DOCSIS 3.1

如今,有线网络公司面临着巨大的压力,必须要以比以往更快的速度快速安装和运营 DOCSIS 3.1。

为何会如此? 客户对带宽前所未有的要求,以及新兴公司所带来的激烈竞争都是原因所在。

VIAVI 提供了性能分析和故障排查解决方案,可确保成功安装和维护 DOCSIS 3.1® 技术。例如,通过创新的 StrataSync™ 应用程序支持云的 OneExpert™ CATV 手持式测试仪可实现完整的实施和服务测试,并使您的部署能够实现端到端覆盖。

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  • DOCSIS 3.1 是什么?

    DOCSIS 3.1 是电信标准“电缆数据业务接口规范”(即 DOCSIS)的当前版本。DOCSIS 对向与电缆调制解调器结合使用的现有同轴电缆线路中添加高速、高带宽数据传输和互联网业务进行了规范。

    DOCSIS 最初由 CableLabs 于 1998 年制订,在随后的多年中经历了多次修订,其业务速度已经发生了指数级的增长。

  • VIAVI 的 DOCSIS 3.1 测试设备

    承包商和测试或部署 DOCSIS 的技术人员需要在他们易于使用的测试设备上启用高级功能。VIAVI 拥有大量支持所有服务提供商的测试设备,可为任何 DOCSIS 3.1 电缆调制解调器或路由器提供服务。 我们的 DOCSIS 仪表是市场上最快的,将为您节省时间和金钱。

  • DOCSIS 3.1 可达到什么样的速度?

    虽然光纤在带宽和速度方面确实比同轴电缆有一些固有的优势,但是突破性的技术(例如信道绑定)已经使 DOCSIS 能够缩小与光纤的差距。DOCSIS 3.1 还在其他方面与众不同,仍然是光纤的可行替代品。详细了解 DOCSIS 3.1 的速度以及 DOCSIS 3.1 可提供的优势。

    随着全双工的发展,DOCSIS 的未来在今后几年似乎令人充满信心。事实上,电信界内幕人士已经透露了部分 DOCSIS 4.0 的消息,并指出 DOCSIS 4.0 一旦完成,便可以利用高达 6 GHz 的可用电缆频谱,实现高达 60 Gbps 的电缆互联网下行速度,相比 DOCSIS 3.1 提高了六倍。随着这些令人兴奋的增强功能即将推出,DOCSIS 在接下来的十年内依然前途无量。

    DOCSIS 标准 

    1994 年,电子与电气工程研究所 (IEEE) 成立了一个由行业专家组成的工作组,以制定国际电缆调制解调器标准。两年多后,当期待已久的规范仍未交付时,有线电视运营商联合成立了多媒体有线网络系统合作伙伴有限公司 (MCNS) 并开始起草自己的新标准。最终结果就是 DOCSIS 1.0。

    CableLabs 于 1998 年开始对 DOCSIS 设备进行认证,以确保不同供应商的设备之间的互操作性。经过多年的多次迭代,这种情况一直持续到 DOCSIS 3.1 和 3.1 全双工。国际电信联盟 (ITU) 已经批准了多个 DOCSIS 版本作为国际 DOCSIS 标准,尽管有时需要对标准的独立附件进行调整,以适应美国以外的不同频率和带宽分配,例如“EuroDOCSIS”。认证通常由所在国家或地区的其他组织执行。

    DOCSIS 速度提升 

    虽然有线电视的普及可能是同轴电缆连接的共同标准的推动力量,但最终的结果是互联网数据传输的一种非常快的模式,这种模式继续与对带宽无休无止的需求保持同步。 

    最早的 DOCSIS 互联网连接速度超过了之前的任何东西,但是通过同轴电视电缆进行互联网传输的创新前提可能在早期的采用阶段就已经有了足够的突破。当 DOCSIS 1.1 在 1999 年问世时,人们关注的焦点并不是提高 DOCSIS 的速度,而是通过改进隐私和流量优先化来提高服务质量 (QoS)。仍然使用单一信道的 DOCSIS 下载速度为 40 Mbps,而正常情况下的 DOCSIS 上传速度为 10 Mbps。 

    对于新千年的开发者来说,获得对等文件共享和 VoIP 等对称应用所需的上传速度提升是一个具有挑战性的命题。2002 年发布的 DOCSIS 2.0 利用更宽的带宽将 DOCSIS 上传速度提高到 30 Mbps,但下载速度与 DOCSIS 1.1 相同。 

    流媒体和其他数据密集型创新的出现,使得 DOCSIS 速度和容量的进一步提升势在必行。由于替换或重新设计现有的同轴电缆线路不是一个可行的选择,更多的流量不得不被挤进相同的几何空间,同时以指数级速度更快地传输。在我们的汽车高速公路上实现这一点无疑会导致交通堵塞,甚至更糟。DOCSIS 3.0 是迎接这一艰巨挑战的创新。

    DOCSIS 3.0 最大速度

    毫无疑问,在带宽和速度方面,光纤相比同轴电缆有着固有的优势。由于具备超薄的外形、长距离低功耗和高速传输的特点,光纤到户 (FTTH) 等光缆的部署大大提高了速度和可靠性。为了防止 DOCSIS 被甩在后面,需要进行切实的改进,DOCSIS 3.0 通过提供超过 1 Gbps 的最大 DOCSIS 下载速度来实现这一点,而 DOCSIS 3.0 上传速度攀升至 200 Mbps 或更高。使 DOCSIS 速度飞跃成为可能的突破性技术是信道绑定。 

    在这种情况下,“绑定”意味着通过多个信道同时发送数据片段,然后在目的地重新组合数据,从而更有效地利用可用带宽。对于调制解调器来说,绑定信道是一个较大信道的离散部分,尽管它们在物理上是分开的,不一定相邻。这项进步允许电缆调制解调器将多个正交调幅 (QAM) 信道合并为组来发送和接收数据。 

    每个额外的信道都使该方向的数据承载能力加倍。例如,使用 DOCSIS 3.0,40 Mbps 上行/30 Mbps 下行的 DOCSIS 2.0 配置可以在下行时乘以 32 倍,在上行时乘以 8 倍,从而产生上行 1.2 Gbps/下行 240 Mbps 的最大总速度。 

    DOCSIS 3.1 最大速度

    如果高速互联网服务是一场竞赛,光纤肯定会处于领先地位。利用诸如波分复用 (WDM) 和空间分复用 (SDM) 等创新技术,在测试中曾经记录到超过 9.6 Tbps 的光纤传输速度。这几乎是 DOCSIS 3.1 最大速度的 1000 倍。考虑到传统电缆的物理局限性,这种性能上的差距永远无法完全消除。DOCSIS 3.1 在其他重要方面与众不同,保持了其可行性。 

    在部署成本方面,DOCSIS 3.1 允许节点和用户之间的“最后一英里”保留其同轴电缆基础设施,尽管为这些接口馈电的电缆正逐渐被光纤所取代。对于纯 FTTH 安装而言,大多数的挖掘、犁耕、安装和连接操作都发生在这“最后一英里”,因此,DOCSIS 3.1 选项的货币含义是重大的。

    DOCSIS 3.1 完全向后兼容 DOCSIS 3.0,这意味着用户可以保留现有的调制解调器,而不必对设备进行大规模的更换。这种向后兼容性允许在 DOCSIS 版本之间逐步无缝地过渡。 DOCSIS 3.1 中还包含了纠错方面的改进,现在支持更高阶的调制,包括 4096 QAM,最高可扩展到 16384 QAM。

    • DOCSIS 3.1 下载
      DOCSIS 下载速度不断满足用户的需求,与 DOCSIS 3.0 相比提高了 10 倍,将该规范提升到令人印象深刻的 10 Gbps。这在很大程度上是通过引入正交频域复用 (OFDM) 来实现的。OFDM 是一种先进的调制技术,它通过最小化信号之间所需的空间来将更多的信号压缩到有限的空间中。
    • DOCSIS 3.1 上传速度
      DOCSIS 3.1 上传速度可达到 2 Gbps。这使得以前需要花费数小时上传的大文件、视频和其他内容似乎可以即时传输。随着虚拟现实和游戏等新应用再次推动对称数据传输的需求,全双工 DOCSIS 3.1 应运而生,可为上传和下载方向提供 10 Gbps 的速度。这意味着在利用同一频谱的上行和下行方向上可同时进行 10 Gbps 传输。
    • DOCSIS 3.1 上行
      鉴于当前对上行性能的关注,必须利用每个机会优化 DOCSIS 3.1 上行传输质量。电缆调制解调器终端系统返回端口的预均衡是实现这一目标的一种方法。另一个重要的考虑因素是上行调制曲线。通过关注调制差错率,可以量化和优化调制信号中包含的实际信息量。

    DOCSIS 3.1 时延 

    由于近年来传输速度已经超过了大多数用户的需求,与 DOCSIS 早期的情况相比,网页上传、通信响应和其他性能问题的显著延迟现在更加与时延相关。许多网页需要多次往返才能完全加载,因此即使是 500 毫秒 (ms) 范围内的时延也很容易察觉。

    DOCSIS 3.1 技术对分组排队算法进行了改进,从而显著改善了整体分组时延。这对于像在线游戏这样的应用来说尤其重要,因为它们对可察觉的系统延迟更敏感。主动队列管理已被整合到 DOSCIS 3.1 中,通过它来监控传输控制协议 (TCP) 以优化流量和缓冲区级别。低时延 DOCSIS (LLD) 技术可以将时延降低到 1 毫秒。 

    DOCSIS 预置

    除非实施了正确的预置步骤来为 DOCSIS 3.1 设置和优化网络,否则无法充分实现 DOCSIS 的优势。例如,尽管用户可以使用各种各样的调制解调器和设备,但集成固件管理的预置策略将确保智能地部署达到最佳性能所需的最新更新。

    验证 DOCSIS 配置文件是另一项预置功能,对于减少错误和高效的设备注册至关重要。应自动检测进入现有预置平台的新设备,并识别 DOCSIS 版本。这样就可以将正确的服务分配给用户。隐私和安全是额外的服务质量问题,可以通过 DOCSIS 预置来解决。定期扫描设备租约的服务是一种用于检测和阻止非法用户的方法,可以防止不受欢迎的网络入侵。 

    DOCSIS 3.1 通过创造性的物理层利用、创新的调制过程和先进的预置协议,使 DOCSIS 平台始终保持在高速的互联网会话中。经过二十多年的五代 DOCSIS 实践证明,进一步提高速度和质量始终是可能的。DOCSIS 3.1 速度已经进入了 TB 区域,但这仅仅是个开始。 

  • DOCSIS 3.1 的演变

    伴随着上世纪九十年代中期互联网的出现,有线电视开始迅猛发展。早期的互联网技术利用拨号调制解调器,在线时会使电话线变得不可操作,这非常不方便,而且速度只有约 56 Kbps。数字用户线路 (DSL) 取得了长足的进步,它速度有所提高,并且不再依赖于现有陆上线路。

    尽管有所改进,但 DSL 仍然依赖于双绞线电话线架构。到上世纪九十年代后期,人们认识到了我们现有的同轴网络作为新的逻辑互联网通路的潜力,并且 DOCSIS 标准提供了一个通用规范,让电缆调制解调器变得可互操作。

    尽管最初的 DOCSIS 1.0 版只能达到下行 40 Mbps 和上行 10 Mbps 的互联网速度,但这相较于 DSL 仍然提升了 10 倍。DOCSIS 未来的方向已经变得清晰。尽管 DOCSIS 2.0 未提升下行速度,但上行速度提高了 3 倍,达到 30 Mbps。2006 年 DOCSIS 3.0 的发布再次实现了重大飞跃。信道绑定技术让下行速度实现了期盼已久的进步,达到了令人惊叹不已的 1 Gbps,而上行速度达到了 30 Mbps。视频数据流、社交媒体和增加的用户采用率一直在挑战极限。为了满足这种不断增长的需求,DOCSIS 3.1 将这项基础技术提升到了一个新的级别。

  • DOCSIS 3.1 规范

    最新版本 DOCSIS 3.1 再次更上一层楼,下行速度高达 10 Gbps,上行速度高达 2 Gbps,从而使服务提供商能够为其客户提供千兆互联网服务。这一范围的速度以前只能使用光纤技术实现,因此 DOCSIS 3.1 技术取得的这一突破性进展让服务提供商能够灵活地维护现有同轴电缆入户连接,而不会对性能产生明显影响。

    DOCSIS 3.1 结合了多项技术进步,让电缆在超高速舞台上充满活力地生存下来。3.1 的部署是向后兼容的,因此延迟采用更高速度的客户不必升级他们的调制解调器。DOCSIS 3.1 取得的进步值得让我们仔细探讨一下 DOCSIS 的基本组成部分,以及在这些组成部分内实现的优化速度、带宽和可靠性所带来的机会。

    物理层
    顾名思义,物理层 (PHY) 是指系统的可见硬件元件,包括设备和连线,以及用于传输的频率。利用带宽范围介于 25-50 kHz 之间的载波,一条电缆中现在可以容纳数千个信号,而在以前只能容纳少数模拟电视频道。这些信号采用子载波的形式,将信号散播到接收器稍后可合并的离散单元中,从而优化了密度和吞吐量。

    OFDM
    为了使较窄的载波能够工作,必须有改进的技术来最大程度地减少或消除信号之间的保护间隔或间距。DOCSIS 3.1 中已经通过正交频分复用技术 (OFDM) 实现了这一点。这项技术通过数学上的正交性原理,利用了信道绑定的概念,该概念在DOCSIS 3.0 中第一次出现。本质上,并排放置的子载波信号以相互正交方式传送,从而使接收器能准确地对各个信号进行解调。从图形上来看,此概念相当于一个信号的峰值,与相邻信号的谷值处于同一频率。

    前向误码纠错
    通过前向纠错 (FEC) 技术,接收器可以检测到冗余信号中的错误,然后无需重传便可对其进行纠正。DOCSIS 3.1 的一项新功能是一种称为低密度奇偶校验 (LDPC) 的前向纠错方法。尽管过去的 DOCSIS 版本中也有 FEC,但编码中的改进让 LDPC 码字错误可纠错率达到了近 100%。而 DOCSIS 3.1 中的这项改进又提高了抗噪声性和调制阶数。

    DOCSIS 3.1 频率范围
    DOCSIS 3.1 频率范围已分阶段扩展。这种广泛的整体范围是实现出色上行和下行速度的重要元素。当前的 3.1 频率范围从 5 MHz 到 1218 MHz,频率上限达到了 1794 MHz。DOCSIS 3.0 的频率上限稍低一点,为 1002 MHz。3.1 频谱内的信道带宽最高可达上行 96 MHz,下行 192 MHz。

  • DOCSIS 3.0 与 3.1

    2006 年发布的 DOCSIS 3.0 对 DOCSIS 2.0 进行了显著而及时的改善。到目前为止,用户的数量和应用程序必需的带宽都各自有了大幅的增长。DOCSIS 3.0 显著提高了上行和下行速度,并能够支持 IPv6 地址,使这些顾虑得到了解决。对于不断增长的用户群体而言,IPv6 特别重要,因为 IPv4 支持的地址量已经达到极限。

    DOCSIS 3.0 最具创意和最独特的功能是使用信道绑定,DOCSIS 3.1 现在更充分地利用了这项功能。这允许电缆调制解调器将多个正交调幅 (QAM) 信道合并为组来发送和接收数据。DOCSIS 3.0 技术将多个 6MHz 信道绑定在一起,从而使速度和带宽成比例倍增。

    考虑到基础物理电缆在一段时间内保持未变,每个 DOCSIS 版本所带来的增强功能具有十分非凡的意义。信道绑定使 DOCSIS 3.0 具备变革性意义,DOCSIS 3.1 则凭借创新性地使用 OFDM 而独树一帜。

    使用这一概念作为基础,6MHz 信道现在已被能以更密集方式打包的 25 或 50 kHz 信道替代。改进的能源管理是 DOCSIS 3.1 附带的另一项改进,这项改进可能不太为人所知。DOCSIS 3.1 电缆调制解调器现在可利用休眠模式,从而可实现智能定时关闭期来提高能效。

  • DOCSIS 3.1 与光纤

    在 DOCSIS 3.1 之前,只有寻求最高数据传输速度的消费者才会选择使用光纤到户 (FTTH)。随着信号源头和最终用户之间的光纤网络不断激增,光纤的普及以及同轴电缆最终因为光纤的流行而淘汰似乎是不可避免的结局。在高速连接变得必不可少的环境中,DOCSIS 3.1 为连接到户的传统同轴电缆带来了长久的生命力。

    大部分这些网络的总体架构都是混合光纤同轴电缆 (HFC)。这只是表示光纤接入社区网络,而同轴电缆继续提供光纤节点和用户之间的“最后一英里”连接。相比之下,在采用 FTTH 之后,不再需要从同轴电缆到光纤的过渡。

    尽管 FTTH 安装和 DOCSIS 3.1 升级都需要大量投资,但这两种选择都能提供出色的性能。光纤和电缆之间的正确平衡将取决于现有同轴电缆的状况和使用年限以及用户的带宽需求,同时还要考虑成本。光纤紧凑的大小和通用性便于 DOCSIS 3.1 同轴电缆网络的接入,同时可实现最高效率。

  • DOCSIS 4.0

    DOCSIS 4.0 在不断演变,能够在电缆网络提供对称的服务。这意味着在同一频谱的上行和下行方向上可同时进行 10 Gbps 传输。在以前的 DOCSIS 版本中,频谱的下半部分专用于上行,而上半部分专用于下行。全双工的频谱共享是通过使用自干扰抵消和智能调度实现的。

    对于全双工而言,真正的突破在于上行容量的提高。尽管 DOCSIS 3.1 在满足用户流业务、游戏和其他高带宽应用方面已经很出色,但下一波创新以及迅速增长的用户群将要求上行容量与光纤保持一致。

  • 全双工 DOCSIS 3.1

    全双工 DOCSIS 3.1 在不断演变,能够在电缆网络提供对称的服务。这意味着在同一频谱的上行和下行方向上可同时进行 10 Gbps 传输。在以前的 DOCSIS 版本中,频谱的下半部分专用于上行,而上半部分专用于下行。全双工的频谱共享是通过使用自干扰抵消和智能调度实现的。
    对于全双工而言,真正的突破在于上行容量的提高。尽管 DOCSIS 3.1 在满足用户流业务、游戏和其他高带宽应用方面已经很出色,但下一波创新以及迅速增长的用户群将要求上行容量与光纤保持一致。

    随着全双工的发展,DOCSIS 的未来在今后几年似乎令人充满信心。事实上,电信界内幕人士已经透露了部分 DOCSIS 4.0 的消息,并指出 DOCSIS 4.0 一旦完成,便可以利用高达 6 GHz 的可用电缆频谱,实现高达 60 Gbps 的下行速度,相比 DOCSIS 3.1 提高了六倍。随着这些令人兴奋的增强功能即将推出,DOCSIS 在接下来的十年内依然前途无量。

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