Start ADSL služeb, byť stále jen „testovací“, je určitě vhodnou příležitostí k seznámení s touto službou a s jejími základními principy. Ostatně, jak se ukázalo i v diskusi o ADSL zde na Lupě, ne každému ze čtenářů je zcela jasné, jaký je vztah ADSL k místním smyčkám, k veřejné telefonní síti, i k telekomunikačním operátorům a internetovým providerů. V neposlední řadě si ne každý musí uvědomovat, že nasazení ADSL na existující telefonní linku nebrání nijak jejímu dosavadnímu použití pro telefonování – což platí i pro ISDN linky, které také mohou koexistovat spolu s ATM „na jednom drátě“. Pojďme si tedy vše podstatné podrobněji popsat v krátkém seriálu, ve kterém se seznámíme s postupným vývojem telefonní sítě a s jejím využitím pro potřeby telefonování i pro potřeby přenosů dat, vrcholícím nasazením ADSL technologií.
Celý tento seriál by mohl mít podtitul „bohatství místních smyček“, protože ústřední roli v něm budou hrát obyčejné kusy drátu vedoucí z nejrůznějších lokalit (bytů, kanceláří, učeben, skladů apod.) k nejbližší telefonní ústředně. Na těchto „drátech“ přitom není nic až tak světoborného, jejich největší předností je již jejich samotná existence. Dalším významným faktorem pak je skutečnost, že potenciál těchto „drátů“ (místních smyček), vztažený na schopnost přenášet data, je podstatně vyšší a sahá daleko za hranici, po kterou jej dnes využívá klasická telefonní síť či síť ISDN. Chceme-li opravdu „v kostce“ pochopit, o čem je ADSL, pak je o tom, jak tento potenciál využít na maximum dnešních technologických možností.
Pokud vás vše zajímá poněkud podrobněji, přečtěte si tento seriál. Dnes v něm začneme povídáním o vlastnostech klasické (analogové) telefonní sítě.
Místní smyčky
 |
První telefonní sítě, které začaly vznikat ještě koncem předminulého století, měly charakter izolovaných ostrůvků. V jejich středu stály předchůdkyně dnešních telefonních ústředen, obydlené spojovatelkami, které ručně přepojovaly jednotlivé hovory mezi místními účastníky. Než se ale tito místní účastníci mohli dočkat prvního hovoru, muselo dojít k natažení vhodného drátu mezi jejich bytem, kanceláří či jinou lokalitou a tehdejší telefonní ústřednou. Právě to byly první místní smyčky …
 |
Spojovatelky na ústřednách časem nahradily elektromechanické přepínače (krokové voliče, relátka atd.), které se na mnoha místech udržely skoro celé minulé století. Ani ty ale nic nezměnily na základním způsobu fungování analogové telefonní sítě, který lze charakterizovat následovně: na ústředně dochází k vodivému propojení místních smyček (tzv. komutaci, odtud také: komutované spojení) a ke vzniku vodivé cesty mezi oběma „konci“ místních smyček. Proto když se k těmto „koncům“ připojily telefonní přístroje, mohly si mezi sebou předávat příslušný analogový signál přímo, úplně stejně, jako kdyby byly propojeny skutečně souvislým „kusem drátu“. Dnes takovémuto propojení učeně říkáme „přepojování okruhů“ (circuit switching).
 |
Frekvenční multiplex
Původně izolované ostrůvky telefonních sítí, i s jejich ústřednami a soustavami místních smyček, se časem začaly spojovat do jedné velké souvislé sítě (veřejné telefonní sítě). Ta již obsahovala více telefonních ústředen, které samozřejmě musely být mezi sebou nějak propojené. Aby mohl zůstat zachován princip přepojování okruhů (a existence souvislé vodivé cesty mezi oběma konci), bylo možné zvolit dvě principiální strategie: buďto propojit jednotlivé ústředny dostatečně velkým počtem samostatných vedení tak, aby každý hovor vedoucí mezi ústřednami mohl mít přidělenu samostatnou linku, nebo použít jedno „společné“ vedení s dostatečnou kapacitou a vymyslet jeho sdílení více hovory současně.
Nakonec se prosadila tato druhá varianta, neboli využití jednoho více dimenzovaného propojení mezi ústřednami, které zvládne přenášet několik hovorů současně. K tomu ale bylo nutné najít způsob, jakým jednotlivé hovory „poskládat vedle sebe“ tak, aby mohly koexistovat, ale navzájem se neovlivňovaly. Nakonec byla použita technika tzv. frekvenčního multiplexu (FDM, Frequency Division Multiplexing). Tu si lze představit tak, že každý jednotlivý hovor se posune do určitého frekvenčního pásma, které je samozřejmě odlišné pro jednotlivé hovory. Všechny takto „různě frekvenčně posunuté“ hovory se pak sloučí (sečtou) a přenesou skrz již zmiňované společné propojení z jedné ústředny na druhou, kde dojde k obrácené operaci: „sloučené“ hovory se od sebe oddělí a opačným frekvenčním posunem zase vrátí do své původní polohy. Samozřejmě přitom platí, že propojení mezi ústřednami musí být vhodně dimenzováno v tom smyslu, že zvládá přenášet dostatečně široký rozsah frekvencí.
Zní to možná komplikovaně, ale nic principiálně složitého na tom není (představu ilustruje obrázek).
 |
Zapamatujme si dobře podstatu frekvenčního multiplexu – ještě se s ní setkáme, přinejmenším až si budeme vysvětlovat, jak může koexistovat ADSL s klasickou telefonní linkou či dokonce s ISDN linkou „na jednom drátě“ (místní smyčce). Bude to možné díky tomu, že ADSL bude využívat vyšší frekvence, zatímco na nižších bude moci probíhat beze změny tradiční telefonování (či fungovat linka ISDN).
Vanová křivka
Když už jsme u propojování ústředen a u frekvenčního multiplexu, je vhodné se zmínit i o jednom závažném důsledku, který tato technika přinesla pro přenos dat přes telefonní síť. Z předchozího odstavce i z obrázku snad není těžké nahlédnout, že čím menší bude rozsah frekvencí, který zabírá jeden hovor, tím více takovýchto hovorů bude možné umístit současně na stejně dimenzované propojení mezi ústřednami.
 |
Lidé od spojů si experimentálně zjistili, že ke srozumitelnosti hovoru stačí přenášet frekvence v rozsahu přibližně 300 až 3400 Hz (neboli se „šířkou“ 3100 Hz, resp. 3,1 kHz). Toto své rozhodnutí pak implementovali tím způsobem, že na vstup do telefonní ústředny instalovali zařízení, které propouští právě tyto frekvence, zatímco ostatní omezuje (utlumuje je). S ohledem na to pak pro každý hovor mezi ústřednami vyhradili frekvenční pásmo o šířce 4000 Hz (4 kHz), přičemž rozdíl mezi 3100 Hz a 4000 Hz jde na vrub režii techniky frekvenčního multiplexu (nezbytnému oddělení jednotlivých hovorů tak, aby se nijak neovlivňovaly, a bylo možné je vhodně „sčítat“ i zase oddělovat od sebe).
 |
Důsledky frekvenčního omezení
S důsledky právě naznačeného frekvenčního omezení se můžeme setkat dodnes. Pokud se budeme snažit přenášet po analogové telefonní síti data, pak právě toto omezení bude způsobovat, že s analogovým telefonním modemem se nikdy nedostaneme významněji nad přenosovou rychlost 33,6 kbps. Teorie informací dokonce umí (teoreticky) prokázat, že tato hranice je zcela nezávislá na dokonalosti použité technologie (hlavně modemů). Limitujícím faktorem je především omezená šířka přenosového pásma (oněch 3,1 kHz), a pak také kvalita linky (konkrétně odstup signálu od šumu).
Jak si ukážeme v dalších dílech, vyšší rychlosti při přenosu dat po telefonní síti můžeme dosáhnout již jen za cenu určitého obejití zmíněného frekvenčního omezení (jako to dělají modemy 56 kbps, které ale fungují jen proti digitálním ústřednám), či za cenu úplné eliminace tohoto omezení (např. u ISDN linek, ale také u ADSL).
Především bychom ale měli mít na paměti, že zmíněné frekvenční omezení bylo a je umělé. Přenosový potenciál místních smyček, vedoucích mezi telefonními ústřednami a místem výskytu zákazníků (byty, kancelářemi atd.) vyjádřený schopností přenášet i signály podstatně vyšších frekvencí, je podstatně větší. Nejspíše již správně tušíte, že dnešní technologie dokáží tento potenciál využít k dosažení rychlostí přenosu dat až v řádu megabitů za sekundu, v rámci technologií xDSL (Digital Subscriber Line), do kterých patří i ADSL. Ale nepředbíhejme …
ČLÁNKY DO MAILU