Capaciteit van de kabel

Met de capaciteit van de kabel wordt de transportcapaciteit van coax-netwerken ("de kabelaars") zoals UPC, Ziggo, Caiway en Delta bedoeld. Deze capaciteit is afhankelijk van diverse factoren.

Frequenties

De coaxkabel 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 coaxkabel 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 85 MHz onbruikbaar voor downstreamverkeer; er zijn teveel storingen om beneden de 85 MHz signalen goed te kunnen transporteren. De frequentieruimte van 0 tot 65 MHz wordt gebruikt voor "upstream" verkeer. Omdat dit bereik ook geplaagd wordt door veel storingen (27 MHz "bakkies", DECT telefoons, enz., enz.) is de upstreamcapaciteit per frequentie veel lager dan de capaciteit per downstreamfrequentie. Bovendien zijn er maar zo'n vier upstreamfrequenties beschikbaar.

Transportcapaciteit

De transportcapaciteit die per frequentie beschikbaar is verschilt per domein:

1. Internet

Per frequentie kan ongeveer 50 Mbps (downstream) getransporteerd worden (Docsis 3.0 standaard). De 16 frequenties in de eerdere voorbeeldfiguur kunnen dus 16*50 = 900 Mbps (tegelijkertijd!) transporteren. Upstream zijn er maximaal zo'n vier frequenties beschikbaar die zo'n 10 Mbps kunnen transporteren; de maximale upstreamsnelheid de "de kabelaar" kan bieden is daarmee beperkt tot 40 Mbps.

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 (volgens de DVB-C Standaard), 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" HD-TV) 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 tot 5 HD-TV kanalen; transport van een HD-TV kanaal kost dus ruwweg twee keer 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 coaxkabel is op dit moment weliswaar 3750 Mbps, 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 downstream capaciteit per wijk dus 16*50 = 800 Mbps en de maximale upstream 40 Mbps. Het aantal woningen per wijkcentrum verschilt per stad, per regio en per "kabelaar"; in dichtbevolkte steden zijn tot soms 2.000 woningen aangesloten op een wijkcentrum. Eerdergenoemde 800 Mbps respectievelijk 40 Mbps moet gedeeld worden over deze 648 tot 2.000 woningen, dat is qua download 1,2 tot 0,4 Mbps down en qua upload 0,06 tot 0,02 Mbps 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 hun dataverbinding willen gebruiken er voor download 1,2 tot 0,4 en voor upload 0,06 tot 0,02 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 1,2 tot 0,4 Mbps, maar twee keer zoveel: 2,4 tot 0,8 Mbps. Voor upload 0,12 tot 0,04 Mbps. In het beste geval is er maar 1 klant in de wijk actief; die klant heeft dan 800Mbps down en 40 Mbps up 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 en de upload op 10 Mbps (2010).

Capaciteit per gebruiker

In de vorige paragraaf is berekend dat in het slechtste geval een klant maar 0,4 Mbps heeft, en in het beste geval 800 Mbps. Gemiddeld betaalt een klant van de "kabelaar" voor 15..20 Mbps; sommigen hebben een duur abonnement van 120 Mbps, sommigen een goedkoop abonnement van 6 Mbps. De werkelijk gereserveerde bandbreedte is afhankelijk van de vraag of de klant in een dorp of een (grote) stad woont en bedraagt (bij 50% abonnees) 0,8 tot 2,4 Mbps en is daarmee ongeveer 8 tot 24 keer lager dan wat de gemiddelde klant heeft gekocht en verwacht. Dit noemt men de Overboekingsfactor, die in dit artikel dus ongeveer 8 tot 24 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 1/24 tot 1/8 deel (4 tot 13%) van de klanten tegelijkertijd aan het downloaden slaan is dat wel erg; de bandbreedte per klant zakt dan "worst case" naar 0,8 tot 2,4 Mbps en dat is veel minder dan waar de klant voor betaalt c.q. wat hij verwacht.

Het is de verantwoordelijkheid van "de kabelaar" om in de gaten te houden of de overboekingsfactor nog wel klopt (berucht was ooit "World Online" met enorme overboekingsfactoren en een daardoor tergend trage internetverbinding). 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.

Pieksnelheden

De maximumsnelheid (pieksnelheid) staat los van de bandbreedte c.q. capaciteit. Bandbreedte (=capaciteit) zegt iets over de hoeveelheid verkeer die getransporteerd kan worden, pieksnelheid zegt iets over de maximum snelheid waar mee dat kan. Metafoor: de topsnelheid van een auto ligt veel hoger dan de gemiddelde snelheid op de A2.... Moderne kabelmodems (Docsis 3.0 standaard) hebben een aansluiting (UTP/RJ45 poort) van 1 Gbps. Deze modems kunnen 8 frequenties tegelijk gebruiken. In vakjargon heet dat "8 channel bonding". In de vorige paragrafen is uitgelegd dat per frequentie zo'n 50Mbps beschikbaar is; 8 frequenties kunnen samen dus zo'n 400Mbps transporteren. De Pieksnelheid van het moderne kabelmodem is daarmee maximaal 400 Mbps. De "kabelaars" hebben softwarematig de modems nog begrensd op 120 tot 160 Mbps, maar met "een druk op de knop" zou daar 400 Mbps van gemaakt kunnen worden. De verwachting is dat vanaf 2011 ook modems met "16-channel bonding" beschikbaar komen, die pieksnelheden tot 900 Mbps kunnen leveren. De "channel bonding" is de reden dat "de kabelaars" nieuwe modems uitgeven; oudere modems (Docsis 2.0 standaard) kennen namelijk geen "channel bonding". Deze oudere modems kunnen maar 1 frequentie tegelijk aan. De pieksnelheid is daarmee beperkt tot 50 Mbps.

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 10 Mbps per klant. Met een overboeking van een factor 8 zou er per klant dan gemiddeld 80 Mbps geleverd kunnen worden; dat is vier keer zoveel als nu.

optie 3: Caiway heeft bijvoorbeeld besloten om vanaf eind 2010 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 29 Mbps per klant (met een factor 8 overboeking: gemiddeld 232 Mbps per klant). Dat is meer dan voldoende om aan de verwachte bandbreedtebehoefte de komende 5 tot 10 jaar te voldoen.

optie 4: de capaciteit per frequentie is nu ongeveer 50Mbps. Modernere technieken beloven capaciteiten van 100 tot 1000 Mbps 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, 2, 3 en SBS of RTL (de top tien). 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. Dit is de meest toekomstvaste optie maar ook de duurste; er moet vanaf de wijkcentra naar alle eindversterkers gegraven worden. Dat is zo'n 300m gemiddeld per eindversterker van 18 woningen.

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 beïnvloeden elkaar
2. de "bandbreedte wordt gedeeld met de buurman"
3. coax netwerken bestaan uit koperkabel

"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" (bij de kabelaars is die 8 tot 24) wordt zorgvuldig geheim gehouden door alle ADSL- glasvezel- en kabeloperators en heeft niets met techniek maar alles met commercie te maken.

De netwerken van "de kabelaars" zijn volledig van glasvezel vanaf backbone-verbindingen tot aan de "wijkcentra". Gemiddeld ligt elke woning zo'n 300 meter van een wijkcentrum. Dat betekent dat alleen het laatste stuk van de verbinding van 300 meter over een (coax) koperkabel gaat; de rest van de verbinding loopt via glasvezel. Daarmee is verreweg het grootste gedeelte van de verbinding van glasvezel en niet van koperkabel. Maar: in kilometers kabel uitgedrukt is het grootste deel van het kabelnetwerk nog steeds koper. Dat komt omdat er maar weinig (glasvezel)kabel nodig is vanaf het wijkcentrum, terwijl er enorm veel uitlopers vanaf het wijkcentrum naar de woningen lopen. De bewering van UPC dat meer dan 90% van haar netwerk uit glasvezel bestaat is dus onjuist; 90% van de verbinding van klant tot internet bestaat uit glasvezel.

Uploadsnelheden nu en straks

Kabelnetwerken zijn oorspronkelijk ontworpen als netwerken om vanaf een centrale antenne televisie- en radiosignalen te distribueren. Het was niet nodig dat er ook informatie retour kon worden gezonden of dat klanten onderling konden communiceren. Nieuwe technieken hebben daar verbetering in aangebracht, met name Docsis de afkorting voor Data Over Cable Service Interface Specification. Deze specificatie is ontwikkeld onder leiding van de Amerikaan Rouzbeh Yassini. Inmiddels is Docsis aangeland bij versie 3, maar Roussini is er ondanks de stevige verbeteringen nog niet tevreden over. Zo stelde hij in 2009: "We're still limited in the upstream channel. Good job, but no cigar yet. Even 35 Mbps upstream is still not enough." Evenmin was hij tevreden over de gedeelde 100 Mbps pieksnelheden: "If you want to have multiple services and high definition (HD) video, it's not the ultimate answer as far as our network capacity goes," Yassini said. "Constant HD needs a constant bit rate." Of er nog een Docsis 4 standaard komt is onbekend, binnen de sector zelf wordt verwacht dat de vraag om hogere snelheden ertoe gaat leiden dat steeds meer koperen coax wordt vervangen door glasvezel.

Vergelijking met glasvezel

• Capaciteit

De coaxkabel heeft momenteel een capaciteit van 3,7 Gbps = 3700 Mbps. Dat is aanzienlijk minder dan glasvezel, in maart 2010 werd in Japan over 1 single fiber en over 240 km een transmissie capaciteit bereikt van 69.000.000 Mbps.

• 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. Wel is het zo, zie boven, dat er nog geen maximale snelheid van glasvezel bekend is, anders dan dat deze schier oneindig is. 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 van commerciële motieven en heeft niets te maken met de theoretisch maximaal haalbare snelheden.

• Maximale bandbreedte per gebruiker

De bandbreedte per gebruiker is bij glasvezel op dit moment zonder twijfel hoger dan bij coax. De Overboekingsfactor is daarmee veel lager ook al is er geen enkele operator die daar een uitspraak over wil doen. Echter, de maximale (piek)snelheid is bij coax weer hoger (120 tot 160 Mbps commerciële aanbiedingen in 2010; technisch 400 Mbps). De hogere bandbreedte per gebruiker c.q. de lagere overboekingsfactor bij glasvezel betekent dat de snelheid bij glasvezelnetwerken minder snel zal zakken bij onverwacht grote piekdrukte. 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".

• Uploadcapaciteit

De Nederlandse netwerken waarbij glasvezel tot in de woning is aangelegd kennen symmetrische verbindingen. De maximale down- en uploadsnelheden zijn gelijk, anders dan bij kabel- of xDSL-verbindingen waar de maximale uploadsnelheid meestal een fractie ("worst case" circa 30%) is van de downloadsnelheid. In de praktijk verschillen bij kabel- en xDSL verbindingen niet alleen de technisch maximaal haalbare up- en downloadsnelheden, maar ook de commercieel aangeboden up- en downloadsnelheden terwijl bij alle glasvezelaanbieders de aangeboden up- en downloadsnelheden gelijk (symmetrisch) zijn.

• Kwaliteit

er bestaan geen (technische) onderzoeken waaruit eenduidig blijkt of glasvezel beter of slechter is dan coax. glasvezel gebruikt meer laserapparatuur; lasers slijten eerder dan elektrische apparatuur die in coax netwerken gebruikt wordt. Daar staat tegenover dat een coax netwerk meer actieve apparatuur bevat en daardoor storingsgevoeliger is. Coax is wat robuuster; een rotte coaxkabel laat vaak nog wel veel signaal door, een rotte glasvezel laat helemaal niets door. Maar een coax kabel is weer gevoeliger voor vocht en elektromagnetische storingen dan een glasvezel. Zo zijn er allerlei factoren die de beschikbaarheid van coax- en glasvezelnetwerken beïnvloeden. Echter, het netto resultaat daarvan is onbekend.