DOCSIS 3.1: So kommt Gigabit-Internet per Kabelnetz nach Hause

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Ein Techniker mit Unitymedia-Weste trägt Glasfaser-Leerrohre zu einer Baustelle
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. DOCIS steht für die sperrige Bezeichnung „Data Over Cable Service Interface Specification“. Der Standard ermöglicht rein theoretisch 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 finden mehrere digitale Sender auf einer Frequenz platz. Früher war es alternativ ein analoger TV-Sender. 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 auf einem Kanal Platz finden – also etwa so viel, wie ein Kunde per VDSL bekommen kann. Anders als bei VDSL sind diese 50-Mbit/s-Kanäle dabei 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 empfangen kann. Diese ergeben zusammen 300 MBit/s. Diese Bandbreite bekommt aber nicht der eine Kunde in dem jeweiligen Haushalt exklusiv, sondern muss sie mit allen Kunden in seinem Netzsegment teilen. 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.

Die Qualität des Kabelnetzes bemisst sich am Cluster

Für den Upload 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 schwer tun. 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 Kabelmodem daheim. Je näher 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 Reichweite seinen 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 abgeschaltet. Damit haben die Netzbetreiber weitere Kapazität für Datenübertragungen, also Kabel-Internet. Gleichzeitig wird ein neuer Übertragungsstandard eingeführt, der weitaus effizienter ist, als der bislang verwendete DOCSIS-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 beziehungsweise Router.

Was ist DOCSIS 3.1?

Nur mit der Abschaltung analoger Kanäle beim Kabel-TV hat man 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, der Deutschen 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 weitere DOCSIS-Spezifikationen wie eine 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 Kabelnetzbetreiber die Modulation noch weiter erhöhen. Bis zu 16KQAM sind im Gespräch, was die Performance noch weiter erhöhen würde.

Wo gibt es Gigabit-Internet?

Die Netzbetreiber bringen mit DOCSIS 3.1 im ersten Schritt Anschlüsse mit 1 GBit/s in die Haushalte. Später sollen – unter anderem durch die weiter optimierte Modulation – gar 10 GBit/s möglich sein. Entsprechende Entwicklungen der Cable Labs gibt es bereits.

DOCSIS 3.1 wird in Deutschland seit 2018 im großen Stil eingesetzt. So ruft Unitymedia beispielsweise regelmäßig eine neue Gigabit-City aus. Bochum, Frankfurt, Düsseldorf und Köln sowie Heilbronn und Mannheim waren Stand März 2019 entsprechend ausgebaut. Vodafone (ehemals Kabel Deutschland) geht es etwas flotter voran und nach eigenen Angaben im März 2019 58 Prozent des Kabelnetzes „Gigabit-ready“ gemacht. Nach eigenen Angaben bietet das Unternehmen 7,1 Millionen Gigabit-Anschlüsse an. Bis Jahresende 2019 sollen es 11,1 Millionen und bis 2021 sogar über 12 Millionen Anschlüsse im nahezu gesamten Kabelverbreitungsgebiet sein. Die Gigabit-Städte sind Aschaffenburg, Augsburg, Berlin, Braunschweig, Bremen, Bremerhaven, Chemnitz, Cuxhaven, Elmshorn, Erfurt, Erlangen, Flensburg, Greifswald, Hamburg, Ingolstadt, Kempten, Landshut, Leipzig, Lübeck, Mainz, Neumünster, Neustadt, Nürnberg, Osnabrück, Passau, Pinneberg, Rendsburg, Schwerin und Trier.

Auch Tele Columbus wird mit der Umstellung auf DOCSIS 3.1 in 2019 beginnen. Das Unternehmen mit dem Markennamen PŸUR hat den Ausbau seines Netzes in Berlin mit der neuen Technologie angekündigt. Dann bekommen auch Haushalte, die an dem Netz des Vodafone-Mitbewerbers angeschlossen sind, Gigabit-Internet.

Bildquellen:

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Thorsten Neuhetzki
Thorsten liebt Technik und ist seit 2018 bei inside handy als Redakteur an Bord. Als "alter Hase" in der Branche schreibt Thorsten am liebsten über alles, was mit Breitband zu tun hat. Dabei spielt es keine Rolle, ob es um Super Vectoring, DOCSIS 3.1 oder 5G geht, schnelles Internet ist für Thorsten und seine Berichterstattung das A und O. Abseits des Newsdesks ist Thorsten mit großer Begeisterung auf seinem Tourenrad unterwegs. Vor allem Schweden hat es dem in Berlin wohnhaften Ostwestfalen, der schon seit vielen Jahren Bayern München die Treue hält, angetan.

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