DOCSIS 3.1

如今,有线网络公司面临着快速安装和运营 DOCSIS 3.1 的巨大压力。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除解决方案,可确保成功安装和维护 DOCSIS 3.1® 技术。例如,OneExpert™ CATV 手持式测试仪可实现完整的实施和服务测试,支持基于云的数据共享,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 Internet 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。

  • DOCSIS 3.1 的演变

    DOCSIS 3.1 的真正起源可以追溯到上世纪四十年代后期和五十年代早期的第一家有线电视运营商。他们的网络意图为距离太远而无法用个人天线接收足够信号的消费者提供基本电视接收功能。随着卫星技术、信道传播和高清技术在随后几十年的发展,同轴有线电视业务在全球基础架构中占据了固有地位。

    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。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。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,而在以前只能容纳单个电视连接。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,对于全双工 DOCSIS 3.1,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。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。

  • 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 的未来在随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。

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