現在，通信市場(chǎng)變成了紅海，有線(xiàn)電視陷入了困境。根源在于電信、廣電在三網(wǎng)融合政策放開(kāi)后，都在自己不擅長(cháng)的領(lǐng)域投入了大量的資源，導致通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)早進(jìn)入能源依賴(lài)狀態(tài)。
本文我們將交通與通信作為對比，深入淺出地為你揭示網(wǎng)絡(luò )通信背后的能源消耗問(wèn)題，你會(huì )看到推動(dòng)三網(wǎng)融合的現實(shí)意義！
交通與通信
交通、通信是兩種重要的基礎設施。一個(gè)承載實(shí)體經(jīng)濟，一個(gè)承載數字經(jīng)濟。
交通網(wǎng)絡(luò )將人員、貨物從一個(gè)地方運輸到另一個(gè)地方。通信網(wǎng)絡(luò )則將信息從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方。二者在網(wǎng)絡(luò )架構上有很多的相似之處。
交通網(wǎng)絡(luò )中的十字路口就好比是通信網(wǎng)絡(luò )中的交換機或路由器，有紅綠燈和停車(chē)線(xiàn)。交通中的車(chē)站或者物流中心，有較大的場(chǎng)地用于客流、倉儲管理。它們就好比是通信網(wǎng)絡(luò )的數據中心（云計算）。從一個(gè)車(chē)站到另一個(gè)車(chē)站的道路，就好比通信網(wǎng)中的光纖或5G無(wú)線(xiàn)信道。在道路上跑的各種交通工具，運輸的貨物越多，途經(jīng)的車(chē)站越多，裝卸次數越多，紅綠燈越多，燒的油也就越多，在路上花的時(shí)間也就越長(cháng)。解釋這些現象使用牛頓力學(xué)。在通信網(wǎng)絡(luò )上，傳輸的數據越多，經(jīng)過(guò)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，通信的延時(shí)也就越大。解釋這些現象需要使用香農定律、蘭道爾定律等通信及計算機知識。僅從能量消耗的角度，完全可以將交通與通信進(jìn)行對照。
通信線(xiàn)路一般也是沿著(zhù)交通路線(xiàn)鋪設。交通網(wǎng)和通訊網(wǎng)在架構上幾乎可以等同。
通信信道中的載波，就好比是汽車(chē)。對載波的調制，就好比是往汽車(chē)里裝貨物。ASK調制就好比讓一輛卡車(chē)拉一只乒乓球，而高階QAM調制，就好比將貨物盡量裝滿(mǎn)一輛車(chē)。所以，你看到從3G到5G，從WiFi5到WiFi7，從DVBC到DVBC2，主要的變化是調制階數大幅增加。就好比把汽車(chē)的犄角旮旯都裝滿(mǎn)貨物。曾經(jīng)被神化的5G也不過(guò)如此。兩地之間的直達運輸，最省油，耗時(shí)也最小。對應的通信技術(shù)就是兩點(diǎn)之間直通、不需要紅綠燈路由器的廣播。
通信正在成為高能耗行業(yè)
基于基礎通信網(wǎng)，將計算機連在一起，就升級為互聯(lián)網(wǎng)。
互聯(lián)網(wǎng)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(diǎn)，就可以取代郵差。這時(shí)，我們感覺(jué)不到能源的消耗。
后來(lái)，我們用互聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)視頻時(shí)，圖像質(zhì)量稍高點(diǎn)的視頻會(huì )容易讓電腦發(fā)熱，手機電量也快速下降。有機構測算，我們每點(diǎn)播一集視頻，終端與云端消耗的電力，大約可以燒開(kāi)三壺水。從標清到高清，再到超高清，需要消耗的電力呈指數級增長(cháng)。通信網(wǎng)絡(luò )和云計算的效率提升，并沒(méi)有按照指數級速度跟上，遇到了能耗瓶頸。比如，手機開(kāi)了5G功能，電量會(huì )很快下降，5G基站也成為電老虎，視頻網(wǎng)站的會(huì )員費不斷提高也不能阻擋他們的虧損。信息通信是文明的基礎，越來(lái)越高的通信設備能耗，開(kāi)始讓我們將文明與能源消耗聯(lián)系在一起。
文明等級與能源消耗
前蘇聯(lián)天體物理學(xué)家尼古拉-卡爾達舍夫提出了這樣一個(gè)理論：人類(lèi)文明的技術(shù)進(jìn)步與可控制的能源總量息息相關(guān)。根據這條思路，他從低到高確定了銀河系中文明發(fā)展的三種類(lèi)型：
類(lèi)型I ：該文明是行星能源的主人，這意味著(zhù)他們可以主宰整個(gè)世界能源的總和。
類(lèi)型II ：該文明能夠收集整個(gè)恒星系統的能源。
類(lèi)型III ：該文明可以利用銀河系系統的能源而為其所用。
卡爾達舍夫等級用一個(gè)對數公式表示。如果一個(gè)文明的全部能源消耗為P，那么這個(gè)文明對應的卡爾達舍夫等級K可以表示為：
根據國際能源署的數據，2018年全球能源消費為14 281 889千噸油當量（能量單位），大約為1.90×1013W。由該公式計算出地球上人類(lèi)文明，目前屬于0.728級文明。
現在，我們的衣食住行都有了很好的保障，這方面的能耗增加有限?；ヂ?lián)網(wǎng)通訊產(chǎn)業(yè)的能耗以每年超過(guò)20%的速度快速增加，將很快成為主要的能源消耗。
如果將現在網(wǎng)絡(luò )中的視頻全部改為8K超高清，可能全社會(huì )的發(fā)電用于通信也不夠。更不用說(shuō)熱炒的16K/120Hz元宇宙超高清視頻了。
超高清視頻通訊或者說(shuō)元宇宙，所帶來(lái)的高能耗，或許是推動(dòng)人類(lèi)向1.0級文明發(fā)展的動(dòng)力。
通信產(chǎn)業(yè)的背后是能源
種種跡象表明，從5G開(kāi)始，通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和能源消耗關(guān)聯(lián)起來(lái)。數據中心也可以稱(chēng)為電力向算力的轉化中心，運營(yíng)商正在大力推廣的“算力網(wǎng)”，從能源角度可以稱(chēng)為數字經(jīng)濟時(shí)代的基礎“能源網(wǎng)”，是數字經(jīng)濟的核心。國家正在實(shí)施的東數西算工程，就好比西電東送建設的坑口發(fā)電廠(chǎng)，就近將西部的電力轉化為算力，用通信網(wǎng)絡(luò )將運算結果送到東部，大幅降低能源消耗。超高清時(shí)代，通訊作為一個(gè)大產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展正在與人們可控制的能源有關(guān)，與尼古拉-卡爾達舍夫的文明等級理論開(kāi)始關(guān)聯(lián)，激勵人們進(jìn)行創(chuàng )新。比如，有頭有臉的資本開(kāi)始投資核聚變發(fā)電。據悉再過(guò)10年，核聚變電力有可能上網(wǎng)銷(xiāo)售。這時(shí)，請允許泰信君進(jìn)行更長(cháng)遠的暢想：將來(lái)，當人類(lèi)有了新的理論，可以使用可控核聚變方式，產(chǎn)生特定的電磁波，或其它什么波，并對其進(jìn)行高效調制，然后再定向發(fā)射，既可以用于地球尺度的全息通信，也可以與外星人進(jìn)行聯(lián)系，而通信用的能源可能就是一罐氫氣，而且可以用很長(cháng)時(shí)間。這時(shí)的人類(lèi)應該早已實(shí)現了能源自由，文明水平至少達到了尼古拉-卡爾達舍夫定義的類(lèi)型I水平。但目前的通信還必須接受香農定律約束，設法降低能耗。香農定律給我們描述了能源與信息通信之間的關(guān)系。這個(gè)定律我們時(shí)常提起，但又很容易忽視。時(shí)常提起是因為有資源約束的無(wú)線(xiàn)通信，必須在香農定律的指導下，才能提高通信效率。被忽視的原因是，有線(xiàn)通信，特別是光纖通信，因為物理信道資源豐富，在很多應用場(chǎng)景不需要考慮香農定律的存在。但這并不意味著(zhù)沒(méi)有香農定律約束。比如，雖然光纖帶寬很大，但光模塊的射頻電路帶寬有限，也受香農定律約束。比較遺憾的是，芯片技術(shù)的進(jìn)步，對射頻電路的功耗降低作用不大，用這類(lèi)光電轉換模塊的IP網(wǎng)絡(luò )通信，被鎖定在了低效的ASK調制上，邏輯電路需要外接容量越來(lái)越大的DDR存儲器，增加延時(shí)。隨著(zhù)摩爾定律逼近物理極限，通信技術(shù)發(fā)展的指揮棒，就交到了香農定律手里。也就是，通信技術(shù)的發(fā)展水平，將取決于人類(lèi)獲取能源的能力。
如何節省通信產(chǎn)業(yè)所消耗的能源？
依照我們目前的認知水平，距離能源自由還很遙遠。特別是考慮到我國仍以煤電為主的現狀，以及雙碳目標的實(shí)現，對通信產(chǎn)業(yè)的節能必須更加重視。正如文章開(kāi)頭，通信系統的節能完全可以參照交通系統。比如，不需要中轉的貨物盡量直達，減少十字路口及紅綠燈，開(kāi)通直達列車(chē)或直達飛機。這對應了沒(méi)有中轉路由的廣播通信。對廣播通信的研究與3-5G無(wú)線(xiàn)信道研究完全一樣，就是采用更先進(jìn)的調制和編碼技術(shù)。比如，采用DVBC2的4096QAM以及LDPC編碼，可以實(shí)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(chē)。這意味著(zhù)，如果終端直接連接光纖，將10G基帶IP傳輸光模塊的射頻技術(shù)用于設計高頻頭，通過(guò)多載波分段調制，像5G那樣擴展頻譜及頻譜效率，可以實(shí)現100G以上的無(wú)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(mǎn)足廣播網(wǎng)10年的發(fā)展。這樣做還同時(shí)降低終端的IP包卸載算力，降低終端成本和能耗，讓幾十元的DVBC2機頂盒終端進(jìn)入市場(chǎng)成為可能。如果網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商吸引專(zhuān)業(yè)的芯片公司以及終端廠(chǎng)家分工合作，共同制定一個(gè)開(kāi)放的標準，實(shí)現多方共贏(yíng)，而不是閉門(mén)造車(chē)，上述目標不需要投資就可以達到，而且還可以帶動(dòng)終端及傳輸設備的產(chǎn)業(yè)升級，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò )效應。
這時(shí)，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，總成本應該會(huì )下降。對于必須經(jīng)過(guò)存儲中轉的貨物，盡量減少貨物的中間裝卸次數。對應的是電信網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商扁平化的網(wǎng)絡(luò )架構，減少網(wǎng)絡(luò )層級，減少數據路由環(huán)節，實(shí)現效率提升、能耗下降。近年來(lái)，一些云計算巨頭進(jìn)入服務(wù)器芯片設計領(lǐng)域，從算力角度提高視頻數據的分發(fā)效率，降低能耗。但無(wú)論如何，寬帶網(wǎng)+云計算+路由器的通信效率，都不可能與基于基礎信道調制的廣播傳輸相比。
三網(wǎng)融合仍有很強的必要性！
目前，電信運營(yíng)商在“算力網(wǎng)”上的巨額投資，會(huì )導致主營(yíng)業(yè)務(wù)重心向云計算偏離，使用廣播網(wǎng)卸載算力網(wǎng)超高清數據負載的可能性較低，反而會(huì )將超高清作為消化算力網(wǎng)的應用，短暫降低對管道的關(guān)注度。這或許是有線(xiàn)電視建設DVBC2廣播網(wǎng)實(shí)現最后逆襲的機會(huì )。但是，如果有線(xiàn)電視以機頂盒為中心的計劃經(jīng)濟體制不變，對戰略機遇期不敏感，廣播網(wǎng)絡(luò )入戶(hù)資源繼續大量閑置浪費，國家會(huì )不會(huì )為了綠色發(fā)展，鼓勵電信運營(yíng)商參與競爭，提高廣播網(wǎng)資源利用效率呢？所以，電信運營(yíng)商建設DVBC2廣播網(wǎng)的可能性并不為零。有線(xiàn)電視必須加快市場(chǎng)化改革步伐，高效利用已有資源，進(jìn)入三網(wǎng)融合2.0時(shí)代。三網(wǎng)融合2.0是一件很有意義的事，泰信希望與產(chǎn)業(yè)鏈伙伴一起，將這件利國利民的事做成！全文完，如果覺(jué)得對行業(yè)健康發(fā)展有利，就請隨手點(diǎn)個(gè)贊和在看吧。
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