有线网络长期发展的技术演进

周强 ARRIS公司中国

1.前言

我的报告主题是有线电视网络长期发展的技术演进。说到有线电视网络的长期发展，就要把眼光放得稍微远一点，研究未来十年或二十年带宽的发展情况。

我们先来看第一个变量，“广告板”带宽，就是运营商提供的高端用户的宽带业务。对于北美运营商而言，目前高端用户的连接速率为300～500Mbps，在互联网已发展的20年过程中，图1互联网带宽的尼尔森定律表明，“广告板”带宽每年增长的速度是50%，如果按照这个规律继续发展，相信会很快进入Gbps时代。

Gbps时代很快就会来临。到2025年左右，将进入10Gbps时代，2030年将达到85 Gbps时代，这就是著名的互联网尼尔森定律告诉我们会是这样的发展势头。上海电信已经在十几个小区部署Gbps业务。中国的发展略微晚一点，但发展趋势应该与世界发达国家的发展一样。

再来看另外一个变量，每个用户的消耗带宽。注意下面的事实：2017年下行数据用户平均消耗带宽 Tavg (DS)：～1Mbps；2017年上行数据用户平均消耗带宽 Tavg (US)：～100kbps。

图1 高端用户连接速率的增长速度

图2 ARRIS (Cloonan) 宽带业务流量模型

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

我国的情况是： 2017年下行数据用户平均消耗带宽 Tavg (DS)：～400kbps；2017年上行数据用户平均消耗带宽 Tavg (US)：～40kbps。2017年“广告板” 带 宽 Tmax是 ～100Mbps，Tmax:Tavg (DS) = ～250倍，Tavg (DS):Tavg (US) = 10 倍；广电宽带渗透率 ～10%。

根据这几个变量可以研究对网络造成的压力。图2是ARRIS (Cloonan) 宽带业务流量模型，该模型在北美的应用比较广泛。所有运营商数据套入这个模型是完全正确的，国内运营商数据套入这个模型也是正确的。

我们把以上这些变量套入图2的宽带业务流量模型中，看网络的压力，网络端口的压力。按照现在互联网的要求，我们把数据套入后，端口提供100Mbps能力就够了。如果按照尼尔森定律继续下去，用户需求不断增长，端口压力逐渐变大，到2019年，必须要提供Gbps以上的端口能力才能满足用户需求的发展。

通过拆分服务组的方式在某种程度上可以减轻端口的压力，但是效果会逐渐减弱。服务组拆分从500拆到50，是10倍的代价，但是得到的效果并不是那么理想。所以归根到底，网络的提升必须要把网络设备端口的能力提升上去，才能满足未来几年或者十年的用户网络发展。

2.技术体系的选择

目前广电网络公司手中的工具有：FTTH（EPON、GPON、10G xPON、RFoG）、EOC、C-DOCSIS、CCAP R-PHY、CCAP D3.1。

图3 宽带(IP)接入技术端口能力比较

图4 CCAP 的组网方式

图5 C-DOCSIS 的组网方式

下面从两个方面来研究运营商应该采用什么样的技术，来面对未来用户不断增长的需求。一是端口能力是否足够，二是组网是否经济。图3是宽带(IP)接入技术端口能力的比较，左边是DOCSIS技术，右边是各种各样的技术，包括EOC、EPON、GPON和10G EPON，现在是100Mbps的接入水平。

未来，Gbps时代即将来临。现在的端口能力是否能适应Gbps时代的要求？在Gbps时代，C-DOCSIS和EPON技术都将被淘汰，GPON也会达到它的带宽极限，这就是Gbps时代的状况。如果采用这样的技术，就要面临设备的更新换代，例如采用10Gbps的设备。左边的DOCSIS技术，可以通过端口不断将信号绑定，以及内容引入将端口能力不断提升，甚至可以具有和10G EPON相匹配的能力。

再比较一下建网的经济性。中国广电有线网络的特点是广覆盖、低渗透。广电有线网络现在的FTTH，是一个窄覆盖，它的覆盖基本是一栋楼的范围，窄覆盖的特点是造价高。未来提升网络能力，需要更换GPON，采用传输速率更快的技术。

CCAP的组网方式是广覆盖，从造价角度来看，CCAP显然比FTTH方式要经济得多。CCAP的技术发展瓶颈不是很明显，可以不断地通过频道绑定的数量和3.1屏幕扩充方式把它的端口能力持续提升，CCAP等同于PON甚至超过PON的能力，没有明显的技术发展瓶颈。

图6 C-DOCSIS技术的“广告板带宽”上限

图7 采用DOCSIS 3.1技术以及频谱演进

图8 不同长度RG-6同轴电缆的可用传输速率

图5 是C-DOCSIS 的组网方式。C-DOCSIS可以做到比较大的覆盖，但是造价高。对于广电有线电视倡导的“光进铜退”，我们发现C-DOCSIS 与“光进铜退之间会存在一个取舍。C-DOCSIS的技术发展瓶颈和EPON的技术发展瓶颈差不多，到2019年会到达“广告板带宽”的上限。

3.DOCSIS技术体系的长期演进方向

对DOCSIS技术体系的长期演进方向做一个展望。DOCSIS 3.1具有更高的频谱效率，通过提高频谱效率，可提升端口的能力。

针对同轴电缆到底能够传输多大带宽的数据，我们做了一个研究。我们发现电缆缩短以后，同轴电缆的潜力是巨大的。如果同轴电缆足够短，例如30米或者50米，我们发现随着频谱增加，同轴电缆能够传输的数据速率甚至可以达到100Gbps。我们做了更进一步的实验，继续增加频谱，当同轴电缆足够短时，传输速率甚至可以达到200Gbps。

DOCSIS技术的发展远景是继续扩充频谱，进一步通过全双工DOCSIS技术，克服原来上下不对称的弱点，基本实现上下对称的业务服务。

4.DOCSIS技术的近期进展和未来计划

DOCSIS技术的近期进展是R-PHY、全双工的DOCSIS—FDX，把下行频谱拿出来可以上下行共用，实现DOCSIS全双工。还有就是扩展频谱。

当前若采用DOCSIS技术，如何改进我们的网络？因为端口能力的提升，靠的是频谱，所以要不断设法提升频谱，才能不断扩充端口的能力。网络上有很多有源设备，增加总功率，元器件就可能出现饱和。在不能承载大功率时，不妨把电平降下来，频谱就容易扩展了。以上也提及同轴电缆越短越好，同轴电缆短距离的传输能力可以到100Gbps、200Gbps。

图9 HPON之Hybrid (混合)含义

显然，需要光进铜退。光进铜退，可以扩充频谱，可以缩短同轴电缆的传输距离。由于光纤替代了大部分的同轴电缆，网络可靠性得以提高，维护变得简单。此外，还可以把PON信号压上来。相对于其它性能降低的RFOG系统，我们称之为HPON系统，HPON是混合的意思，在北美部署的量非常大。目前，国内也在开展HPON的实验。