DOCSIS 3.1

Hoje em dia, os fabricantes de cabos sofrem uma enorme pressão para propiciar a rápida instalação e execução do DOCSIS 3.1. Por quê? Devido à necessidade sem precedentes de banda larga dos clientes e a forte concorrência dos novos participantes deste mercado.

VIAVI oferece soluções de análise de desempenho e resolução de problemas para garantir a instalação bem-sucedida e a manutenção da tecnologia DOCSIS 3.1®. Por exemplo, o medidor portátil OneExpert™ CATV, habilitado na nuvem pelo inovador aplicativo StrataSync™, oferece plena satisfação e testes de serviços e garante cobertura total nos seus deslocamentos.

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  • O que é o DOCSIS 3.1?

    O DOCSIS 3.1 é a iteração atual do padrão de telecomunicações conhecida como Data Over Cable Service Interface Specification, ou DOCSIS. Esse padrão regula a adição de serviços de transferência de dados e internet banda larga de alta velocidade às linhas de cabo coaxial existentes usadas junto com um modem a cabo.

    Originalmente desenvolvido pela CableLabs em 1998, o padrão passou por várias revisões e cresceu exponencialmente em velocidade de serviço nos anos seguintes.

  • A evolução do DOCSIS 3.1

    A verdadeira origem do DOCSIS 3.1 remonta às primeiras operadoras de televisão a cabo do final da década de 1940 e início da década de 1950. Suas redes destinavam-se a disponibilizar uma recepção básica de televisão a consumidores que talvez estivessem em locais muito remotos para receber um sinal adequado usando uma antena pessoal. Como a tecnologia de satélites, a propagação de canais e a alta definição evoluíram nas décadas seguintes, e o serviço de televisão a cabo coaxial passou a se conectar à infraestrutura do mundo.

    A proliferação da TV a cabo coincidiu com o advento da internet em meados da década de 1990. No início da tecnologia da internet, utilizavam-se modems discados que tornavam as linhas telefônicas inconvenientemente inoperantes enquanto se estava on-line, além de oferecer velocidades em torno de 56 kbps. As linhas digitais de assinantes (DSL) foram um avanço adicional, com velocidade mais alta e sem depender de linhas fixas.

    Apesar das melhorias, a DSL ainda dependia da arquitetura de fios telefônicos de par trançado. No final da década de 1990, o potencial da nossa rede coaxial, como o novo e lógico caminho da internet, foi reconhecido, e o padrão DOCSIS proporcionou especificações comuns para tornar os modems a cabo interoperáveis.

    Embora o DOCSIS original, versão 1.0, apresentasse velocidades de apenas 40 Mbps downstream e 10 Mbps upstream, isso ainda representava uma melhoria de 10 vezes em relação à DSL. A direção para o futuro ficou clara. Apesar do DOCSIS 2.0 não ter melhorado a velocidade downstream, a velocidade upstream triplicou, alcançando 30 Mbps. O lançamento do DOCSIS 3.0 em 2006 foi outro avanço gigante. A tecnologia de blindagem de canal ofereceu o tão esperado aumento das velocidades downstream, alcançando uma impressionante taxa de 1 Gbps, enquanto as velocidades upstream se aproximavam de 30 Mbps. O streaming de vídeo, a mídia social e o aumento da adoção do usuário continuaram a dar vida a este desafio. Para atender a essa demanda crescente, o DOCSIS 3.1 levou essa tecnologia fundamental para o próximo patamar.

  • Especificações DOCSIS 3.1

    A iteração mais recente, DOCSIS 3.1, elevou o nível mais uma vez com velocidades downstream de até 10 Gbps e upstream de até 2 Gbps. Velocidades neste range só eram possíveis anteriormente usando a tecnologia de fibra óptica, então essa inovação com a tecnologia DOCSIS 3.1 proporcionou aos provedores de serviços a flexibilidade na manutenção das conexões coaxiais existentes em casa sem afetar significativamente o desempenho.
    O DOCSIS 3.1 incorporou vários avanços para tornar o cabo um participante viável no ambiente de altíssima velocidade. As melhorias geradas pelo DOCSIS 3.1 merecem uma análise mais detalhada dos componentes básicos do DOCSIS e das oportunidades de velocidade, largura de banda e confiabilidade otimizadas que foram realizadas dentro dele.

    Camada física
    A camada física (PHY), como o nome sugere, refere-se aos elementos visíveis de hardware do sistema, incluindo o equipamento e a fiação, bem como as frequências utilizadas para transmissão. Utilizando portadoras no range de 25 a 50 kHz de largura, milhares de sinais podem agora ocupar o mesmo cabo que uma vez abrigou uma única conexão de televisão. Esses sinais assumem a forma de subportadoras, disseminando o sinal em elementos discretos que são posteriormente recombinados pelo receptor, otimizando, assim, a densidade e a taxa de transferência.

    OFDM
    Para permitir que as portadoras menores trabalhassem, era necessário melhorar a tecnologia para minimizar ou eliminar o guard-banding ou o espaçamento entre os sinais. No DOCSIS 3.1, isso foi possível graças à multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM). Essa tecnologia adota o conceito existente de blindagem de canais, visto pela primeira vez no DOCSIS 3.0, e baseia-se no princípio da ortogonalidade matemática. Essencialmente, os sinais das subportadoras colocados lado a lado são transmitidos ortogonalmente uns aos outros, permitindo, assim, que o receptor decodifique de maneira precisa cada sinal. Esse conceito é graficamente equivalente ao pico de uma onda alinhada com o ponto baixo de uma onda adjacente da mesma frequência.

    Correção antecipada de erros
    Correção antecipada de erros (FEC) é uma técnica pela qual um receptor pode detectar erros em sinais redundantes e, em seguida, corrigi-los sem retransmissão. Um novo recurso do DOCSIS 3.1 é um método de FEC conhecido como verificação de paridade de baixa densidade (LDPC). Embora a FEC já estivesse presente nas versões anteriores do DOCSIS, as melhorias na codificação levaram a quase 100% de erros de código (codeword) LDPC corrigíveis. Por sua vez, essa melhoria levou a uma resiliência maior ao ruído e a um nível maior de modulação.

    Faixas de frequências do DOCSIS 3.1
    As faixas de frequências do DOCSIS 3.1 estão em expansão em estágios. Esse amplo range geral é um elemento importante para alcançar velocidades excepcionais upstream e downstream. O atual range de frequência do 3.1 estende-se de 5 MHz a 1218 MHz, e o limite máximo atinge 1794 MHz no DOCSIS 3.1 Full Duplex. O limite de frequência máximo do DOCSIS 3.0 foi um pouco menor, de 1002 MHz. As larguras de banda de canal dentro do espectro 3.1 podem atingir até 96 MHz upstream e 192 MHz downstream.

  • DOCSIS 3.0 vs 3.1

    Quando o DOCSIS 3.0 foi lançado em 2006, a melhoria em relação ao DOCSIS 2.0 foi significativa e oportuna. A essa altura, a quantidade de usuários e a largura de banda necessária das aplicações tinham aumentando consideravelmente. O DOCSIS 3.0 abordou essas questões por meio do aumento significativo de velocidade upstream e downstream, bem como na capacidade de oferecer suporte a endereços IPv6. Este último aspecto foi particularmente significativo no que diz respeito à crescente população de usuários, uma vez que o volume de endereços suportados pelo IPv4 estava atingindo suas limitações.

    Talvez o recurso mais inovador e exclusivo do DOCSIS 3.0, agora ainda mais completamente explorado com o DOCSIS 3.1, tenha sido o uso da blindagem de canais. Isso permitiu que os modems a cabo combinassem vários canais de modulação de amplitude de quadratura (QAM) em grupos para enviar e receber dados. A tecnologia DOCSIS 3.0 uniu múltiplos canais de 6 MHz, multiplicando proporcionalmente a velocidade e a largura de banda.

    O aprimoramento decorrente de cada nova revisão do DOCSIS é realmente notável, considerando-se que o cabo físico fundamental permaneceu inalterado ao longo do tempo. Embora a blindagem de canais tenha tornado o DOCSIS 3.0 algo revolucionário, o DOCSIS 3.1 agora se destaca por meio do uso inovador do OFDM.
    Usando esse conceito como um bloco de construção, os canais de 6 MHz foram agora substituídos por canais de 25 ou 50 kHz, que podem ser reunidos de forma ainda mais densa. A administração aprimorada de energia é outra mudança incluída no DOCSIS 3.1, que talvez seja um pouco menos conhecida. Agora os modems utilizam um modo de repouso, permitindo, assim, períodos de desligamento inteligentemente cronometrados para maior eficiência.

  • DOCSIS 3.1 vs. fiber

    Antes do DOCSIS 3.1, a fibra até a residência (FTTH) era a única opção disponível para os consumidores que buscavam a maior ordem de velocidades de transmissão de dados. Conforme as redes de fibra continuaram propagando-se entre a fonte e o usuário, a base de instalação da fibra e, por fim, a eliminação do cabo coaxial em favor da fibra pareciam ser o caminho escolhido pelo setor. DOCSIS 3.1 trouxe viabilidade continuada para conexões coaxiais domésticas tradicionais em um ambiente em que a alta velocidade se-tornou imprescindível.
    A arquitetura global, para a maioria dessas redes, é o Hybrid Fiber Coax (HFC). Isso significa simplesmente alimentar a fibra nas vizinhanças, mantendo o cabeamento coaxial como fornecedor da “última distância” entre o node da fibra e o usuário. Em contrapartida, quando a FTTH é utilizada, as transições de coaxial para fibra deixam de ser necessárias.

    Embora a instalação da FTTH e as atualizações do DOCSIS 3.1 requeiram um investimento significativo, ambas as opções oferecem desempenho excepcional. O equilíbrio correto entre fibra e cabo dependerá da condição e da idade do cabeamento coaxial existente, bem como dos requisitos de largura de banda dos usuários, juntamente com as considerações de custo. O tamanho compacto e a versatilidade da fibra podem facilitar a alimentação de redes coaxiais DOCSIS 3.1 com a máxima eficiência.

  • DOCSIS 3.1 Full Duplex

    O DOCSIS 3.1 Full Duplex continua a evolução, apresentando direções de serviço simétricas nas redes a cabo. Isso significa transmissão simultânea de 10 Gbps nas direções upstream e downstream no mesmo espectro. Nas versões anteriores do DOCSIS, a parte inferior do espectro havia sido dedicada ao upstream, enquanto a parte superior era dedicada ao downstream. O compartilhamento de espectro do Full Duplex é realizado com o uso de cancelamento da autointerferência e programação inteligente.
    O aumento na capacidade upstream é o verdadeiro avanço do Full Duplex. Embora o DOCSIS 3.1 tenha tido êxito no acompanhamento das demandas dos usuários por streaming, jogos e outras aplicações de alta largura de banda, a próxima onda de inovação, juntamente com uma base de usuários crescente, exigirá capacidade upstream em uma liga com fibra.

    Com o desenvolvimento do Full Duplex, o futuro do DOCSIS parece garantido nos próximos anos. Na verdade, os especialistas em telecomunicações sugeriram que o DOCSIS 4.0, uma vez concluído, pode atingir velocidades downstream de até 60 Gbps, para um aumento de seis vezes sobre o DOCSIS 3.1, utilizando até 6 GHz do espectro de cabos disponível. Com essas interessantes melhorias no horizonte, a vantagem do DOCSIS permanecerá ilimitada na próxima década.

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