В телекоммуникациях широкополосная или высокоскоростная передача данных — это широкополосная передача данных , которая использует сигналы с широким разбросом частот или на нескольких различных одновременных частотах и используется для быстрого доступа в Интернет . Средой передачи может быть коаксиальный кабель , оптоволокно , беспроводной Интернет ( радио ), витая пара или спутник .
Первоначально используемый для обозначения «использования широко распространенной частоты» и для услуг, которые были аналоговыми на самом низком уровне, в настоящее время в контексте доступа в Интернет термин «широкополосный доступ» часто используется для обозначения любого высокоскоростного доступа в Интернет, который, казалось бы, всегда доступен. on» и работает быстрее, чем коммутируемый доступ через традиционные аналоговые службы или службы ISDN PSTN . [1]
Идеальная телекоммуникационная сеть имеет следующие характеристики: широкополосная , мультимедийная , многоточечная , многоскоростная и экономичная реализация разнообразия услуг (мультисервисов). [2] [3] Эти характеристики планировалось обеспечить широкополосной цифровой сетью с интеграцией услуг (B-ISDN ) . Асинхронный режим передачи (ATM) был предложен как целевая технология для удовлетворения этих требований. [3]
В разных контекстах и в разное время применялись разные критерии «широкого» понятия. Его происхождение связано с физикой, акустикой и разработкой радиосистем, где оно использовалось в значении, похожем на « широкополосный », [4] [5] или в контексте систем шумоподавления звука , где оно обозначало однополосный сигнал. а не многополосную систему компандера . Позже, с появлением цифровых телекоммуникаций , этот термин в основном использовался для передачи по нескольким каналам . Хотя сигнал полосы пропускания также модулируется так, что он занимает более высокие частоты (по сравнению с сигналом основной полосы , который привязан к самому низкому концу спектра, см. Линейное кодирование ), он все еще занимает один канал. Ключевое отличие состоит в том, что то, что обычно считается широкополосным сигналом в этом смысле, — это сигнал, который занимает несколько (немаскирующих, ортогональных ) полос пропускания, что обеспечивает гораздо более высокую пропускную способность в одной среде, но с дополнительной сложностью схемы передатчика/приемника. .
Этот термин стал популяризирован в 1990-е годы как маркетинговый термин для обозначения доступа в Интернет , который был быстрее, чем коммутируемый доступ (коммутируемый доступ обычно ограничивается максимальной скоростью 56 кбит/с). Это значение лишь отдаленно связано с его первоначальным техническим смыслом.
С 1999 года широкополосный доступ в Интернет стал фактором государственной политики . В том же году на проводимой раз в два года конференции Всемирной торговой организации под названием « Финансовые решения проблемы цифрового неравенства » в Сиэтле термин «Значимый широкополосный доступ» был представлен мировым лидерам, что привело к активизации движения за преодоление цифрового неравенства . Фундаментальные аспекты этого движения заключаются в том, чтобы предположить, что справедливое распределение широкополосной связи является фундаментальным правом человека. [6]
Персональные компьютеры облегчают доступ, манипулирование, хранение и обмен информацией и требуют надежной передачи данных. Передача документов с помощью изображений и использование графических терминалов с высоким разрешением обеспечили более естественный и информативный режим человеческого взаимодействия, чем просто голос и данные. Видеотелеконференции улучшают групповое взаимодействие на расстоянии. Развлекательное видео высокой четкости улучшает качество изображения, но требует гораздо более высоких скоростей передачи.
Эти новые требования к передаче данных могут потребовать новых средств передачи, отличных от нынешнего перегруженного радиоспектра. [7] [8] Современная телекоммуникационная сеть (например, широкополосная сеть) должна предоставлять пользователю все эти различные услуги ( мультисервисы ).
Обычная телефонная связь используется:
Современные услуги могут быть:
Эти аспекты рассматриваются индивидуально в следующих трех подразделах. [9]
Мультимедийный вызов может передавать звук, данные, неподвижные изображения или полноэкранное видео или любую комбинацию этих носителей. Каждая среда предъявляет разные требования к качеству связи, например:
Информационный контент каждого носителя может влиять на информацию, генерируемую другими носителями. Например, голос можно транскрибировать в данные посредством распознавания голоса, а команды данных могут управлять способом представления голоса и видео. Эти взаимодействия чаще всего происходят на терминалах связи, но могут также происходить внутри сети. [3] [7]
Традиционные голосовые вызовы представляют собой преимущественно двухсторонние вызовы, требующие двухточечного соединения с использованием только голосовой среды. Для доступа к графической информации в удаленной базе данных потребуется соединение «точка-точка», которое отправляет запросы с низкой скоростью передачи данных в базу данных и видео с высокой скоростью передачи данных из базы данных. Приложения развлекательного видео в основном представляют собой соединения «точка-многоточка», требующие односторонней передачи полноценных видео и аудио от источника программы к зрителям. Видеотелеконференции включают в себя соединения между многими сторонами, передающие голос, видео, а также данные. Таким образом, предложение будущих услуг требует гибкого управления соединением и медиа-запросами многоточечного мультимедийного коммуникационного вызова. [7] [8]
Многоскоростная сеть обслуживания – это сеть, которая гибко распределяет пропускную способность соединений. Мультимедийная сеть должна поддерживать широкий диапазон скоростей передачи данных, требуемых соединениями, не только потому, что существует множество сред связи, но и потому, что среда связи может кодироваться алгоритмами с разными скоростями передачи данных. Например, аудиосигналы могут кодироваться со скоростями передачи данных в диапазоне от менее 1 кбит/с до сотен кбит/с с использованием различных алгоритмов кодирования с широким диапазоном сложности и качества воспроизведения звука. Аналогичным образом, видеосигналы полного движения могут кодироваться со скоростями передачи данных в диапазоне от менее 1 Мбит/с до сотен Мбит/с. Таким образом, сети, передающей как видео, так и аудиосигналы, возможно, придется интегрировать трафик с очень широким диапазоном скоростей передачи данных. [7] [9]
Традиционно различные телекоммуникационные услуги передавались через отдельные сети: голос в телефонной сети, данные в компьютерных сетях , таких как локальные сети , видеотелеконференции в частных корпоративных сетях и телевидение в радиовещательных или кабельных сетях.
Эти сети в основном были разработаны для конкретного приложения и не подходят для других приложений. Например, традиционная телефонная сеть слишком шумна и неэффективна для пакетной передачи данных. С другой стороны, сети передачи данных, которые хранят и пересылают сообщения с помощью компьютеров, имеют ограниченные возможности подключения, обычно не имеют достаточной пропускной способности для цифровых голосовых и видеосигналов и страдают от неприемлемых задержек для сигналов реального времени. Телевизионные сети, использующие радио или кабельное телевидение, в основном представляли собой сети вещания с минимальными возможностями коммутации. [3] [7]
Было желательно иметь единую сеть для предоставления всех этих услуг связи, чтобы достичь экономики совместного использования. Эта экономика мотивирует общую идею сети интегрированных услуг. Интеграция позволяет избежать необходимости во многих наложенных сетях, что усложняет управление сетью и снижает гибкость при внедрении и развитии услуг. Эта интеграция стала возможной благодаря достижениям в области широкополосных технологий и высокоскоростной обработки информации в 1990-х годах. [3] [7]
Несмотря на то, что многочисленные сетевые структуры были способны поддерживать услуги широкополосной связи, постоянно увеличивающийся процент провайдеров широкополосной связи и MSO отдавал предпочтение структурам оптоволоконной сети для удовлетворения как нынешних, так и будущих требований к пропускной способности.
CATV (кабельное телевидение), HDTV (телевидение высокой четкости), VoIP (передача голоса по интернет-протоколу) и широкополосный Интернет — вот некоторые из наиболее распространенных приложений, которые в настоящее время поддерживаются оптоволоконными сетями, в некоторых случаях напрямую в дом (FTTh – оптоволокно). К дому). Эти типы волоконно-оптических сетей включают в себя широкий спектр продуктов для поддержки и распределения сигнала от центрального офиса к оптическому узлу и, в конечном итоге, к абоненту (конечному пользователю).
В телекоммуникациях широкополосный метод передачи сигналов — это метод, который обрабатывает широкую полосу частот. «Широкополосный доступ» — это относительный термин, понимаемый в зависимости от контекста. Чем шире (или шире) полоса пропускания канала, тем больше пропускная способность данных при одинаковом качестве канала.
В радио , например, очень узкая полоса будет передавать азбуку Морзе , более широкая полоса будет передавать речь, а еще более широкая полоса будет передавать музыку без потери высоких звуковых частот, необходимых для реалистичного воспроизведения звука . Эта широкая полоса часто делится на каналы или «частотные элементы» с использованием методов полосы пропускания , чтобы обеспечить мультиплексирование с частотным разделением каналов вместо отправки сигнала более высокого качества.
При передаче данных модем 56k будет передавать данные со скоростью 56 килобит в секунду (кбит/с) по телефонной линии шириной 4 килогерца (узкополосной или голосовой ). В конце 1980-х годов широкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг (B-ISDN) использовала этот термин для обозначения широкого диапазона скоростей передачи данных , независимо от деталей физической модуляции. [10] Различные формы услуг цифровой абонентской линии (DSL) являются широкополосными в том смысле, что цифровая информация передается по множеству каналов. Каждый канал имеет более высокую частоту, чем основной голосовой канал, поэтому он может одновременно поддерживать обычную телефонную связь по одной паре проводов. [11] Однако, когда эта же линия преобразуется в ненагруженную витую пару (без телефонных фильтров), она становится шириной в сотни килогерц (широкополосной) и может передавать до 100 мегабит в секунду с использованием очень высокой скорости передачи данных. технологии цифровых абонентских линий ( VDSL или VHDSL). [12]
Современные сети должны передавать интегрированный трафик, состоящий из голоса, видео и данных. Широкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг (B-ISDN) была разработана для этих нужд. [13] Типы трафика, поддерживаемые широкополосной сетью, можно классифицировать по трем характеристикам: [14]
В сотовых сетях используются различные стандарты передачи данных, в том числе 5G , который может поддерживать один миллион отдельных устройств на квадратный километр.
Типы трафика в широкополосной сети (с примерами) и соответствующие требования приведены в таблице 1.
Многие компьютерные сети используют простой линейный код для передачи одного типа сигнала, используя полную полосу пропускания среды с использованием основной полосы частот (от нуля до самой высокой необходимой частоты). Для обозначения этого большинству версий популярного семейства Ethernet даны имена, например, оригинальное 10BASE5 1980-х годов. Сети, в которых используются кабельные модемы в стандартной инфраструктуре кабельного телевидения, называются широкополосными, чтобы указать на широкий диапазон частот, который может включать в себя несколько пользователей данных, а также традиционные телевизионные каналы по одному и тому же кабелю. Широкополосные системы обычно используют разные радиочастоты, модулированные сигналом данных для каждого диапазона. [15]
Общая пропускная способность среды больше, чем пропускная способность любого канала. [16]
Широкополосный вариант Ethernet 10BROAD36 был стандартизирован к 1985 году, но не имел коммерческого успеха. [17] [18]
Стандарт DOCSIS стал доступен потребителям в конце 1990-х годов для обеспечения доступа в Интернет частным клиентам кабельного телевидения. Ситуация еще больше запуталась из-за того, что стандарт Ethernet 10PASS-TS , ратифицированный в 2008 году, использовал технологию DSL, а как кабельные, так и DSL-модемы часто имеют разъемы Ethernet.
Телевизионную антенну можно назвать «широкополосной», поскольку она способна принимать широкий диапазон каналов, в то время как, например, низкочастотная антенна УКВ является «узкополосной», поскольку она принимает только от 1 до 5 каналов . Федеральный стандарт США FS-1037C определяет «широкополосный доступ» как синоним широкополосного доступа . [19] «Широкополосный доступ» в аналоговом распространении видео традиционно используется для обозначения таких систем, как кабельное телевидение , где отдельные каналы модулируются на несущих на фиксированных частотах. [20] В этом контексте термин «модульный» является антонимом этого термина , относящимся к одному каналу аналогового видео, обычно в составной форме с отдельным звуковым сигналом в основной полосе частот . [21] В процессе демодуляции широкополосное видео преобразуется в базовое видео. Оптоволокно позволяет передавать сигнал дальше без повторения. Кабельные компании используют гибридную систему, использующую оптоволокно для передачи сигнала в районы, а затем меняют сигнал со светового на радиочастотный для передачи по коаксиальному кабелю в дома. Это уменьшает необходимость использования нескольких головок. Головной узел собирает всю информацию из местных кабельных сетей и киноканалов, а затем передает ее в систему.
Однако «широкополосное видео» в контексте потокового Интернет-видео стало означать видеофайлы, скорость передачи данных которых достаточно высока, чтобы для просмотра требовался широкополосный доступ в Интернет. «Широкополосное видео» также иногда используется для описания IPTV- видео по запросу . [22]
Линии электропередачи также использовались для различных типов передачи данных. Хотя некоторые системы дистанционного управления основаны на узкополосной передаче сигналов, современные высокоскоростные системы используют широкополосную сигнализацию для достижения очень высоких скоростей передачи данных. Одним из примеров является стандарт ITU-T G.hn , который обеспечивает возможность создания локальной сети со скоростью до 1 Гигабит/с (которая считается высокоскоростной по состоянию на 2014 год) с использованием существующей домашней сети и домашней проводки (включая линии электропередачи). , но также телефонные линии и коаксиальные кабели ).
В 2014 году исследователи Корейского передового института науки и технологий разработали разработки по созданию сверхмелких широкополосных оптических инструментов . [23]
В контексте доступа в Интернет термин «широкополосный доступ» широко используется и означает «доступ, который всегда включен и быстрее, чем традиционный коммутируемый доступ». [24] [25]
Время от времени предписывался ряд более точных определений скорости, в том числе:
Услуги широкополосного Интернета в Соединенных Штатах фактически рассматривались или управлялись как общественная услуга в соответствии с правилами сетевого нейтралитета [30] [31] [32] [33] [34] до тех пор, пока они не были отменены Федеральной комиссией связи США в декабре 2017 года. [35]
Ряд национальных и международных регулирующих органов классифицируют широкополосные соединения в зависимости от скорости загрузки и выгрузки, выраженной в Мбит/с ( мегабитах в секунду ).
В Австралии Австралийская комиссия по конкуренции и защите прав потребителей также требует от интернет-провайдеров указывать скорость в ночное время и в часы пик [44].
Пропускная способность исторически распределялась по всему миру очень неравномерно, а в эпоху цифровых технологий ее концентрация увеличивалась. Исторически только 10 стран располагали 70–75% мировых мощностей электросвязи (см. круговую диаграмму справа). [45] В 2014 году только три страны (Китай, США и Япония) располагали 50% установленного в мире потенциала пропускной способности телекоммуникаций. США потеряли свое глобальное лидерство по установленной пропускной способности в 2011 году, уступив место Китаю, который в 2014 году располагал более чем в два раза большим потенциалом национальной пропускной способности (29% против 13% от общемирового показателя). [45]
С учетом нации:
Широкополосная связь: модуляция сигнала данных на радиочастотной несущей и применение этого радиочастотного сигнала к несущей среде.
Широкополосный доступ: относительный термин, обозначающий систему, работающую в широком диапазоне частот.
Широкополосные сети используют частотное мультиплексирование для разделения коаксиального кабеля на отдельные каналы, каждый из которых служит отдельной локальной сетью.