Technik-Hintergrund

DOCSIS 3.1: So wird das Kabel-Internet schneller

Der Übertragungsstandard DOCSIS 3.1 wird die Kabel-Anschlüsse schneller machen. Wir geben Ihnen einen Einblick in technische Hintergründe sowie Probleme bei der Einführung.
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Internet per Kabel ist schon heute mit höheren Datenraten zu haben, als es Technologien wie VDSL derzeit erlauben. Einige Anbieter ermöglichen ihren Kunden inzwischen Downstream-Raten von bis zu 400 MBit/s. Doch die Datenraten sind endlich - nicht nur durch das Teilen der Leitung mit anderen Nutzern auf den letzten Metern zwischen Verstärkerpunkt und Kunde (Shared Medium), sondern auch durch den eingesetzten Übertragungsstandard DOCSIS 3.0. Die Kabelanbieter stehen vor der Einführung des Nachfolgers DOCSIS 3.1, der Gigabit-Raten ermöglichen soll. Ganz einfach ist das aber nicht zu realisieren. Wir zeigen Ihnen, wo die Probleme liegen und was DOCSIS 3.1 bringen soll.

Bei der Einführung von DOCSIS 3.1 haben die Kabelnetzbetreiber einiges zu beachten: So kann diese zwar parallel zu DOCSIS 3.0 erfolgen, das geht jedoch nur, wenn es auch freie Frequenzen im Netz gibt. Zumeist sind die Frequenzen im Kabelnetz aber belegt, entweder mit DOCSIS-Signalen oder mit digitalem oder analogem Kabel­fernsehen. Damit freie Frequenzen geschaffen werden, gehen die Kabelnetzbetreiber mehr und mehr dazu über, die ineffizienten analogen TV-Signale aus ihren Kabelnetzen zu verbannen. So hat Unitymedia bereits in drei Bundesländern alle analogen Sender im Netz abgeschaltet. Die freien Frequenzen im Bereich bis 862 MHz lassen sich so in der Folge für Internetsignale nutzen.

DOCSIS 3.1 kann Frequenzen bis 1,7 GHz nutzen

Schnelleres Kabel-InternetSchnelleres Kabel-Internet Zusätzlich stünden mit DOCSIS 3.1 auch Frequenzen jenseits der 862 MHz zur Verfügung. Zumindest sieht der Standard vor, dass Frequenzen bis 1,7 GHz verwendet werden können. Das allerdings ist in den meisten deutschen Kabelnetzen nicht ohne Weiteres möglich, weil viele Verstärkerpunkte und Abzweige diese bislang nicht benötigten Frequenzen auch nicht unterstützen. Hinzu kommt, dass Kabelnetzbetreiber wie Unitymedia und Vodafone (ehemals Kabel Deutschland) ihre Netze nicht selber gebaut, sondern von der Telekom übernommen haben. Die Telekom wiederum hat die Netze noch zu Zeiten der Deutschen Bundespost errichtet.

Der Frequenzbereich wird in Deutschland wohl zunächst bis auf 1218 MHz ausgeweitet. Für die Netzbetreiber bedeutet das aber auch eine erhöhte Kabeldämpfung in den oberen Frequenzbereichen - auch deswegen ist eine Ausweitung bis auf 1,7 GHz wohl erst einmal unwahrscheinlich. Ein solcher Ausbau wäre nur dann sinnvoll, wenn der Kabelnetzbetreiber die Glasfaserleitung wie bei FTTB bis zum Gebäude führt und erst hier auf das Koaxialkabel wechselt. Das wird auch von ersten Anbietern geplant. So hat Vodafone einen Feldtest mit FTTB-Ausbau durchgeführt und dabei in Summe mehr als 8 GBit/s erreicht.

Mit einem Glasfaser-Ausbau bis in die Gebäude entgehen die Anbieter auch einem weiteren Problem, das aus den Bundespost-Zeiten resultiert: Einige Elemente im Verzweigernetz, das einst die Deutsche Bundespost gebaut hat, sind den Anbietern auch nach Jahren noch nicht bekannt. Deshalb wissen sie auch nicht, ob und welche Frequenzen sie unterstützen. Werden nun neue Frequenzen verwendet, könnte hier die ein oder andere Überraschung warten. Im Vorteil sind hier Anbieter wie Tele Columbus, deren Netze vergleichsweise neu sind und unter eigener Regie neu gebaut oder modernisiert wurden.

Anderes Modulationsverfahren

DOCSIS 3.1 nutzt, anders als der Vorgänger, OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) ein Multi-Carrier-Modulationsverfahren. Der Netzbetreiber kann so besser auf die jeweiligen Begebenheiten für den Cluster oder sogar für jedes einzelne Modem eingehen. Eine Unterdrückung von Unterträgern vermeidet Fehler durch Einstrahlungen, Zeit- und Frequenz-Interleaving ermöglichen eine Verbesserung der Immunität gegen Impulsrauschen und Interferenzen. Zusätzlich kommt bei DOCSIS 3.1 ein leistungsfähiger Fehlerschutz zum Einsatz (Low Density Parity Check LDPC). Möglich sind auch enorm hohe Frequenzmodulationen. Derzeit wird von 4KQAM im Downstream und 1KQAM im Upstream ausgegangen, perspektivisch sei aber auch 16KQAM im Downstream möglich. 4KQAM ermöglicht pro Kanal eine Datenrate von 84 MBit/s. Die höhere Modulation bedeutet zwar einen größeren Kanal-Rauschabstand, dem wirkt die neue Fehlerkorrektur aber entgegen.

Frequenzen können zudem dynamisch bereitgestellt und genutzt werden, so dass ein energieeffizienter Betrieb gemäß der aktuellen Anforderung möglich ist. Anstelle eines schnell modulierten breitbandigen Signals nimmt man also viele langsamer modulierte Schmalbandsignale.

Unterm Strich wird der Netzbetreiber in der Frequenznutzung auch flexibler. Bislang muss er verschiedene Sendekanäle definieren, auf denen DOCSIS-Signale übertragen werden. Bei DOCSIS 3.1 wird pauschal ein Spektrum von bis zu 192 MHz verwendet.

Parallelbetrieb zweier Standards wahrscheinlich

Zu erwarten ist, dass die Einführung von DOCSIS 3.1 ein fortwährender Prozess wird, es also nicht mit einem Schlag 10-GBit/s-Anschlüsse geben wird. DOCSIS 3.0 wird zudem noch weiter geschaltet bleiben, da andernfalls die Modems bei den Kunden möglicherweise getauscht werden müssten. Eine Firmware-Anpassung der Modems ist nicht möglich, die beiden Technologien sind aber auch nicht miteinander kompatibel. Vorteil der Kabelnetzbetreiber: Zwar kann ein 3.0-Modem nicht mit 3.1 umgehen, doch können beide Systeme im selben Netz parallel betrieben werden. Von Unitymedia heißt es, die Spezifikationen sehen vor, dass die Migration "punktuell, bedarfsgerecht und wirtschaftlich vertretbar" erfolgen kann.

Es wird davon ausgegangen, dass die Kabelnetzbetreiber mit der höheren Modulationsart schon eine Steigerung des Kanaldurchsatzes um 50 Prozent erreichen. Der Frequenzausbau würde weitere zehn Kanäle für die Datenübertragung bringen, was Übertragungskapazitäten von 500 MBit/s bringen würde.

Kabel-Radio steht auf der Kippe

Im Upstream, derzeit dem größten Nachteil der Kabelnetzbetreiber, würden die Netze ebenfalls nachgebessert. Auch hier kommen weitere Frequenzen zum Einsatz. Damit diese zur Verfügung stehen, müssen sich die Netzbetreiber jedoch - wie berichtet - über die Zukunft der UKW-Radiosender in ihrem Netz Gedanken machen. Denn der Internet-Upstream soll unter anderem in diesem Frequenzbereich übertragen werden. Gleichzeitig könnte das Störungen für normale Radio-Sender und auch für DAB+ bedeuten.

Damit das volle Potenzial von DOCSIS 3.1 ausgenutzt werden kann, müssen die Netzbetreiber aber viel im Netz umrüsten, um die ausgeweiteten Frequenzbereiche zu unterstützen. Ferner bedeutet die Ausweitung der Frequenzbereiche aufgrund der steigenden Signalleistung auch eine höhere Stromaufnahme. Diese Stromaufnahme würde sich jedoch auch wieder relativieren, wenn die Glasfaserleitungen nach und nach näher an die Kunden geführt und die Verstärkerpunkte damit weniger werden würden. Mit der heutigen Frequenznutzung lassen sich mit DOCSIS 3.1 nach Unitymedia-Angaben Datenraten von 1 GBit/s im Downstream erreichen. Würden - nach Analogabschaltung und Ausweitung des Frequenzspektrums auf 1,7 GHz - alle Kanäle für Datenverbindungen genutzt werden, so wären dann wohl auch Datenraten von 10 GBit/s kein Problem.

Doch allen Schwierigkeiten und Verzögerungen zum Trotz: DOCSIS 3.1 wird kommen. Unitymedia hat für Bochum für 2018 den Start des Standards angekündigt. Durch seine Analogabschaltung hat der Kabelnetzbetreiber hier die Nase vorn. Auch erste Modems für die Verbraucher sind angekündigt: AVM hat entsprechende Entwicklungen bestätigt.

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