Theorie van de kabel

Een tijdlang stond er op Wikipedia een artikel dat inzicht verschaft in de werkelijke snelheden en bandbreedte van coax-netwerken. Unieke informatie, die bij mijn weten nergens anders op internet zo uitgebreid aanwezig is. Belangrijk ook, omdat er op diverse fora voortdurend discussies plaatsvinden, die blijven doorgaan juist omdat essentiële informatie op het net ontbreekt. Om voor mij onbegrijpelijke redenen is het in mijn ogen zeer evenwichtige artikel echter van de website verwijderd. De tentakels van de glasvezelaars reiken ver, zoveel is ondertussen wel duidelijke geworden. Ik mag hopen dat ze niet ook hier een hand in hebben gehad. Hoe het ook zij, ik heb nog net op tijd de inhoud van het artikel naar mijn PC overgeheveld. Hierbij het stuk zoals dat ooit worldwide beschikbaar was. Vrij technische kost, ik geef het toe, maar mijn inziens toch allemaal redelijk goed te volgen. Ik ben zelf ook niet 100% thuis in alle technische ins en out van coax (versus glasvezel), dus aanmerkingen en/of aanvullingen op dit artikel zijn uitermate welkom.

Inleiding

Dit artikel is bedoeld om inzicht te geven in de transportcapaciteit van coax netwerken ("de kabelaars") zoals UPC, Ziggo, Caiway en Delta hebben.

Frequenties

De coax kabel heeft bij elke operator ongeveer 75 frequenties of "downstream channels" beschikbaar (zie de figuur hieronder). Die frequenties kunnen gebruikt worden voor signaaltransport in 3 domeinen: Analoge TV, Digitale TV en Internet. Elk analoog TV kanaal kost precies 1 frequentie; theoretisch zou een "kabelaar" dus 75 analoge TV kanalen kunnen aanbieden. Maar dan zou de kabel "vol" zijn en is er geen ruimte meer voor Digitale TV en/of Internet. Een veelgebruikte verdeling is te zien in de figuur, waarbij 30 frequenties gebruikt worden voor 30 analoge TV kanalen, 16 voor het transport van internet data, en 29 voor digitale TV.


Elke frequentie is 8 MHz breed. De totale bruikbare "frequentieruimte" op de kabel is daarmee 8*75 = 600 MHz. De beschikbare frequentieruimte is veel hoger; namelijk 860 MHz, maar niet alle frequenties zijn bruikbaar. Kan een "kabelaar" zijn netwerkcapaciteit uitbreiden door de frequentieruimte te verhogen? Dat kan; een coax kabel kan wel tot 1000Mhz transporteren. Echter, alle apparatuur (versterkers) in het coax netwerk zouden dan vervangen moeten worden. Dat kost (tientallen) miljoenen en is dus een kostbare operatie.


In de praktijk is de frequentieruimte onder de 85MHz onbruikbaar voor downstreamverkeer; er zijn teveel storingen om beneden de 85MHz signalen goed te kunnen transporteren. De frequentieruimte van 0..65MHz wordt gebruikt voor "upstream" verkeer. Omdat dit bereik ook geplaagd wordt door veel storingen (27MHz "bakkies", DECT telefoons, etc etc.) is de upstreamcapaciteit per frequentie veel lager dan de capaciteit per downstreamfrequentie.

Transportcapaciteit

De transportcapaciteit die per frequentie beschikbaar is verschilt per domein:

1. Internet
Per frequentie kan ongeveer 50Mbps (downstream) getransporteerd worden. De 16 frequenties in de eerdere voorbeeldfiguur kunnen dus 16*50 = 900 Mbps (tegelijkertijd!) transporteren.

2. Analoge TV
Elke analoge TV zender kost precies 1 frequentie. In het eerder gegeven voorbeeld zijn er dus 30 analoge TV zenders/kanalen beschikbaar.

3. Digitale TV
Het aantal digitale TV kanalen dan via 1 frequentie getransporteerd kan worden hangt af van de kwaliteit van het digitale TV kanaal. "Normale" TV kanalen hebben een kwaliteit die ook wel "standaarddefinitie" (SD) kwaliteit genoemd wordt. De vereiste bandbreedte is dan ongeveer 5Mbps per TV zender. Omdat 1 frequentie net als bij internet ongeveer 50Mbps kan transporteren, passen er dus 10 digitale TV kanalen in 1 frequentie. In het voorbeeldplaatje zijn er 29 frequenties beschikbaar voor digitale TV; daar passen dus 5*29 = 145 digitale TV zenders/kanalen in.
HD-TV kanalen ("high definition") kosten (veel) meer bandbreedte dan SD TV kanalen. De vereiste bandbreedte is afhankelijk van de kwaliteit van de bron, de gebruikte codering (MPEG2 of MPEG4)en de mate van compressie. In de praktijk kost een HD-TV kanaal ongeveer 10..15 Mbps. Dat betekent dat 1 frequentie in het voorbeeldplaatje gebruikt kan worden voor 4..5 HD-TV kanalen; transport van een HD-TV kanaal kost dus ruwweg 2x zoveel capaciteit als een SD-TV kanaal.
Als "de kabelaar" geen analoge TV meer zou bieden dan is de totale digitale transportcapaciteit van de kabel is dus 75*50 = 3,75 Gbps = 3750 Mbps downstream. Die capaciteit moet verdeeld worden over digitale TV en Internet. Let wel: dit is niet de capaciteit die per klant of per woning beschikbaar is, maar per wijk. De capaciteit per klant en/of per woning wordt in de volgende paragraaf besproken.

Capaciteit per woning

De maximale capaciteit van een coax kabel is op dit moment weliswaar 3750Mbps, maar dat is niet de capaciteit per klant, per gebruiker, of per woning. De capaciteit per woning wordt namelijk bepaald door de grootte van de "segmenten", ook wel "wijken" genoemd. Zie de figuur hierna.


Elk wijkcentrum is via een glasvezelring aangesloten op een lokaal centrum dat ruim 10.000 woningen "bedient". Elk wijkcentrum heeft zijn eigen glasvezel naar het lokaal centrum. De bandbreedte tussen wijkcentra wordt NIET gedeeld. Op een wijkcentrum zijn groeps- en eindversterkers aangesloten. De groeps- en eindverstekers delen WEL de bandbreedte. In de figuur zijn er 648 woningen op 1 wijkcentrum aangesloten; die 648 woningen moeten dus de bandbreedte met elkaar delen. Als er 16 frequenties per wijkcentrum beschikbaar zijn voor internet (zie eerder voorbeeld), dan is de totale capaciteit per wijk dus 16*50 = 800Mbps. Die 800 Mbps moet dan gedeeld worden over 648 woningen, dat is 1,2Mbps per woning. Dit betekent dat als ALLE woningen ook internet klant van "de kabelaar" zijn EN al die woningen tegelijkertijd aan het internet zijn EN ze allemaal tegelijkertijd data willen downloaden, dat er dan maar 1,2 Mbps per klant/woning beschikbaar is.

In werkelijkheid is ongeveer 50% van de woningen ook internet klant van "de kabelaar"; de bandbreedte per klant is in het slechtste geval dus niet 1,2Mbps, maar twee keer zoveel: 2,4Mbps. In het beste geval is er maar 1 klant in de wijk actief; die klant heeft dan 800Mbps tot zijn beschikking....... dat kan hij natuurlijk niet gebruiken want de snelste internetabonnementen zijn 120Mbps; "de kabelaar" heeft de maximumsnelheid van het modem softwarematig begrenst op 120Mbps.


Nuanceringen: het aantal van 648 woningen per wijk varieert nogal; in grote steden is dat aantal groter (tot ruim 1.000), in dorpjes soms veel kleiner.

Capaciteit per gebruiker

In de vorige paragraaf is berekend dat in het slechtste geval een klant maar 2,4Mbps heeft, en in het beste geval 800Mbps. Gemiddeld betaalt een klant van de "kabelaar" voor 15..20Mbps; sommigen hebben een duur abonnement van 120Mbps, sommigen een goedkoop abonnement van 6Mbps. De werkelijk gereserveerde bandbreedte van 2,4Mbps is daarmee ongeveer 8x lager dan wat de gemiddelde klant heeft gekocht en verwacht. Dit noemt men de "overboekingsfactor", die in dit artikel dus ongeveer 8 is.

Is dat "erg"? Nee; zolang er niet teveel klanten tegelijkertijd aan het downloaden zijn is dat niet erg; de klant krijgt dan gewoon waar hij voor betaalt. Maar als er veel meer dan 1/8 deel (13%) van de klanten tegelijkertijd aan het downloaden slaan is dat wel erg; de bandbreedte per klant zakt dan "worst case" naar 2,4Mbps en dat is veel minder dan waar de klant voor betaalt c.q. wat hij verwacht.

Het is de verantwoordelikheid van "de kabelaar" om in de gaten te houden of de overboekingsfactor nog wel klopt. De groei van het dataverkeer gaat zo hard dat "de kabelaars" bijna elk jaar hun capaciteit per woning met 50% laten groeien. De "overboekingsfactor" gaat daarmee elk jaar met 50% omlaag.

Grenzen aan de groei en de maximum capaciteit

Hoe kan "de kabelaar" de groei aan bandbreedte bijhouden? Is er een grens? Er is een aantal maatregelen om de capaciteit, die nu 2,4Mbps per klant is zoals we hebben gezien, te verhogen:

1. Minder klanten
2. Wijken/segmenten verkleinen
3. Minder analoge en/of digitale TV kanalen
4. Meer capaciteit per frequentie
5. Digitale TV via IP
6. Glasvezel naar de eindversterkers

optie 2:
"De kabelaar" kan vrij makkelijk de wijken/segementen halveren van 648 naar 324 woningen. De capaciteit per woning en per klant verdubbelt daarmee naar resp. 2,4Mbps en 4,8Mbps. Met wat meer moeite zouden de segmenten nog een keer gehalveerd kunnen worden waarmee de bandbreedte met een factor 4 toeneemt tot 10Mbps per klant. Met een overboeking van een factor 8 zou er per klant dan gemiddeld 80Mbps geleverd kunnen worden; dat is vier keer zoveel als nu.

optie 3:
Caiway heeft bijvoorbeeld besloten om geen analoge TV kanalen meer uit te zenden maar alleen nog digitale TV; daarmee komen er 32 frequenties vrij die 32*50 = 1600 Mbps opleveren; een verdrievoudiging van de internet bandbreedte! Voor "de kabelaar" is dit de makkelijkste, goedkoopste en snelste methode om heel veel extra internet bandbreedte te maken. Maar de gevolgen voor de analoge TV kijker zijn natuurlijk groot. Dat is de reden dat UPC en ZIggo dat nog niet hebben aangedurfd. De verwachting is dat het aantal analoge TV kijkers gestaag daalt, en "de kabelaars" het aantal analoge TV zenders langzaam zullen afbouwen. Daarmee verdrievoudigt de internet bandbreedte. In combinatie met optie 2 kan de internet bandbreedte nog met een factor 12 groeien naar 29Mbps per klant (met een factor 8 overboeking: gemiddeld 232Mbps per klant).

optie 4:
De capaciteit per frequentie is nu ongeveer 50Mbps. Modernere technieken beloven capaciteiten van 100..1000Mbps per frequentie. Nadeel is dat dan ook alle kabelmodems bij de klant vervangen moeten worden en dat is een kostbare operatie.

optie 5:
Bijna iedereen kijkt naar nederland 1,23 en SBS of RTL (de toptien). De andere 130 TV zenders worden vrijwel niet bekeken. Toch moeten die andere 130 TV zenders naar elk huishouden verzonden worden. Dat betekent een enorme verspilling van capaciteit. Als die 130 nauwelijks bekeken TV zenders via het internet worden "gestreamed" dan heeft dat twee enorme voordelen: a. alleen de mensen de er naar kijken ontvangen de stream; in de wijken waar niemand kijkt is er ook geen bandbreedte nodig; b. als er niemand kijkt is er opeens veel extra bandbreedte beschikbaar. Nadeel is dat de kijker dan een kastje moet hebben dat de zender via het internet kan ontvangen en naar de TV stuurt (een "IPTV settopbox").

optie 6:
"Glasvezel naar de eindversterkers": de "wijken" of "segementen" worden dan verkleind naar 18 woningen. De bandbreedte per woning is dan op te schroeven (in combinatie met opties 2 en 3) naar meer dan 100Mpbs per woning, en daarmee even snel als glasvezel.

Conclusie:
Voorlopig hebben "de kabelaars" nog voldoende mogelijkheden om de bandbreedte per klant mee te laten groeien met de behoefte. een factor 12 groei in internet verkeer is zonder meer mogelijk. Op langere termijn (>5 jaar) zal het netwerk echter "vollopen" en is "glasvezel naar de eindversterker" nodig.

Misverstanden

Enkele veel voorkomende misverstanden over de capaciteit van de kabel:

1. Internet, TV en digitale TV beinvloeden elkaar
2. De "bandbreedte wordt gedeeld met de buurman"

"De kabelaar" transporteert ongeveer 30 analoge en 140 digitale TV kanalen. Die kanalen worden allemaal "gebroadcast". Dat wil zeggen dat er een willekeurig aantal mensen tegelijkertijd naar kunnen kijken zonder dat dat extra capaciteit kost. Zelfs al heeft de gemiddelde kijker 10 TV toestellen in zijn huis staan; het maakt niet uit. Ze mogen allemaal tegelijk aan staan. De internet bandbreedte per klant is volstrekt onafhankelijk van het aantal TV kijkers.

De bandbreedte voor internet wordt wel degelijk gedeeld met de buurman en met alle andere klanten in een wijk. Maar: dat geldt ook voor ADSL en glasvezel; er is altijd ergens een "concentratiepunt" waar bandbreedte gebundeld en gedeeld wordt. Wat werkelijk telt is de "overboekingsfactor". Die "overboekingsfactor" wordt zorgvuldig geheim gehouden door alle ADSL- glasvezel- en kabeloperators en heeft niets met techniek maar alles met commercie te maken.

"witte vlekken" in dit artikel

De 'upstream bandbreedte" is lager dan de "downstream" bandbreedte. Hierover volgt nog een aparte verhandeling.

Vergelijking met glasvezel

- Capaciteit
De coax kabel heeft nu al een capaciteit van 3,7 Gbps = 3700 Mbps. De veelgehoorde stelling dat glasvezel veel meer capaciteit heeft is onzin.

- Groei in capaciteit
Zowel bij coax als bij glasvezel wordt de maximale capaciteit niet bepaald door het "draadje" maar door de apparatuur die gebruikt wordt. De maximale haalbare snelheid is daarmee een kwestie van gebruikte apparatuur. De maximale aangeboden snelheid is afhankelijk van hoeveel geld de operator wil uitgeven aan zijn netwerkapparatuur en heeft niets te maken met de theoretisch haalbare snelheden.

- Maximale bandbreedte per gebruiker
De bandbreedte per gebruiker is bij glasvezel op dit moment zonder twijfel hoger dan bij coax. Echter, de maximale (piek)snelheid is bij coax weer hoger (120..160Mbps commerciele aanbiedingen in 2010). Dit staat los van de vraag of klanten wel behoefte aan die hoge bandbreedtes en snelheden hebben. De verhoudingen zullen ongetwijfeld regelmatig veranderen de komende jaren. De ene keer in het voordeel van de glasvezelboeren, de andere keer in het voordeel van "de kabelaar".

- Kwaliteit
Er bestaan geen (technische) onderzoeken waaruit eenduidig blijkt of glasvezel beter of slechter is dan coax.