Présentation de DOCSIS 3.1
Du vin nouveau dans de vieux sacs à vin ?
La dernière version de la spécification d’interface de services de données sur câble, DOCSIS 3.1, est la dernière stratégie de l’industrie du câble pour transformer le vénérable câble coaxial en un support qui se rapproche de la capacité de données et des vitesses de transmission offertes par la fibre optique. DOCSIS permet aux systèmes de télévision par câble (CATV) de fournir une programmation télévisuelle et un accès Internet à leurs abonnés à l’aide d’un modèle d’infrastructure hybride fibre coaxiale (HFC).
Le câble coaxial est une conception relativement ancienne, datant de la fin du 19ème siècle, et trouvée dans de nombreuses innovations téléphoniques au fil des ans. Bien que l’utilisation du câble coaxial ait été remplacée dans de nombreuses applications, sa présence omniprésente a stimulé le développement de la technologie pour utiliser le câblage électrique existant au lieu de construire une nouvelle infrastructure coûteuse connue sous le nom de fibre optique.
DOCSIS 3.1 (ci-après dénommé D3.1) a fait ses débuts en octobre 2013 (avec des révisions ultérieures depuis) et est attendu avec impatience par CATV. Alors que la première norme DOCSIS a été développée en 1988 avec des débits de données mesurés en Mbs, l’introduction de D3.1 permet désormais au câble coaxial de fournir des vitesses de 10 Go en aval et de 2 Go en amont. Une percée majeure est le déploiement de sous-porteuses OFDM (Orthogonal Frequency Domain Multiplexing), qui offrent des gains stupéfiants en termes de vitesse et de capacité de données – jusqu’à 50 % sur le même spectre. Pour augmenter ces vitesses et capacités qualitativement plus élevées par rapport au câble coaxial existant, il suffit essentiellement d’utiliser des modems aux deux extrémités pour gérer l’OFDM. Une autre innovation clé est l’utilisation de codes de contrôle de parité à faible densité (LPDC) pour la correction d’erreurs, l’amélioration du rapport porteuse/bruit et l’optimisation de la bande passante du canal.
La première norme DOCSIS a été développée par un consortium d’acteurs de l’industrie, notamment CableLabs – les Bell Labs de CATV – et de nombreux fabricants de matériel, dont Cisco, Intel, Texas Instruments, ARRIS et Motorola.
Vue d’ensemble, architecture et révision de DOCSIS 3.1
D3.1 Architecture
La conception du réseau pour D3.1 se compose de deux éléments principaux : un modem d’équipement des locaux du client (CPE) à une extrémité et un système de terminaison de modem câble (CMTS) à l’extrémité CATV. En règle générale, l’infrastructure HFC existante est utilisée pour transférer des données de la tête de réseau CATV vers des nœuds desservant jusqu’à 500 utilisateurs adjacents. Les signaux numériques sont ensuite convertis en signaux de radiofréquence (RF) et de modem et commutés sur des liaisons coaxiales pour le « dernier kilomètre » (LM) vers les maisons individuelles ou les entreprises. Un CMTS a le même objectif qu’un multiplexeur d’accès à la ligne d’abonné numérique (DSLAM) utilisé pour les services de télécommunications DSL.
Tout comme l’Europe et l’Amérique du Nord ont des normes de débit de ligne T-1 Mb/s différentes, DOCSIS a des normes différentes. EuroDOCSIS utilise une bande passante de 8 MHz et est conforme à la norme PAL/DVB-C (Phase Alternating Line/Digital Video Broadcasting Cable). Le CATV nord-américain (c’est-à-dire DOCSIS 3.0, ci-après dénommé D3) suit la norme 6 MHz du National Television Systems Committee/Advanced Television Systems Committee (NTSC/ATSC). Il existe de nombreuses autres différences, la plus importante étant la norme internationale pour la transmission numérique des signaux TV – ITU-T.J83. L’Europe utilise l’annexe A ; l’Amérique du Nord utilise l’annexe B. Une plus grande bande passante en Europe signifie un débit binaire de 55,62 Mbps pour un canal en aval, contre 42,88 Mbps en Amérique du Nord. D’autres comparaisons en aval incluent différentes exigences de puissance pour les modems, les plans de fréquences, les configurations d’entrelacement et les spécifications du rapport porteuse/bruit. Les exigences en amont sont également différentes et leur utilisation des certificats numériques est également différente. Étant donné que D3.1 est rétrocompatible (comme suit), EuroDOCSIS est toujours incompatible avec la version nord-américaine.
Dans la vidéo suivante d’octobre 2013, Karthik Sundaresan de CableLabs présente DOCSIS 3.1 au North American Network Operators Group (NANOG) :
jeter un coup d’œil en arrière
Une propriété particulièrement attrayante de D3.1 est sa compatibilité ascendante ou croisée, ce qui signifie qu’il peut être utilisé avec les normes DOCSIS précédentes. D3.1 étend la fréquence en aval de D3 de 6 MHz à un potentiel de 192 MHz et la fréquence en amont à 96 MHz. Les commandes de modulation d’amplitude en quadrature (QAM) augmentent également de manière exponentielle – de D3 à 256 QAM et jusqu’à 64 QAM jusqu’à 4096 QAM bidirectionnellement. Une autre amélioration de D3.1 par rapport à son prédécesseur est le nouveau protocole horaire. La nouvelle spécification exige que les modems aient une résolution d’horodatage plus élevée – de 32 à 64 bits – qui permet une synchronisation plus précise entre le CPE et le CMTS. Cette précision améliorée fournit une source de synchronisation pour les appareils connectés en aval du modem câble.
| en aval | en aval | en amont | en amont | |
|---|---|---|---|---|
| Version | Documents 3.0 | Documents 3.0 | Documents 3.1 | Documents 3.1 |
| Bande passante du canal | 6 MHz ou 8 MHz | 24 MHz à 192 MHz | 0,2 MHz à 6,4 MHz | 6,4 MHz à 96 MHz |
| modulation | transporteur unique | OFDM | transporteur unique | OFDM |
| Ordre de modulation d’amplification en quadrature | Jusqu’à 256 QAM | Jusqu’à 4096 QAM | Jusqu’à 64 QAM | Jusqu’à 4096 QAM |
| méthode d’accès multiple | accès multiple par répartition dans le temps accès multiple au code de division |
OFDMA | ||
| correction d’erreur directe | Roseau Salomon | LDPC/BCH | Roseau Salomon | LDPC/BCH |
Source : Rohde & Schwarz
Comcast fait tapis sur D3.1 ; pass MSO autonome
Le très décrié Comcast a été le premier opérateur multi-systèmes (MSO) à faire un gros pari sur D3.1 afin de lutter contre la concurrence à 1 giga de Verizon FiOS, AT&T U-verse et Google Fiber. Le géant multinational des médias de masse a d’abord lancé le D3.1 à Atlanta – où la société est actuellement en bataille de relations publiques avec Google Fiber – avant de planifier des incursions à Nashville, Chicago, Miami et Detroit plus tard cette année. Étant donné que Comcast est la plus grande société de FAI et de CATV aux États-Unis, opérant dans 40 États et dans le district de Columbia, la grande taille du marché de Comcast garantit l’adoption de la norme D3.1 à l’échelle de l’industrie (au moins pour les grands MSO ; voir ci-dessous). Ce n’est pas un hasard si les cinq villes ciblées par Comcast sont actuellement desservies par le service GigaPower 1 Gbps d’AT&T.
Du point de vue de la capitalisation des infrastructures, il est facile de voir pourquoi Comcast abandonnerait son concurrent de la fibre. Pourquoi Comcast construit-il une installation de fibre jusqu’au domicile (FTTH) alors que seules des mises à niveau relativement mineures de son infrastructure HFC existante et de ses modems CPE sont nécessaires pour fournir aux utilisateurs un service haut débit gigabit Faire un investissement coûteux ?
D’autre part, les petits MSO indépendants ont montré une réticence à investir dans les usines câblées existantes. L’enquête a noté que ces MSO ont choisi de réduire leur accent sur les services de télévision en faveur d’Internet, car les cotes d’écoute de la télévision par câble ont diminué en raison de la prévalence des services Internet tels que Netflix, Hulu, Crackle et Apple TV. « Pour le moment … nous ne pensons pas que 3.1 ait un sens », a déclaré le directeur général de Wave Broadband, Steve Weed. « Nous pensons que le meilleur modèle économique… est d’avoir une couverture de fibre au-dessus de votre système HFC et d’utiliser la fibre directement dans la maison au lieu d’utiliser 3.1. Étonnamment, nous pensons qu’à long terme, cela apportera une meilleure économie, plus d’efficacité. » Ces petits acteurs ont conclu que, compte tenu de l’efficacité inhérente d’Ethernet, le modèle de réseau consistant à étendre la fibre du nœud au LM semble être un meilleur modèle commercial que les déploiements D3.1.
fin
Comme on pouvait s’y attendre, D3.1 n’est pas le dernier mot du développement DOCSIS – D3.1 en duplex intégral arrive. Selon les gourous de la R&D de CableLabs, Dan Rice et Belal Hamzeh, « L’évolution vers les réseaux en duplex intégral DOCSIS 3.1 est une évolution incrémentielle de la technologie DOCSIS 3.1 qui prendra en charge la rétrocompatibilité et la coexistence avec les générations précédentes de déploiements de réseaux DOCSIS. »
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