寬帶網(wǎng)絡(luò)的“窄”問題
2019-11-03 09:00:30
供稿：網(wǎng)友
蔡曉棟
目前有線電視網(wǎng)絡(luò)正朝著業(yè)務(wù)綜合化、數(shù)字化發(fā)展，其中雙向數(shù)據(jù)通信越來越多，作為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的重要技術(shù)之一的CRC算法，目前除了在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)中應(yīng)用，還可以在HFC網(wǎng)絡(luò)的軟硬件通信設(shè)備中得到充分的應(yīng)用。CRC自身機(jī)制確保有效克服惡劣的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境的干擾，有效降低通信誤碼率，實現(xiàn)信號的正確傳輸，保障了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的開展，因此，CRC數(shù)據(jù)校驗技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量、高效檢錯的有力手段，將在HFC中大有用武之地。
傳統(tǒng)意義上，我們將有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)定義為寬帶網(wǎng)絡(luò)，是信息高速公路的“最后1 km”，而將電信的固話網(wǎng)絡(luò)定義為窄帶網(wǎng)絡(luò)，因為它僅能提供簡單的語音和低速的數(shù)據(jù)服務(wù)。但從多年的發(fā)展和運營來看，HFC網(wǎng)絡(luò)的寬帶特性并不明顯，業(yè)務(wù)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于固話網(wǎng)絡(luò)的一次又一次變革，尤其是在固話網(wǎng)絡(luò)xDSL技術(shù)不斷發(fā)展的今天，HFC網(wǎng)絡(luò)承受著巨大的挑戰(zhàn)，寬帶的優(yōu)勢正在面臨著嚴(yán)重的威脅。究其原因，是HFC的寬帶特性在實際應(yīng)用上和我們的預(yù)期有些出入，HFC并不是完全意義上的寬帶網(wǎng)絡(luò)，它也有其一定的局限性和弱點，各種不可回避的問題，使HFC網(wǎng)絡(luò)變“窄”了。
1HFC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使其成為一個“窄帶”的網(wǎng)絡(luò)
我們將HFC網(wǎng)絡(luò)定義為寬帶網(wǎng)絡(luò)，是從光纜和電纜的特性而言的。毫無疑問，從帶寬特性來說，光纜是寬帶網(wǎng)絡(luò)使用最廣泛的干線、超干線傳輸媒介，是被各個通信運營商用得最為廣泛的寬帶傳輸媒介，HFC網(wǎng)絡(luò)被稱為“寬帶”網(wǎng)絡(luò)的根本原因在于采用了同軸電纜作為最終的入戶媒介。單純地從傳輸媒介而言，相對于固話網(wǎng)絡(luò)雙絞線，同軸電纜的頻帶特性確實稱得上是“寬帶”，但這是僅就電纜本身特性得出的結(jié)論，并不能就此說HFC網(wǎng)絡(luò)就是完全意義上的寬帶網(wǎng)絡(luò)。
我們熟知的傳統(tǒng)HFC網(wǎng)絡(luò)采用的都是星樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，前端提供所有的信號源并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，從前端發(fā)送光信號到各個光節(jié)點，各個光節(jié)點往下全部采用同軸電纜進(jìn)行電信號的分配，可以看出，所有的用戶分享的是前端的帶寬。所以，對于1個550 MHz或750 MHz的系統(tǒng)，真正平均到每個用戶的帶寬有限，前端覆蓋的范圍越大，服務(wù)的用戶越多，實際的網(wǎng)絡(luò)帶寬越“窄”。
過去，我們經(jīng)常這樣對比：HFC網(wǎng)絡(luò)是個550 MHz或750 MHz的寬帶網(wǎng)路，而固話網(wǎng)絡(luò)只是傳輸3.4 kHz語音的窄帶網(wǎng)絡(luò)。這種對比其實還僅僅是對電纜傳輸特性的對比，而并未從網(wǎng)絡(luò)的整體考慮，事實上，所謂的固話網(wǎng)絡(luò)3.4 kHz是單個用戶的帶寬，而HFC的550 MHz或750 MHz是網(wǎng)絡(luò)的總體帶寬，兩者并不完全可比。過分強(qiáng)調(diào)這樣的對比，只能影響我們對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的思考。2噪聲的存在使HFC網(wǎng)絡(luò)變“窄”
我們可以將HFC網(wǎng)絡(luò)上的噪聲簡單劃分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。內(nèi)部噪聲包括放大器中的熱噪聲、散粒噪聲，光設(shè)備的量子噪聲等。外部噪聲主要分為兩部分，一部分是來自于用戶終端的噪聲，這部分噪聲和信號混疊在一起，當(dāng)它們落在同一個頻帶內(nèi)，很難進(jìn)行控制；另一部分是來自于傳輸線路的侵入噪聲，如各種電器設(shè)備產(chǎn)生的瞬時脈沖、各種無線通信設(shè)備產(chǎn)生的持續(xù)的電磁干擾等。外部噪聲是不可預(yù)知、不可控的，而內(nèi)部噪聲中，傳輸器件的噪聲是可預(yù)知的，而來自用戶終端的噪聲也有很多的未知性。
HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同于固話網(wǎng)絡(luò)，固話網(wǎng)的傳輸線路是平衡傳輸，有較強(qiáng)的抵御外部干擾的能力，而同軸電纜采用的是非平衡的傳輸方式，抗干擾能力弱，當(dāng)屏蔽層導(dǎo)體接地不良時，問題更加突出。對于HFC網(wǎng)絡(luò)的星樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在上行信道上是個匯聚的網(wǎng)絡(luò)，帶來的問題就是噪聲的疊加，同軸電纜的傳輸長度越長，噪聲控制能力越差。按照當(dāng)前的頻譜規(guī)劃，5～65 M為上行頻帶，事實上，在很多地方，由于大量噪聲的存在，5～30 M基本不能被使用，30 M以上也僅部分可用，這就使得可用帶寬被大大縮減；另一方面，也正因為噪聲的存在，使得調(diào)制方式受到限制，例如，在很多的運營網(wǎng)絡(luò)中，上行只能采取QPSK等低效率的調(diào)制方式，下行一般只能采用64QAM，所以，不僅HFC的可用帶寬受到了限制，傳輸速率也受到了限制。
3信息的有效性使HFC網(wǎng)絡(luò)變“窄”
寬與窄，是相對于業(yè)務(wù)方式而言的。傳統(tǒng)上，我們將電視業(yè)務(wù)看作是寬帶業(yè)務(wù)。就模擬電視而言，1套電視占用8 MHz的頻帶，即便數(shù)字電視，一套節(jié)目的碼率基本也大于4 Mbps，要用固話的雙絞線同時傳送數(shù)十套電視節(jié)目，顯然是不行的。所以，我們自然將HFC網(wǎng)絡(luò)定義為寬帶網(wǎng)絡(luò)。
但我們必須看到，盡管電視業(yè)務(wù)是寬帶業(yè)務(wù)，但它的業(yè)務(wù)特征是廣播，所有的用戶接收相同的信號，這些信號攜帶了大量的信息，但這些信息并不都是用戶需要的或能夠被用戶使用的。信息的價值在于它的可用性或者有效性，雖然傳統(tǒng)的廣播電視也攜帶了大量的信息，但對單個具體的用戶而言，并不是到達(dá)用戶的所有的信號都被使用了，用戶也并不是總能接收全部信息。事實上，對于用戶而言，用戶感興趣的或者能被用戶利用的信息只是其中很小的一部分。
對于網(wǎng)絡(luò)來說，因為對相同的信息只需發(fā)送并且傳輸一次，網(wǎng)絡(luò)的效率提高了，但對于用戶來說，卻是大量的無用信號占用了信道，大量的廣播式業(yè)務(wù)的應(yīng)用，使HFC可被利用的信道變“窄”了。
而現(xiàn)在的寬帶網(wǎng)絡(luò)，，是基于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)上，有價值的信息在信號中的百分比提高了，只有被用戶選中的信息才會以信號的方式傳送到用戶端，即用戶參與到了信號的傳送中而不再只是被動地接收——最多就是和電視機(jī)的互動，信道的利用率被大大提高了，信息的時效性也明顯提高。當(dāng)然，在寬帶網(wǎng)絡(luò)上也流動著大量的無用信息，如垃圾郵件，病毒等，但這些都是人為因素，不是技術(shù)因素。
所以，從信息的有效性看，HFC網(wǎng)絡(luò)是個信號的寬帶網(wǎng)絡(luò)而并不總是信息的寬帶網(wǎng)絡(luò)，所以當(dāng)前即便是HFC網(wǎng)絡(luò)的看家業(yè)務(wù)——廣播電視業(yè)務(wù)本身也在遭受著寬帶網(wǎng)絡(luò)的沖擊。
4用戶密集的特點使HFC網(wǎng)絡(luò)變“窄”
同軸網(wǎng)絡(luò)被稱為信息高速公路的“最后1 km”，被認(rèn)為是三網(wǎng)融合的最佳入戶傳輸媒介，所以為了開展多項業(yè)務(wù)，充分利用HFC網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源，許多運營商都對HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了雙向改造，開展了寬帶業(yè)務(wù)。但從技術(shù)上說，這“最后1 km”放到實際的運營網(wǎng)絡(luò)中，就要打個折扣了。
以目前國內(nèi)大多運營商采用的DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)為例，在一個8 MHz的頻帶內(nèi)，能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率是40 Mbps，如果以１個E1，即1.554/2.048 Mbps作為寬帶的底線，一個8 MHz的頻帶只能分配給不到30個用戶同時使用。
在上行通道的3 MHz的頻帶內(nèi)，如果采用QPSK調(diào)制方式，能夠提供的數(shù)據(jù)傳輸速率為10 Mbps，同樣，參照ADSL的性能，上行速率最大768 kbps，那么1個3 MHz的頻帶內(nèi)，僅能供13個用戶同時共享。
實際上，在大多數(shù)運營網(wǎng)絡(luò)里，無論上行通道還是下行通道，每個通道都在被至少數(shù)百個用戶共享。也許按照當(dāng)前所有寬帶運營商共同面對的問題，速度的瓶頸不在接入網(wǎng)絡(luò)，而在于寬帶出口，在于干線承載的壓力，但隨著骨干網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)容、出口的增加、本地寬帶應(yīng)用服務(wù)的提升，傳輸瓶頸最終還會落實到接入網(wǎng)絡(luò)上來。
同軸網(wǎng)絡(luò)將會成為信息高速公路的“最后1 km”，這個說法來自于國外，但應(yīng)用到國內(nèi)，這種說法并不一定準(zhǔn)確。信息發(fā)達(dá)國家，基本都是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，對于它們，這“最后1 km”可能就是一段傳輸線路，最終的用戶可能就是一個，但對于國內(nèi)，這“最后1 km”可能還是一個很大的分配網(wǎng)絡(luò)，這個分配網(wǎng)絡(luò)要分享這“1 km”上的帶寬資源，從前面的分析看，由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒂脩粢?guī)模等的限制，這“1 km”的寬帶事實上并不如我們想象的那樣寬。
如果為了克服用戶集中的問題，我們將同軸接入的半徑縮小，使之成為“最后半千米”甚至更小，就失去了同軸電纜作為中長距離傳輸?shù)囊饬x了，那時也許還是雙絞線的性價比更好，光纖接入則會占據(jù)高端市場，同軸電纜的壓力更大。
5簡單的信號處理方式使HFC變“窄”
眾所周知，HFC在開展寬帶業(yè)務(wù)的時候，在下行信道采取的是和電視業(yè)務(wù)一樣的廣播方式，即數(shù)據(jù)被發(fā)送到所有的Cable Modem上，由Cable Modem對信號進(jìn)行擇取，將發(fā)送到本地的數(shù)據(jù)接收下來，摒棄非本地的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)在工作方式上有點類似HUB。在上行信道，用戶并沒有獨享的信道，采用的是TDM的方式分享信道，而在信號的傳輸上，采用的是信號混疊的方式，由于沒有獨占的信道，用戶終端只是在某一個時刻通過該公共信道向頭端發(fā)送數(shù)據(jù)，而無論是否發(fā)送數(shù)據(jù)，來自該用戶終端的噪聲卻持續(xù)地發(fā)送到信道上，在從用戶到頭端之間，經(jīng)過的都是分支分配器、放大器及光工作站等設(shè)備，他們對信道沒有控制能力，僅簡單地將來自節(jié)點下的信號通過功率疊加的方式向上傳送。
從以上分析可以看出，無論是上行還是下行，使用的都是公共信道，共享同一信道的用戶越多，數(shù)據(jù)的發(fā)送率就越高，但用戶的實際帶寬越“窄”。更為嚴(yán)重的是，在上行通道，任何用戶終端上發(fā)生問題，都會對該信道產(chǎn)生影響，頭端只能對公共信道進(jìn)行處理，而不能夠針對單個用戶的終端進(jìn)行處理。這樣，由于某個終端可能出現(xiàn)的問題，也使得HFC網(wǎng)絡(luò)可用性降低，帶寬變“窄”。
綜上所述，HFC網(wǎng)絡(luò)有先天優(yōu)勢，也有不足，HFC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該走適合網(wǎng)絡(luò)本身特點的道路，網(wǎng)絡(luò)運營商也應(yīng)從多方面認(rèn)清自身的優(yōu)勢，而不僅僅局限于同軸的“寬帶”這一特長。
（1）數(shù)字化是手段。HFC網(wǎng)絡(luò)是為了傳輸廣播電視而發(fā)展起來的，正因為如此，它也是最適合廣播式業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。但傳統(tǒng)的模擬電視對頻帶的資源占用比較多，使得業(yè)務(wù)的發(fā)展空間受到限制。將模擬傳送的電視數(shù)字化，對于網(wǎng)絡(luò)自身來說，最大的好處就是能夠節(jié)約很多的頻帶資源，一方面有效地提高了頻帶的利用率，把被傳送廣播式業(yè)務(wù)“吃”掉的帶寬“奪”回來，另外一方面也有效地提高了系統(tǒng)的容量，便于開展更多的基本業(yè)務(wù)。按照DVB－C標(biāo)準(zhǔn)，采用64QAM調(diào)制，原來一個模擬電視頻道能夠提供約38 Mbps的數(shù)據(jù)速率，大多數(shù)運營商都在1個頻帶內(nèi)提供6~8套數(shù)字電視節(jié)目，這樣傳送相同的節(jié)目量只需要占用原來模擬傳輸?shù)?/6甚至更少的頻道，或者能夠用原數(shù)量的模擬頻道傳輸6倍甚至更多的電視業(yè)務(wù)。
（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化是根本。首先縮短網(wǎng)絡(luò)上電信號的傳輸距離，用光纖逼近用戶。對于HFC網(wǎng)絡(luò)，回傳噪聲是個“天敵”，噪聲的主要來源無非兩個，一個來自于用戶終端，一個來自于傳輸線路。利用光纖，能夠有效地減少來自于電纜網(wǎng)絡(luò)的侵入噪聲，而這些侵入噪聲正是噪聲的主要來源。光纖逼近用戶還有利于將來頭端的下移。其次是減少星樹型分配網(wǎng)絡(luò)的層次深度。現(xiàn)在還有一些網(wǎng)絡(luò)大量采用星樹型的分配方式，因為這樣能夠顯著地節(jié)約電纜，但這種方式不適宜作為信息網(wǎng)的拓?fù)洌环矫妫焕诰W(wǎng)絡(luò)的維護(hù)——對任何節(jié)點的終端，都會影響該節(jié)點下的所有用戶，另一方面，不利于回傳電平的調(diào)整。再次，頭端逼近用戶。當(dāng)頭端逼近用戶時，一方面，意味著共享頭端的用戶少了，每個用戶可用的帶寬資源多了，另一方面，有可能采用更高效率的調(diào)制方式，比如下行可以采用256QAM調(diào)制等。
（3）多種接入方式協(xié)同發(fā)展。盡管同軸電纜的帶寬是明顯的，但為了利用這種帶寬資源所付出的代價也是巨大的，首先要進(jìn)行雙向改造，質(zhì)量較差的網(wǎng)絡(luò)投入的成本更大，雙向網(wǎng)絡(luò)受環(huán)境噪聲的影響也很大，有著很多的未知性。其次，付出的技術(shù)成本和設(shè)備成本也是巨大的。盡管Cable Modem的價格已經(jīng)降低了很多，但前端的價格仍不菲。當(dāng)前的很多寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用基礎(chǔ)都是計算機(jī)，而五類線是計算機(jī)組網(wǎng)的最成熟的方式，光纜的價格及協(xié)議轉(zhuǎn)換器的價格也正迅速降低，寬帶網(wǎng)絡(luò)的最終接入方式最終會歸結(jié)到光纜和五類線上來，五類線的接入應(yīng)當(dāng)是固話雙絞線接入最大最強(qiáng)勁的競爭對手，盡管5類線現(xiàn)在使用的是基帶傳輸方式，傳輸距離有限，但相信將來也會有基于5類線的頻帶傳輸方式，屆時，5類線的應(yīng)用會更為廣泛。發(fā)展不同的業(yè)務(wù)，就應(yīng)當(dāng)有不同的技術(shù)方式，不應(yīng)當(dāng)因為有HFC網(wǎng)而排斥其他接入方式，廣電的優(yōu)勢不僅僅在于有同軸電纜用戶，更在于廣電已經(jīng)樹立了入戶的形象和概念，廣電完全能夠借助自身的優(yōu)勢建設(shè)適合不同業(yè)務(wù)的各種網(wǎng)絡(luò)。
摘自《中國有線電視》
