DOCSIS 3.1

Actualmente, las operadoras de televisión por cable se encuentran con el nuevo desafío de la migración a DOCSIS 3.1 ¿Por qué? La demanda de ancho de banda nunca vista, junto con una dura competencia de participantes emergentes.

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  • ¿Qué es DOCSIS 3.1?

    La tecnología DOCSIS 3.1 es la versión actual del estándar de telecomunicaciones conocido como DOCSIS, del inglés Data Over Cable Service Interface Specification (especificación de interfaz para servicios de datos por cable). Este estándar regula la adición de servicios de Internet y de transferencia de datos de gran ancho de banda y alta velocidad a líneas de cable coaxial existentes que se emplean junto con un módem de cable.

    Este estándar, desarrollado originalmente por CableLabs en 1998, ha ido experimentando diversas revisiones y un crecimiento exponencial de la velocidad del servicio en los años posteriores.

  • Evolución de DOCSIS 3.1

    Los verdaderos orígenes de la tecnología DOCSIS 3.1 se remontan a los primeros operadores de televisión por cable a finales de la década de los 40 y principios de la década de los 50. Sus redes se habían concebido para suministrar una recepción televisiva básica a los consumidores, que podían encontrarse demasiado lejos para recibir una señal adecuada con una antena personal. A medida que evolucionaron en las décadas siguientes la tecnología basada en satélites, la propagación de los canales y la alta definición, el servicio de televisión por cable coaxial se consolidó en la infraestructura mundial.

    La proliferación de la televisión por cable coincidió con la llegada de Internet a mediados de los 90. La primera tecnología de Internet empleaba módems de marcado telefónico que tenían el inconveniente de inutilizar las líneas telefónicas fijas mientras se permanecía conectado, además de ofrecer velocidades de unos 56 Kbps. Las líneas de suscripción digital (DSL) supusieron un paso adelante incremental, al mejorar la velocidad y no depender de las líneas fijas existentes.

    A pesar de las mejoras, la línea DSL seguía dependiendo de una arquitectura cableada telefónica de par trenzado. A finales de los 90, se reconoció el potencial de nuestra red coaxial existente como el nuevo camino lógico para Internet, y el estándar DOCSIS proporcionó una especificación común para hacer que los módems de cable fuesen interoperables.

    Mientras que la versión original de DOCSIS —la versión 1.0— presumía de velocidades de solo 40 Mbps de bajada y 10 Mbps de subida, representaba una mejora diez veces mayor con respecto a la línea DSL. La dirección de cara al futuro estaba clara. Aunque el estándar DOCSIS 2.0 no mejoró en términos de velocidad de bajada, la velocidad de subida se triplicó hasta 30 Mbps. El lanzamiento del estándar DOCSIS 3.0 en 2006 constituyó otro avance gigantesco. La tecnología de entrelazado de canales aportó el impulso tan esperado para las velocidades de bajada, de modo que se alcanzó la impresionante cifra de 1 Gbps, mientras que las velocidades de subida se acercaron a 30 Mbps. La transmisión de vídeo, las redes sociales y la creciente adopción por parte de los usuarios continuaron trascendiendo los límites. Para responder a esta creciente demanda, el estándar DOCSIS 3.1 ha pasado al siguiente nivel.

  • Especificación DOCSIS 3.1

    La versión más reciente —DOCSIS 3.1— se ha superado a sí misma una vez más con velocidades de bajada de hasta 10 Gbps y velocidades de subida de hasta 2 Gbps. Unas velocidades de este calibre solo habían sido posible anteriormente con la tecnología de fibra óptica, por lo que este avance de la mano de la tecnología DOCSIS 3.1 ha proporcionado a los proveedores de servicios una gran flexibilidad a la hora de mantener los cableados coaxiales existentes de las conexiones domésticas sin que ello afecte al rendimiento de forma significativa.
    En la especificación DOCSIS 3.1, se han incorporado diversos avances para que el cable sea un elemento viable en el campo de la velocidad ultrarrápida. Las mejoras que aporta el estándar DOCSIS 3.1 merecen un análisis más profundo de los componentes básicos de la tecnología DOCSIS, así como de las oportunidades de mejora de velocidad, ancho de banda y confiabilidad que han generado.

    Capa física
    La capa física (PHY), como su propio nombre indica, hace referencia a los elementos de hardware visibles del sistema, incluidos el equipo y el cableado, así como las frecuencias empleadas para la transmisión. Con portadoras dentro de un intervalo de 25 a 50 kHz, miles de señales pueden ocupar ahora el mismo cable que en otros tiempos tenía cabida para una sola conexión de televisión. Estas señales toman la forma de subportadoras y diseminan la señal en elementos discretos que el receptor vuelve a combinar posteriormente, de modo que se optimiza la densidad y la capacidad.

    OFDM
    Para poner en marcha estas pequeñas portadoras, era necesaria una tecnología mejorada que minimizase o eliminase las bandas de protección o los espacios entre las señales. En el caso del estándar DOCSIS 3.1, esto se ha conseguido mediante la multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM). Esta tecnología recupera el concepto existente de entrelazado de canales, que se aplicó por primera vez en el estándar DOCSIS 3.0, y lo toma como base por medio del principio de la ortogonalidad matemática. Básicamente, las señales de las subportadoras ubicadas lado a lado se transmiten de forma ortogonal de una a otra, lo que permite que el receptor demodule de forma precisa las señales individuales. Este concepto es equivalente gráficamente al punto más alto de una onda alineado con el punto más bajo de otra onda adyacente de la misma frecuencia.

    Corrección de errores de envío
    Corrección de errores de envío (FEC) es una técnica mediante la que un receptor puede detectar errores en señales redundantes y, a continuación, corregirlos sin retransmisiones. Una característica nueva del estándar DOCSIS 3.1 es un método de FEC conocido como comprobación de paridad de baja densidad (LDPC). Aunque la FEC ya estaba presente en las versiones anteriores de la tecnología DOCSIS, las mejoras realizadas en la codificación han propiciado errores de codeword LDPC corregibles prácticamente al 100 %. A su vez, esta mejora ha derivado en una mayor resistencia al ruido y un nivel superior de modulación.

    DOCSIS 3.1: rango de frecuencia
    El rango de frecuencias del estándar DOCSIS 3.1 se ha ampliado en fases. Este amplio rango general es un aspecto importante a la hora de conseguir unas velocidades de subida y bajada extraordinarias. El rango de frecuencias 3.1 actual abarca de 5 MHz a 1218 MHz, con un límite superior que alcanza los 1794 MHz para el estándar Full-Duplex DOCSIS 3.1. El límite superior de frecuencias para DOCSIS 3.0 es un poco más bajo, con 1002 MHz. Los anchos de banda de canal dentro del espectro 3.1 pueden llegar hasta a 96 MHz de subida y 192 MHz de bajada.

  • DOCSIS 3.0 vs 3.1

    Cuando el estándar DOCSIS 3.0 se lanzó en 2006, la mejora con respecto a la versión DOCSIS 2.0 era significativa y a la vez oportuna. Entonces, tanto la cantidad de usuarios como el ancho de banda necesario de las aplicaciones habían aumentado considerablemente. El estándar DOCSIS 3.0 abordó estos problemas con una mejora significativa de las velocidades de subida y bajada, así como de la compatibilidad con las direcciones IPv6. Este último aspecto era especialmente importante en cuanto a la creciente población de usuarios, ya que el volumen de direcciones que el estándar IPv4 era capaz de admitir estaba llegando a su límite.

    Quizás la característica más innovadora y exclusiva de la versión DOCSIS 3.0, ahora incluso aún más aprovechada con la versión DOCSIS 3.1, era el uso del entrelazado de canales. Esto permitió que los módems de cable pudiesen combinar varios canales de modulación de amplitud en cuadratura (QAM) en grupos, tanto para enviar como para recibir datos. La tecnología DOCSIS 3.0 entrelazaba varios canales de 6 MHz, de modo que se multiplicaba proporcionalmente la velocidad y el ancho de banda.

    Las mejoras de cada una de las nuevas versiones de DOCSIS son realmente excepcionales si se tiene en cuenta que el cable físico básico no ha cambiado con el paso del tiempo. Mientras que el entrelazado de canales hizo que el estándar DOCSIS 3.0 fuese revolucionario, la versión DOCSIS 3.1 marca ahora la diferencia gracias al uso innovador de la OFDM.
    Al emplear este concepto como elemento fundamental, los canales de 6 MHz se han sustituido por canales de 25 o 50 kHz que se pueden empaquetar de una forma incluso más densa. La mejora de la gestión de la energía es otro cambio integrado en el estándar DOCSIS 3.1 que quizá se conoce algo menos. Los módems utilizan ahora un modo de suspensión, lo que permite periodos de desactivación inteligentemente programados para mejorar la eficacia.

  • DOCSIS 3.1 vs fibra

    Antes de la tecnología DOCSIS 3.1, la fibra hasta el hogar (FTTH) era la única opción disponible para los consumidores que demandaban las velocidades de transmisión de datos más altas. A medida que las redes de fibra siguieron extendiéndose entre el origen y el usuario, la base de instalación de fibra y, por último, la eliminación del cable coaxial en favor de la fibra parecían un resultado inevitable. La especificación DOCSIS 3.1 ha permitido una continua viabilidad de las conexiones coaxiales tradicionales hasta el hogar en un entorno en el que la alta velocidad se ha convertido en un requisito.
    La arquitectura dominante para la mayoría de estas redes es de tipo coaxial de fibra híbrida (HFC). Esto significa simplemente que se despliega fibra hasta los vecindarios y el cableado coaxial continúa en el último tramo entre el nodo de fibra y el usuario. En cambio, cuando se utiliza FTTH, ya no son necesarias las transiciones de cable coaxial a fibra óptica.

    Mientras que tanto la instalación de FTTH como las actualizaciones de DOCSIS 3.1 requieren una inversión considerable, ambas opciones proporcionan un rendimiento excepcional. El equilibrio correcto entre fibra y cable dependerá de las condiciones y la antigüedad del cableado coaxial existente y de los requisitos de ancho de banda de los usuarios, además de las consideraciones en términos de costo. El tamaño reducido y la versatilidad de la fibra óptica pueden facilitar el suministro de las redes coaxiales DOCSIS 3.1 con una eficacia máxima.

  • Full Duplex DOCSIS 3.1

    El estándar Full-Duplex DOCSIS 3.1 continúa la evolución y presume de un servicio simétrico con respecto a las redes de cable. Esto se traduce en una transmisión simultánea de 10 Gbps tanto de subida como de bajada en el mismo espectro. En el caso de las versiones anteriores de la tecnología DOCSIS, la parte inferior del espectro se había centrado en la subida, mientras que la parte superior se había dedicado a la bajada. El uso compartido del espectro del estándar Full-Duplex se consigue por medio de la cancelación de las interferencias propias y una programación inteligente.
    El aumento de la capacidad de subida es el verdadero adelanto que aporta el estándar Full-Duplex. Mientras que la especificación DOCSIS 3.1 ha estado a la altura de la demanda de los usuarios en el uso de transmisiones, juegos y otras aplicaciones que requieren un gran ancho de banda, la siguiente hornada de avances, con una base de usuarios emergente, exigirá una capacidad de subida similar a la de la fibra óptica.

    Con el desarrollo del estándar Full-Duplex, el futuro de la especificación DOCSIS parece asegurado en los años venideros. De hecho, los expertos en telecomunicaciones insinúan que el estándar DOCSIS 4.0, una vez completado, podría alcanzar velocidades de bajada de hasta 60 Gbps, seis veces más que el estándar DOCSIS 3.1, al utilizar hasta 6 GHz del espectro de cable disponible. Con estas increíbles mejoras al frente, las ventajas de la tecnología DOCSIS seguirán siendo ilimitadas durante la próxima década.

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