DOCSIS 3.1

今日、ケーブル事業者にはDOCSIS 3.1を早急に導入して立ち上げ、稼働させる重圧がかかっています。その原因は、かってないほどの顧客からの帯域幅要求、そして新興企業参入による競争の激化にあります。

VIAVIはDOCSIS 3.1®テクノロジーの導入とメンテナンスを確実に成功にさせるための性能分析とトラブルシューティングソリューションを提供します。例えばOneExpert™ CATVハンドヘルドテスターは画期的なStrataSync™アプリケーションによってクラウドに対応し、完全なフルフィルメントおよびサービステストを提供することで、DOCSIS 3.1導入をエンドツーエンドでカバーします。

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  • DOCSIS 3.1 とは?

    DOCSIS 3.1 は、DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification)という通信規格の現在のイテレーションです。この規格は、高速・高帯域幅のデータ転送およびインターネットサービスのケーブルモデムを通しての既存の同軸ケーブル線への追加を規制するものです。

    原版が 1998 年に CableLabs により策定されたこの規格は、複数の改訂を経て、その後毎年サービススピードの面で急成長を見せました。

  • DOCSIS 3.1 の革新

    DOCSIS 3.1 の真の起源は、1940 年代の後期から1950 年代の初期の最初のケーブルテレビ事業者にさかのぼります。これらのネットワークは、遠隔地すぎて個人アンテナの使用では十分なシグナルを受信できない消費者に基本的なテレビ受信を提供するためのものでした。続く数十年のサテライトテクノロジー、チャンネルの普及、およびハイデフィニションの進化により、同軸ケーブルテレビサービスは世界のインフラストラクチャにハードワイヤードされることになりました。

    このケーブルテレビの普及は、1990 年中期のインターネットの到来と時を同じくしています。早期のインターネットテクノロジーは、ダイヤルアップモデムを使用しており、オンライン中は電話回線を使用できず、通信速度は 56Kbps 程度でした。進化の次のステップであったデジタル加入者線 (DSL) は、通信速度が改善され、既存の固定回線に依存しないという利点をもたらしました。

    これらの改善にもかかわらず、DSL は依然としてツイストペア電話回線アーキテクチャに依存していました。1990 年代の後期までには、既存の同軸ネットワークを新しく論理的なインターネットパスウェイとする可能性が認識され、DOCSIS 規格がケーブルモデムを相互接続するための共通仕様を提供するに至りました。

    オリジナルの DOCSIS バージョン 1.0 は下り 40Mbps および上り 10Mbps の通信速度に過ぎなかったものの、これは DSL に比較すると 10 倍もの改善となっています。将来への進路が明らかになる。DOCSIS 2.0 では、下り速度は改善されなかったものの、上り速度は 3 倍の 30Mbps に達しました。2006 年の DOCSIS 3.0 のリリースはもう一つの大きな進展を見せておりチャンネルボンディングテクノロジーにより、長年待ち望まれていた下り速度の増加が達成され、驚くべき 1Gbps に到達、一方上り速度は 30Mbps に近づきました。ビデオストリーミング、ソーシャルメディアおよびユーザーの受け入れの増加が継続し、限界を押し広げることとなりました。この急増する需要を満たすために、DOCSIS 3.1 はこの基礎的なテクノロジーを次のレベルに押し上げました。

  • DOCSIS 3.1 の仕様

    最新のイテレーション DOCSIS 3.1はさらにレベルを引き上げ、下り速度が 10Gbpsで上り速度が 2Gbps までという向上を見せました。この範囲の速度はそれまでには光ファイバーテクノロジーを使用してのみ可能であったため、DOCSIS 3.1 テクノロジーによるこのブレークスルーは、宅内接続に使用されている同軸ケーブルを維持しても性能が大きく影響されることがないという柔軟性をサービスプロバイダにもたらすことになりました。
    DOCSIS 3.1 の複数の先進機能により、ケーブルが超高速領域でも妥当なプレイヤーとしてとどまれることとなりました。DOCSIS 3.1 でのこの改善により、DOCSIS の基本コンポーネントをより詳細に吟味し、速度、帯域幅、および信頼性をその中で最適化するに値することになりました。

    物理層
    物理層 (PHY) はその名が示すとおり、機器、配線、伝送に使用される周波数など、目に見えるハードウェア要素を指します。25~50kHzの搬送波を使用することで、数千もの信号がかつて単一のテレビ接続を収容していた同一ケーブル内を占めることができるようになりました。これらの信号は副搬送波の形を取り、信号を個別要素に分解し、後で受信機によって再結合されるようにすることで、密度と処理量を最適化します。

    OFDM
    狭い搬送波を使用するためには、ガードバンドや信号間のスペースを最小化または排除することが必要です。DOCSIS 3.1 では、これは直交周波数分割多重方式(OFDM)によって達成されました。この方式では、最初に DOCSIS 3.0 で見られた既存のチャンネルボンドの概念を使用して、数学的な直交という原理の上に構築します。根本的には、横にピッタリつけて並べた副搬送波信号を直交的に交互に伝送することで、受信機が個々の信号を正確に復調できるようにします。この概念は、図的には 1 つの波のピークを隣接する同一周波数の波の低ポイントに揃えることと同等です。

    前方誤り訂正
    前方誤り訂正 (FEC) は、受信機が重複信号のエラーを検知して再送信する必要なく訂正できるようにする手法です。DOCSIS 3.1 の新機能の一つに、低密度パリティ検査 (LDPC) として知られる FEC 方式があります。FEC は DOCSIS の旧バージョンにもありましたが、エンコーディングの改善により LDPC コードエラーをほぼ 100% 訂正可能となりました。この改善により、ノイズ回復力が増し、より高いレベルの変調が可能となりました。

    DOCSIS 3.1 の周波数範囲
    DOCSIS 3.1 の周波数範囲は段階的に拡張されてきました。この広い範囲全体は、上りと下りの超高速を達成する上で重要な要素の一つです。現在の 3.1 の周波数範囲は 5~1218MHz で、全二重 DOCSIS 3.1 では上限が 1794MHz に達します。DOCSIS 3.0 の周波数上限は多少低く 1002MHz でした。3.1 スペクトル以内のチャンネル帯域幅は上りが 96MHz、下りが 192MHz に達し得ます。

  • DOCSIS 3.0 と 3.1 の違い

    2006 年にリリースされた DOCSIS 3.0 の DOCSIS 2.0 からの改善は顕著かつタイムリーなものでした。今回のリリースまでには、アプリケーションのユーザー数と必要な帯域幅は共に相当な増加が見られています。DOCSIS 3.0 は上りと下り両方の著しい速度の向上と IPv6によってそれらの懸念に対処しました。IPv4 でサポートされていたアドレス数が限界に達しつつあったため、ユーザー人口の増加の面で後者は特に著しいものでした。

    DOCSIS 3.0 の最も革新的で比類のない特徴であり、DOCSIS 3.1 でさらに利用が進んだのは、チャンネルボンディングだと言えましょう。これにより、ケーブルモデムがデータの送信と受信両方で複数 直角位相振幅変調 (QAM) チャンネルを組み合わせてグループにできるようになりました。DOCSIS 3.0 テクノロジーは複数の 6MHz チャンネルをボンディングすることで、速度と帯域幅を比例的に増加させました。

    新しい DOCSIS レビジョンごとの改善は、根本的な物理ケーブルが経時的に不変のままであったことを考慮すると真に注目に値します。DOCSIS 3.0 はチャンネルボンディングにより革新的なものになりましたが、DOCSIS 3.1 は今では OFDM の革新的な使用により著名になっています。
    この概念を基盤として、6MHz チャンネルがより一層高い密度でパックできる 25 または50kHz チャンネルで置き換えられました。エネルギー管理の改善は DOCSIS 3.1 に含まれているもう一つの改善ですが、あまり知られていません。モデムはスリープモードを使用するようになり、これによってシャットオフ時間をインテリジェントに決めることで効率が改善されました。

  • DOCSIS 3.1 と光ファイバーの違い

    DOCSIS 3.1 以前は、ファイバー・トゥ・ザ・ホーム (FTTH)が最高次のデータ伝送速度を求める消費者にとって唯一のオプションでした。光ファイバーネットワークがソースとユーザー間で普及するに連れて、光ファイバーの敷設ベースと究極的には光ファイバーによる同軸ケーブルの置き換えがわかりきった結論と思われていました。DOCSIS 3.1 は、高速が必要となった環境での家庭への従来的な同軸接続の継続的な妥当性がもたらされました。
    これらのネットワークの大部分向けの包括的なアーキテクチャはHFC (Hybrid Fiber Coax) です。これは、光ファイバーが近くのエリアにフィードされ、同軸ケーブルが光ファイバーノードとユーザー間の「ラストマイル」を提供し続けることを意味します。FTTH が採用された場合と比較し、同軸から光ファイバーへの移行が必要なくなります。

    FTTH の敷設と DOCSIS 3.1 へのアップグレードは共に多大な投資を必要としますが、両オプション共並外れた性能を提供します。光ファイバーと同軸ケーブル間の適切なバランスは、既存の同軸ケーブルの状態と古さ、ユーザーの帯域幅要件、およびコストの考慮事項によって異なります。光ファイバーのコンパクトなサイズと多機能性は DOCSIS 3.1 同軸ネットワークの最大効率でのフィードをしやすくします。

  • 全二重 DOCSIS 3.1

    全二重 DOCSIS 3.1 はケーブルネットワーク経由でのシンメトリックサービスを提供しながら、進化を継続しています。これは、同一スペクトルにわたる上りと下りの両方向での 10Gbps の同時伝送を意味します。以前の DOCSIS リリースでは、スペクトルの低い部分は上り専用で、高い部分は下り専用となっていました。全二重のスペクトル共有は、自己干渉除去とインテリジェントスケジュールの使用を通して達成されます。 上り性能の向上が全二重にとっての真のブレークスルーです。
    DOCSIS 3.1 は、ストリーミング、ゲーミングおよびその他の高帯域幅アプリケーションに対するユーザーの要求をうまく満たすことができていますが、革新の次波と出現しつつあるユーザーベースは光ファイバーと結束した上り性能を必要とします。

    全二重の開発により、DOCSIS の将来は今後数年間約束されるようです。事実、通信界のインサイダーは DOCSIS 4.0 が完了すると、6GHzまでの利用可能なケーブルスペクトルを使用することで下り速度は DOCSIS 3.1 の 6 倍の 60Gbps に達することをほのめかしています。これらの期待をそそる性能向上の兆しにより、DOCSIS の上昇傾向は来る10年間もとどまることを知らないと予想されます。

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