56 kilobittiä sekunnissa?

56k-modeemit, joita myös ns. internet-modeemeiksi kutsutaan, ovat yleistymässä vanhojen 33.6k-modeemien tilalle. Lähes kaikilla internet-palveluntarjoajilla on soittosarjoissaan mahdollisuus 56k-modeemien käyttöön. Mihin tämä tekniikka perustuu, ja onko siitä ISDN:n kilpailijaksi?

56k-modeemien tekniikasta

56kbit/s modeemien tekniikka perustuu siihen, että internet- palveluntarjoajalla on digitaalinen liittymä puhelinverkkoon, jolloin ne voivat hyödyntää digitaalista siirtoa asiakkaan modeemiin päin välttyen näin data-signaalin turhilta A/D- ja D/A- (analogisesta digitaaliseksi ja toisin päin) muunnoksilta, jotka huonontavat sen laatua ja lisäävät haitallista kohinaa.

Seuraavaksi selostus siitä, miten tavallinen modeemiyhteys toimii analogisessa puhelinverkossa.

Kuvassa on koti-PC A, jossa tavallinen esim. 33.6k-modeemi. Kun käyttäjä ottaa modeemillaan yhteyttä internet-palveluntarjoajansa soittosarjaan, kulkee signaali seuraavasti.

Signaali internet-palveluntarjoajalta koti-PC:lle kulkee tässä mallissa seuraavaa reittiä, jossa on palveluntarjoaja D, puhelinkeskukset C ja B, sekä koti-PC A. Kuvasta näemme, että signaalitiellä on kaksi analogista siirtovaihetta, palveluntarjoajalta D puhelinkeskukseen C ja puhelinkeskukselta B kotikoneen A modeemille. Nämä analogiset siirtovaiheet vaativat A/D-muunnoksia, jotka aiheuttavat signaaliin ylimääräistä kohinaa, jonka vuoksi suurin siirtonopeus on vain 33.6kbit/s.

Seuraavasta kuvasta käy ilmi, mihin 56k-modeemien tekniikka perustuu. Eli siinä on ideana, että internet-palveluntarjoajalla on digitaalinen yhteys puhelinverkkoon, jolloin ketjusta poistuu yksi kohinaa tuottava A/D-muunnos.

Kuvassa koti-PC A on yhteydessä palveluntarjoajaan 56k-modeemilla. Yhteys menee siis puhelinkeskusten B ja C kautta, joiden välillä on digitaalinen yhteys. Erotuksena edelliseen esimerkkiin on nyt puhelinkeskuksen C ja palveluntarjoajan D välillä digitaalinen yhteys, joka tyypillisesti on 2Mbit:n yhteys, jolla voidaan muodostaa useita samanaikaisia digitaalisia ISDN-yhteyksiä tai tavallisia modeemi- ja 56k-modeemi-yhteyksiä. Koska tästä puuttuu nyt palveluntarjoajan D ja puhelinkeskuksen C väliltä signaalia heikentävä A/D-muunnos, voidaan paremman signaalin laadun ja kohinaetäisyyden takia käyttää nopeampaa tiedonsiirtoa.

Kohinaa, mitä ihmeen kohinaa?

Edellä puhuttiin signaalin laatuun vaikuttavasta kohinasta, joka rajoittaa tiedonsiirtonopeutta. Puhelinverkon läpi lähetettävään signaaliin tulee aina siirtotiestä johtuvia häiriöitä, mutta keskitytään nyt A/D- muunnoksen aiheuttamaan kohinaan.

Seuraavassa kuvassa esitetään A/D-muunnoksen periaate.

Kuvassa on punaisella katkoviivalla esitetty analoginen, jatkuva- aikainen signaali, joka muunnetaan diskreettiaikaisiksi (tasaisin väliajoin otettaviksi) näytteiksi. Nämä näytteet muutetaan lukuarvoiksi rajallisella tarkkuudella, joten tietyllä ajanhetkellä otettu arvo ei täysin vastaa 'oikeata' arvoa, jolloin syntyy ns. kvantisointi-virhe, joka on 'oikean' arvon ja rajallisella tarkkuudella esitetyn arvon erotus. Tästä kvantisointivirheestä muodostuu ns. kvantisointikohinaa, joka heikentää signaalin laatua.

Jos signaalille tehdään sen kulkumatkalla monta muunnosta, kertyy kvantisointikohinaa signaaliin paljon, eikä sillä voida esittää kovin montaa eri digitaalisen signaalin tasoa tekemättä paljoa tulkintavirheitä. Tavallisilla modeemeilla voidaan tämän vuoksi siirtää vain 33.6kbit/s, jos signaalitiellä on korkeintaan kaksi muunnosta. Koska 56kbit/s modeemien tapauksessa toinen muunnos puuttu, voidaan vähentyneen kohinan ansiosta esittää useampia signaalitasoja tekemättä kuitenkaan kohinasta johtuvia virheitä liikaa. Jos linjalla on kuitenkin paljon virheitä aiheuttavia tekijöitä, osaavat 56k-modeemit vähentää signaalitasojen määrää, jolloin tietysti siirtonopeuskin putoaa. Tämä tekniikka on suunniteltu silmällä pitäen tilannetta, jossa vain 10% asiakkaista on käytössään niin hyvä linja, että päästään käyttämään maksiminopeutta.

Asymmetrinen yhteys

Kuvasta näemme, että yhteys 56k-modeemeja tukevalta palveluntarjoajalta asiakkaalle on nopeudeltaan 56kbit/s maksimissaan, mutta toiseen suuntaan vain 33.6kbit/s, jolloin yhteys tähän suuntaan toimii kuten tavallisillakin modeemeilla. Myös yhteydet kahden kotikoneen, joissa on kummassakin 56k- modeemi, välillä toimii normaalin 33.6k-modeemin tavoin, koska silloin ollaan taas tilanteessa, jossa linjalla on useampia A/D- ja D/A- muunnoksia. Tätä kutsutaan asymmetriaksi eli epäsymmetriaksi lähetys- ja vastaanottonopeuksien välillä.

56k-modeemien kehityshistoriaa

56kbit/s modeemien kehitys alkoi vuonna 1996. Syksyllä USR sekä Rockwell julkistivat omat tekniikkansa 56k-modeemeihin. Marraskuussa TIA (Telecommunications Industry Association) muodosti standardointiryhmän suunnittelemaan väliaikaista Yhdysvaltain sisäistä standardia 56k-modeemeille. ITU (International Telecommunications Union) aloitti standardointityön myös 1996 lopussa.

Julkistamisen jälkeen kesti vuoden 1997 alkupuolelle, ennen kuin toimivia toteutuksia oli asiakkaan saatavilla. USR:n Flash-ROM päivitys, jolla X2-ominaisuuden (USR:n 56kbit/s toteutuksen nimi on X2) pystyi päivittämään joihinkin valmistajan omiin 33.6k-modeemeihin, ilmestyi 1.3.1997.

Rockwellin oma K56Flex modeemin markkinoilletulo kesti hiukan kauemmin.

ITU:n standardi 56k-modeemeille, v.90, hyväksyttiin 1998 syyskuussa. v.90 standardi ei ole yhteensopiva K56Flexin eikä X2:n kanssa, vaikka siinä onkin piirteitä molemmista menetelmistä.

56k-modeemit vs. ISDN, kumman valitsen?

Ennen tuikitärkeää valintaa on kysyttävä itseltään muutama kysymys. Kuinka nopeita Internet-palveluita haluan? Minkä verran olen niistä valmis maksamaan? Haluanko olla tavoitettavissa muutenkin kuin Internetin välityksellä?

56k-modeemitekniikalla on hyvin vähän suoranaisia etuja ISDN:n verrattuna. Ainoa todellinen etu on mahdollisuus käyttää olemassaolevaa puhelinlinjaa. Näin ollen vältytään kuukausimaksuilta, jotka rasittavat kukkaroa ISDN-liittymässä.

ISDN:n merkittävin ero on se, että data kulkee koko matkan tietokoneelta puhelinkeskukseen täysin digitaalisina. Näin voidaan saavuttaa nopeampia yhteyksiä kuin modeemin välityksellä, koska analogia-digitaali-muunnokset jäävät pois. ISDN tarjoaa kaksikanavaisen linjan, jota voidaan käyttää datansiirtoon tai normaaleihin puheluihin. Yhden kanavan nopeus on 64kbit/s. Molemmat kanavat voidaan valjastaa internet-käyttöä varten tai toinen voidaan jättää puhelinlinjaksi. Puhelut voi siis hoitaa internet-yhteyden ollessa käytössä.

56k-modeemilla päästään vain harvoin nimen lupaamaan nopeuteen. Normaalit yhteysnopeudet riippuvat puhelinlinjojen laadusta. Keskiarvona voidaan päästä 33-45kbit/s-luokkaa oleviin yhteyksiin. ISDN:llä taas päästään 128kbit/s-siirtonopeuteen.

ISDN-liittymän hankkiminen ja ylläpitäminen kuitenkin maksaa. Eräs helsinkiläinen puhelinyhtiö tarjoaa ISDN-liittymän kytkentää hintaan alkaen 450mk ja kuukausimaksu on 60mk/kk. ISDN-kortin hinta taas on samaa luokkaa 56k-modeemin kanssa, halvimmat passiivi-kortit maksavat jopa 56k-modeemeja vähemmän.

Jos rahavarannot riittävät ISDN:n kuukausimaksuun, niin sen valinta tuntuu järkevältä vaihtoehdolta. Jos yhteyden nopeus ei ole tärkein asia, on 56k-modeemi varsin kannattava valinta. Tosin toimivaa 33.6k-modeemia tuskin kannatta 56k:n vaihtaa.