通過電視電纜的千兆網(wǎng)

無論是中國還是德國，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)接入方式仍然以DSL為主，有線電視網(wǎng)絡(luò)寬帶接入方式雖然一直以競(jìng)爭(zhēng)者的角色出現(xiàn)，但是由于速度、穩(wěn)定性等原因，它并不足以撼動(dòng)電信等傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。不過，未來有線電視提供商有可能改變這一格局，因?yàn)樗麄儗⒂邢Ｍㄟ^較低的成本提供更快速的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。雖然仍然無法避免與電視頻道共享傳輸空間的問題，但是其傳輸速率將大幅度地提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋離DSL。未來，所有有線電視提供商都將采用數(shù)字方式，因?yàn)槲磥淼臄?shù)字4K頻道將需要更高的傳輸帶寬，起碼是目前全高清數(shù)字頻道信號(hào)的兩倍。

經(jīng)由電視電纜實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)連接采用的是電纜數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)接口規(guī)范（Data Over Cable Service Interface Specification，簡(jiǎn)稱DOCSIS），通過電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（Cable Modem Termination System，簡(jiǎn)稱CMTS）傳送網(wǎng)絡(luò)信號(hào)到電纜調(diào)制解調(diào)器。目前，接收設(shè)備大多為DOCSIS 3.0規(guī)范下的硬件，這是一個(gè)2006年通過的規(guī)范，該規(guī)范嚴(yán)格地限制了最大的上傳和下載速率（見左下表）。不同地區(qū)的有線電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的網(wǎng)絡(luò)接入速度不同，但都必須有效地控制接入速度。而希望可以經(jīng)由電視電纜傳輸和接收更多數(shù)據(jù)的有線電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商則需要采用新的技術(shù)規(guī)范，例如2013年年底通過的DOCSIS 3.1規(guī)范。該規(guī)范包含多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，相對(duì)于DOCSIS 3.0數(shù)據(jù)傳輸能力提升了50%，最大可提供上行2Gb/s和下行10Gb/s的帶寬，足以與其他光纖連接的網(wǎng)絡(luò)一較高下。

更先進(jìn)的調(diào)制方式

仔細(xì)地看看數(shù)據(jù)傳輸方式可以發(fā)現(xiàn)DOCSIS 3.1為何能夠?qū)崿F(xiàn)更快的速度。首先，DOCSIS 3.1采用更先進(jìn)的正交幅度調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，簡(jiǎn)稱QAM）技術(shù)。QAM是一種在兩個(gè)正交載波上進(jìn)行幅度調(diào)制的調(diào)制方式，通過載波參數(shù)的變化，由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化來表示數(shù)據(jù)信號(hào)。相位和振幅的改變將改變?cè)试S傳輸?shù)男畔⒘浚ㄒ娮笙聢D），例如，如果要同時(shí)發(fā)送4bit，則需要設(shè)正交幅度調(diào)制的發(fā)射信號(hào)集的大小為16，稱為16-QAM。信號(hào)集越大，所能夠傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?，但是信?hào)就越容易受到干擾。為此，DOCSIS 3.0限制上傳為64-QAM（6位）、下載為256-QAM（8位）。而在DOCSIS 3.1中，引入了具備前向糾錯(cuò)功能（Forward error correction，簡(jiǎn)稱FEC）的正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡(jiǎn)稱OFDM）技術(shù)。OFDM實(shí)際上并不是什么新技術(shù)，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于DSL、WLAN、電力線網(wǎng)絡(luò)和LTE。OFDM可以將傳輸信道分成許多20kHz～50kHz的子信道，每個(gè)子信道發(fā)送一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)。它們彼此重疊，使得一個(gè)信號(hào)的峰值與相鄰信號(hào)的波谷交錯(cuò)，從而使信號(hào)不會(huì)互相影響。這使得傳輸不易受干擾，而且如果子信道出現(xiàn)錯(cuò)誤，則可以馬上執(zhí)行動(dòng)態(tài)糾錯(cuò)。

優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸頻率

在OFDM的支持下，DOCSIS 3.1相對(duì)于DOCSIS 3.0的優(yōu)勢(shì)非常明顯：DOCSIS 3.1允許使用1024 QAM（10位）甚至4096-QAM（12位）傳輸信號(hào)，僅此一點(diǎn)，DOCSIS 3.1的數(shù)據(jù)速率就提高了30%以上。另外，各個(gè)傳輸信道的頻帶不再需要為了避免干擾而隔開400kHz的間隙，可以直接彼此跟隨。穩(wěn)健的OFDM還允許信號(hào)通過容易發(fā)生干擾的較高頻率進(jìn)行傳輸，因此，除了可以使用當(dāng)前有線電視5MHz～1002MHz之間的頻帶，還可以使用1218MHz頻帶，并最終擴(kuò)展到1794MHz（見左側(cè)圖表）。通過一系列的優(yōu)化，DOCSIS 3.1將可以通過有線電視電纜提供下行10Gb/s的互聯(lián)網(wǎng)接入速度。當(dāng)然，這只是一個(gè)理論值，特別是在第一代的DOCSIS 3.1設(shè)備上是不可能實(shí)現(xiàn)這一速度的。

由于DOCSIS 3.1規(guī)范涉及到CMTS系統(tǒng)及用戶的電纜調(diào)制解調(diào)器，必須通過新的設(shè)備才可以使用OFDM調(diào)制技術(shù)，所以業(yè)內(nèi)人士正計(jì)劃逐步升級(jí)網(wǎng)絡(luò)。在未來幾年，首先將擴(kuò)大DOCSIS 3.1的通道，仍然使用老設(shè)備的用戶不會(huì)感覺到什么變化，只有使用新設(shè)備的客戶才能夠獲得一些實(shí)惠，例如互聯(lián)網(wǎng)接入速度更快。在此之后，將逐漸關(guān)停DOCSIS 3.0通道，切換到DOCSIS 3.1，但是目前世界各國的有線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都沒有確定切換的日期。在美國，Comcast公司希望可以在2015年進(jìn)行測(cè)試并更快地完成切換。在美國的國際消費(fèi)電子展上，博通公司推出了一個(gè)BCM3390電纜調(diào)制解調(diào)器，它可以支持第一階段的擴(kuò)展，控制1218MHz頻帶和實(shí)現(xiàn)數(shù)個(gè)Gb/s的下載速度。