有线宽带

定义

有线宽带指利用有线电视网络的线路资源向用户提供互联网接入的一种宽带服务形式,在电信领域通常称为有线上网(Cable Internet access),其服务所用的基础设施与有线电视系统相同^[1]。与数字用户线路、光纤入户一样,它解决的是从服务商到终端用户的接入问题,常被归入「最后一公里」接入技术^[1]。

在中国,这类业务由各地有线电视网络公司经营,并未纳入传统电信运营商的接入体系,早期常见的业务名称包括有线通、珠江宽频、视讯通等^[2][3]。技术上,它依赖有线电视同轴电缆与混合光纤同轴网络传输数据,用户终端设备为电缆调制解调器,即通常所说的 Cable Modem。

原理

有线宽带建立在混合光纤同轴网络之上:主干线路使用光纤,由前端延伸到居民区附近的光节点,光节点以下再用树型同轴电缆分配网连接到各用户。系统采用频分复用,把同一条电缆的频谱划分成若干互不重叠的频段,分别承载电视节目与上网数据^[4]。

以常见的 5 至 750MHz 同轴电缆为例,5 至 42MHz 用于数字信号上传,50 至 550MHz 用于模拟电视节目下传,550 至 750MHz 用于数字信号下传,三部分互不冲突,这是上网与看电视可以同时进行的根本原因^[4]。上行与下行速率的计算可按频段宽度与调制效率估算:$R = B \times \log_2 M$,其中 $B$ 为信道带宽,$M$ 为调制阶数;下行常用 64QAM 或 256QAM,上行出于抗噪考虑多采用 QPSK,因此上下行带宽通常不对称。

在局端,电缆调制解调器终端系统(CMTS)把来自外部网络的数据封装后调制到下行频道,与电视信号混合送入网络,同时接收并解调用户的上行信号;在用户端,电缆调制解调器完成相反方向的调谐、解调与调制,并通过以太网或 USB 接口连接电脑^[5]。

flowchart LR

A[互联网骨干] --> B[CMTS 局端]

B --> C[光纤干线]

C --> D[光节点]

D --> E[同轴电缆分配网]

E --> F[电缆调制解调器]

F --> G[电脑或路由器]

F -- 上行数据 --> E

发展历程

基于混合光纤同轴网络的电缆调制解调器技术,是宽带接入技术中较早成熟并进入市场的一类,凭借既有线路的带宽与相对较低的建设成本,对有线电视网络公司颇具吸引力^[5]。1997 年 DOCSIS 1.0 发布,为有线数据通信奠定基础;2006 年 DOCSIS 3.0 引入信道绑定,实现千兆级下行;2013 年 DOCSIS 3.1 引入 OFDM 等技术,支持下行 10Gbps;2023 年 DOCSIS 4.0 发布,支持对称千兆传输。

1998 年,国际电信联盟接受 DOCSIS 作为电缆调制解调器标准,即 ITU J.112,同年有线电视实验室建立了正式程序以保证不同厂商产品的互操作性。在中国,有线电视网络公司于 2000 年前后推出宽带接入业务,上海等城市由本地有线网络公司率先开展家庭宽带服务。

2009 年,广州地区的运营方开始部署基于 DOCSIS 3.0 的网络设备并测试更高带宽产品,理论速率可达 200Mbps^[6]。2012 年,中国主导的 C-DOCSIS 技术成为行业标准。在三网融合推进下,有线电视网络被要求完成数字化和双向改造,使具备互联网接入能力,规划提出到 2015 年底县级及以上城市有线电视网络具备上网功能,接入速率至少 30Mbps^[4]。

随着光纤接入逐渐成为宽带标配,有线宽带技术常与 PON 等光纤技术结合部署,通过光节点下移、缩小服务区等方式持续扩容。

应用

有线宽带的主要用途是家庭和企事业用户的互联网接入,用户利用家中已有的电视接口即可开通,不必重新布线,也不影响电视的正常收看。部分地区还提供专网、专线、数据中心等面向企业用户的数据业务。

除基本上网外,基于同一网络的平台可承载视频点播、在线直播电视、在线教育等内容服务。混合光纤同轴网络本身还能同时传送模拟电视、数字电视、语音电话和交互式数据业务,具备较好的业务兼容性。

美国宽带市场中,以 Comcast 为代表的有线电视运营商主要通过同轴电缆向家庭提供宽带服务,2021 年有线宽带用户规模达到 7180 万户,占比超过六成。

局限

有线宽带属于共享介质系统,同一条下行或上行信道由服务区内多个用户共同使用,单个用户实际获得的带宽只是信道容量的一部分,当同时上网的用户增多时,速率会明显下降^[1][7]。运营商需要监控使用情况并适时扩容,若某个片区带宽配置不足,高峰时段的连接会高度饱和,影响网速甚至造成掉线^[1]。

上行通道是这类网络的薄弱环节。树型同轴电缆分配网会使各支路的噪声在前端汇聚,形成所谓的漏斗效应,限制上行带宽与系统稳定性,业界通常通过缩小光节点覆盖范围、改进调制方式以及与 PON 结合来缓解。此外,传统有线电视网为单向传输设计,提供宽带业务必须先行完成双向化改造,未改造区域无法开通^[4]。

从竞争格局看,有线宽带与电信网络是住宅互联网接入的两种主要形式,近年来同时受到光纤通信、无线宽带和移动宽带的竞争压力^[1]。在光纤到户已普遍覆盖的地区,同轴电缆接入在可用带宽和对称速率上的相对优势有所减弱。

参见

• 混合光纤同轴网 —— 有线宽带所依托的光纤与同轴电缆混合传输网络。

• 电缆调制解调器 —— 用户端完成数据调制解调、连接电视电缆与电脑的设备。

• DOCSIS —— 有线电视网络上传输数据的主要国际接口规范。

• 数字用户线路 —— 借助电话线提供宽带接入的另一种方式。

• 无源光网络 —— 光纤接入的主流技术,常与有线宽带网络结合部署。