DOCSIS



La especificación DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) es un conjunto de estándares aprobado por CableLabs ( Cable Television Laboratories ) que garantiza la interoperabilidad de la tecnología empleada en la transmisión de datos a alta velocidad en una red de cable.CableLabs es quien se encarga de certificar el equipo que cumple las especificaciones DOCSIS y garantiza su adecuado funcionamiento en las redes de cable que adoptan el estándar. El proceso de desarrollo comenzó a mediados de la década de los 90; en marzo de 1997 se publicó la primera versión de DOCSIS, dos años después se certificó el primer equipo que cumplía con la especificación modificada (versión 1.1) y en diciembre de 2001 se publicó la versión 2.0, la versión de DOCSIS 3.0 se presento al mercado en el primer semestre del 2006, DOCSIS se convirtió en el estándar sobre el cual se desarrolla la mayoría de las innovaciones tecnológicas de la industria de cable.



Características Downstream:La transmisión Downstream permite modulación 64-QAM y 256-QAM sobre canales de 6 Mhz de ancho de banda. En el esquema 64-QAM, la máxima tasa nominal de transferencia de datos que puede alcanzarse es de aproximadamente 27 Mbps. Se considera tasa nominal de transferencia de datos a la transmisión relacionada con la detección y corrección de errores, mientras que la tasa total de transferencia representa a la misma transmisión, pero sin tomar en cuenta los errores que se presentan. La tasa de transferencia de símbolos es otra medida relacionada a la transmisión de datos que representa el número de símbolos que pueden ser enviados. Debido a que un símbolo puede tener diferentes estados, éste estará formado por más de un bit, razón por la cual, la tasa de transferencia de símbolos es menor a la tasa de datos. Como podrá observarse, 64-QAM utiliza símbolos de 6 bits (2 6 =64) y, como consecuencia, su tasa de transferencia de símbolos será de aproximadamente 5 Msím /seg. En la modulación 256-QAM, 8 bits constituyen un símbolo, lo que representa una transmisión de aproximadamente 5.3 Msím/seg, equivalente a una tasa máxima total de transferencia de datos de 42.88 Mbps y una tasa nominal máxima de aproximadamente 38 Mbps.Como se ha dicho anteriormente la transmisión downstream ocupa un canal de 6 MHz de ancho de banda dentro de un rango de frecuencias de 50 a 860 MHz, correspondiente al espectro "downstream" del cable. En términos de retraso para la transmisión en dirección al usuario, se considera aceptable un tiempo máximo de 0.8 ms para el tráfico entre la cabecera y el cable módem suscriptor más alejado. La relación portadora a ruido se refiere a la razón, expresada en decibeles, entre el nivel de la portadora de la señal y el nivel del ruido, DOCSIS indica que esta relación no deberá ser menor a 35 dB para la transmisión downstream. Son también parámetros importantes para la transmisión en dirección al usuario la distorsión compuesta de segundo orden, el nivel de intermodulación y el nivel máximo de la portadora analógica de video a la entrada del cable módem.



Debido a que en una transmisión downstream los datos se envían en el mismo espectro en que se encuentran los canales de televisión, es importante cuidar que la distorsión compuesta de segundo orden (CTB) no exceda ciertos límites. DOCSIS establece que esta forma de distorsión no lineal no deberá exceder 50 dBc (por dBc entiéndase los decibeles relativos al nivel de la portadora).



Mientras que la intermodulación se refiere al surgimiento de nuevas frecuencias como resultado de la suma y la diferencia de las armónicas de la señal a través de un elemento no lineal, el nivel de modulación cruzada ( X-MOD) consiste en el nivel de intermodulación causado por la modulación de la portadora de la señal deseada, por una señal no deseada. DOCSIS establece que este nivel de intermodulación no deberá exceder 40 dBc; estos parámetros de CNR (carrier noise relación), CTB (Composite triple Beat), CSO (Composite second order) y X MOD (Modulación cruzada) se detallaran mas adelante.








Características de Upstream
En la transferencia upstream, DOCSIS acepta dos formatos de modulación QPSK y 16-QAM y cinco diferentes tasas de transferencia de símbolos, relacionadas con el ancho de banda del canal que se ocupa. Para un canal de 0.2 MHz de ancho de banda, la tasa de transferencia de símbolos será de 160 ksím/seg, lo que representa una tasa nominal de datos para modulación QPSK de aproximadamente 0.3 Mbps y de 0.6 Mbps para 16-QAM.
La presencia de ruidos de mayor magnitud se evidencia en las frecuencias menores a 15 Mhz razón por la cual se trata de evitar el uso de dichas frecuencias , es importante tener en cuenta que la relación portadora a ruido que no deberá ser menor a 25 dB, y el retraso entre el cable módem más alejado y el CMTS o cable módem más cercano, que no podrá exceder 800 ms.



Capa de enlace
Protocolo de Control de Acceso al Medio MAC
El protocolo MAC basado en los estándares de la IEEE 802.14, esta por encima de la capa física dentro de la pila de protocolos, fluye información entre la estación (CM) y la cabecera. La responsabilidad principal es asegurar que la estación A esta concediendo permiso para enviar información hacia la cabecera sin chocar con la estación B o C u otra estación que quiera hacer algo desde el canal Upstream. El Protocolo de Resolución de Colisión (CRP) esta hecho para resolver resultados de colisiones desde dos o más estaciones que estén transmitiendo simultáneamente.
El MAC especifica las reglas que las estaciones deben emplear para solicitar el acceso al canal. A continuación se describe el procedimiento de acceso.




Compatibilidad entre DOCSIS 1.0 y 1.1



CMTS versión 1.0 es totalmente compatible con el Cable Modem Versión 1.0



CMTS versión 1.0 puede administrar Cable modems 1.1 aunque el funcionamiento de los CM 1.1 esta limitado a las características de la versión 1.0.



CMTS versión 1.1 es incompatible con la versión 1.0 para Cable modems ya que un CMTS 1.1 no puede administrar cable modems que operen bajo una especificación anterior.



CMTS versión 1.1 es totalmente compatible con el Cable Modem Versión 1.1


DOCSIS 2.0
Mejoras en la capa física de Upstream

Agrega codificación S-CDMA (Synchronous code division multiple access).


ncorpora mayores velocidades de Transmisión: 5.12 Msímbolos/seg (canal de 6.4 MHz de BW).


Utiliza modulaciones de mayor orden : 8QAM , 32QAM , 64QAM, y un ancho de banda de 6,4 Mhz.


Utiliza mayor corrección de errores (FEC).


Agrega mayor protección frente a ráfagas de ruido (Reed Solomon Interleaving).

Agrega mayor protección frente a reflexiones.


Beneficios de DOCSIS 2.0

Mejora la utilización del ancho de banda de upstream al permitir trabajar en bandas antes prohibidas por problemas de ruido.

Mejor eficiencia espectral al incorporar modulaciones de mayor orden.

Permite transmisiones simétricas. (igual velocidad downstream-upstream).

Mas robusto frente a problemas de ruido.


DOCSIS 3.0

La fortaleza de esta versión radica básicamente en dos importantes innovaciones: la “unión de canales” y el soporte de “IPv6”, el protocolo de Internet de próxima generación. El cable modem “escucha “varias portadoras descendentes y no sólo una como ocurría en las versiones anteriores de DOCSIS; las tramas DOCSIS descendentes y de retorno se multiplexan en diferentes frecuencias. La unión de canales es también de gran importancia en esta versión el término se refiere a que los datos se transmitirán desde y hacia los cable módems utilizando múltiples canales de RF en vez de uno sólo, como solía hacerse en las dos versiones anteriores de DOCSIS. Los canales no están físicamente unidos para transmitir la señal modulada digitalmente, sino que se unen de manera lógica para ensanchar el canal de comunicación. En el CMTS se distribuye la información para que viaje por diferentes canales y en el cable modem se recolecta y se ordena.


El cable modem DOCSIS 3.0 será capaz de recibir datos de manera simultánea provenientes de estos cuatro canales lógicos, que corresponden a un solo canal de mayor capacidad, aunque estén separados físicamente; es decir, ni siquiera deben ser canales de RF adyacentes. La importancia de este desarrollo indica que, al unir 10 canales convencionales, el enlace sería de 42.88 Mbps x 10= 420.88 Mbps y al unir 24 canales el enlace tendría una capacidad de 1,024.12 Mbps, o lo que es lo mismo, 1 Gbps, algo antes inimaginable para la transmisión de datos en una red de cable; los mismos resultados se pueden aplicar al canal de retorno, elevando significativamente la máxima tasa de transmisión del enlace en DOCSIS 2.0 de 30.72 Mbps.