有線網(wǎng)絡長期發(fā)展的技術演進

周強 ARRIS公司中國

1.前言

我的報告主題是有線電視網(wǎng)絡長期發(fā)展的技術演進。說到有線電視網(wǎng)絡的長期發(fā)展，就要把眼光放得稍微遠一點，研究未來十年或二十年帶寬的發(fā)展情況。

我們先來看第一個變量，“廣告板”帶寬，就是運營商提供的高端用戶的寬帶業(yè)務。對于北美運營商而言，目前高端用戶的連接速率為300～500Mbps，在互聯(lián)網(wǎng)已發(fā)展的20年過程中，圖1互聯(lián)網(wǎng)帶寬的尼爾森定律表明，“廣告板”帶寬每年增長的速度是50%，如果按照這個規(guī)律繼續(xù)發(fā)展，相信會很快進入Gbps時代。

Gbps時代很快就會來臨。到2025年左右，將進入10Gbps時代，2030年將達到85 Gbps時代，這就是著名的互聯(lián)網(wǎng)尼爾森定律告訴我們會是這樣的發(fā)展勢頭。上海電信已經(jīng)在十幾個小區(qū)部署Gbps業(yè)務。中國的發(fā)展略微晚一點，但發(fā)展趨勢應該與世界發(fā)達國家的發(fā)展一樣。

再來看另外一個變量，每個用戶的消耗帶寬。注意下面的事實：2017年下行數(shù)據(jù)用戶平均消耗帶寬 Tavg (DS)：～1Mbps；2017年上行數(shù)據(jù)用戶平均消耗帶寬 Tavg (US)：～100kbps。

圖1 高端用戶連接速率的增長速度

圖2 ARRIS (Cloonan) 寬帶業(yè)務流量模型

2017年“廣告板”帶寬 Tmax是300～500Mbps，Tmax:Tavg (DS) = 300 ～500 倍；Tavg (DS) :Tavg (US)= 10 倍。

我國的情況是： 2017年下行數(shù)據(jù)用戶平均消耗帶寬 Tavg (DS)：～400kbps；2017年上行數(shù)據(jù)用戶平均消耗帶寬 Tavg (US)：～40kbps。2017年“廣告板” 帶 寬 Tmax是 ～100Mbps，Tmax:Tavg (DS) = ～250倍，Tavg (DS):Tavg (US) = 10 倍；廣電寬帶滲透率 ～10%。

根據(jù)這幾個變量可以研究對網(wǎng)絡造成的壓力。圖2是ARRIS (Cloonan) 寬帶業(yè)務流量模型，該模型在北美的應用比較廣泛。所有運營商數(shù)據(jù)套入這個模型是完全正確的，國內(nèi)運營商數(shù)據(jù)套入這個模型也是正確的。

我們把以上這些變量套入圖2的寬帶業(yè)務流量模型中，看網(wǎng)絡的壓力，網(wǎng)絡端口的壓力。按照現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的要求，我們把數(shù)據(jù)套入后，端口提供100Mbps能力就夠了。如果按照尼爾森定律繼續(xù)下去，用戶需求不斷增長，端口壓力逐漸變大，到2019年，必須要提供Gbps以上的端口能力才能滿足用戶需求的發(fā)展。

通過拆分服務組的方式在某種程度上可以減輕端口的壓力，但是效果會逐漸減弱。服務組拆分從500拆到50，是10倍的代價，但是得到的效果并不是那么理想。所以歸根到底，網(wǎng)絡的提升必須要把網(wǎng)絡設備端口的能力提升上去，才能滿足未來幾年或者十年的用戶網(wǎng)絡發(fā)展。

2.技術體系的選擇

目前廣電網(wǎng)絡公司手中的工具有：FTTH（EPON、GPON、10G xPON、RFoG）、EOC、C-DOCSIS、CCAP R-PHY、CCAP D3.1。

圖3 寬帶(IP)接入技術端口能力比較

圖4 CCAP 的組網(wǎng)方式

圖5 C-DOCSIS 的組網(wǎng)方式

下面從兩個方面來研究運營商應該采用什么樣的技術，來面對未來用戶不斷增長的需求。一是端口能力是否足夠，二是組網(wǎng)是否經(jīng)濟。圖3是寬帶(IP)接入技術端口能力的比較，左邊是DOCSIS技術，右邊是各種各樣的技術，包括EOC、EPON、GPON和10G EPON，現(xiàn)在是100Mbps的接入水平。

未來，Gbps時代即將來臨?，F(xiàn)在的端口能力是否能適應Gbps時代的要求？在Gbps時代，C-DOCSIS和EPON技術都將被淘汰，GPON也會達到它的帶寬極限，這就是Gbps時代的狀況。如果采用這樣的技術，就要面臨設備的更新?lián)Q代，例如采用10Gbps的設備。左邊的DOCSIS技術，可以通過端口不斷將信號綁定，以及內(nèi)容引入將端口能力不斷提升，甚至可以具有和10G EPON相匹配的能力。

再比較一下建網(wǎng)的經(jīng)濟性。中國廣電有線網(wǎng)絡的特點是廣覆蓋、低滲透。廣電有線網(wǎng)絡現(xiàn)在的FTTH，是一個窄覆蓋，它的覆蓋基本是一棟樓的范圍，窄覆蓋的特點是造價高。未來提升網(wǎng)絡能力，需要更換GPON，采用傳輸速率更快的技術。

CCAP的組網(wǎng)方式是廣覆蓋，從造價角度來看，CCAP顯然比FTTH方式要經(jīng)濟得多。CCAP的技術發(fā)展瓶頸不是很明顯，可以不斷地通過頻道綁定的數(shù)量和3.1屏幕擴充方式把它的端口能力持續(xù)提升，CCAP等同于PON甚至超過PON的能力，沒有明顯的技術發(fā)展瓶頸。

圖6 C-DOCSIS技術的“廣告板帶寬”上限

圖7 采用DOCSIS 3.1技術以及頻譜演進

圖8 不同長度RG-6同軸電纜的可用傳輸速率

圖5 是C-DOCSIS 的組網(wǎng)方式。C-DOCSIS可以做到比較大的覆蓋，但是造價高。對于廣電有線電視倡導的“光進銅退”，我們發(fā)現(xiàn)C-DOCSIS 與“光進銅退之間會存在一個取舍。C-DOCSIS的技術發(fā)展瓶頸和EPON的技術發(fā)展瓶頸差不多，到2019年會到達“廣告板帶寬”的上限。

3.DOCSIS技術體系的長期演進方向

對DOCSIS技術體系的長期演進方向做一個展望。DOCSIS 3.1具有更高的頻譜效率，通過提高頻譜效率，可提升端口的能力。

針對同軸電纜到底能夠傳輸多大帶寬的數(shù)據(jù)，我們做了一個研究。我們發(fā)現(xiàn)電纜縮短以后，同軸電纜的潛力是巨大的。如果同軸電纜足夠短，例如30米或者50米，我們發(fā)現(xiàn)隨著頻譜增加，同軸電纜能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率甚至可以達到100Gbps。我們做了更進一步的實驗，繼續(xù)增加頻譜，當同軸電纜足夠短時，傳輸速率甚至可以達到200Gbps。

DOCSIS技術的發(fā)展遠景是繼續(xù)擴充頻譜，進一步通過全雙工DOCSIS技術，克服原來上下不對稱的弱點，基本實現(xiàn)上下對稱的業(yè)務服務。

4.DOCSIS技術的近期進展和未來計劃

DOCSIS技術的近期進展是R-PHY、全雙工的DOCSIS—FDX，把下行頻譜拿出來可以上下行共用，實現(xiàn)DOCSIS全雙工。還有就是擴展頻譜。

當前若采用DOCSIS技術，如何改進我們的網(wǎng)絡？因為端口能力的提升，靠的是頻譜，所以要不斷設法提升頻譜，才能不斷擴充端口的能力。網(wǎng)絡上有很多有源設備，增加總功率，元器件就可能出現(xiàn)飽和。在不能承載大功率時，不妨把電平降下來，頻譜就容易擴展了。以上也提及同軸電纜越短越好，同軸電纜短距離的傳輸能力可以到100Gbps、200Gbps。

圖9 HPON之Hybrid (混合)含義

顯然，需要光進銅退。光進銅退，可以擴充頻譜，可以縮短同軸電纜的傳輸距離。由于光纖替代了大部分的同軸電纜，網(wǎng)絡可靠性得以提高，維護變得簡單。此外，還可以把PON信號壓上來。相對于其它性能降低的RFOG系統(tǒng)，我們稱之為HPON系統(tǒng)，HPON是混合的意思，在北美部署的量非常大。目前，國內(nèi)也在開展HPON的實驗。