Kabelmodem

FRITZ! Box 6660 kabel, EuroDOCSIS-1.0 / 1.1 / 2.0 / 3.0 / 3.1 kabelanslutning
DOCSIS 3.0-kabelmodem, typ Motorola SURFboard SBV6120E

Ett kabelmodem (neutrala, flera kabelmodem ) är en enhet som överför data till slutkunden via kabel-tv-nätverk och används för bredbandsinternet via kabel-tv-anslutningar .

En direktanslutning från modem till dator var bara vanligt under de första tekniska åren; istället är en router och vanligtvis också en nätverksdistributör i form av en Ethernet- switch och / eller trådlös åtkomstpunkt integrerad i kabelmodemet . Sådana anordningar är kända som kabel routrar eller EMTA ( Embedded Multimedia Terminal Adapter ). En separat drivrutinsprogramvara för kabelmodemet är inte nödvändig, konfigurationen sker via ett webbgränssnitt.

Motstycket till kabelmodemet hos kabelnätoperatören kallas kabelmodemavslutningssystemet (CMTS) . En CMTS betjänar upp till 50 000 slutkunder, beroende på expansionsstadiet.

historia

De bredbands Wifi kabeltelevisionsnät, enligt hjälp av telefonlinjen insåg ADSL processen bredband teknik som används oftast. I slutet av 2006 fanns det cirka 57 miljoner internetåtkomstpunkter via kabelmodem i de 30 OECD- länderna (motsvarande en marknadsandel på nästan 30% av hela bredbandsmarknaden), drygt hälften av dem i USA. I Schweiz och Österrike fanns det ungefär 0,7 och 0,5 miljoner internetåtkomst via kabel med 2,1 respektive 1,4 miljoner bredbandsanslutningar.

Kabel-tv-nät var v. a. På 1980-talet var det endast avsett för analog sändningsdistribution , så omfattande och kostsamma renoveringsarbeten var nödvändiga för dubbelriktad dataöverföring via en returkanal . I slutet av september 2007 fanns det cirka en miljon internetanslutningar via kabel med 18 miljoner DSL-anslutningar i Tyskland . Idag moderniseras endast ett fåtal kabel-tv-nät. I stora bostadsområden kan det dock fortfarande hända idag att systemoperatören inte vill ha en dubbelriktad expansion för att undvika eventuella störningar i tv-mottagningen.

Nätverksarkitektur för internetåtkomst via kabel-tv-nätverket

egenskaper

DOCSIS-3.0-kabelgateway för den nya generationen med inbyggd DHCP- servertyp Cisco EPC 3208

Data som mottas av PC: n via USB- eller Ethernet- gränssnittet omvandlas i kabelmodemet till ett överföringsformat som är kompatibelt med kabelnätverket . Frekvensområdena för vissa kabel-TV-kanaler används uteslutande för dataöverföring. Anpassat till den trafikbelastning som är typisk för internetsurfning på Internet kan frekvensområdena användas på ett sådant sätt att mer överföringskapacitet är tillgänglig i abonnenternas riktning än i motsatt riktning. En optimal tilldelning av frekvenserna är också viktig eftersom kabelnätet har en trädtopologi . En kabel från huvudänden förgrenas på väg under gatorna och tjänar upp till flera hundra kabel-TV-kunder. Alla kabel-internetabonnenter som är anslutna till ett träd måste dela frekvensområdet reserverat för datatrafik. För moderna kabelnätverk existerar denna trädtopologi och därmed flaskhalsen för att dela den totala bandbredden endast den sista milen (som, till skillnad från telekommunikationsnätverket, regleras), eftersom signalen för alla anslutna subnät parallellt via fiberoptisk kabel nät från kabelhuvudet till den sista distributionsstationen (se även HFC ) kan transporteras.

Datakryptering enligt Data Encryption Standard med en nyckellängd på 56 bitar ( DOCSIS 1.0) eller 128 bitar (DOCSIS 1.1 / 2.0) är avsedd att garantera konfidentialiteten för data. DOCSIS 3.0 är nu tillgängligt från större kabelleverantörer. Det är således möjligt att ansluta frekvensband eller frekvenskanaler och uppnå väl över 100 Mbit / s.

Beroende på version kan kabelmodem uppnå en överföringshastighet på över 120  Mbit per sekund i båda riktningarna. Nätoperatörerna bestämmer själva de erbjudna hastigheterna utifrån tekniska och ekonomiska överväganden. De sträcker sig från ISDN- hastigheter upp till 450 Mbit per sekund till abonnenten och vanligtvis betydligt mindre i motsatt riktning.

Kabelnätoperatören tillhandahåller vanligtvis modemet till slutkunden. Eftersom kabelnätsoperatören för en lägenhet inte kan väljas fritt av hyresgästen, kan en kund inte fritt välja sin leverantör ("leverantör"). Så länge inga enhetliga standarder för åtkomst hade fastställts var det inte heller möjligt att använda ett modem som köpts oberoende av kabelnätoperatören för att uppnå Internetåtkomst via kabelnätet. Vissa kabelmodem med en inbyggd router kan växlas till så kallat bryggläge, där den inbyggda routern är avaktiverad. Vissa nätoperatörer tillåter nu användning av modem som du har köpt själv om modemet är certifierat för den använda DOCSIS-versionen. I Tyskland har detta tillstånd varit obligatoriskt för alla nätoperatörer sedan lagen om routerfri åtkomst trädde i kraft den 1 augusti 2016. I vilket fall som helst måste ditt eget modem vara registrerat hos nätoperatören för att tillåta åtkomst.

Kabelmodemet kan anslutas till valfri kabel-TV-anslutningspunkt i hemmet. Endast i vissa gamla kabelnätverk i hemmet kan det vara nödvändigt att ansluta kabelmodemet direkt till åtkomstpunkten (vanligtvis i källaren). Detta är fallet om gamla kabelförstärkare fortfarande är installerade i husdistributionen som inte fungerar dubbelriktat. Dessa kan bytas ut mot nya modeller för att kunna hantera kabelmodemet vid alla anslutningspunkter i huset.

Internetdata extraheras i själva kabelmodemet (se nedan). En separat frekvensdelare ( DSL-delare ) är därför inte nödvändig.

Som en telefonlösning används Voice over Cable en variant av IP-telefoni . För detta ändamål är vanligtvis en analog telefon ansluten till kabelmodemet. I Tyskland har kabelnätoperatörer också tillhandahållit kabelmodem med en S 0- buss för anslutning av ISDN-terminaler och telefonsystem sedan slutet av 2007 .

Alternativt kan en IP-dataström också användas för telefoni via nätverksanslutningen i enlighet med SIP- standarden.

Idag är kabelmodem vanligtvis anslutna till datorn via LAN- kablar, med en integrerad router med vanligtvis fyra Gigabit LAN-anslutningar och WLAN är vanliga alternativ i hemmet. Även om WLAN är tillgängligt har LAN-porten hittills inte disponerats så att enheten kan konfigureras även i händelse av ett fel eller fel på WLAN-modulen eller bara DHCP- servern. Om kabelmodemet inte har en inbyggd router kan en router anslutas mellan datorn och modemet, vilket möjliggör oberoende Internetåtkomst för flera datorer i LAN eller WLAN .

Tidigare, i stället för LAN, var det fortfarande vanligt att ansluta kabelmodemet till datorn via en USB- port. Detta krävde en speciell drivrutin för operativsystemet, som vanligtvis bara var tillgängligt för Microsoft Windows . Förutom begränsningen till Windows finns det också nackdelen att andra datorer i hemnätverket (LAN) endast har internetåtkomst om den dator som modemet är ansluten till är påslagen och konfigurerad för att vidarebefordra nätverksdata. Dessutom, på grund av den begränsade maximala kabellängden på USB, måste modemet inte vara för långt ifrån datorn.

Överföringsmetod

DOCSIS-standarden ( Data Over Cable Service Interface Specification ) utvecklad i USA har etablerat sig som den globala standarden för moduleringsmetoder och andra gränssnittsegenskaper . I Europa fanns konkurrerande förslag ( DVB-RCCL , DAVIC), men de kunde inte etablera sig på marknaden. De europeiska kabelnätverkens särdrag såsom frekvensplan och högre kanalbandbredd på åtta istället för sex megahertz beaktas i en bilaga till DOCSIS-standarden ( EuroDocsis). Det finns olika versioner av standarden (1.0, 1.1, 2.0, 3.0 och 3.1). Medan expansionen från DOCSIS 1.0 till 1.1 endast bestod av mjukvarujusteringar, innehåller DOCSIS 2.0 förbättrade procedurer för felkorrigering och multipel åtkomst (S- CDMA och A- TDMA ). Detta ökar den användbara datahastigheten igen, särskilt för returkanalen. Den senaste DOCSIS-standarden 3.1 från oktober 2013 stöder datahastigheter på upp till 10 Gbit / s i mottagningsriktningen ("nedströms") och 1 Gbit / s i sändningsriktningen ("uppströms").

Data för båda överföringsriktningarna moduleras på olika frekvensband för att möjliggöra dubbelriktad överföring. Högt integrerade kretsar med digitala signalprocessorer används för motsvarande digital signalbehandling.

På grund av kabeltelevisionsnätets trädstruktur används olika moduleringsmetoder i sändnings- och mottagningsriktningen. Kanaler över 450 MHz används i mottagningsriktningen. Med den komplexa kvadraturamplitudmoduleringen (QAM) moduleras de digitala signalerna på bärfrekvenserna .

Struktur och funktionalitet

Kabelmodemets funktionella princip

De viktigaste funktionella blocken för ett kabelmodem visas på bilden:

  • Den tunern ställer de frekvenser som skall användas för de utgående och returkanaler. Den diplexer vidarebefordrar de mottagande frekvenser till demodulatorn och infogar de signaler som kommer från modulatorn i kabelnätet. Den uppfyller således en funktion som uppfylldes av hybridkretsen inom klassisk analog telefonteknik .
  • Den demodulator alstrar en basbandssignal från bredbandssignalen, vilken avkodas för att korrigera fel i komponenten för Media Access Control . Uppgifterna behandlas i processorn på ett sådant sätt att de kan skickas till datorn via Ethernet eller USB-gränssnitt.
  • Den Modulatorn tar över dataströmmen som kommer från MAC-modulen och omvandlar den till bredbandssignalen som skall sändas.
  • Den MAC komponent ( Media Access Controller ) har en central funktion. Förutom kodning och avkodning av data styr den åtkomst till returkanalen för data som ska skickas. Han delar dessa uppgifter med
  • CPU, som också tar över enhetskontroll och datautbyte med datorn.

Radioanslutningsboxar och multimediaanslutningsboxar

En eftermonterad kabelanslutning med ett konventionellt antennuttag kräver en extra adapter (POA) med ett filter för bredbandsanslutning till internet

Kabelmodemet är anslutet till en kabelanslutning till kabel-TV: n via ett lämpligt antennuttag . Förutom de två IEC-uttagen för radio- och TV-apparater kan dessa kopplingsboxar ha ett tredje anslutningsalternativ för ett kabelmodem. Med dessa anslutningsuttag, även kända som MMD (multimediauttag) , kan störningar av störningssignaler i kabelnätverket via radio- och tv-anslutningsuttaget i överföringsdataströmmen, som vanligtvis ligger i frekvensområdet 5–65 MHz, reduceras avsevärt med filter.

Fel på kabelmodem

Överförings- och mottagningsnivån för kabelmodem är standardiserad. Frekventa orsaker till intermittent störning är fluktuerande, svaga eller alltför stora nivåer i kabelnätet eller störningar på grund av otillräcklig skärmning.

Ett kabelmodem, som också är aktivt vid störningar, gör det möjligt för leverantören att mäta nivån på returkanalen och signal-brusförhållandet upp till anslutningen till respektive kund.

Lämpliga TV-uttag bör installeras för säker och problemfri användning av ett kabelmodem. Användningen av högkvalitativt installationsmaterial och undvikande av ytterligare antennuttag , fördelare eller brytare upp till kabelmodemet kan bidra till att minska ytterligare störningskällor.

Om kabeltelevisionsnätets topografi kräver förstärkare måste dessa vara dubbelriktade (returkanal kapabla) för modemanslutningen.

Genom att använda ett extra kapacitivt mantelströmsfilter vid antenngången kan störningar från andra enheter som orsakas av så kallade brumslingor undvikas.

Med introduktionen av DVB-T2 i Tyskland ökade känsligheten för störningar på nedströms kanaler också på grund av den höga överföringseffekten hos DVB-T2-sändare och dålig skärmning, eftersom samma frekvenser vanligtvis används. Även med införandet av DOCSIS 3.1-standarder resulterade detta i OFMD- Downstreamkanälen via mobiltelefoner och sändningsstationer i samband med LTE- Mobfunkstandard till bestrålning eftersom samma frekvenser används också här. Strålnings leder till avbrott och instabilitet i driften av det modem .

Förutsättning för den inhemska infrastrukturen

BK internetinstallation i nätverket av Kabel BW med förklaringar av komponenterna

För att säkerställa internetåtkomst via kabel-tv-nätet måste distributionen av kabelanslutningen, som hittills mest använts enbart för TV och radio, i kundens hushåll utformas på ett lämpligt sätt eller vid behov bytas ut. Det är särskilt viktigt att på lämpligt sätt skärmade koaxialkablar och distributörer (exempelvis enligt den så kallade klass A-standard) såväl som förstärkare med returkanalkapacitet och de ovan nämnda multimedia hylsor används.

Dessutom (beroende på den regionala kabelleverantören) måste hela det lokala kabel-TV- systemet integreras i den inhemska potentialutjämningen för att kompensera för eventuella potentialskillnader mellan försörjningslinjen som kommer utifrån och inom huset.

Som regel får detta arbete endast utföras av certifierade eller specialutbildade tekniker, eftersom det annars finns risk för betydande störningar i kabel-tv-nätverket.

Tillverkare av kabelmodemhårdvara

litteratur

  • Mark E. Laubach, David J. Farber, Stephen D. Dukes: Leverera internetanslutningar via kabel. New York 2001, ISBN 0-471-38950-1

Individuella bevis

  1. ↑ Duden: Modem
  2. ↑ Distribution av bredbandsanslutningar i OECD-länderna
  3. ↑ Bryggläge med WLAN-modem UPC. Hämtad 29 oktober 2017 .

webb-länkar

Commons : Kabelmodem  - Samling av bilder, videor och ljudfiler