現在(zai)，通信(xin)市場變成了(le)紅海，有線電視陷(xian)入了(le)困境。根源在(zai)(zai)于電信(xin)(xin)、廣電在(zai)(zai)三網融合政策放開后，都在(zai)(zai)自己不擅(shan)長的領(ling)域(yu)投入了大(da)量的資源，導致(zhi)通信(xin)(xin)產業(ye)的發展過早(zao)進入能源依賴狀態。
本文我們將交通與通信作為對比，深入淺出地為你揭示網絡通信背后的能源消耗問題，你會看到推動三網融合的現實意義！
交通與通信
交通、通信是兩種重要的基礎設施。一(yi)個(ge)承(cheng)載(zai)實體經濟(ji)，一(yi)個(ge)承(cheng)載(zai)數字(zi)經濟(ji)。
交通網絡將人員、貨物從一個地方運輸到另一個地方。通信網絡則將信息從一個地方傳遞到另一個地方。二(er)者(zhe)在網絡(luo)架構(gou)上(shang)有很(hen)多的相似之處(chu)。
交通網絡中的十字路口就好比是通信網絡中的交換機或路由器，有紅綠燈和停車線。交通中的車站或者物流中心，有較(jiao)大的場地用于(yu)客(ke)流、倉(cang)儲(chu)管理。它們就好比是通信(xin)網絡的數據中心（云計算）。從一個車站到另一個車站的道路，就好比通信網中的光纖或5G無(wu)線信道(dao)。在道路上(shang)跑的(de)各(ge)種交(jiao)通工具(ju)，運(yun)輸的(de)貨物越(yue)(yue)多(duo)，途經(jing)的(de)車站越(yue)(yue)多(duo)，裝卸次(ci)數(shu)越(yue)(yue)多(duo)，紅綠燈越(yue)(yue)多(duo)，燒的(de)油也(ye)就(jiu)越(yue)(yue)多(duo)，在路上(shang)花的(de)時間也(ye)就(jiu)越(yue)(yue)長。解釋這些現象使用(yong)牛(niu)頓(dun)力學。在通信網絡上，傳輸的數據越多，經過的數據中心越多，使用的交換機路由器越多，數據的存取次數越多，所消耗的電力也就越多，通(tong)信的延時也就越大。解釋這些現象需要使用香農定律(lv)、蘭(lan)道爾定律(lv)等(deng)通信及計算機知識。僅從能量消耗的角度，完全可以將交(jiao)通與(yu)通信進行對照(zhao)。
通信線路一般也是沿著交通路線鋪設。交通網和通訊網在架構上幾乎可以等同。
通信信道中的載波，就好比是汽車。對載波的調制，就(jiu)好比是(shi)往汽(qi)車(che)里裝貨(huo)物。ASK調制(zhi)就好比讓一輛卡車(che)拉一(yi)只乒乓球(qiu)，而高階(jie)QAM調(diao)制，就好比將貨物盡量裝滿一輛車。所以(yi)，你看到(dao)從(cong)(cong)3G到(dao)5G，從(cong)(cong)WiFi5到(dao)WiFi7，從(cong)(cong)DVBC到(dao)DVBC2，主要的(de)(de)變化是調(diao)制階(jie)數(shu)大幅增加(jia)。就(jiu)好比把汽車的(de)(de)犄角旮(ga)旯都裝滿貨(huo)物。曾經(jing)被(bei)神化的(de)(de)5G也不過如(ru)此。兩地之間的(de)(de)直(zhi)(zhi)達(da)運輸，最省油，耗(hao)時(shi)也最小。對應的(de)(de)通(tong)(tong)信技術就是(shi)兩點之間直(zhi)(zhi)通(tong)(tong)、不需(xu)要紅綠(lv)燈(deng)路由器(qi)的(de)(de)廣播。
通信正(zheng)在成為高(gao)能耗(hao)行(xing)業
基(ji)于基(ji)礎通信網，將計算機(ji)連(lian)在(zai)一起(qi)，就升級為互聯網。
互聯網的最初應用是傳輸文字圖片，最廣泛的應用是電子郵件。鼠標輕輕一點，就可以取代郵差。這時，我們感覺不到能源的消耗。
后來，我們(men)用互聯網點視(shi)頻時，圖像質量稍高點的視頻會容易(yi)讓電腦發熱，手機電量也快速下降。有(you)機構測算，我們每點播一(yi)集視頻(pin)，終端與(yu)云(yun)端消耗的電力，大(da)約可以燒開(kai)三壺(hu)水。從(cong)標清(qing)到(dao)(dao)高(gao)清(qing)，再到(dao)(dao)超高(gao)清(qing)，需(xu)要消耗的電(dian)力呈(cheng)指數級增長。通(tong)信網絡和云計算的效率提升，并沒有按照(zhao)指數級速度跟上，遇到了能耗瓶(ping)頸。比(bi)如，手(shou)機開了(le)5G功能，電量會(hui)很快下降，5G基站(zhan)也成為電老虎，視頻網(wang)站的會員費(fei)不斷提(ti)高也(ye)不能阻(zu)擋他(ta)們的虧(kui)損。信息(xi)通信是文(wen)明(ming)的基礎，越來越高的通信設備(bei)能(neng)耗，開始讓(rang)我們將文(wen)明(ming)與(yu)能(neng)源消耗聯系(xi)在一(yi)起。
文明等級與能源消耗
前蘇聯天(tian)體(ti)物理學家尼古拉-卡爾(er)達舍夫(fu)提出了這樣一個(ge)理論：人類(lei)(lei)文(wen)明(ming)的技術進步與可(ke)控制的能源總量息息相關。根據(ju)這條思(si)路，他(ta)從低(di)到高確(que)定了銀河系中(zhong)文(wen)明(ming)發(fa)展的三種類(lei)(lei)型：
類型I ：該文明是行星能(neng)源的主人(ren)，這意(yi)味著他們可(ke)以主宰(zai)整個世界(jie)能(neng)源的總和(he)。
類(lei)型II ：該文(wen)明能夠收集(ji)整個恒星系統的能源。
類型III ：該(gai)文(wen)明可(ke)以利(li)用銀河系(xi)系(xi)統的(de)能源而為其(qi)所(suo)用。
卡(ka)爾(er)達舍夫(fu)等(deng)級(ji)用一個(ge)(ge)對(dui)(dui)數公式表示。如(ru)果(guo)一個(ge)(ge)文明(ming)的(de)全部能源消(xiao)耗為(wei)P，那么這個(ge)(ge)文明(ming)對(dui)(dui)應的(de)卡(ka)爾(er)達舍夫(fu)等(deng)級(ji)K可以(yi)表示為(wei)：
根據國際能(neng)源(yuan)署(shu)的數據，2018年全(quan)球能(neng)源(yuan)消(xiao)費為14 281 889千噸油當(dang)量(liang)（能(neng)量(liang)單位），大約(yue)為1.90×1013W。由該公式(shi)計算(suan)出地球上人(ren)類文(wen)明(ming)，目(mu)前屬(shu)于0.728級文(wen)明(ming)。
現在(zai)，我(wo)們的衣食住行都有(you)了很好的保(bao)障，這(zhe)方(fang)面的能耗增加有(you)限。互聯(lian)網(wang)通訊產業(ye)的能耗以每(mei)年超過20%的速度(du)快速增加，將很快成為主要的能源(yuan)消耗。
如(ru)果將現在網絡中(zhong)的(de)(de)視頻(pin)(pin)全(quan)部改為8K超(chao)(chao)高清，可(ke)能全(quan)社會的(de)(de)發電用于通(tong)信(xin)也(ye)不夠。更不用說熱炒的(de)(de)16K/120Hz元宇宙超(chao)(chao)高清視頻(pin)(pin)了。
超高清視頻通訊或者說元宇宙，所帶來的高能耗，或許是推動人類向1.0級文明(ming)發展的動力。
通信產業的背后是能源
種種跡象表明，從5G開始，通信產業(ye)的發展和能(neng)源(yuan)消耗關聯起來。數據中(zhong)心(xin)(xin)也(ye)可以稱為(wei)電力向算(suan)(suan)力的(de)(de)轉(zhuan)化中(zhong)心(xin)(xin)，運營商正在大力推(tui)廣的(de)(de)“算(suan)(suan)力網”，從(cong)能源角度可以稱為(wei)數字(zi)經濟時代的基礎“能(neng)源網”，是數字(zi)經濟的核心。國家正在實施的東(dong)(dong)數西算工程，就(jiu)好比西電(dian)(dian)東(dong)(dong)送建設的坑(keng)口(kou)發(fa)電(dian)(dian)廠，就(jiu)近將(jiang)西部的電(dian)(dian)力轉(zhuan)化為算力，用(yong)通信網絡將(jiang)運算結果(guo)送到東(dong)(dong)部，大(da)幅降低能源(yuan)消耗(hao)。超高清時代，通訊作為一個大產業，其發展正在與人們可控制的(de)能源有關，與尼(ni)古拉-卡爾達舍夫的文明等級(ji)理(li)論開始關聯，激(ji)勵人們(men)進行(xing)創新。比如，有頭有臉的資本開(kai)始投(tou)資核聚變發電。據(ju)悉再過(guo)10年(nian)，核聚變電力有可能(neng)上(shang)網銷售(shou)。這時，請(qing)允許(xu)泰信君進(jin)行更(geng)長(chang)遠的(de)暢想：將來，當人類有了(le)新(xin)的理論，可以(yi)使用可控核聚變方(fang)式，產生(sheng)特定(ding)的(de)電磁波(bo)(bo)，或其它什(shen)么波(bo)(bo)，并對其進行(xing)高(gao)效(xiao)調制，然后再定(ding)向(xiang)發射(she)，既(ji)可以用于(yu)地球(qiu)尺度的(de)全息通信，也可以與外星人進(jin)行聯系，而通信用的能(neng)源可能(neng)就是一(yi)罐氫氣，而且(qie)可以用很(hen)長時(shi)間。這時的人類應該早已實現了(le)能源(yuan)自由，文明(ming)水平至少達到了尼古拉-卡爾達舍夫定義的類型I水平。但(dan)目(mu)前(qian)的通信(xin)還必須(xu)接受香農定律約束，設法降低能耗。香(xiang)農定律(lv)給(gei)我們描述了能源(yuan)與信息通信之(zhi)間的關系。這個定律我們時常提起，但(dan)又(you)很(hen)容易忽視。時常提起是因為有資源約束的無線通信，必須在香農定律的指導下，才能提高通信效率。被忽視的(de)(de)原因是，有(you)線(xian)通信，特別是光纖通信，因為物(wu)理信道(dao)資源豐富(fu)，在(zai)很(hen)多應用場景不需要考(kao)慮香農(nong)定律的(de)(de)存在(zai)。但這(zhe)并不意味著(zhu)沒(mei)有(you)香農定律(lv)約束。比(bi)如(ru)，雖(sui)然光纖帶寬很大，但光模塊的射頻電(dian)路帶寬有限，也受香農定律(lv)約束(shu)。比較遺憾(han)的(de)是，芯片(pian)技(ji)術的進步，對射頻電路(lu)的功(gong)耗降低(di)作(zuo)用不大，用這類光電轉(zhuan)換模塊的IP網絡通(tong)信(xin)，被鎖定(ding)在了低效(xiao)的ASK調制(zhi)上，邏輯電路需(xu)要外接容量越來越大的DDR存儲器(qi)，增(zeng)加延時。隨著摩爾定律逼近物理極限，通信技術發展的指揮棒，就交到了香(xiang)農定(ding)律(lv)手里。也就是，通信技術的發展水平，將取決于人類獲取能源的能力。
如何節省通信產業所消耗的能源？
依照我們(men)目前的(de)認(ren)知水(shui)平，距離能(neng)源自(zi)由還很(hen)遙(yao)遠。特別是(shi)考(kao)慮到我國(guo)仍以煤(mei)電為主的(de)現狀，以及雙碳(tan)目標的(de)實(shi)現，對通信產業(ye)的(de)節(jie)能(neng)必須更加重視。正如文章(zhang)開頭，通信(xin)系(xi)統(tong)的節能完全可以參照(zhao)交(jiao)通系(xi)統(tong)。比如，不需要中轉(zhuan)的(de)貨(huo)物盡量直(zhi)達，減(jian)少十(shi)字路口及紅綠燈，開通直達(da)列車或直達(da)飛機(ji)。這對應了(le)沒有(you)中(zhong)轉路由的廣播(bo)通信。對廣播通信的研(yan)究與3-5G無線信道研(yan)究完(wan)全一樣，就是采用更先進的調制和編碼技術。比如，采用DVBC2的4096QAM以及LDPC編碼，可以實現10bit/Hz的信道效率，就好比使用更省油和裝貨能力更高的汽車。這意(yi)味著，如果(guo)終(zhong)端直接連接光(guang)纖，將10G基(ji)帶IP傳輸(shu)光(guang)模(mo)塊的(de)射頻(pin)技術用(yong)于設計高頻(pin)頭，通(tong)過多(duo)載(zai)波分段(duan)調制(zhi)，像5G那樣擴(kuo)展頻(pin)譜及(ji)頻(pin)譜效率，可以實(shi)現100G以上的(de)無路由器低成本廣播直連，信道容量至少比全基帶ASK調制提高10倍，容納200M碼流的高標準8K電視頻道500套以上，可滿足廣播網10年的發展。這樣做還同時(shi)降低(di)(di)終(zhong)端的IP包卸載算力，降低(di)(di)終(zhong)端成(cheng)本和能(neng)耗，讓幾十元(yuan)的DVBC2機頂(ding)盒終(zhong)端進入市場成(cheng)為可(ke)能(neng)。如果網絡運營商吸引專業的芯片公司以及終端廠家分工合作，共同制定一個開放的標(biao)準，實現多方共贏，而不是閉門造車，上述目標不需要投資就可以達到，而且還可以帶動終端及傳輸設備的產業升級，產生網絡效應。
這時，對于電視終端的升級，只需更換高頻頭芯片即可。然后再將RF輸入換成光口，再去掉防雷擊電路，總(zong)成本應(ying)該會下降。對(dui)于(yu)必須經過(guo)存儲(chu)中轉的(de)貨物(wu)，盡(jin)量減少貨物(wu)的(de)中間裝卸次(ci)數。對(dui)應的(de)是電信(xin)網(wang)絡(luo)運營(ying)商扁平化的網(wang)絡(luo)架構，減少網(wang)絡(luo)層(ceng)級，減少數(shu)據路由(you)環節，實現效率提升、能耗(hao)下降。近年(nian)來，一些云計(ji)算巨頭進入服務器芯片設計(ji)領域，從算力(li)角度提高(gao)視頻數據的分發效(xiao)率(lv)，降低能耗。但(dan)無論如何，寬帶(dai)網+云(yun)計算(suan)+路由器(qi)的通信效(xiao)率，都(dou)不可能(neng)與基(ji)于(yu)基(ji)礎信道調制的廣播傳輸相(xiang)比。
三網融(rong)合(he)仍有很強的(de)必要性！
目前(qian)，電信(xin)運營商在“算力網”上的巨額投(tou)資，會(hui)導致主營業務重(zhong)心(xin)向云計算偏離，使用廣播網卸載(zai)算力網超高(gao)清(qing)數據負載(zai)的可能性較低，反而會(hui)將超高(gao)清(qing)作(zuo)為消化算力網的應用，短暫降(jiang)低對管(guan)道的關注(zhu)度。這或(huo)許是有線電視建設DVBC2廣播網實現最后逆襲的機會。但是，如果有線電視以機頂盒為中心的計劃經濟體制不(bu)變，對戰略機遇期不敏感，廣播網絡入戶資源繼續大量閑置浪費，國家會不會為了綠色發展，鼓勵電信運營商參(can)與競爭，提高廣播網資源利用效率呢(ni)？所以，電(dian)信(xin)運營商建(jian)設(she)DVBC2廣播網(wang)的可能性并不為零。有線電視(shi)必(bi)須(xu)加快(kuai)市場化改革步伐，高效利用已有資源，進入三網(wang)融合2.0時代。三網融(rong)合2.0是一件(jian)很(hen)有意義的事，泰信希望(wang)與產業鏈伙(huo)伴一起，將這件(jian)利國利民(min)的事做成(cheng)！全文(wen)完，如(ru)果覺得(de)對行業健(jian)康發(fa)展有(you)利，就(jiu)請(qing)隨手點個贊(zan)和在(zai)看吧。
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專注廣播網與互聯網的融合
