なぜダイヤルアップがそんなに遅いのですか？

ダイヤルアップインターネット接続で、同じ電話回線を介してダイヤルアップする場合の10倍の速度を提供するブロードバンドインターネット接続と比較して、速度が56 kbit / sに制限されるのはなぜですか？

ダイヤルアップがISPによって56 kbit / sに制限されているためですか？ブロードバンドを注文すると、ISPは速度を増幅しますか？

ダイヤルアップ接続はデータ転送に音声回線を使用するため、帯域幅は音声チャネルの帯域幅に制限されますが、DSLは音声帯域幅よりもはるかに広いデータに個別の周波数範囲を使用します（したがって、ブロードバンドという用語）。DSLはスプリッターを使用して音声周波数とデータ周波数を分離するため、両方が同時に機能します。

基本的に、テレフォニー回線は各チャネルで64 kbit / sに制限されています（8ビット/ HzでPCM変調を行う8 kHzチャネル、8 kHz x 8ビット= 64 kbit / s）。別の変調（たとえばQAM）またはより広い帯域幅（たとえば8 kHzを超えるテレフォニーチャネル、たとえばMHzまで）を使用しない限り、伝送容量はテレフォニーチャネルの信号/ノイズ比（S / Nは、64 kbit / sの伝送容量を減らします）。説明させてください：

シャノン・ハートレーの定理によると：

定理は、そのような通信リンクのシャノンのチャネル容量を確立します。これは、信号がパワーには限界があり、ガウスノイズプロセスは既知のパワーまたはパワースペクトル密度によって特徴付けられます。

または：

どこ

Cはビット/秒のチャネル容量です。
Bは、ヘルツ単位のチャネルの帯域幅です（変調信号の場合の通過帯域幅）。
Sは、ワットまたはボルト2で測定された帯域幅（Cで表されることが多い変調信号の場合、つまり変調された搬送波の場合）での合計受信信号電力です。
Nは、帯域幅全体のノイズまたは干渉電力の合計で、ワットまたはボルトで測定されます2。及び
S / Nは、信号対雑音比（SNR）またはガウス雑音干渉通信信号の搬送波対雑音比（CNR）が（ない対数デシベルなど）線形電力比として表現されます。

したがって、テレフォニーリンクを介したインターネット接続の容量（ビット/秒）を増やすには、次のことが必要になります。

1. 信号/ノイズレートを上げます。
2. 帯域幅を増やします。

DSLリンクは、増加した帯域幅（広帯域）チャネルと改善された信号/ノイズレートの両方を使用します。

ビットを300〜3400 Hzのベースバンド（音声サービス）の信号に変調する従来のダイヤルアップモデムとは異なり、DSLモデムは4000 Hzから最大4 MHzの周波数を変調します。この周波数帯域分離により、DSLサービスと従来の電話サービス（POTS）を同じ銅線ペア施設で共存させることができます。一般に、ビットレートと帯域幅の比率は、デジタル信号処理とデジタル変調方式の大幅な革新により線形ではありませんが、より高いビットレートの伝送にはより広い周波数帯域が必要です。

DSLテクノロジーははるかに高い転送速度を可能にしますが、信号ははるかに広い周波数範囲を使用し、すぐに減衰するため、ローカルループ長（DSLモデムからTelcoのDSL終端装置までの距離）をわずか数マイルに制限します。

通常のダイヤルアップは狭い周波数範囲を使用するため、帯域幅はわずか56Kに制限されますが、モデムは電話交換から数マイル離れた場所にある場合があります。さらに、ダイヤルアップデータ信号は問題なく複数のアナログまたはデジタル電話ネットワークを通過できます。たとえば、アフリカのダイヤルアップモデムをカナダの別のモデムに接続できますが、DSL信号は電話交換機まで数マイルしか移動できません。

受け入れられた回答で言及されているPOTS（Plain old Telephone System）に関するもう少しの情報。電話システムの動作方法については非常に具体的な仕様がいくつかあり、その理由の多くは古風ですが、ほとんどはまだ有効です。

電話が普及した直後のアパートの建物の古い写真を見てください。すべての回線が単一の電話（またはパーティ回線）専用であったため、スカイラインは電話回線で覆われています。すぐに、24本の回線を1本のデジタルT1回線に圧縮する簡単で安価な方法を思い付きました。この回線は、何十年もの間、アメリカの電気通信の多くの基盤でした。非常にシンプルなリピーターメカニズムをインライン化して、電力を追加せずにケーブルが海を通過できるようにし、多重化/逆多重化が非常に簡単になるように仕様が定められています。

デジタルであるT1回線には、内部デジタル形式を変更せずに変更できない非常に特定の帯域幅があります（これにより、T1回線ではなくなり、現在サポートしているすべてのハードウェアが破損します）。電話回線に分割されると、デジタル信号の一部がアナログとして解釈されます。元のデジタル帯域幅を超えることはできません。アナログとの変換を考慮して、その近くに来ることができれば幸いです。

幸運なことに、私たちの何人かは110/300ボーダイヤルアップに何年も費やしました（そして私たちは喜んでそれを手に入れました！）次のコマンドを入力する前に。

これらのウィキペディアのページの紹介から答えが得られます。

• http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line
• http://en.wikipedia.org/wiki/Asymmetric_digital_subscriber_line

基本的に、xDSLテクノロジーは、通常は音声に使用されない追加の周波数範囲を使用します。これは、56K（およびそれ以下）のダイヤルアップが使用していたものです。

これは、従来のオーディオとADSLテクノロジーの他の周波数範囲（より高い周波数）の間で周波数範囲を分割するように、回線の両側でフィルターを使用することによって行われます。このため、交換には特別な機器が必要です（おそらく、音声に使用される周波数範囲が同じ距離に伝播しないため）。

編集： 一部のISPには、「ブロードバンド」という用語でデジタルケーブル/ファイバーが含まれていることに注意してください（おそらく、商業上の理由で単純化するため）。この場合、信号はすべてデジタルです。光ファイバーの範囲と速度は、周波数の音声範囲（古いダイヤルアップに使用）を使用する銅線ベースの回線よりも優れていますが、技術はまったく異なります。

ダイヤルアップは、DSLよりもはるかに少ない帯域幅を使用するため、低速です。モデムは4 kHzの使用可能なスペクトルのみを使用しますが、DSLは最大4 MHzを使用できますが、これはさらに1000です。DSLは、より洗練された変調技術も使用します。

情報理論や技術用語をあまり必要としない回答を次に示します。

デバイスは、電話であれモデムであれ、電気を回線に送ることにより電話回線で通信します。情報は、ワイヤの電気レベルを変更することによりエンコードされます。音声回線では、これらの変化するレベルは、マイクに加えているノイズに対応しています。

電信線から1ギガビット/秒のイーサネットケーブルに至るまで、ワイヤ上で通信するものはすべて、相手側が検出できるワイヤに電気パルスをかけることで通信します。

より多くの情報をワイヤに送信するほど、電気信号を迅速に変化させる必要があります。モールス符号には1秒あたり数回の変更が含まれ、音声会話には1秒あたり数千回の信号の変更が含まれ、高速イーサネットには1秒あたり数千万の変更が含まれます。

毎秒の変更が多いほど、その間の回路はより困難になり、ワイヤのシールドはより良くなる必要があります。これは、さまざまな過渡破壊が高周波信号でより多くの問題を引き起こすためです。

電話システムが19世紀後半/ 20世紀初頭に最初に組み立てられたとき、最初に問われた質問は、「私たちはどれだけ良い人でなければならないのか」というものでした。1秒間に少なくとも6800の変更（最大3400 Hzの信号）を処理できる限り、可聴音声が届くが、それは少し「抑制」されているように思われるが、それが電話が通常の会話と同じようには聞こえません。これは100年ほどの間うまくいきました。

コンピューターが普及するにつれて、人々は1と0に対応するラインで音を出すモデムを使い始めましたが、音は人間の声の周波数範囲に対応しなければならず、数kbit / sに制限されていました。状況が改善されると、最終的には電話回線が送信できるものの限界に達しました。その制限は約32 kbit / sですが、単純なハックがすぐに導入され、最大56 kbit / sになりました。

その頃、人々はまた、短い距離の電話ケーブルを使用してはるかに高い周波数の信号を送信できることに気づきました-すべてが正常に機能していれば数マイルまででしたが、通常の電話信号が移動できる数十マイルではありませんでした。電話会社側に特別な機器を設置し、加入者側にDSLモデムを設置することにより、彼らはこれらの特別な高周波信号を、実際には決して意図していない電話回線で「ラストマイル」まで送信することができました。

送信する情報はすべて、標準の電話回線で送信できる音声データに変換する必要があるため、ダイヤルアップは低速です。あなたは田舎のコミュニティに住んでいますか？お住まいの地域にDSLや高速ケーブルがないため、タートルスローモデムに引っかかっていますか？

ダイヤルアップから移行するための元の推進力は、FCCが明示的にPOTS帯域幅を​​53kbpsに制限する（後で削除された）ため、56k以上のモデムを使用する意味がなかったことを覚えています...回線はデジタル化および多重化され、回線交換パスウェイがなかった場合、変調トリックや高調波サンプリングなどを実行して仮想クロック速度を上げる能力を失います。