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        有線網(wǎng)絡(luò)長期發(fā)展的技術(shù)演進(jìn)

        2018-06-22 09:13:46周強(qiáng)ARRIS公司中國
        視聽界(廣播電視技術(shù)) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:同軸電纜寬帶端口

        周強(qiáng) ARRIS公司中國

        1.前言

        我的報告主題是有線電視網(wǎng)絡(luò)長期發(fā)展的技術(shù)演進(jìn)。說到有線電視網(wǎng)絡(luò)的長期發(fā)展,就要把眼光放得稍微遠(yuǎn)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(wù)。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(jìn)入Gbps時代。

        Gbps時代很快就會來臨。到2025年左右,將進(jìn)入10Gbps時代,2030年將達(dá)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(wù)。中國的發(fā)展略微晚一點,但發(fā)展趨勢應(yīng)該與世界發(fā)達(dá)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(wù)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(luò)造成的壓力。圖2是ARRIS (Cloonan) 寬帶業(yè)務(wù)流量模型,該模型在北美的應(yīng)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(wù)流量模型中,看網(wǎng)絡(luò)的壓力,網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(wù)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(luò)的提升必須要把網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(luò)發(fā)展。

        2.技術(shù)體系的選擇

        目前廣電網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(yīng)該采用什么樣的技術(shù),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(jì)。圖3是寬帶(IP)接入技術(shù)端口能力的比較,左邊是DOCSIS技術(shù),右邊是各種各樣的技術(shù),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。現(xiàn)在的端口能力是否能適應(yīng)Gbps時代的要求?在Gbps時代,C-DOCSIS和EPON技術(shù)都將被淘汰,GPON也會達(dá)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(shù),就要面臨設(shè)備的更新?lián)Q代,例如采用10Gbps的設(shè)備。左邊的DOCSIS技術(shù),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(jì)性。中國廣電有線網(wǎng)絡(luò)的特點是廣覆蓋、低滲透。廣電有線網(wǎng)絡(luò)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(luò)能力,需要更換GPON,采用傳輸速率更快的技術(shù)。

        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(jì)得多。CCAP的技術(shù)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(kuò)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(shù)發(fā)展瓶頸。

        圖6 C-DOCSIS技術(shù)的“廣告板帶寬”上限

        圖7 采用DOCSIS 3.1技術(shù)以及頻譜演進(jìn)

        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(dǎo)的“光進(jìn)銅退”,我們發(fā)現(xiàn)C-DOCSIS 與“光進(jìn)銅退之間會存在一個取舍。C-DOCSIS的技術(shù)發(fā)展瓶頸和EPON的技術(shù)發(fā)展瓶頸差不多,到2019年會到達(dá)“廣告板帶寬”的上限。

        3.DOCSIS技術(shù)體系的長期演進(jìn)方向

        對DOCSIS技術(shù)體系的長期演進(jìn)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(dá)到100Gbps。我們做了更進(jìn)一步的實驗,繼續(xù)增加頻譜,當(dāng)同軸電纜足夠短時,傳輸速率甚至可以達(dá)到200Gbps。

        DOCSIS技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)景是繼續(xù)擴(kuò)充頻譜,進(jìn)一步通過全雙工DOCSIS技術(shù),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(wù)服務(wù)。

        4.DOCSIS技術(shù)的近期進(jìn)展和未來計劃

        DOCSIS技術(shù)的近期進(jìn)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(kuò)展頻譜。

        當(dāng)前若采用DOCSIS技術(shù),如何改進(jìn)我們的網(wǎng)絡(luò)?因為端口能力的提升,靠的是頻譜,所以要不斷設(shè)法提升頻譜,才能不斷擴(kuò)充端口的能力。網(wǎng)絡(luò)上有很多有源設(shè)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(kuò)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(jìn)銅退。光進(jìn)銅退,可以擴(kuò)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(luò)可靠性得以提高,維護(hù)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。

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