DOCSIS

DOCSIS ist ein technischer Standard, der definiert, wie Datensignale über dieselben Koaxialkabel übertragen werden, die Fernsehen in Haushalte und Unternehmen bringen. Er legt die elektrischen Eigenschaften, Modulationsverfahren und Protokolle fest, die notwendig sind, um Internetverkehr bidirektional auf einer Kabelinfrastruktur zu übertragen, die ursprünglich für die Einwegverteilung von Video ausgelegt war. Kabelbetreiber nutzen DOCSIS, um ihre vorhandene Netzwerk aus Leitungen, Verstärkern und Knoten in Breitband-Liefersysteme umzuwandeln, ohne dass neue Kabel zu einzelnen Gebäuden verlegt werden müssen.

Der Standard hat sich durch mehrere Hauptversionen weiterentwickelt. DOCSIS 1.0 und 1.1, die Ende der 1990er Jahre bereitgestellt wurden, lieferten Download-Geschwindigkeiten von etwa 30 bis 40 Mbps. DOCSIS 2.0 fügte Upstream-Kanalbündelung hinzu und erreichte etwa 100 Mbps Downstream. DOCSIS 3.0, 2006 eingeführt, ermöglichte Betreibern, mehrere Downstream- und Upstream-Kanäle zusammen zu bündeln und Gigabit-Geschwindigkeiten zu erreichen. DOCSIS 3.1, 2013 standardisiert, führte Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ein und trieb theoretische Maximalwerte über 10 Gbps. Jede Version behielt Rückwärtskompatibilität mit älteren Modems und Infrastruktur.

Wie es im Kabel funktioniert

Ein DOCSIS-System unterteilt das Kabelspektrum in Kanäle, typischerweise 6 MHz oder 8 MHz breit, je nach regionalem Standard. Downstream-Verkehr vom Headend nutzt Quadraturamplitudenmodulation (QAM) mit 64, 256 oder höheren Ordnungen, mit Kanalfrequenzen im Bereich von 300 MHz bis 860 MHz auf den meisten nordamerikanischen Systemen. Upstream-Signale von den Räumlichkeiten der Nutzer belegen niedrigere Frequenzen, typischerweise 5 MHz bis 65 MHz, und unterliegen strengeren Leistungs- und Rauschbeschränkungen, da sie gegen viele Hausanschlüsse und Verstärker wandern müssen. Ein Kabelmodem enthält Tuner für beide Richtungen und eine Medienzugriffskontrollschicht, die die Arbitration für die gemeinsam genutzte Upstream-Bandbreite unter allen Abonnenten auf einem bestimmten Knoten übernimmt.

Der DOCSIS-Standard wird von CableLabs verwaltet, dem Forschungskonsortium nordamerikanischer Kabelbetreiber, und über die Internationale Fernmeldeunion (ITU) veröffentlicht. Gerätehersteller bauen Modems, Router und Headend-Systeme nach der Spezifikation, so dass ein Subscriber-Modem eines beliebigen Herstellers sich in jedem beliebigen Netz eines Betreibers anmelden kann. Diese Interoperabilität ist grundlegend für wettbewerbsfähige Modem-Einzelhandelsmärkte und für die Möglichkeit der Kabelindustrie, Upgrades inkrementell über verschiedene Konfigurationen der Anlage hinweg bereitzustellen.

Häufige Fehlerpunkte sind Signaleintritt, bei dem Interferenzen durch korrodierte Stecker oder beschädigte Kabelschirmung in das System eindringen und Upstream-Übertragungen beschädigen; stehende Wellen, verursacht durch Impedanzfehlanpassungen in schlecht gewarteten Speiserleitungen; und Knotenüberlastung, wenn zu viele Abonnenten gleichzeitig schwere Downloads auf Kanälen mit begrenzter Kapazität versuchen. Moderne DOCSIS 3.0 und 3.1 Headends enthalten detaillierte Protokollierung und Fehlererkennung, um diese Probleme durch Überwachung von Signalpegeln, Modulationsfehlern und Kanalauslastung im gesamten Netz zu identifizieren.