DOCSIS 4.0 es el estándar de gran ancho de banda de próxima generación que permite a las compañías de cable, como Comcast y Charter, mejorar sus redes y módems para competir mejor con la conectividad de fibra de extremo a extremo que brindan los proveedores de redes de fibra hasta el hogar (FTTH). El cambio a DOCSIS 4.0 está siendo impulsado por la demanda de los consumidores de velocidades de datos más altas, junto con el deseo de las compañías de cable de preservar y hacer crecer sus más de 75 millones de suscriptores de banda ancha en todo Estados Unidos.
DOCSIS 4.0 es una evolución de red híbrida de fibra coaxial (HFC), que tiene la capacidad de ofrecer velocidades simétricas de varios gigabits. La especificación DOCSIS 4.0 está diseñada para permitir una capacidad de descarga de hasta 10 gigabits por segundo (Gbps) y una capacidad de subida de 6 Gbps.
Centro Infra proporciona una descripción detallada de DOCSIS 4.0, incluida su fecha de lanzamiento, módem y arquitecturas, a saber, Full Duplex (FDX) y Extended Spectrum DOCSIS (ESD). Además, revisamos los últimos desarrollos relacionados con DOCSIS 4.0 de las compañías de cable más grandes como Comcast (Xfinity), Charter (Spectrum), Cox y Cable One. Finalmente, Centro Infra analiza comparaciones importantes entre DOCSIS 3.1 vs 4.0 y DOCSIS 4.0 vs Fibra hasta el Hogar (FTTH).
DOCSIS 4.0
DOCSIS (Especificación de interfaz de servicio de datos a través de cable) 4.0 es una evolución de red híbrida de fibra coaxial (HFC), que tiene la capacidad de ofrecer velocidades simétricas (de descarga y carga) de varios gigabits. Específicamente, la especificación DOCSIS 4.0 está diseñada para permitir hasta 10 gigabits por segundo (Gbps) de capacidad descendente y 6 Gbps de capacidad ascendente.
Al alcanzar velocidades descendentes de 10 Gbps, DOCSIS 4.0 forma parte de la marca más amplia “10G”, que es el enfoque de actualización de la industria del cable para el futuro de las redes de cable. Además de las velocidades, DOCSIS 4.0 admite alta confiabilidad y seguridad, así como conexiones de baja latencia.
La tecnología DOCSIS “divide” el espectro descendente y ascendente que utiliza para la transmisión de datos de gran ancho de banda a través de redes de cable. Esto significa que la capacidad del estándar está definida por la cantidad de espectro disponible.
Para mejorar las versiones anteriores, la especificación DOCSIS 4.0 logra una mayor capacidad al permitir una mayor disponibilidad de espectro, al tiempo que mejora significativamente la eficiencia de la utilización del espectro. A su vez, DOCSIS 4.0 puede ofrecer velocidades simétricas de varios gigabits.
Fecha de lanzamiento de DOCSIS 4.0
El estándar de tecnología DOCSIS 4.0 no ha establecido una fecha de lanzamiento específica; Sin embargo, es probable que esté disponible en las redes que usan los consumidores a finales de 2024 o 2025. Este cronograma futuro depende de que los operadores de cable trabajen con proveedores de equipos y fabricantes de sistemas en chips (SoC) para desarrollar los componentes de red necesarios, así como para probar la tecnología en un entorno de laboratorio.
Hasta la fecha, las especificaciones de la tecnología DOCSIS 4.0 han sido escritas por una empresa llamada CableLabs, y la tecnología se encuentra ahora en la fase de pruebas de laboratorio, con pruebas realizadas por compañías de cable como Comcast y Charter.
Arquitecturas DOCSIS 4.0
DOCSIS 4.0 es el primer estándar DOCSIS que incorpora Full Duplex (FDX) y Extended Spectrum DOCSIS (ESD), que son las dos arquitecturas principales empleadas para mejorar las redes híbridas de fibra coaxial (HFC) existentes.
En términos generales, FDX prioriza el ancho de banda descendente, mientras que ESD toma prestado el ancho de banda descendente para asignar más espectro al ancho de banda ascendente. Ambas arquitecturas se detallan a continuación:
Dúplex completo (FDX) en DOCSIS 4.0
DOCSIS 4.0 con la habilitación de Full Duplex (FDX) mejora la capacidad al transmitir espectro descendente y espectro ascendente uno encima del otro, entre el rango de frecuencia de 108 MHz y 684 MHz. En otras palabras, FDX comparte el mismo espectro, simultáneamente, lo que efectivamente duplica la eficiencia espectral.
Como se ilustra a continuación, los cuadros rojos “FDX” representan el espectro descendente y los cuadros azul oscuro “D4.0 FDX” representan el espectro ascendente.
Fuente: Comcast. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta imagen.
En particular, Full Duplex (FDX) en DOCSIS 4.0 mantiene el mismo “límite superior” del espectro descendente de 1,2 GHz, como en DOCSIS 3.1 (indicado por el cuadro azul brillante).
N+0 (Nodo+0) Arquitectura
Full Duplex (FDX) requiere una actualización N+0 (Nodo+0), lo que significa empujar la fibra y el nodo óptico (es decir, el punto de conversión óptico a eléctrico) más profundamente en la red híbrida de fibra-coaxial (HFC) y más cerca del cliente final.
El costo y la velocidad de esta actualización N+0 dependen de la combinación de tipos de infraestructura y acuerdos. Sin embargo, FDX requiere construcciones de fibra extensas más abajo y más cerca de los clientes.
Fuente: Comunicaciones Shaw
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DOCSIS de espectro extendido (ESD) en DOCSIS 4.0
DOCSIS 4.0 con la habilitación de DOCSIS de espectro extendido (ESD), también conocido como Dúplex por división de frecuencia (FDD), aumenta la capacidad al desplazar el “límite superior” del espectro descendente más allá de 1,2 GHz, a 1,8 GHz, lo que permite que el espectro ascendente se extienda hasta 684 MHz. Dicho de otra manera, el espectro descendente se ejecuta por encima del espectro ascendente.
Como se muestra a continuación, el cuadro amarillo “OFDM de ancho de banda habilitado para FDD en sentido descendente” se extiende más allá de las frecuencias de 1,2 GHz y hasta las frecuencias de 1,8 GHz.
Fuente: Comcast. Haga clic aquí para obtener una versión más grande de esta imagen.
Además, el director ejecutivo de Charter Communications, Tom Rutledge, ha declarado anteriormente que, mediante pruebas de laboratorio, la empresa ha elevado el “límite superior” del espectro descendente a 3,2 GHz.
Red y módem DOCSIS 4.0
DOCSIS 4.0 aprovecha los esquemas de modulación de DOCSIS 3.1, a saber, OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) y OFDMA (acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal). Además, DOCSIS 4.0 ofrece espectro adicional para aumentar la capacidad.
Rojo DOCSIS 4.0
Para lograr el aumento de capacidad de DOCSIS 4.0, se requieren cambios en los componentes activos y pasivos de la red híbrida de fibra-coaxial (HFC), para admitir las nuevas frecuencias descendentes y ascendentes. En particular, estos componentes incluyen:
- Activo: amplificadores, nodos, dispositivos PHY remotos (RPD)
- Pasivo: grifos, divisores
Fuente: Comunicaciones Shaw
En general, DOCSIS 4.0 es una entrada electrónica completamente nueva y un esquema de modulación completamente nuevo y, por lo tanto, requiere un nuevo equipo en las instalaciones del cliente (CPE). Específicamente, este CPE es hardware de telecomunicaciones, como un módem o una puerta de enlace, que se encuentra en el hogar o negocio de un cliente.
Módem DOCSIS 4.0
Un módem DOCSIS 4.0 podrá admitir velocidades máximas de hasta 10 gigabits por segundo (Gbps) de bajada y 6 Gbps de subida. Para los módems basados en DOCSIS 4.0, el número de canales SC-QAM (amplitud en cuadratura de portadora única) descendentes variará de 8 a 44.
DOCSIS – Tipos de módem y ancho de banda
A continuación se muestra un resumen de los diferentes tipos de módem y ancho de banda de cada estándar DOCSIS importante:
| Tipo de módem | Velocidad máxima | Unión SC-QAM | ¿OFDM/A capaz? |
| DOCSIS 2.0 | 40 Mbps DS 30 Mbps EE. UU. | 1 DS 1 EE. UU. | No |
| DOCSIS 3.0 | 1 Gbps DS 120 Mbps EE. UU. | 8 DS 4 EE. UU. | No |
| DOCSIS 3.1 | 10 Gbps DS 1 Gbps EE. UU. | 32 DS 8 EE. UU. | Sí |
| DOCSIS 4.0 | 10 Gbps DS 6 Gbps EE. UU. | 44 DS 8 EE. UU. | Sí |
DS = aguas abajo, EE.UU. = aguas arriba.
El módem DOCSIS 4.0 será un dispositivo de punto de entrada (PoE) cuando se utiliza en el modo DOCSIS 4.0, lo que lo convierte en el único dispositivo de terminación híbrida de fibra coaxial (HFC) de la unidad. Además, no será necesaria una red divisora para alimentar otras cajas, como decodificadores, y en muchos casos tampoco el cableado dentro de la unidad.
Fuente: Comcast. Haga clic aquí para obtener una versión más grande de esta imagen.
Como ejemplo, en enero de 2022, Comcast anunció su xFi Advanced Gateway que incorpora WiFi 6E, que se convirtió en el primer dispositivo DOCSIS 4.0 con la capacidad de ofrecer velocidades simétricas de varios gigabits.
DOCSIS 4.0 y Operadores de Cable
En Estados Unidos, los mayores operadores de sistemas múltiples (MSO) de cable, incluidos Comcast, Charter, Cox y Cable One, están trabajando en el desarrollo de la especificación DOCSIS 4.0. Estas compañías de cable están actualizando sus equipos y cambiando los diseños de sus redes híbridas de fibra-coaxial (HFC) para satisfacer la demanda de los consumidores de velocidades de datos más altas.
Comcast (Xfinity) DOCSIS 4.0
En enero de 2022, Comcast, que opera bajo la marca Xfinity, probó en laboratorio un prototipo de cable módem de sistema en chip (SoC) DOCSIS 4.0 Full Duplex (FDX) construido por Broadcom. Estos se conectaron a través de una red híbrida de fibra coaxial (HFC) basada en laboratorio a un sistema de terminación de módem de cable virtualizado (vCMTS) que opera en modo DOCSIS 4.0.
Utilizando vCMTS, Comcast demostró una conexión 10G completa: desde la red hasta el módem. En general, las velocidades de carga y descarga entregadas fueron superiores a 4 gigabits por segundo (Gbps).
Además, esta prueba demuestra la capacidad de Comcast para actualizar su plataforma vCMTS existente, mediante una actualización de software, a Full Duplex (FDX) DOCSIS 4.0.
Carta (Espectro) DOCSIS 4.0
En julio de 2022, Charter Communications, que opera bajo la marca Spectrum, declaró que sus pruebas recientes utilizando la tecnología DOCSIS 4.0 entregaron simultáneamente más de 8 gigabits por segundo (Gbps) en velocidades de bajada y más de 6 Gbps en velocidades de subida, utilizando una cascada de 4 amplificadores para un solo módem. Una cascada de amplificadores permite cubrir una gran parte de la red de una compañía de cable sin tener que acercar los nodos a los clientes.
En general, esta prueba demostró que Charter puede impulsar con éxito ofertas de velocidad multigigabit bidireccional en toda su red de cable.
Cox DOCSIS 4.0
En febrero de 2022, Cox Communications anunció que realizaría una inversión anual en infraestructura “multimillonaria” durante los próximos años para construir una red con capacidad de 10 Gbps. En particular, Cox destacó el uso de la tecnología DOCSIS 4.0 para permitirle ofrecer velocidades simétricas de varios gigabits a clientes residenciales y comerciales.
Cable Uno DOCSIS 4.0
Cable One espera comenzar las actualizaciones de DOCSIS 4.0 a finales de 2022, lo que permitirá a la empresa ofrecer velocidades gigabit simétricas. Con este fin, Cable One afirma que estas actualizaciones le permitirán mejorar aún más la capacidad de la planta en apoyo de los continuos aumentos en la demanda de los consumidores.
En el Día del Inversor de la compañía en marzo de 2022, el vicepresidente senior de Servicios Tecnológicos, Ken Johnson, destacó la preferencia de Cable One por seguir “el camino DOCSIS 4.0 para las actualizaciones porque es significativamente menos costoso”.
Al analizar las actualizaciones híbridas de fibra-coaxial (HFC) para DOCSIS 4.0, versus las actualizaciones de fibra, Cable One descubrió que construir excesivamente su red con fibra es “de 3 a 6 veces más caro que simplemente realizar una actualización de DOCSIS 4.0”. Más específicamente, de esta diferencia de costos, “la mano de obra es el factor mayor”. Además, Johnson afirmó que ambas tecnologías proporcionan a Cable One “el mismo rendimiento relativo”.
DOCSIS 4.0 vs 3.1 y Fibra hasta el Hogar (FTTH)
¿Cuál es la última versión de DOCSIS?
El estándar DOCSIS 3.1 es la última versión de DOCSIS disponible actualmente; la especificación se publicó por primera vez en 2013. En el momento de su lanzamiento, DOCSIS 3.1 adelantó la progresión de capacidad y eficiencia, OFDM y canal de banda ancha al estándar.
DOCSIS 3.1 frente a 4.0
DOCSIS 4.0 mantiene la capacidad de descarga de 10 Gbps habilitada en DOCSIS 3.1, al tiempo que aumenta la capacidad de subida a 6 Gbps, de 1 a 2 Gbps. A su vez, DOCSIS 4.0 ofrece una conexión más simétrica que DOCSIS 3.1.
| categoría | DOCSIS 3.1 | DOCSIS 4.0 |
| Capacidad aguas abajo | 10 Gbps | 10 Gbps |
| Capacidad aguas arriba | 1 a 2 Gbps | 6 Gbps |
| espectro descendente | 750MHz a 1GHz | 1,2 GHz a 1,8 GHz |
| espectro ascendente | 42 a 65MHz | 204 a 684MHz |
| Modulación | OFDM + SC-QAM | OFDM + SC-QAM |
Otra diferencia clave entre DOCSIS 3.1 y 4.0 es que DOCSIS 4.0 aumenta la cantidad total de espectro disponible para transmisiones ascendentes y descendentes.
DOCSIS 4.0 aumenta el espectro descendente a 1,2 GHz, e incluso hasta 1,8 GHz con DOCSIS de espectro extendido (ESD), también conocido como Dúplex por división de frecuencia (FDD).
En comparación, DOCSIS 3.1 sólo ofrece hasta 1 GHz de espectro descendente. Además, en términos de espectro ascendente, las ganancias entre DOCSIS 3.1 y 4.0 son aún más drásticas, con una mejora de 5 a 16 veces.
DOCSIS 4.0 frente a Fibra
El estándar DOCSIS 4.0 utiliza una infraestructura híbrida de fibra coaxial (HFC) que combina el uso de fibra óptica y cable coaxial para formar una red.
Las redes HFC envían señales de televisión desde una cabecera de cable (es decir, una instalación de distribución) a los vecindarios locales a través de fibra óptica. La fibra termina en un nodo óptico, donde las señales ópticas/luz se convierten en señales eléctricas y se distribuyen a los hogares a través de líneas de cable coaxial.
DOCSIS 4.0 vs Fibra hasta el Hogar (FTTH)
La fibra hasta el hogar (FTTH) o la fibra hasta las instalaciones (FTTP) a menudo se considera el objetivo final “muy” a largo plazo de todo operador de banda ancha, incluidas las compañías de cable y los proveedores de telecomunicaciones. Aún así, DOCSIS 4.0 representa un paso atractivo a mediano plazo dado que es una actualización rentable para lograr velocidades simétricas de varios gigabits.
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En Australia, nbn (Red Nacional de Banda Ancha) es una red nacional mayorista de banda ancha de acceso abierto de propiedad estatal que utiliza una combinación de cobre, coaxial y fibra para dar servicio a su población. Como se muestra a continuación, nbn está evaluando actualmente su próximo ciclo importante de inversión, que se espera que sea en 2025 y 2026. Específicamente, nbn está evaluando entre:
- HFC: realice inversiones en DOCSIS utilizando Arquitecturas de Acceso Distribuido (DAA) y DOCSIS 4.0
- FTTP: ampliación de fibra hasta las instalaciones (FTTP) para cada hogar residencial
Fuente: nbn. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta imagen.
El ejemplo de nbn ilustra cómo durante la década de 2030, HFC y FTTP producirán niveles de velocidad y rendimiento similares desde una perspectiva de servicio residencial. Sin embargo, en el “muy” largo plazo, es decir, a partir de 2040, FTTP será, en última instancia, la tecnología predominante. Por lo tanto, las compañías de cable deben decidir si actualizan inicialmente a HFC, como paso intermedio, antes de sobreconstruir con redes FTTP.
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