Автор: Юрий Ревич

Где-то в начале 1990-х нас уверяли, что больше 28 кбит/с из обычного модема выжать теоретически невозможно. Впрочем, и эта величина тогда казалась "райским наслаждением", по сравнению с имевшимися в продаже девайсами на 2400 бит/с (bit per second, bps)[Иногда биты в секунду называют бодами (по имени изобретателя телеграфного аппарата Эмиля Бодо), что, как вы увидите далее, не всегда корректно.]. Ближе к концу десятилетия, однако, появились модемы на 33,6 кбит/c, потом — на 56, и на этом, кажется, все действительно остановилось. Но параллельно пошли слухи о некоей буржуйской технологии xDSL, которая якобы позволяет по обычной телефонной линии передавать чуть ли не телевидение. Это казалось совсем уж ненаучной фантастикой: телевидение твердо ассоциируется с коаксиальными кабелями и высокочастотными блоками, а отечественная телефонная "лапша" к тому времени воспринималась чуть ли не символом технического отставания рухнувшего советского строя.

Тогда считалось, что для получения широкополосного Интернета есть только один путь — тащить в каждую квартиру/офис выделенную линию. Но не прошло и пяти лет, как в одном отдельно взятом городе (догадались в каком?) под маркой "Стрим" настал если и не интернет-коммунизм, то уж социализм с человеческим лицом точно. И одновременно выяснилось, что эти самые фантастические технологии xDSL (а точнее, одна их них, под названием ADSL) как раз и есть самый дешевый способ интернетизации всей страны. Ну, по крайней мере, ее телефонизированной части, потому что глобальный этап интернет-революции будет связан, несомненно, с беспроводными сетями, и о них мы еще поговорим.

Чтобы понять, почему отечественная "лапша" оказалась вовсе не так и плоха, и как удалось, почти ничего не трогая в существующей инфраструктуре, организовать широкополосную передачу данных через обычную телефонную розетку, сначала нужно понять — а что, собственно, мешало сделать это раньше?

Первая трансатлантическая телеграфная линия, проложенная Сайрусом Филдом в 1857 году, проработала всего пару недель. Но за это время по ней было передано около четырехсот телеграмм (в том числе знаменитое поздравление от английской королевы Виктории президенту США Бъюкенену), и в процессе опытной эксплуатации обнаружилась одна вещь, которая оказала огромное влияние на всю последующую историю передачи сигналов по проводам. Выяснилось, что скорость передачи двоичных посылок (а телеграф оперировал именно двоичными данными: "есть ток" — "нет тока") по длинному кабелю ограничена. Когда операторы пытались ускорить процесс, то принимаемые сигналы "наезжали" друг на друга, и различить их было невозможно. Для того самого первого трансатлантического кабеля промежуток между двумя сигналами должен был, как подсчитали позднее, составлять величину не менее нескольких секунд, и рядовую телеграмму в пятьсот точек-тире приходилось передавать около часа. В современных единицах мы бы определили скорость передачи по такому кабелю примерно в 0,1 бит/с.

Заслуга в объяснении неожиданного для инженеров того времени явления принадлежит Уильяму Томпсону, лорду Кельвину (собственно, титул лорда он и получил за разработку теории передачи сигналов по длинным линиям). Сейчас бы мы выразили это несколькими словами: любая проводная линия есть фильтр низкой частоты. Что сие означает? Два параллельных провода образуют конденсатор, и, кроме того, они обладают собственным сопротивлением. Конденсатор через сопротивление заряжается конечное время — тем большее, чем больше сопротивление и чем больше емкость конденсатора. В результате низкочастотные сигналы проходят почти без изменений (конденсатор успевает и зарядиться, и разрядиться), а высокочастотные — пропадают по дороге. Когда Томпсон-Кельвин это выяснил, стал очевидным и путь усовершенствования линии передачи: увеличить расстояние между "жилами", сделав сам кабель толще (тем самым снизив емкость конденсатора) и из проводников большего диаметра (уменьшив их сопротивление). Потому во второй трансатлантической линии, проложенной в 1865 году, неожиданностей уже не наблюдалось, и одна из ее ниток без особых проблем проработала сорок лет.

Но ясно, что утолщать кабель можно только до определенных пределов. Развитие телефонии потребовало передавать сигналы с частотами до нескольких килогерц (обычная речь вполне укладывается в диапазон 300-3400 Гц), и простые кабели, где вторым проводом служит морская вода, для этой цели решительно не годились. В конце XIX века Оливер Хевисайд, гениальный и во многом недооцененный современниками английский физик, вывел уравнения, из которых следовал неожиданный вывод: чтобы высокочастотные сигналы затухали меньше, надо увеличивать еще одну характеристику проводной линии — индуктивность.

Хевисайда и его последователя, американского инженера Михаила Пупина (серба по происхождению) подняли на смех. На первый взгляд это выглядело, как если бы для улучшения скоростных качеств спортсмена предложили связать ему ноги. Дело в том, что индуктивность, которой, как показал еще Майкл Фарадей, обладает абсолютно любой проводник, вместе с его сопротивлением создает такой же фильтр низкой частоты, как и емкость. И увеличение индуктивности, казалось бы, столь же нежелательно. Но это только на первый взгляд: на самом деле для токов высокой частоты емкость и индуктивность — взаимодополняющие параметры. И можно найти такое их соотношение, когда они компенсируют друг друга и потери на определенных частотах резко снижаются.

Собственно, это положение и лежит в основе конструкций современных длинных линий. Всем известные по телевизионным антеннам коаксиальные кабели обладают и еще одним достоинством: они теоретически невосприимчивы к помехам (и сами не создают, и в себя не пропускают). Потом нашли компромисс в виде гораздо более дешевых скрученных пар — два провода в скрутке (примерно один виток на сантиметр) при небольшой длине ведут себя похоже на коаксиальный кабель.