DOCSIS 3.1: So wird das Kabelnetz zum Gigabit-Netz

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Unitymedia Ausbau Kabelnetz
Bildquelle: Unitymedia
Eigentlich wurden die TV-Kabelnetze ab Mitte der 1980er Jahre für einen Zweck errichtet: TV. Doch die technische Entwicklung nahm ihren Lauf und 20 Jahre später war auch die Internetübertragung über das Kabelnetz möglich. Jetzt steht die nächste Evolutionsstufe an: Mit DOCSIS 3.1 soll es der Glasfaser Konkurrenz machen und Gigabit-Datenraten bieten. Doch was ist DOCSIS 3.1? Wie funktioniert es und warum ist auch das Kabelnetz ein Glasfasernetz?

Deutschlandweit wird für die Internetübertragung per Kabel der Standard DOCSIS 3.0 – genauer EuroDOCSIS 3.0 – verwendet. Er ermöglicht rein theoretisch heute schon Gigabit-Datenraten – allerdings nur als Kapazität für alle Kunden in einem Netzsegment. An einem solchen Netzsegment sind aber stets mehrere Haushalte angeschlossen, weswegen die tatsächliche Datenrate zu Zeiten, in denen alle das Internet nutzen, überlastet und langsamer sein kann.

So kommt das Internet per TV-Kabel nach Hause

Technisch funktioniert Internet per Kabel einfach beschrieben so: Auf einem Sendekanal im Kabel können entweder ein analoger TV-Sender oder je nach Bildqualität auch mehrere digitale Sender übertragen werden. Alternativ ist es aber auch möglich, auf einer solchen Kabelfrequenz Daten zu übertragen. Bei DOCSIS 3.0 sind es etwa 50 MBit/s im Downstream, die über einen Kanal übertragen werden können. Dabei sind auch diese Kanäle nicht einem Kunden zugeteilt, sondern es gibt eine dynamische Verteilung der Last der Kunden auf die Kanäle. Bei einem schlechten Netzausbau kann es sein, dass ein Kunde in seinem Haushalt beispielsweise nur sechs Kanäle bekommt. Diese ergeben zusammen 300 MBit/s. Vermarktet der Anbieter aber Anschlüsse mit 100 oder 200 MBit/s und versorgt pro Netzsegment 100 Kunden, geht die Bandbreite mit Sicherheit in die Knie.

Die Netzbetreiber sind daher bemüht, nicht nur die Segmente zu verkleinern, sondern auch mehrere Datenkanäle anzubieten. Bis zu 32 DOCSIS-Kanäle sind maximal möglich, üblich sind bis zu 24 Kanäle. Sie bringen es auf eine Gesamtkapazität von etwas mehr als 1,2 GBit/s. Allerdings sind diese 24 Kanäle nur nutzbar, wenn das Modem auch alle 24 Kanäle unterstützt. Das ist gerade bei älteren oder günstigeren Geräten nicht unbedingt der Fall. Bildlich gesprochen wäre der Effekt eines 8-Kanal-Modems in einem 24-Kanal-Netz so wie eine Autobahn mit 24 Spuren. Auch den rechten acht Spuren fahren alle Autos und es ist entsprechend eng. Nur wer alle 24 Spuren nutzt, kommt entsprechend schnell voraus.

Für den Upstream sind übrigens maximal acht Kanäle vorgesehen – und das auch nur mit jeweils 30 MBit/s. Mehr als 240 MBit/s sind also in einem Cluster nicht möglich – eine Erklärung, warum sich Kabelnetzbetreiber mit hohen Datenraten im Upstream so schwertun.

Ein Cluster besteht wie erwähnt aus einer unterschiedlich großen Anzahl an angeschlossenen Haushalten. Diese Haushalte in einem Cluster sind alle per TV-Kabel (Koaxialkabel) angebunden, der Cluster allerdings ist per Glasfaser mit der Kabelvermittlungsstelle (CMTS) verbunden. Die CMTS ist das eigentliche Gegenmodem zum Kabelrouter daheim. Je nächer das Glasfaserkabel zu den Kunden rückt, desto kleiner werden in der Folge durch die Segmentierung die Cluster. Anders als bei der Kupferdoppelader der Telekom und der eingesetzten DSL- und VDSL-Technik ist es beim Kabel technisch nicht relevant, wie lang das Kupferstück zwischen Kunde und Glasfaserleitung ist. Bis zu 160 Kilometer sind kein Problem, langsam werden die Leitungen nur durch die Anzahl der Kunden.

Internet wird die Haupt-Aufgabe des Kabels

Die TV-Übertragung ist bei Kabelnetzen fast nur noch schmückendes Beiwerk. Die analogen Sender sind in vielen Regionen schon abgeschaltet oder werden es in den kommenden Monaten. Damit schaffen sie weitere Kapazität für Datenübertragungen. Gleichzeitig wird ein neuer Übertragungsstandard eingeführt, der weitaus effizienter ist, als der bislang verwendete DOCSIS 3.0-Standard. Auch wenn der Name DOCSIS 3.1 vermuten lässt, dass sich nicht viel getan hat, so hat sich tatsächlich doch eine ganze Menge geändert. Kunden, die DOCSIS 3.1 nutzen wollen, brauchen daher auch ein neues Modem.

Was ist DOCSIS 3.1?

Nur mit der Abschaltung analoger Kanäle hat man aber noch keinen neuen Standard. Daher gibt es noch weitere Stellschrauben. Beispielsweise zusätzliche Frequenzen jenseits der heute maximal verwendeten 862 MHz. Der DOCSIS-3.1-Standard sieht Frequenzen bis 1,7 GHz vor. In den meisten deutschen Kabelnetzen ist das aber erst einmal nicht möglich, weil die verwendete Technik diese Frequenzen nicht unterstützt. Zudem gibt es einige Ungewissheiten für die Anbieter, die ihre Netze nicht selbst gebaut, sondern von der Telekom beziehungsweise dem Vorgänger Bundespost übernommen haben. Nicht jeder Baustein im Netz ist bekannt. Daher wird man sich vorerst auf Frequenzen bis 1218 MHz beschränken.

DOCSIS 3.1 nutzt außerdem mit OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) ein Multi-Carrier-Modulationsverfahren. So ist es dem Netzbetreiber möglich, besser auf die Begebenheiten eines Clusters oder sogar jedes einzelne Modem einzugehen. Mittels Unterträger-Unterdrückung können Einstrahlungsfehler beseitigt werden, mit anderen Verfahren wird die Leitung immun gegen Interferenzen und auch ein leistungsfähigerer Fehlerschutz verbessert die Stabilität. Außerdem kommen deutlich stärkere Modulationen der einzelnen Träger zum Einsatz, die die Datenrate pro Kanal massiv erhöhen. Mit der Modulation 4KQAM sind pro Kanal 84 MBit/s möglich. Denkbar ist aber auch, dass die Modulation noch weiter erhöht wird. Bis zu 16KQAM sind im Gespräch, was die Performance noch weiter erhöhen würde.

Die Netzbetreiber wollen mit DOCSIS 3.1 im ersten Schritt Anschlüsse mit 1 GBit/s in die Haushalte bringen. Später sollen – unter anderem durch die weiter optimierte Modulation – gar 10 GBit/s möglich sein.

DOCSIS 3.1 wird in Deutschland aktuell bereits in einigen Städten von Unitymedia eingesetzt. In Bochum nutzt bereits eine dreistellige Kundenzahl diese Anschlussform, Köln, Düsseldorf und Frankfurt am Main sollen dieses Jahr noch folgen. Vodafone (ehemals Kabel Deutschland) testet DOCSIS 3.1 derzeit in Landshut. Im Zuge der Analogabschaltung und der Umbelegung der Sender fallen übrigens häufig auch die UKW-Radiosender im Kabel weg. Sie wurden nach Angaben der Netzbetreiber kaum genutzt und blockieren Kapazitäten, die für den Upstream benötigt würden.

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