通过电视电缆的千兆网

无论是中国还是德国，当前互联网接入方式仍然以DSL为主，有线电视网络宽带接入方式虽然一直以竞争者的角色出现，但是由于速度、稳定性等原因，它并不足以撼动电信等传统的数据服务。不过，未来有线电视提供商有可能改变这一格局，因为他们将有希望通过较低的成本提供更快速的互联网接入服务。虽然仍然无法避免与电视频道共享传输空间的问题，但是其传输速率将大幅度地提高，远远地抛离DSL。未来，所有有线电视提供商都将采用数字方式，因为未来的数字4K频道将需要更高的传输带宽，起码是目前全高清数字频道信号的两倍。

经由电视电缆实现的网络连接采用的是电缆数据传输服务接口规范（Data Over Cable Service Interface Specification，简称DOCSIS），通过电缆调制解调器终端系统（Cable Modem Termination System，简称CMTS）传送网络信号到电缆调制解调器。目前，接收设备大多为DOCSIS 3.0规范下的硬件，这是一个2006年通过的规范，该规范严格地限制了最大的上传和下载速率（见左下表）。不同地区的有线电视网络运营商提供的网络接入速度不同，但都必须有效地控制接入速度。而希望可以经由电视电缆传输和接收更多数据的有线电视网络运营商则需要采用新的技术规范，例如2013年年底通过的DOCSIS 3.1规范。该规范包含多项技术创新，相对于DOCSIS 3.0数据传输能力提升了50%，最大可提供上行2Gb/s和下行10Gb/s的带宽，足以与其他光纤连接的网络一较高下。

更先进的调制方式

仔细地看看数据传输方式可以发现DOCSIS 3.1为何能够实现更快的速度。首先，DOCSIS 3.1采用更先进的正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation，简称QAM）技术。QAM是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式，通过载波参数的变化，由相互正交的两个载波的幅度变化来表示数据信号。相位和振幅的改变将改变允许传输的信息量（见左下图），例如，如果要同时发送4bit，则需要设正交幅度调制的发射信号集的大小为16，称为16-QAM。信号集越大，所能够传输的信息就越多，但是信号就越容易受到干扰。为此，DOCSIS 3.0限制上传为64-QAM（6位）、下载为256-QAM（8位）。而在DOCSIS 3.1中，引入了具备前向纠错功能（Forward error correction，简称FEC）的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM）技术。OFDM实际上并不是什么新技术，它已经被广泛地应用于DSL、WLAN、电力线网络和LTE。OFDM可以将传输信道分成许多20kHz～50kHz的子信道，每个子信道发送一个独立的信号。它们彼此重叠，使得一个信号的峰值与相邻信号的波谷交错，从而使信号不会互相影响。这使得传输不易受干扰，而且如果子信道出现错误，则可以马上执行动态纠错。

优化数据传输频率

在OFDM的支持下，DOCSIS 3.1相对于DOCSIS 3.0的优势非常明显：DOCSIS 3.1允许使用1024 QAM（10位）甚至4096-QAM（12位）传输信号，仅此一点，DOCSIS 3.1的数据速率就提高了30%以上。另外，各个传输信道的频带不再需要为了避免干扰而隔开400kHz的间隙，可以直接彼此跟随。稳健的OFDM还允许信号通过容易发生干扰的较高频率进行传输，因此，除了可以使用当前有线电视5MHz～1002MHz之间的频带，还可以使用1218MHz频带，并最终扩展到1794MHz（见左侧图表）。通过一系列的优化，DOCSIS 3.1将可以通过有线电视电缆提供下行10Gb/s的互联网接入速度。当然，这只是一个理论值，特别是在第一代的DOCSIS 3.1设备上是不可能实现这一速度的。

由于DOCSIS 3.1规范涉及到CMTS系统及用户的电缆调制解调器，必须通过新的设备才可以使用OFDM调制技术，所以业内人士正计划逐步升级网络。在未来几年，首先将扩大DOCSIS 3.1的通道，仍然使用老设备的用户不会感觉到什么变化，只有使用新设备的客户才能够获得一些实惠，例如互联网接入速度更快。在此之后，将逐渐关停DOCSIS 3.0通道，切换到DOCSIS 3.1，但是目前世界各国的有线网络运营商都没有确定切换的日期。在美国，Comcast公司希望可以在2015年进行测试并更快地完成切换。在美国的国际消费电子展上，博通公司推出了一个BCM3390电缆调制解调器，它可以支持第一阶段的扩展，控制1218MHz频带和实现数个Gb/s的下载速度。