Cable Modem Termination System
Abkürzung: CMTS
Einordnung
Ein CMTS steht am Übergang zwischen dem IP-Backbone eines Kabelnetzbetreibers und dem Hybrid-Fiber-Coax-Zugangsnetz (HFC). Es terminiert die DOCSIS-Verbindungen aller angeschlossenen Kabelmodems: Auf der Netzseite spricht es IP über Ethernet, auf der Kabelseite erzeugt und empfängt es die modulierten HF-Signale. Die Kommunikation zwischen CMTS und Kabelmodem regelt die DOCSIS-Spezifikation (Data Over Cable Service Interface Specification) von CableLabs, in Europa historisch als EuroDOCSIS mit 8-MHz-Kanalraster statt der amerikanischen 6 MHz.
DOCSIS als technische Grundlage
| Version | Jahr | Wesentliche Merkmale |
|---|---|---|
| 1.0 | 1997 | Ein Downstream-Kanal, ca. 38 Mbit/s netto (6 MHz, 256-QAM); EuroDOCSIS ca. 50 Mbit/s (8 MHz) |
| 1.1 | 1999 | QoS und Paketklassifizierung, Grundlage für Kabeltelefonie |
| 2.0 | 2001 | Upstream mit A-TDMA und S-CDMA, bis ca. 30 Mbit/s je Kanal |
| 3.0 | 2006 | Channel Bonding, IPv6, AES-128 |
| 3.1 | 2013 | OFDM/OFDMA, bis 4096-QAM, bis 10 Gbit/s Downstream und 1,5 Gbit/s Upstream |
| 4.0 | 2020 | FDX und Extended Spectrum, bis 10 Gbit/s Downstream und 6 Gbit/s Upstream |
DOCSIS 3.1 löste die starren Einzelkanäle durch OFDM-Blöcke mit bis zu 192 MHz Bandbreite im Downstream und OFDMA-Blöcke mit bis zu 96 MHz im Upstream ab. Die Frequenzgrenze des Downstream liegt bei DOCSIS 3.1 bei 1218 MHz, DOCSIS 4.0 erweitert sie auf 1794 MHz. Für den Upstream existieren mehrere Split-Varianten: Low-Split bis 65 MHz (Europa), Mid-Split bis 85 MHz, High-Split bis 204 MHz und mit DOCSIS 4.0 Ultra-High-Split bis 684 MHz.
Aufgaben des CMTS
Modulation und Demodulation. Das CMTS wandelt IP-Pakete in QAM- bzw. OFDM-Signale für den Downstream und demoduliert die Upstream-Signale der Modems.
Medienzugriff im Upstream. Der Upstream ist ein geteiltes Medium. Das CMTS vergibt Sendegelegenheiten zentral über MAP-Nachrichten; ein Modem sendet ausschließlich in zugewiesenen Zeitfenstern. Bandbreitenanforderungen laufen über Request-Slots und den Scheduler des CMTS.
Provisionierung und Verwaltung. Beim Start bezieht ein Modem über das CMTS per DHCP seine IP-Adresse und lädt per TFTP eine Konfigurationsdatei, die Service Flows und Bandbreitenprofile festlegt. Die Überwachung im Betrieb erfolgt über SNMP.
Quality of Service. Das CMTS setzt die in der Konfigurationsdatei definierten Service Flows durch: Maximalraten, garantierte Raten, Priorisierung, seit DOCSIS 3.1 auch Low Latency DOCSIS (LLD) mit getrennten Queues für latenzkritischen Verkehr.
Sicherheit. Über BPI+ authentifiziert das CMTS Modems anhand werkseitig hinterlegter X.509-Zertifikate und verschlüsselt den Verkehr auf der Kabelstrecke, seit DOCSIS 3.0 mit AES-128.
IP-Dienste. Das CMTS arbeitet als Router oder Layer-3-Aggregationspunkt Richtung Backbone und als DHCP-Relay für die Modem- und CPE-Provisionierung.
Von I-CMTS zu CCAP
Frühe CMTS-Generationen waren integrierte Systeme (I-CMTS) mit fest verbauten Downstream- und Upstream-Ports in der Kopfstelle, etwa die Cisco-uBR-Serie oder das Arris C4. Mit wachsendem Bandbreitenbedarf folgten modulare Chassis-Plattformen mit hoher Portdichte und Redundanz.
Diese Gerätegeneration wird als CCAP bezeichnet (Converged Cable Access Platform), weil sie DOCSIS-Daten und digitale Video-QAM-Kanäle (Edge-QAM) auf einer Plattform zusammenführt. Verbreitete Vertreter sind das Arris/CommScope E6000 Converged Edge Router und die Cisco cBR-8. Beide stehen zentral in der Kopfstelle und speisen über analoge Optik die Fiber Nodes, von denen aus Koaxialkabel zu den Kunden führt.
Distributed Access Architecture
Die analoge optische Übertragung zwischen Kopfstelle und Fiber Node begrenzt die Signalqualität und damit die nutzbare Modulationsstufe. Die Distributed Access Architecture (DAA) verlagert deshalb Funktionen des CMTS in den Knoten.
Bei Remote PHY (R-PHY) wandert die physikalische Schicht in ein Remote PHY Device (RPD) im optischen Knoten. Die Strecke von der Kopfstelle zum Knoten wird digital über 10-Gigabit-Ethernet gefahren; die HF-Erzeugung findet erst wenige hundert Meter vor dem Kunden statt. Das verbessert den Signal-Rausch-Abstand und macht höhere QAM-Stufen nutzbar. Der verbleibende zentrale Teil heißt CCAP Core.
Bei Remote MACPHY (R-MACPHY) übernimmt der Knoten zusätzlich die MAC-Schicht einschließlich Scheduling; zentral verbleiben Steuerung und Management.
Der CCAP Core selbst muss keine dedizierte Hardware mehr sein. Beim virtualisierten CMTS (vCMTS bzw. vCCAP) läuft die Software auf x86-Standardservern im Rechenzentrum und steuert die RPDs im Feld. Skalierung erfolgt durch zusätzliche Serverinstanzen, Updates durch Software-Rollouts statt Hardwaretausch.
Hersteller und Marktkonsolidierung
CommScope übernahm Arris 2019 und führt dessen E6000-Plattform sowie Remote-PHY-Produkte weiter. Harmonic bietet mit CableOS ein vCMTS samt eigener RPD-Familie an und beliefert unter anderem Comcast und Vodafone.
Der übrige Markt hat sich seit 2020 auf wenige Anbieter verdichtet. Vecima Networks kaufte 2020 die Kabelzugangssparte von Nokia (die frühere Gainspeed-Produktlinie) und übernahm 2024 für 20 Millionen US-Dollar das Kabelgeschäft von Casa Systems, nachdem Casa im April 2024 Gläubigerschutz nach Chapter 11 beantragt hatte. Damit liegen die C100G-Plattform und Casas DAA-Produkte bei Vecima, das selbst Remote-PHY- und Remote-MACPHY-Knoten der Entra-Serie fertigt.
Einsatz bei Vodafone Deutschland
Vodafone Deutschland betreibt das aus Kabel Deutschland und Unitymedia zusammengeführte Kabelnetz, mit über 25 Millionen erreichbaren Haushalten das größte in Europa. Für den flächendeckenden Gigabit-Ausbau auf DOCSIS-3.1-Basis wählte Vodafone im Juli 2020 die CableOS-Plattform von Harmonic: vCMTS-Software, Remote-PHY-Devices und das Cloud-Management CableOS Central. Das Netz wird damit schrittweise von zentralen CCAP-Chassis auf eine verteilte, virtualisierte Architektur umgebaut. Den Umfang des Geschäfts zeigt Harmonics eigene Umsatzverteilung: Im ersten Quartal 2020 stand Vodafone für 12 Prozent des Harmonic-Konzernumsatzes, knapp hinter Comcast mit 17 Prozent.
DOCSIS 4.0
CableLabs veröffentlichte die DOCSIS-4.0-Spezifikation im März 2020. Sie definiert zwei Wege zu symmetrischen Multi-Gigabit-Diensten über bestehendes Koaxialkabel:
Full Duplex DOCSIS (FDX) nutzt denselben Frequenzbereich gleichzeitig für Down- und Upstream; Echokompensation im CMTS bzw. RPD und im Modem trennt die Richtungen. Die FDX-Anforderungen wurden im August 2019 aus DOCSIS 3.1 in die 4.0-Spezifikation überführt.
Extended Spectrum DOCSIS (ESD) behält die Frequenztrennung bei und erweitert das Spektrum auf 1794 MHz im Downstream und bis 684 MHz im Upstream.
Beide Varianten erfordern neue Remote-PHY- bzw. Knotenhardware, neue Verstärker im Koaxnetz und neue Modems. Comcast startete den ersten kommerziellen DOCSIS-4.0-Betrieb im September 2024 in ausgewählten US-Metropolregionen.