Technik-Hintergrund

DOCSIS 3.1: So wird das Kabel-Internet schneller

Der Über­tragungs­stan­dard DOCSIS 3.1 hat die Kabel-Anschlüsse schneller gemacht. Wir geben Ihnen einen Einblick in tech­nische Hinter­gründe sowie Probleme bei der Einfüh­rung.
Von Thorsten Neuhetzki
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Schnelleres Kabel-InternetSchnelleres Kabel-Internet 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 1000 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 - mitt­lerweile älteren - einge­setzten Über­tragungs­stan­dard DOCSIS 3.0. Die Kabel­anbieter haben 2013 den Nach­folger DOCSIS 3.1 einge­führt, der Gigabit-Raten ermög­licht. 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 Kabel­fernsehen. Damit freie Frequenzen geschaffen werden, haben die Kabel­anbieter inzwi­schen die inef­fizi­enten analogen TV-Signale aus ihren Kabel­netzen verbannt. 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

Zusätz­lich stehen 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 war in den meisten deut­schen Kabel­netzen nicht ohne Weiteres möglich, weil viele Verstär­kerpunkte und Abzweige diese bis dahin nicht benö­tigten Frequenzen auch nicht unter­stützten. 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 wurde in Deutsch­land zunächst bis auf 1218 MHz ausge­weitet. Für die Netz­betreiber bedeutet das aber auch eine erhöhte Kabel­dämp­fung in den oberen Frequenz­berei­chen - auch deswegen ist eine flächen­deckende Auswei­tung bis auf 1,7 GHz wohl erst einmal unwahr­schein­lich und regional begrenzt. Ein solcher Ausbau ist immer 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 bereits umge­setzt. So hatte Voda­fone bereits 2017 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 eine 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 flächen­deckende 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. Diese stehen seit der Abschal­tung des analogen Kabel-Radios auch zur Verfü­gung. Denn der Internet-Upstream soll unter anderem in diesem Frequenz­bereich über­tragen werden.

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 Leis­tungs­aufnahme. Diese Leis­tungs­aufnahme 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 Daten­raten von 1 GBit/s im Down­stream errei­chen. Würden - nach 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 wurde einge­führt. Inzwi­schen sind bei mehreren Kabel­anbie­tern in vielen Groß­städten Anschlüsse mit bis zu 1 Gbit/s nutzbar.

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