周強 ARRIS公司中國
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。
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。
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。
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,國內也在開展HPON的實驗。