Vysokorychlostní, nebo širokopásmový?

K napsání článku o tom, zda je správné hovořit o šířce pásma či přenosové rychlosti, jsem se chystal již delší dobu. Zejména v souvislosti s vydáním Státní informační a komunikační politiky, a nově i Národní politiky pro vysokorychlostní přístup. Oba tyto dokumenty totiž používají adjektivum „vysokorychlostní“, místo asi více zažitého adjektiva „širokopásmový“, resp. anglického „broadband“. Co je ale věcně správné?

Svůj pohled (že správnější je „vysokorychlostní“) jsem nakonec vtěsnal do první části článku o nové „Národní politice …“, koncem měsíce září, bezprostředně po zveřejnění této koncepce. Včera ale vyšel zde na Lupě článek s názvem „Konec broadbandu v Čechách“, jehož autor se snad jako první pozastavil i nad terminologií a vyjádřil opačný názor – že „vysoká rychlost“ je jen jedním z atributů „širokopásmového“ přístupu, a ten by na ni neměl být redukován.

To mne vyprovokovalo k sepsání této reakce. Zvláště když se za včerejším článkem rozpoutala vášnivá diskuse nad tím, co vlastně je šířka pásma a v čem se měří – zda v hertzích, či v bitech za sekundu. Právě odpověď na tuto otázku by mohla být klíčem k rozhodnutí, zda je správné hovořit o vysokorychlostním přístupu, nebo o širokopásmovém přístupu.

Pravdu ale mají svým způsobem oba tábory – dnes se skutečně lze setkat s oběma možnými výklady pojmu „šířka pásma“. Je ale dobré si uvědomit, v čem se liší, a co a jak zjednodušují, přeskakují, resp. neberou v úvahu.

Co je šířka pásma?

Oba tábory, které se pod včerejším článkem pohádaly o to, zda se šířka pásma měří v bitech za sekundu či v hertzích, zapomněly na jednu důležitou skutečnost. Na to, že existují analogové i digitální systémy. Pojem „šířka pásma“ přitom pochází ze světa analogových technologií a systémů, kde označuje využitelných rozsah frekvencí a měří se v jednotkách zvaných Hertz (Hz). Například na analogové telefonní lince (nikoli ISDN) je pro přenos hlasu využívána šířka pásma 3,1 kHz (od 300 do 3400 Hz). Pokud je na téže telefonní lince (resp. tzv. místní smyčce, resp. účastnickém vedení) souběžně provozováno ADSL, pak využívá frekvence od 138 kHz do 1,1 MHz, tj. šířku pásma cca 0,96 MHz (v případě dnes používaného doporučení ITU-T G.992.1 Annex B, podrobněji).

V „analogovém světě“ také původně vzniklo volání po co největším rozsahu frekvencí, které by se daly k něčemu využít – ať již k přenosu hlasu, obrazu apod. Tedy volání po co největší šířce pásma, alias volání po „širokém pásmu“ (broadbandu). Obecně přitom platí, že čím větší rozsah frekvencí (čím širší pásmo) je k dispozici, tím toho lze přenést více, případně kvalitněji. Například u televizního vysílání může jít o více televizních programů apod., nebo o stejný počet programů v lepší kvalitě, nebo třeba se zvukem ve více jazykových mutacích apod.

Obecně tedy (stále ještě v analogovém světě) platí, že „šířka pásma“ je něco jako surovina, které se spotřebovává určité množství, aby se dosáhlo určitého efektu. Není jistě těžké nahlédnout, že stejného efektu lze dosáhnout s různou spotřebou výchozí „suroviny“ – v závislosti na tom, jak efektivně se výchozí „surovina“ využívá. Drobný problém je v tom, že v analogovém světě je relativně komplikované definovat a změřit výsledný efekt. Třeba hodnotit kvalitu přenášeného obrazu či zvuku.

Co je přenosová rychlost?

Přesuňme se nyní z analogového světa do světa digitálního. Zde nás většinou již nezajímá, jaké frekvence jsou kde využívány (a jaký je jejich rozsah). Třeba že ADSL na naší pevné telefonní lince pracuje v již zmiňovaném rozsahu frekvencí 138 kHz až 1,1 MHz. Místo toho nás zajímá to, zda je naše přípojka inzerována jako ADSL s rychlostí 256/64 kbit/s, nebo s rychlostí 512/128 kbit/s, či s rychlostí 1024/256 kbit/s atd. Podle toho totiž platíme za své ADSL různou koncovou cenu.

Zde se tedy bavíme o tom, jak rychle se přenášejí jednotlivé datové bity, a příslušnou schopnost měříme v bitech za sekundu, resp. v násobcích. Jde tedy o rychlost přenosu jednotlivých bitů, neboli o tzv. přenosovou rychlost. Měli bychom ji ale správně chápat jako tzv. nominální přenosovou rychlost (ve smyslu: deklarovanou). Asi nejlépe je chápat tuto rychlost jako veličinu, ze které lze odvodit (vypočítat), jak dlouho trvá přenos jednoho datového bitu.

V praxi nás ale většinou zajímá něco jiného. Ne to, jak dlouho trvá přenos jednoho bitu, ale jak dlouho trvá přenos nějakého podstatně většího „kusu“ dat. Třeba jednoho megabytu (osmi megabitů) dat apod. V praxi to obvykle trvá déle, než jak by vycházelo z nominální rychlosti. Důvodem je to, že se zde začínají projevovat další „zpomalující“ faktory, jako je třeba agregace naší přípojky, resp. míra, v jaké ji sdílíme dalšími uživateli. Stejně tak další režie, spojená s přenosem. Všechny tyto faktory snižují počet skutečně přenesených bitů, měřený v nějakém delším časovém horizontu a přepočtený na jednotku času.

Pokud nás ale zajímá počet skutečně přenesených bitů, pak se již nebavíme o nominální přenosové rychlosti, ale o tzv. efektivní (skutečně dosahované) přenosové rychlosti. Někdy se jí v odborné literatuře říká také „přenosový výkon“. Důležité přitom je, že efektivní (skutečně dosahovaná) přenosová rychlost se měří ve stejných jednotkách, jako rychlost nominální (deklarovaná).

Díky tomu, že obě veličiny mají stejný rozměr, je lze vzájemně snadno poměřovat, a výsledek vyjadřovat například v procentech. Bude-li nominální přenosová rychlost např. 1 Mbit/s, a efektivní (skutečně dosahovaná) přenosová rychlost bude poloviční, resp. bude se pohybovat na úrovni 50 procent rychlosti nominální, bude mít hodnotu 0,5 Mbit/s. Jak se nominální a efektivní rychlost liší v praxi, pro ADSL přípojky na našem trhu, ukazují pravidelně probíhající měření na serveru DSL.CZ. V následující tabulce (převzaté z článku zde na Lupě) vidíte výsledky měření ze září letošního roku.

Průměrné rychlosti ADSL s agregací 1:50, září 2004

Pokud proběhlo méně než 50 měření u dané služby a ISP, nejsou výsledky vzhledem k malému vzorku dat udávány.

Mimochodem, návrh Národní politiky pro vysokorychlostní přístup rozlišuje mezi nominální a efektivní přenosovou rychlostí. Když hovoří o tom, že aktuální spodní hranicí „vysokorychlos­tního“ přístupu je 256 kbit/s, pak konstatuje že jde o nominální rychlost. Obratem ale požaduje, aby efektivní přenosová rychlost nebyla nižší než 80 procent rychlosti nominální. Jak vyplývá z uvedené tabulky (s měřením z dsl.cz), většina ADSL přípojek tuto podmínku nesplňuje. Například ve Velké Británii se podle obdobného měření tamního ADSLguide pohybuje kolem 85 až 88 procent.

Šířka pásma v digitálním světě?

Nominální (deklarovanou) přenosovou rychlost v digitálním světě si můžeme představit jako určitou analogii rozsahu využitelných frekvencí (šířce pásma) ve světě analogovém – také je to „surovina“, a také ona je tím, za co zákazník platí. Když si pořídíte domů ADSL, platíte různě podle toho, zda jde o přípojku s nominální rychlost 256/64 kbit/s, 512/128 kbit/s atd. Skutečný efekt, kterého zákazník dosahuje, ale může být (a bývá) jiný – a o něm v digitálním světě vypovídá efektivní přenosová rychlost.

Možná že právě tato „surovinová“ analogie mezi šířkou pásma v analogovém světě a nominální přenosovou rychlostí ve světě digitálním dala vzniknout určitému zjednodušení, se kterým se lze setkat u některých odborných pramenů. Jde o přenesení pojmu „šířka pásma“ z analogového světa i do světa digitálního, a o ztotožnění této „digitální šířky pásma“ s nominální přenosovou rychlostí. Tedy o použití termínu „šířka pásma“ jako synonyma pro (nominální) přenosovou rychlost, s tím že toto synonymum někdy dostává dokonce přednost i před termínem „přenosová rychlost“.

Příkladem může být nedávno vydaná kniha „Širokopásmový Internet“ paní Rity Pužmanové (čtenářům Lupy jistě dobře známé). Zde se na str. 24 uvádí:"

• V digitálním přenosu se vyjadřuje šířka pásma v bitech za sekundu (bit/s).
• V analogových přenosových systémech se šířka pásma vyjadřuje jako rozdíl mezi složkou signálu o nejvyšším kmitočtu a složkou signálu o nejnižším kmitočtu. Měří se v cyklech změn za sekundu, jednotkou je Hertz."

Jinde se lze setkat s tím, že přenos „šířky pásma“ do digitálního světa je prezentován jen jako „neformální“. Například známá Wikipedie definuje šířku pásma jako rozsah využitelných frekvencí (měřený v Hertzích), a pak říká:

Pojem ‚šířka pásma‘ se také používá, neformálně a jako rozšíření výše uvedeného významu, pro označení objemu dat, které lze přenést po přenosovém spoji za určitý časový interval. V takových případech se šířka pásma měří v bitech či bytech za sekundu.

Analogová vs. digitální šířka pásma

I když je asi možné při určitém zjednodušení používat pojem „šířka pásma“ i ve smyslu digitálních přenosů a systémů (ve výše uvedeném významu), stále je nutné mít na paměti, že jde o něco jiného než o „analogovou šířku pásma“. Rozhodně by se neměly oba významy stejného termínu volně zaměňovat, jako například:

Šířka pásma označuje, kolik bitů lze přenést za jednotku času daným médiem (měděným kabelem, optickým kabelem nebo vzduchem). Jedná se o rozpětí kmitočtů, které signál (analogový nebo digitální) na médiu obsazuje.

(Rita Pužmanová, Širokopásmový Internet, Computer Press, 2004)

Mezi „analogovou“ a „digitální“ šířkou pásma je totiž velmi zásadní rozdíl, který lze dokonce kvantifikovat, a tato jeho kvantifikace je jedním z velmi hlubokých a zásadních vědeckých výsledků. Jde konkrétně o to, jak závisí maximální dosažitelná přenosová rychlost (chcete-li: digitální šířka pásma) na rozsahu využitelných frekvencí (analogové šířce pásma). Intuitivně lze soudit, že při daném rozsahu frekvencí (analogové šířce pásma) záleží na dokonalosti technologií (postupů modulace atd.), jak vysoké přenosové rychlosti (digitální šířky pásma) dosáhneme. Čím dokonalejší budou tyto technologie, tím by dosahovaná přenosová rychlost měla být vyšší. Jinými slovy, čím dokonalejší budeme mít modemy, tím po stejném spoji přeneseme více bitů za sekundu. Čili: postupným zdokonalováním technologií se budeme dostávat k vyšším přenosovým rychlostem. Zásadní otázka je ovšem následující: lze takto postupovat libovolně dlouho?

Například: máme-li klasickou (analogovou) telefonní linku, s pevně danou (analogovou) šířkou pásma 3,1 kHz, můžeme se dočkat stále rychlejších a rychlejších (analogových) modemů? Dnes jsme na maximálních 33,6 kbit/s, můžeme se třeba za rok dočkat zdvojnásobení této rychlosti? Nebo ztrojnásobení?

Odpověď je bohužel záporná a říká, že existuje určitý strop, přes který se nedostaneme nikdy – ani kdybychom naše technologie zdokonalili sebevíce. Zmiňovaným „hlubokým vědeckým výsledkem“ pak je exaktní určení tohoto stropu, které zformuloval zakladatel moderní teorie informace Claudie Shannon. Příslušný vztah je podle něj dodnes označován jako Shannonův teorém (někdy též: Shannon-Hartleyův teorém). V zásadě říká, že onen strop vůbec nezávisí na technologii, kterou používáme, ale právě a pouze na rozsahu využitelných frekvencí („analogové šířce pásma“), a to lineárně, a pak již jen na kvalitě přenosové cesty, která závisí na odstupu užitečného signálu od bílého šumu (tato závislost je již nelineární).

Co je správné?

Vraťme se ale zpět k původní otázce. Které adjektivum je správné: „vysokorychlostní“, nebo „širokopásmové“? Je správné hovořit o „vysokorychlostním přístupu“, nebo o „širokopásmovém přístupu“?

Jak jsem se snažil ukázat výše, s určitým zjednodušením a „přimhouřením očí“ je asi možné použít i adjektivum „širokopásmový“ – třeba i s odůvodněním, že se to tak běžně dělá. A nelámat si hlavu s nějakými teoretickými poučkami, závislostí na rozsahu využitelných frekvencí či nějakým Shannonovým teorémem. Nebo je možné pohlédnout pravdě do očí a nazvat věci pravými jmény: bity za sekundu se týkají přenosové rychlosti, a nikoli šířky pásma.

Zajímavé přitom je, že pojem „vysokorychlostní“ se vžil hlavně v akademickém prostředí. Třeba u nás si akademická obec pěstuje vysokorychlostní sítě, a ne sítě širokopásmové. Například CESNET řešil mnoho let rozvojový projekt „Vysokorychlostní sítě národního výzkumu“, PASNET organizuje již několik let konferenci „Vysokorychlostní sítě“ atd. Naproti tomu adjektivum „širokopásmový“ se používá asi více v komerčním světě – byť třeba Český Telecom, se svou reklamou na „neomezený a vysokorychlostní“ Internet Expres je čestnou výjimkou. Nebo schválně: zkuste si zadat do Googlu takové termíny jako „vysokorychlostní Internet“ a „širokopásmový Internet“, případně „vysokorychlostní sítě“ a „širokopásmové sítě“. Uvidíte, co je častější.

Jestliže naše koncepční dokumenty (jak nynější Národní politika vysokorychlostního přístupu, tak i dřívější Státní informační politika) používají termín „vysokorychlostní“ místo „širokopásmový“, pak podle mého názoru dělají správně. Navíc si nová „politika vysokorychlostního přístupu“ správně všímá rozdílu mezi nominální a efektivní přenosovou rychlostí (viz výše), čímž „pokrývá“ i efekt agregace. Vyjadřuje se také k otázce Fair Use Policy, i k trvalé dostupnosti v čase (musí být „always-on“). Je možná chybou, že se nevyjadřuje také k dalším technickým aspektům, jako je latence a tzv. jitter (přenosové zpoždění a jeho rozptyl), což je důležité pro služby multimediálního charakteru, pro on-line hry apod. Nebo k míře asymetrie, protože nerozlišuje mezi rychlostí ve směru k uživateli a od uživatele. Ale to už bychom asi chtěli od vládní koncepce moc velké technické detaily.