ADSL

ADSL (engl. Asymmetric Digital Subscriber Line) on verkkokytkintekniikka, jolla on mahdollista siirtää jopa 8 Mb/s tavallista puhelinlinjaa käyttäen. Tekniikan viimeisin versio, ADSL2+, mahdollistaa jopa 24 Mb/s nopeuden yhdessä puhelinparissa. ADSL:n nopeus perustuu korkeiden taajuuksien käyttöön. Tavallinen modeemi käyttää taajuuskaistaa 300–3400 hertsin alueella, ADSL taas 23 000–1 100 000 hertsin taajuusalueella.
ADSL:n ominaispiirre on tiedonsiirron epäsymmetrisyys: sen tiedonsiirtonopeus on erilainen laskevaan suuntaan (8 Mb/s) ja nousevaan suuntaan (800 kb/s). Se sopiikin hyvin tyypilliseen Internetin kotikäyttöön, jossa pääpaino on sisällön siirtäminen verkosta kotiin.

ADSL:n historia

DSL:ää alettiin kehittää 1980-luvun puolivälissä, kun AT&T halusi parantaa keskusten välisten T1-yhteyksien suorituskykyä.  T1-yhteydet vaativat kaksi parikaapelia, yksi kumpaankin suuntaan. Niiden piti olla eri kaapelinipuista, etteivät ne häiritsisi toisiaan. Linjan asentajien piti varmistua siitä, että valitut parit olivat riittävän häiriöttömiä ja niiden jatkokset hyvin tehtyjä. Pidemmillä yhteyksillä tarvittiin lisäksi toistimia.
Digitaalisella signaalinkäsittelyllä pystyttiin parantamaan tiedonsiirron häiriönsietokykyä ja vähentämään siirrosta muille linjoille aiheutuvia häiriöitä. Tähän on käytettävissä erilaisia menetelmiä, tärkeimpinä CAP-, QAM- ja DMT-modulointitekniikat. DMT käyttää tiedonsiirtoon useita eri kantataajuuksia. Jos jokin taajuus välittyy heikosti tai on kovin häiriöinen, sillä välitettävien bittien määrää voidaan vähentää tai se voidaan kokonaan jättää käyttämättä. Häiriönsietokyky tarkoittaa myös sitä, että tiedon lähettäminen ei häiritse vastaanottoa ja yhtä kierrettyä parikaapelia voidaan käyttää sekä lähetykseen että vastaanottoon (ns. full-duplex -tila). Tärkeä ominaisuus on myös asentamisen automatisointi: ADSL pystyy automaattisesti kompensoimaan linjalla esiintyviä häiriöitä ja virheitä. 
Puhelinlinjoja ei ole alun perin suunniteltu ADSL:n tarvitsemien korkeataajuisten signaalien välittämiseen. Tästä syystä ADSL toimii täydellä kapasiteetillaan vain suhteellisen lyhyillä puhelinlinjoilla. Pidemmillä etäisyyksillä korkeammat taajuudet heikentyvät niin paljon ettei niitä voi käyttää enää tiedonsiirtoon. DMT:n täysi 8 Mb/s kapasiteetti toimii vain alle 2700 metrin puhelinlinjoilla, 2 Mb/s nopeudella se toimii noin 4800 metriin saakka.
ANSI julkaisi ensimmäisen DMT:tä käyttävän ADSL-järjestelmän standardin T1.413 vuonna 1998. ITU:n vastaava standardi G.992.1 valmistui vuonna 1999. Se eroaa T1.413:sta yhteydenmuodostuksen osalta, itse DMT on samanlainen molemmissa standardeissa.
Vuonna 2002 julkaistiin ITU-standardi G.992.4, joka kuvaa kehittyneemmän ADSL2-tekniikan. Vuonna 2005 julkaistu standardi G.992.3 edelleen toi parannuksia niin perinteiseen ADSL-tekniikkaan kuin ADSL2-tekniikkaan. ADSL2:n teoreettinen tiedonsiirtonopeus laskevaan suuntaan on 12 Mb/s ja nousevaan suuntaan 3,5 Mb/s.

ADSL-laitteet

ADSL-yhteys on epäsymmetrinen eli tietovirran nopeus riippuu kulkusuunnasta. Samoin tilaajajohdon eri päiden laitteet ovat erilaisia. Tilaajan päässä on ADSL-verkkokytkin eli ATU-R ja keskuksessa on DSL-keskitin eli ATU-C. DSL-keskitin erottaa tietoliikenteen puheliikenteestä ja lähettää sen edelleen tietoverkkoon. Näiden kytkinten välissä on lisäksi myös vahvistusasemia tai verkkokytkimiä, jotka korjaavat ja uudelleenlähettävät saatuja tietoja. Näin ollen saadaan vahva yhteys pitkienkin matkojen välillä, eikä tietoa katoa välissä.

ADSL:n toiminta

Nykyiset ADSL-tekniikat käyttävät modulaationa DMT:tä, OFDM:n kantataajuista muunnelmaa. ADSL- ja ADSL2-tekniikoissa laskevaan suuntaan käytössä oleva 1,1 MHz:n taajuusalue on jaettu 255 kanavaan. Kunkin kanavan häiriönsietokykyä ja tiedonsiirtonopeutta voidaan säätää erikseen. Nousevaan suuntaan käytetään taajuusaluetta 23–138 kHz, joka on jaettu 32 kanavaan. ADSL2+:n laskevan suunnan taajuusalue on 2,2 MHz ja kanavien lukumäärä 512.
Tiedonsiirto ADSL:ssä perustuu kehyksiin. Kehyksessä on yksi tavu jokaista kanavaa kohden, alasuuntaan kehyksen koko on 255 tavua. ADSL:n kehys moduloidaan yhtenä symbolina DMT:tä käyttäen. Jokaisella kanavalla siirrettävät bitit moduloidaan käyttäen QAM-menetelmää: yhdessä siirrettävien bittien jokaista eri arvoa vastaa erilainen signaalin vaihekulmaa ja voimakkuutta kuvaava kompleksiluku. Kunkin kanavan voimakkuus säädetään sopivaksi, ja digitaalinen signaaliprosessori muuntaa diskreetillä Fourier-käänteismuunnoksella (IDFT) kunkin kanavan vaihetta ja voimakkuutta vastaavat taajuustason  kompleksiluvut aikatason digitaaliseksi näytteiksi.
ADSL-tekniikassa kunkin symbolin kesto on 232 mikrosekuntia, kahden symbolin välillä on lisäksi 
14,5 mikrosekunnin suojaväli. Alasuuntaan 
yksi symboli vastaa siis 512 + 32 = 544 D/A-muuntimelle syötettävää lukua. 17 millisekunnin aikana siirrettävät 69 kehystä muodostavat yhden superkehyksen. Yksi kehyksistä käytetään synkronointiin, 68 kehyksen aikana voidaan siirtää tietoa. D/A-muunnin toimii 544•69/17 ms = 2,208 MHz taajuudella. Kunkin kanavan kapasiteetti on 68•8 b / 17 ms = 32 000b/s.
Nousevaan suuntaan käytössä on 31 kanavaa, kussakin kehyksessä on 64 näytettä ja suojavälissä 4, ja A/D sekä D/A-muuntimet toimivat 276 kilohertsin (68•69/17 ms) taajuudella. Pilottikanavaa ei tarvita, mutta yhtä kanavaa käytetään ohjaustiedon siirtoon.

Virheenkorjaus

Toimiakseen myös häiriöisen linjan yli mahdollisimman suurella nopeudella, ADSL tukee Reed–Solomon virheenkorjauskoodia. Tällöin osa kanavista varataan virheenkorjaustiedon siirtoa varten. Lyhytkestoisten häiriöiden varalta yhteen Reed–Solomon-lohkoon kuuluvaa dataa voidaan lähettää usean kehyksen aikana. Lisäksi QAM-moduloinnissa voidaan käyttää Trellis-koodausta: käänteisessä Fourier-muunnoksessa käytettävät kompleksiluvut valitaan niin, että niiden tunnistaminen on mahdollisimman helppo häiriöistä huolimatta. Yhdessä Reed–Solomon-virheenkorjaus ja Trellis-koodaus parantavat ADSL:n häiriönsietokykyä 5,5 desibeliä ja parantavat sen suorituskykyä noin 10 %.