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DOCSIS 3.0: Internet mit bis zu 400 MBit/s im Kabelnetz

Breitband-Anschlüsse über Kabel gibt es mittlerweile mit einer Bandbreite von über 100 MBit/s - dies wird durch den Standard DOCSIS 3.0 möglich. Wir zeigen Ihnen, wie DOCSIS funktioniert.
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Internet-Zugänge werden immer schneller. Noch schneller als VDSL- und DSL-Techno­lo­gie sind Kabel-Internet-Zugänge mit möglichen Datenraten von mehr als 100 MBit/s im Downstream. Möglich macht dies im Kabelnetz der Daten­übertra­gungs­standard DOCSIS 3.0 (Data Over Cable Service Interface Specification). Mit der europäischen Variante EuroDOCSIS 3.0 sind sogar Übertragungen mit bis zu 400 MBit/s denkbar. Wir zeigen Ihnen die Technik hinter dem Standard.

Schrittweise Anpassung des Standards an sich ändernde Gegebenheiten

DOCSIS bezeichnet den Standard für die so genannte bidirektionale Daten-Übertragung im Kabelnetz - er kommt also nur in den mit einem Rückkanal versehenen Kabelnetzen zur Anwendung. Der DOCSIS-Standard wurde nach seiner Einführung 1997 ständig an neue Gegebenheiten angepasst. So wurden nach und nach Features wie die dynamische Dienstqualität (Quality of Service) für Telefonie über die Internet-Leitung (Voice over Cable), die Verbesserung der Upstream-Leistung oder - 2006 mit der Einführung der neuesten Version DOCSIS 3.0 - die Kanal-Bündelung eingeführt. DOCSIS ist bis zur Version 3.0 abwärtskompatibel und ermöglicht den parallelen Betrieb der anderen vorangegangenen Versionen des Standards.

Technik Kabel InternetKabelverstärker Der an die TV-Normen der Kabelnetze in Europa angepasste EuroDOCSIS-Standard bietet eine um 2 MHz auf 8 MHz ausgebaute Frequenz-Bandbreite pro Kanal für den Downstream sowie eine Frequenz-Bandbreite von 5 bis 65 MHz pro Kanal für den Upstream. Bei einer Modulation mit QAM-256 und bei einer Symbolrate von 6,952 MSym/s (MSym/s steht für Megasymbole pro Sekunde) ergibt sich dann für einen Kanal ein Datendurchsatz von brutto 55,616 MBit/s bzw. - unter Abzug der Vorwärts-Fehlerkorrektur - ein Datendurchsatz von netto 51,254 MBit/s. Demgegenüber steht auf der Upstream-Seite ein Durchsatz von brutto 30,72 MBit/s bei einer Modulation mit QAM-64 sowie einer Symbolrate von 5,12 MSym/s.

Größere Reichweite als klassisches DSL sowie VDSL

Ein Pluspunkt im Vergleich zur DSL- oder VDSL-Technologie, den die Kabelnetz-Betreiber immer wieder hervorheben, ist die höhere Reichweite ihrer Infrastruktur. Die Distanz zwischen dem sogenannten Cable Modem Termination System (CMTS) und dem Kabel-Modem kann sich auf bis zu 160 Kilometer belaufen. Möglich wird diese Reichweite über das Zusammenspiel von Glasfaser- und Koaxialkabeln: Die Glasfaser übermittelt dabei Signale an zentrale Netzstellen oder auch tiefer in die Netzinfrastruktur, das Koaxialkabel indes verteilt die Signale weiter. Hierbei kann das Signal aktiv verstärkt werden.

Vier gebündelte Downstream-Kanäle mit einer Kanalbandbreite von 8 MHz und QAM-256 ermöglichen dann eine Datenübertragung mit bis zu 200 MBit/s. Bei acht gebündelten Downstream-Kanälen werden sogar bis zu 400 MBit/s erreicht. Auch solche EuroDOCSIS-3.0-fähigen Kabel-Modems, welche die Bündelung von acht Downstream-Kanälen und vier Upstream-Kanälen unterstützen, sind mittlerweile im Handel erhältlich. Ein entsprechendes Modem empfängt aufeinanderfolgend über vier Kanäle aufgeteilte Datenpakete, setzt diese dann in der richtigen Reihenfolge zusammen und übermittelt die Informationen an den Ethernet-Port. Vergleich Reichweite Kabel-Internet - DSLVergleich Reichweite Kabel-Internet - DSL

Das Problem: Weil das Kabelnetz ein so genanntes "Shared Medium" ist, können auch die Kabel-Internet-Anbieter nicht die tatsächlich verfügbaren Bandbreiten garantieren. Zum einen teilen sich möglicherweise mehrere Nutzer die Bandbreite an einem Kabel-Modem pro Haushalt. Zum anderen aber können auch die sogenannten Cluster, also die Bereiche ab dem Übergang von Glasfaser auf Koaxialkabel, zu groß gefasst sein. Buchen dann zu viele Kunden die Internetleitungen, so sind die Leitungen vor allem zu Stoßzeiten überlastet. Durch die Zuschaltung weiterer Kanäle ließe sich zwar weitere Kapazität in die Gebiete bringen, doch auch hier sind die Möglichkeiten endlich. Maximal üblich in Deutschland sind 24 gebündelte Kanäle, bei einem Datendurchsatz von netto 51,254 MBit/s pro Kanal sind das 1,23 GBit/s. Umfasst nun aber ein Cluster beispielsweise eine ganze Kleinstadt und 500 Kunden wollen gleichzeitig surfen, so bleiben für jeden Kunden rechnerisch nur noch etwas weniger als 2,5 MBit/s. Entsprechend müssen die Cluster mit steigender Kundendichte verkleinert (segmentiert) werden. In den Kabel-Anfangszeiten hatten Cluster nach Angaben aus Netzbetreiberkreisen eine Größe von 15 000 Haushalten.

Schnellere Datenraten mit neuem Standard

Technik Kabel InternetCable Modem Termination System (CMTS) Damit durch eine höhere Auslastung der Kanäle - aufgrund mehrerer parallel im Netz surfende Anwender - die Datenübertragungs­raten nicht spürbar abfallen, regelt das CMTS eine möglichst ausgewogene Lastverteilung. Wenn sich die Kapazität eines Kanals oder einer Kanalgruppe einem definierten Schwellenwert nähert, wechselt das Kabel-Modem auf einen anderen, weniger ausgelasteten Kanal.

Für größere Datenraten könnte auch eine Ausweitung des Frequenzbereichs im TV-Kabelnetz von 862 MHz auf 1 GHz sorgen. Bei der internationalen DOCSIS-3.0-Variante ist diese Erweiterung bereits vollzogen, bei EuroDOCSIS 3.0 indes unterblieb sie bisher und wird wohl auch nicht kommen. Stattdessen stehen die Netzbetreiber vor der Einführung eines neuen Standards, der parallel zu DOCSIS 3.0 laufen wird: DOCSIS 3.1. Hier sind dann Datenraten von mehreren Gigabit pro Sekunde möglich.

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