互动科普

贝尔发明的铜线现已无处不在，而在第三个千年里它仍然是具有强大能力的通信资源。

维多利亚时代的低级电话线路技术曾经改变了世界，而在塑造第三个千年的进程中它会担任主要角色吗？仅凭细细的相互缠绕的双股铜线就能以令人咋舌的速度安全可靠地传输因特网数据，并且可以在个人计算机屏幕或电视机上观看到高保真度的动态图像、听到声音、收到大量数据吗？答案是肯定的，数字用户线(DSL)技术的成功发展就充分说明了这一点。

这些功能可靠的铜线现已安装在全世界数目超过6亿条的电话线内，提供高质量的可靠的语音服务，然而一个世纪以来它们的大部分传输能力都未被开发。DSL技术利用了这个资源，为数以百万的调制解调器用户带来50倍的速度增长，加速了电子商务的发展并改变了通信的本质。

提高速度极限

通信频道能力由它的带宽(即使用的频率范围)和信噪比(这依赖于连接质量)决定。一旦这两者确定下来，就无法在物理上突破其基本限制了(这已在1948年由著名的贝尔实验室科学家Claude E.Shannon(香农)作出了详细解释)。通过传统电话网络的语音连接使用了大约3000赫兹(Hz)的带宽：约从300Hz到3300Hz以每秒33.6千比特(33.6Kbps)速度工作的模拟调制解调器要求略宽一些的带宽——3200Hz——并要求质量很好的连接(即高信噪比连接)。香农公式告诉我们，这样一种调制解调器非常接近于频道在理论上的传输能力——大约是每秒35千比特(35Kbps)，调制解调器电路发展了30年才达到这个速度。而利用数字连接(它能绕过在传送给终端用户途中的某些噪声源)可使调制解调器获得56Kbps的工作速度。(但在终端用户把信号传送给服务商时，其速度仍限制在33.6Kbps。)

但是这些比特率离单根双股线的最大传输能力还相差很远。当信号沿线路传输时，信号会稳定地衰减下去，这个过程限制了带宽和信号强度，而且频率越高，衰减越严重。所以如果线路较短，获得的传输性能就要好得多。最近从Telcordia(前身是Bellcore)公司退休的工程师Joseph W. Lechleider在20世纪80年代曾建议，把普通电话线作为极高带宽频道在从终端用户到电话总局的短距离内使用。他还主张对信号进行多层次编码以进一步增强其性能。这种传输技术被称为“数字用户线”。到20世纪90年代初，以Pair Gain技术公司(基地在加利福尼亚)为首的几个公司开发出“高比特率”型的DSL(称为HDSL)，它能够在4公里距离上以差不多每秒800千比特的速度(800Kbps)传输数据。

与对称HDSL同时并存的还有一种被称为“离散多频声”(Discrete Multitone)的信号编码技术，斯坦福大学的John Cioffi对它作了详细说明，并运用这种技术通过长度超出1.6公里的电话双股线每秒发送超过8百万比特(即8兆比特)的数据。该技术把约为1兆赫兹的全部带宽划分为256个子通道，每个子通道约为4千赫兹。实质上也就是在同一条线路上创建了256个同时运作的虚拟调制解调器。

开发“离散多频声”技术的初衷是在电话线上发送娱乐电视。由于这种应用主要依靠单向传输，因此大多数子通道都专门传送“下游”信号(流向用户的信号)。在把信号传给用户时速度约为每秒6兆比特(6Mbps)，而在相反方向上的传输速度只能达到大约每秒0.6兆比特(0.6Mbps)。DSL的这种不对称形式被称作ADSL。现在，ADSL信号编码已成为了世界标准。

尽管电视应用还未见成效，但幸运的是，不对称传输很适合在万维网上进行浏览。在过去一年间，ADSL已经开始广泛安装入电话网络中，用于“永远通”的因特网访问(通常是在长度约5.5公里的电话线上以每秒几十万比特或者更高的速度运作)。与HDSL中使用的多层次编码不同，ADSL的优点在于数据可以利用在语音频带上工作的频道，因此一根单独的电话线能同时传送语音和高速数据。

ADSL普及的未来前景取决于G.Lite——一个全球标准，它把“下游”信号(传送给用户的信号)的数据传输率限制为每秒1.5兆比特(1.5Mbps)，把“上游”信号(用户传回的信号)的传输率限制为每秒0.5兆比特(0.5Mbps)左右。G.Lite标准通过限制速度的方式，能可靠地在多于70％的未经改造的电话线上运行，并能降低成本和耗电量。而包含有支持G.Lite标准的电路系统的家用计算机已经上市了。

与那些使用有线电视网络的系统相比，ADSL有许多优势。有了ADSL，你的线路信号不会与其他用户共享。因为有线调制解调器工作在一个巨大的合用线上当其他人在接收数据时，你不能接收——尽管你(还有其他任何人)能够窃听他们的数据信号。(不过，如果是加密的话，你没有密钥对之解码。)另一方面，电话线具有良好的物理安全性。

ADSL的主干线网络以每秒155兆比特(155Mbps)以上的速度为几百个用户传送混合信号。一个电视频道只有大约24Mbps的有效吞吐量，这极大地限制了数百个有线调制解调器大量使用频道时的效率。统计规模效益也同样适用于ADSL的信号流——例如，当1550个用户共享速度为155Mbps的主干线时，他们所体验到的网络性能就比240个用户共享速度为24Mbps的主干线时要好得多。

虽然有线电视网络覆盖了90％的美国家庭，但它们覆盖的企业并不多。电话网络倒是无处不在。并且，为了有效利用有线调制解调器，有线电视公司必须投资数十亿美元，用光纤和双向传输设备为有线电视网络升级。另一方面，ADSL利用的电话双股线与贝尔在19世纪采用的电话线种类是相同的。

有线调制解调器比DSL早起步两年。但这并不够。有预测显示，大约在明年DSL的用户数目将超过有线调制解调器的数目。旧电话铜线的日子还长，潜力也还大着哩。