Internet per Kabel: So kommt Gigabit-Internet aus dem TV-Kabel

Deutschlandweit wurde viele Jahre für die Internetübertragung per Kabel ausschließlich der Standard DOCSIS 3.0 – genauer EuroDOCSIS 3.0 – verwendet. DOCSIS 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. Je nach Größe dieses Clusters können es einige hundert oder noch mehr Haushalte sein. Deswegen kommt es auch an besonders großen Clustern mit vielen Internetkunden abends zu Überlastungen – das Phänomen des Shared Medium. Inzwischen kommt mit DOCSIS 3.1 ein Nachfolgestandard zum Einsatz, der deutlich mehr leistet. Aber auch bei ihm kann es zu Überlastungen kommen.

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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. Es ist 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 explizit zugeteilt. Vielmehr gibt es eine dynamische Verteilung der Last auf alle vorhandenen Kanäle, allerdings auch von allen Kunden.

Bei einem schlechten Netzausbau konnte es daher sein, dass ein Kunde in seinem Haushalt beispielsweise nur sechs Kanäle empfangen konnte – also 300 MBit/s. Zur Erinnerung: Das ist die Bandbreite des gesamten Clusters. Diese Datenrate bekommt daher nicht ein Kunde exklusiv. Er muss sie mit allen Kunden in seinem Netzsegment teilen. Vermarktet der Anbieter nun aber Anschlüsse mit 100 oder 200 MBit/s und versorgt pro Netzsegment 100 Kunden, reicht das bei Weitem nicht aus, um alle Kunden mit der gebuchten Datenrate zu versorgen. Die Netzbetreiber sind daher bemüht, nicht nur die Segmente zu verkleinern (Segmentierung), sondern auch mehrere Datenkanäle anzubieten.

In einem TV-Kabel-Netz sind bis zu 32 DOCSIS-Kanäle möglich. Üblich sind bis zu 24 Kanäle. Bei 50 Mbit/s pro Kanal bringt es das Kabelnetz damit auf eine Gesamtkapazität von etwas mehr als 1,2 GBit/s. Allerdings sind diese 24 Kanäle nur nutzbar, wenn das Modem des Kunden 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. Auf den rechten acht Spuren dürfen alle Autos fahren. Es ist entsprechend eng dort. Nur wer alle 24 Spuren nutzen kann, kommt entsprechend schneller voran und kann häufiger die Spur wechseln.

Die Qualität des Kabelnetzes bemisst sich am Cluster

Für den Upload waren übrigens lange Zeit 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. Erst, wenn DOCSIS 3.1 auch im Upstream eingesetzt wird und mehr Frequenzen bereitstehen, kann das anders werden. Technisch denkbar wären 1 bis 2 GBit/s pro Cluster. Vodafone ist heute bei maximal 75 Mbit/s pro Kunde – und ist damit der schnellste Kabelnetzanbieter in Deutschland.

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 Verstärkerpunkt für den 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 besser ist die Datenrate für jeden einzelnen Kunden. 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 sind theoretisch kein Problem. Langsam werden die Leitungen nur durch die Anzahl der Kunden.

Zeitenwende: Internet wird die Haupt-Aufgabe des Kabels

Die TV-Übertragung ist bei Kabelnetzen fast nur noch schmückendes Beiwerk. Die analogen Sender sind längst abgeschaltet. Damit haben die Netzbetreiber weitere Kapazität für Datenübertragungen, also Kabel-Internet. Gleichzeitig wurde 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 einen neuen Router.

DOCSIS 3.1 vs. DOCSIS 3.0: Das Gigabit wird möglich

Nur mit der Abschaltung analoger Kanäle beim Kabel-TV hatte man noch keinen neuen Standard. Daher gibt es noch weitere Stellschrauben. Beispielsweise zusätzliche Frequenzen. 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 haben sich die Kabelanbieter vorerst auf Frequenzen bis 1218 MHz beschränkt. Bis dato kamen Frequenzen bis 862 MHz zum Einsatz.

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 Modulation 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 – sogar 10 GBit/s möglich sein. Das wäre dann DOCSIS 4.0. Mit einer deutschlandweiten Verbreitung von DOCSIS 4.0 wird aber nicht mehr gerechnet.

Unitymedia – inzwischen von Vodafone übernommen – war der erste Anbieter mit diesem DOCSIS-3.1-Standard, Vodafone selbst hat kurz danach nachgezogen. Damals gehörte nur das ehemalige Kabel-Deutschland-Gebiet zu Vodafone. Inzwischen sind die beiden Unternehmen zu einem Anbieter fusioniert. Vodafone könnte nach eigenen Angaben mehr als 24 Millionen Haushalte mit 1 GBit/s versorgen.