que el cobre puede captar, mientras que la fibra casi no produce ruido. Esto hace que la SNR sea muy buena, lo que permite velocidades de datos mucho más altas.

Al llevar la fibra hasta la propiedad, se minimiza la longitud de cobre necesaria y no hay líneas de cobre vecinas que puedan cruzar la línea de entrada.

Básicamente, cuanto menos cobre tenga, mayor será la velocidad de datos que puede obtener.

El problema aquí no es simplemente qué tan rápido el cable de cobre puede transmitir datos. El problema es qué tan rápido puede transmitir en una distancia específica . Como se mencionó en los comentarios, Ethernet puede transmitir a 1 GBps o más, pero solo durante unos 100 metros (no recuerdo la distancia real). El cable CAT6 (utilizado por Ethernet) tiene 8 cables, agrupados en 4 pares: 2 pares no se utilizan, un par para transmitir y un par para recibir. Cada uno de los pares de cables se retuerce a una velocidad diferente para reducir la interferencia entre pares. Los cables están emparejados porque a largas distancias (y / o altas velocidades), no puede simplemente comparar el voltaje de un solo cable con un cable de tierra común porque la tierra puede ser ruidosa, etc.). En cambio, compara la diferencia entre los dos cables.

Entonces, volviendo a su nueva conexión a Internet: "Fiber to the Home" es la forma en que un departamento de marketing compite con otras compañías que realmente hacen funcionar fibra en sus hogares en algunas áreas. Lo que realmente están haciendo es llevar fibra a la "oficina central" local, y luego ejecutar un par de cobre para la "última milla". Comercializan esto como nuevo, pero llevan años ejecutando fibra entre las oficinas centrales (todo el mundo lo hace). El cambio es que eliminan el equipo telefónico en ambos extremos y usan nuevos protocolos para manejar velocidades más altas (es por eso que DSL siempre ha estado limitado: tiene que compartir la línea con el equipo telefónico existente).

Un problema mayor que lo que el cobre puede manejar teóricamente es el hecho de que la mayoría del cobre de la "última milla" se colocó hace décadas, por lo que no se retuerce como CAT6 (o se reduce para reducir el ruido en el tráfico de voz, no el tráfico de datos de alta velocidad). puede estar corroído, y el cableado en ambos extremos puede ser malo (¡debería haber visto el cableado en la casa de mis padres en 1929!).